3_化工厂设计和操作安全.ppt

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1、第三章 化工厂设计和操作安全第三章第三章 化工厂设计和操作安全化工厂设计和操作安全 第一节第一节 工厂的定位、选址和布局工厂的定位、选址和布局第二节第二节 化工工艺设计化工工艺设计第三节第三节 化工单元区域规划化工单元区域规划 第四节第四节 化工装置维护化工装置维护 第五节第五节 公用工程设施安全公用工程设施安全 12/31/202212/31/2022第三章 化工厂设计和操作安全 选择厂址应综合分析与权衡厂址的地形条件以及有关的自然和经济资料，进行多方案的技术经济、安全可行性的比较。厂址的安全可靠主要涉及工程地质条件的优劣，厂区范围能否适应总平面布置和安全距离的要求；自然灾害的威胁程度及抗御

2、的可能性；能否避免出于邻近企业发外事故时而引起次生灾害；能否便于治理“三废”以及同外部的联系与协作等因素。12/31/202212/31/2022第三章 化工厂设计和操作安全一、危险和防护的一般考虑一、危险和防护的一般考虑潜在的危险 一级危险直接的危险 二级危险典型的一级危险有：有易燃物质存在；有热源存在；有火源存在；有富氧存在；有压缩物质存在；有毒性物质存在；人员失误的可能性；机械故障的可能性；人员、物料和车辆在厂区的流动；由于蒸气云降低能见度等。二级危险有：火灾；爆炸；游离毒性物质的释放；跌伤；倒塌；碰撞。12/31/202212/31/2022第三章 化工厂设计和操作安全 第一道防护线是

3、为了解决一级危险，并防止二级危险的发生（消除隐患）。(1)根据主导风的风向，把火源置于易燃物质可能释放点的上风侧；(2)为人员、物料和车辆的流动提供充分的通道。12/31/202212/31/2022第三章 化工厂设计和操作安全对于二级危险，为了把生命和财产的损失降至最小程度，需要实施第二道防护线（限制蔓延、减小损失）。(1)把最危险的区域与人员最常在的区域隔离开（实验室气瓶）(2)在关键部位安放灭火器材（不仅要有、还要会用）。第三道防护线（补救措施、救死扶伤）是提供有效的急救和医疗设施，使受到伤害的人员得到迅速救治。最后一道防护线的意义是迅速救治未能防止住的伤害。12/31/202212/3

4、1/2022第三章 化工厂设计和操作安全 地形是规划安全时可以利用的一个因素。正如液体向下流一样，从运行工厂释放出的许多易燃或毒性气体也是如此。可以适当利用这个地理特征作为安全工具为我们服务排除这些危险气体。（在山上建厂、减小爆炸损失）巨大水量的水源灭火时极为重要，水供应得充足与否往往决定着灭火的成败。主导风方向是另一个重要的自然因素。通过选址和布局使得主导风有助于防止易燃物飘向火源，防止蒸气云或毒性气体飘过入口稠密区或穿越道路。很显然，风并不总是沿着主导的方向吹，但是选址和布局所做的是多重选择中最佳的一种。12/31/202212/31/2022第三章 化工厂设计和操作安全 超出自然方法之外

5、，人工智能也可以提供一些强化安全的要素，隔开距离就是这样的一种要素。隔开距离实现不同危险之间以及危险和人之间的隔离。比如，高压容器和操作室之间隔开一段距离。类似的方法是用物理屏障隔离。例如用围堰限制液体的溢流，如围绕贮罐的围堰就是起这种作用。（卧式油罐组围堰高度不应低于 0.5m）（立式油罐组防火堤的计算高度应保证堤内的有效容积需要。防火堤实际高度应比计算高度高出0.2m。防火堤实际高度不应低于1.0m，且不应高于2.2m(均以防火堤外侧路面或地坪算起)。12/31/202212/31/2022第三章 化工厂设计和操作安全 两种经常结合应用的方法是危险的集中和危险的标识。考虑压力贮存容器的定位

6、，最好是把这类装置隔离在工厂的一个特定区域内，使得危险集中易于确定危险区的界限。好处：使值班人以外的人员都远离危险区；必须工作在或必须通过危险区的人员，完全熟悉存在的危险情况，可以相对安全。坏处：一个容器起火或爆炸有可能波及相邻的容器，造成更大的损失。经验：集中的危险会受到更密切的关注，有可能会减少事故，把危险分散至全厂而不为人所注意会更具危险。12/31/202212/31/2022第三章 化工厂设计和操作安全 二、工厂的定位问题二、工厂的定位问题 1)有原料、燃料供应和产品销售的良好的流通条件；2)有贮运、公用工程和生活设施等方面良好的协作环境；3)靠近水量充足、水质优良的水源；（05年1

7、1月13日吉林石化公司双苯厂爆炸事故引起松花江水环境污染，100吨左右的苯 ）4)有便利的交通条件；5)有良好的工程地质和水文气象条件。爆炸事故发生后，监测发现苯类污染物流入第二松花江，造成水质污染。苯类污染物是对人体健康有危害的有机物。国家环保总局23日向媒体通报，受中石油吉林石化公司爆炸事故影响，松花江发生重大水污染事件。12/31/202212/31/2022第三章 化工厂设计和操作安全工厂应避免定位在下列地区：(1)发震断层地区和基本烈度9度以上的地震区；(2)厚度较大的级自重湿陷性黄土地区；(3)易遭受洪水、泥石流、滑坡等危害的山区；(4)有开采价值的矿藏地区；(5)对机场、电台等使

8、用有影响的地区；(6)国家规定的历史文物、生物保护和风景区；（西安）(7)城镇等人口密集的地区。12/31/202212/31/2022第三章 化工厂设计和操作安全三、工厂选址的安全问题三、工厂选址的安全问题 从工厂飘逸出的有毒或有害气体会进入居民区或其他人口稠密的地区；易燃气体会飘过如其他工厂的煅烧炉之类的火源；冷却塔的烟雾会飘过交通繁忙的高速公路或道路等等。隔开距离，把厂址选择在一个孤立地区可以解决上述问题（舜泰化工）。如果客观条件不允许实现以上举措，可以依据主导风，把工厂置于社区的下风区域。12/31/202212/31/2022第三章 化工厂设计和操作安全 工厂高构筑物可能的坍塌是对社

9、区的另一种潜在的危险。在许多城市，建筑法规要求，高建筑物或构筑物都要留有一定的间距，防止落体砸伤行人、汽车司乘人员或砸坏邻近的设施。（2009-06-03日本东京板桥区一栋公寓施工现场发生起重机倒塌事故，造成2人受伤，其中1名重伤。）12/31/202212/31/2022第三章 化工厂设计和操作安全09-06-03 日本东京发生起重机倒塌事故12/31/202212/31/2022第三章 化工厂设计和操作安全 工厂会产生需要排除的废液。应该确保预期的排污方法不会污染社区的饮用水。特别是对于渔业，对海洋生物的毒性作用会成为严重问题。可能含有爆炸混合物的日常排污管道务必不可穿越公共的或私人的地界

10、。对工厂的主要进出口点要格外小心。上下班时进出厂的交通车量剧增，如果不适当安排或疏散，会引起严重的交通事故。如果工厂邻近高速公路，会有车辆离开公路冲入工厂的危险。12/31/202212/31/2022第三章 化工厂设计和操作安全 毗邻的工厂可能会释放出毒性或易燃气体飘入工厂，引起人员中毒或由于火花或加热面而起火。在这种情况下，如果可能，最好是把工厂建于上风区，或是隔开一定的距离。充足的水源会增强灭火能力。最好是工厂附近有河流或湖泊可用作水源，使得救火水不必从地下泵取。还要考虑地方城市供水系统用作救火水源的可能性。（灭火、不是排污、GDP、招商引资）地形也是一个要考虑的因素。参加工厂设计的每个

11、人都会同意，厂区应该是一片平地。厂区内不应该有洼地，否则可能会形成毒性、易燃蒸气、液体的积聚。相对于周围地区，厂区最好地势较高而不应是低洼地。12/31/202212/31/2022第三章 化工厂设计和操作安全 社区对工厂及其工作人员可能会构成某些确定的危险，即使没有危险，也可能不具有强化工厂安全所必要的设施。从这个意义上讲，工厂选址在一个孤立地区有利于工厂安全。但工厂救火时往往需要社区的协助，社区协助的有效与否，有时对救火的成败起着决定作用。还有，在急救和医疗设施方面，社区也能提供协助。综上可以看出，在工厂选址中很难找到保证最大安全的恰当的地址。需要全面审核提出的带有管线、公路、铁路和电力线

12、路敷设权的各种选址方案，综合评定其对工厂存在的或潜在的危险，择优确定较佳的方案。12/31/202212/31/2022第三章 化工厂设计和操作安全 四、工厂布局的安全问题四、工厂布局的安全问题 工厂布局的基本任务是结合厂区的内外条件确定生产过程中各种机器设备的空间位置，获得最合理的物料和人员的流动路线。为保障安全，在总平面布置中应遵循以下原则：1从全面出发合理布局，正确处理生产与安全、局部与整体、重点和一般、近期与远期的关系，把生产、安全、卫生、适用、技术、先进、经济合理和尽可能的美观等因素作出统筹安排。2总平面布置应符合防火、防爆的基本要求，体现以防为主、以消为辅的方针，并有疏散和灭火的设

13、施。（防火分隔、防烟分区）12/31/202212/31/2022第三章 化工厂设计和操作安全 3应满足安全、防火、卫生等设计规范、规定和标准的要求，合理布置间距、朝向及方位。（淮化、淮河新城）4合理布置交通运输和管网线路及进行绿化布置和环境保护。5合理考虑发展和改建、扩建的要求。（学校卖地）化工厂布局普遍采用留有一定间距的区块化的方法。工厂厂区一般可划分为以下六个区块：工艺装置区；罐区；运输装卸区；辅助生产区（配电室、化验室）；公用设施区（宿舍、医院）；管理区（办公楼）。12/31/202212/31/2022第三章 化工厂设计和操作安全12/31/202212/31/2022第三章 化工厂

14、设计和操作安全 1工艺装置区工艺装置区 加工单元可能是工厂中最危险的区域。首先应该汇集这个区域的一级危险，找出毒性成易燃物质、高温、高压、火源等，机械设备多，易发故障；有利之处是通常过程单元人员较少。加工单元应该离开工厂边界一定的距离，集中分布，有助于加工单元作为危险区的识别，杜绝或减少无关车辆的通过。要注意厂区内主要的火源和主要的人口密集区，由于易燃或毒性物质释放的可能性，加工单元应该置于上述两者的下风区。12/31/202212/31/2022第三章 化工厂设计和操作安全 在化学工业中，过程单元间的间距仍然是安全评价的重要内容。对于过程单元本身的安全评价，比较重要的因素有：操作温度（10、

15、1000）；操作压力（100Pa、100MPa）；单元中物料的类型（H2 CH4（爆炸极限515）NH3）；单元中物料的量（H2（4.175）；单元中设备的类型；单元的相对投资额；救火或其他紧急操作需要的空间。12/31/202212/31/2022第三章 化工厂设计和操作安全 2罐区罐区 贮存容器，比如贮罐，是需要特别重视的装置。每个这样的容器都是巨大的能量或毒性物质的贮存器。在人员、操作单元和贮罐之间保持尽可能远的距离是明智的。这样的容器能够释放出大量的毒性或易燃性的物质，所以务必将其置于工厂的下风区域。前面已经提到，贮罐应该安置在工厂中的专用区域，加强其作为危险区的标识，使通过该区域的无

16、关车辆降至最低限度。罐区的布局有以下三个基本问题：(1)罐与罐之间的间距；(2)罐与其他装置的间距；(3)设置拦液堤所需要的面积。12/31/202212/31/2022第三章 化工厂设计和操作安全 贮罐的两个重要的危险，一个是罐壳可能破裂，很快释放出全部内容物；另一个是当含有水层的贮罐加热高过水的沸点时会引起物料过沸。罐区设计应考虑：1）和办公室、辅助生产区要保持足够的安全距离。（蔓延）2）和工艺装置区、公路之间要留出有效的间距。（被波及）3）设在比工艺装置区略低的区域（高坡，势能大）。4）通路问题：每一罐体至少可以在一边有通路到达，最好是可以在相反的两边有通路到达。（方便救灾、疏散）12/

17、31/202212/31/2022第三章 化工厂设计和操作安全 3公用设施区 应远离工艺装置区、罐区和其他危险区，以保证水、电、汽等的正常供应。由厂外进入厂区的公用工程干管，也不应该通过危险区，如果难以避免，则应该采取必要的保护措施。工厂布局应该尽量减少地面管线穿越道路。管线配置的一个重要特点是在一些装置中配置回路管线。回路系统的任何一点出现故障即可关闭阀门将其隔离开，并把装置与系统的其余部分接通。12/31/202212/31/2022第三章 化工厂设计和操作安全 锅炉设备和配电设备可能会成为引火源，应该设置在易燃液体设备的上风区域。锅炉房和泵站应该设置在工厂中其他设施的火灾或爆炸不会危及的

18、地区。管线在道路上方穿过要引起特别注意。高架的间隙应留有如起重机等重型设备的方便通路，减少碰撞的危险。最后，管路一定不能穿过围堰区，围堰区的火灾有可能毁坏管路。冷却塔释放出的烟雾会影响人的视线，冷却塔不宜靠近铁路、公路或其他公用设施。大型冷却塔会产生很大噪声，应该与居民区有较大的距离。12/31/202212/31/2022第三章 化工厂设计和操作安全 4运输装卸区 良好的工厂布局不允许铁路支线通过厂区良好的工厂布局不允许铁路支线通过厂区，可以把铁路支线规划在工厂边缘地区解决这个问题。对于罐车和罐车的装卸设施常做类似的考虑。在装卸台上可能会发生毒性或易燃物的溅洒，装卸设施应该设置在工厂的下风区

19、域，最好是在边缘地区。在工厂的下风区域，最好是在边缘地区。原料库、成品库和装卸站等机动车辆进出频繁的设施，不得设在必须通过工艺装置区和罐区的地带，与居民区、公路和铁路要保持一定的安全距离。12/31/202212/31/2022第三章 化工厂设计和操作安全 5辅助生产区 维修车间和研究室要远离工艺装置区和罐区。维修车间是重要的火源，同时人员密集，应该置于工厂的上风区域。研究室按照职能的观点一般是与其他管理机构比邻，但研究室偶尔会有少量毒性或易燃物释放进入其他管理机构，所以两者之间直接连接是不恰当的。废水处理装置是工厂各处流出的毒性或易燃物汇集的终点，应该置于工厂的下风远程区域。高温煅烧炉的安全

20、考虑呈现出矛盾。作为火源作为火源，应将其置于工厂的上风区，但是严重的操作失误会使煅烧炉喷射出相当量的易燃物易燃物，对此则应将其置于工厂的下风区。作为折中方案，可以把煅烧炉置于工厂的侧面风区域侧面风区域。与其他设施隔开一定的距离也是可行的方案。12/31/202212/31/2022第三章 化工厂设计和操作安全 6管理区 出于安全考虑，主要办事机构应该设置在工厂的边缘区域，并尽可能与工厂的危险区隔离。这样做有以下理由：首先，销售和供应人员以及必须到工厂办理业务的其他人员，没有必要进入厂区。因为这些人员不熟悉工厂危险的性质和区域，而他们的普通习惯如在危险区无意中吸烟，就有可能危及工厂的安全。其次，

21、办公室人员的密度在全厂可能是最大的，把这些人员和危险分开会改善工厂的安全状况。12/31/202212/31/2022第三章 化工厂设计和操作安全 第二节第二节 化工工艺设计化工工艺设计 第二节第二节 化工单元区域规划化工单元区域规划12/31/202212/31/2022第三章 化工厂设计和操作安全第四节第四节 化工装置维护化工装置维护 一、化工维护的必要性一、化工维护的必要性Ex：1、自行车日子久了不维护-关键时刻掉链子2、F1赛车-关键比赛掉轮子起火化工事故：1、管线误接、管路错连-窒息、中毒；火灾、爆炸2、管道泄露酸3、RS+酸-H2S设备多、复杂高质量维护避免成次级危险源事故12/3

22、1/202212/31/2022第三章 化工厂设计和操作安全 二、预防维护二、预防维护 按照明确计划的时间表检验、维修和更换设备，可以防止许多事故。（高压锅8年、燃气热水器8年、燃气灶具8年、发达国家规定彩电为8年至12年、电热毯为8年、电冰箱为13年至16年）。预防维护实质上指的是一个系统，它的功能是确定装置或设施故障的可能频率，在其失效前就进行检验、维修或更换。12/31/202212/31/2022第三章 化工厂设计和操作安全 三、非常规运行和有关作业的维护三、非常规运行和有关作业的维护 1停车和开车 停车和开车的计划和执行的关键是每一步骤都要明确责任。运行设备的停车应该由操作组而非维护

23、或其他辅助组负责（分工越来越细、隔行如隔山）。在把设备交付维护组之前，操作监察必须负责把设备排空、冲洗、蒸汽吹除、惰性气体吹除或采用其他措施，保证设备维修的安全。在接受设备之前，维护监察应该从维修可行性的角度，就是否完成了上述安全处理进行检验。重要的是关闭与设备连接的管线、适当的通风和易燃蒸气的检验。对于用氮气或其他窒息性气体吹洗过的容器要进行检验并贴上标志。12/31/202212/31/2022第三章 化工厂设计和操作安全 在停车和开车时，对于电力器件、运转机械和阀门，应该特别注意查看与之相连的关闭程序（维修人员关了阀门但没用隔板，结果中毒死亡）。无论是意外停车还是正常停车，都要制定书面规

24、程，供操作人员练习、遵守和应用。对于所有设备、通风系统和排放设施的状况，都应该有必要的说明条款。如果管道没有充分的加载防护，不管是排放还是任何其他作业，人员都不允许穿越管线。12/31/202212/31/2022第三章 化工厂设计和操作安全 2容器内作业 容器内破损的维修常需要人员进入容器。由于人员无外界帮助无法脱离容器以及难于与外界联系，进入容器提出了一个特殊的问题。上述原因、再加上意外化学品的可能暴露，进入容器需要采取严格的防护措施。这些措施如下：(1)容器必须由操作人员彻底清洗（空间小、难度相对会高）。(2)所有连接管线必须断开并进行必要的封堵。(3)所有电力驱动设施(如搅拌器等)必须

25、在断路开关处切断电源。12/31/202212/31/2022第三章 化工厂设计和操作安全 (4)采集空气试样检验证明其中无易燃蒸气，在某些情况下还需要证明其中不含有毒性或不卫生物质。(5)操作和维护监察签发容器进入许可证，证明上述步骤已经圆满完成，并在容器边贴上标志。(6)进入容器的工人和观察者必须系上安全带和绳索。（全副武装）(7)在绝大多数情况下，进入容器的工人和观察者都需要空气面罩和新鲜空气的供应，还需要身体隔离的化学品防护服装。12/31/202212/31/2022第三章 化工厂设计和操作安全 (8)在容器出口要有一个观察者，一直保持与容器内工人的联系。在容器内至少还要另有一个工人

26、，在紧急情况下负责向观察者呼救。一个工人不得单独进入容器。（至少三人）(9)当直梯不能应用时，可以应用木制或金属横档连起来的绳梯或链梯。应该避免无撤退设施时进入容器。（留有后路）(10)为防止一旦出现紧急情况无法迅速撤退，不允许工人通过挤缩进入容器。标准开口直径为0.56m。（手镯易进难出）工人置于任何有限空间存在类似的问题，从其中紧急撤退可能会遇到阻碍，也要采取类似的防护措施。12/31/202212/31/2022第三章 化工厂设计和操作安全 3紧急维护 完善的维护程序固然可以应对出现的一般情况，但是，某些特殊问题还是难以避免地发生，需要附加的应对计划。比如，与氯气贮罐连接的管接头断开，我

27、们将如何应对。应该事先而不是事后才去维护（事故预案）。应该事先加工好专用的紧管套筒并处于备用状态，事故一旦发生立即投入使用。假如硫酸管道破裂，应该事先设计好关闭、清洗和维修。意外事故维护的关键是，事先决定好谁应该做什么、用什么去做，将其排成序列，一旦事故发生就按部就班地执行和完成。12/31/202212/31/2022第三章 化工厂设计和操作安全 4切割、焊接和其他动火作业 由于化学工业加工如此多的易燃或挥发性物料，由于物料加工迅速变化的工艺，为了防火防爆，火源控制成为头等重要的问题。因此，有必要建立减少由于热加工和动火作业引起的火险的特殊程序。这个程序的要点是：(1)无操作监察负责签发的气

28、割许可证或热加工许可证获得准许，不得在标明焊接车间和规定焊接区以外进行焊接或气割作业。这表示出了工作的性质和地点、安全作业所需要的特殊限制以及允许作业的时间。许可证的颁布要求在作业期间，控制操作以防任何危险条件的产生。重要的是许可证订出的是整个操作线的责任，而不仅仅是如安全或防火组等辅助或职能组的责任。在作业期间，安全或防火组应该派出一些辅助人员做动火观察员。12/31/202212/31/2022第三章 化工厂设计和操作安全 (2)进行动火作业，仅有机械技能是不够的，只有有资格的气割和焊接人员才赋予进行这类作业的权力。（资质）这些人员必须训练有素，能够对周围易燃物料进行分折和防护、能够灭火和

29、处理意外事故。表明焊工资格的许可证制度在许多工厂证明是有益的。(3)所有气割和焊接人员应该能在自身工作中防火急救。通常还需要水龙带。热裂或易燃物料应该应用不可燃覆盖物或屏障进行防护。过热工件必须进行分析，提供充分的防护，防止火星落下。除非在最不寻常和精心控制的条件下，不允许在操作间、实验室和存贮库房中放置易燃气体或氧气钢瓶。12/31/202212/31/2022第三章 化工厂设计和操作安全 四、设备的维护四、设备的维护 1设备的试压 有多种仪表可以用来精确测定容器选定区域的壁厚，有测定的区域没有薄弱环节。所以，仪表测定无法完全取代定期的液压试验。液压试验是在超过正常操作压力下测定容器的耐压能

30、力。容器使用期间定期试验的压力，普遍认可的是正常工作压力的正常工作压力的15倍倍。对容器壁变薄速率的分析、由钻孔或插入物的冶金学研究测定容器壁厚或应用经验，可以确定定期液压试验的频率。液压试验的日程表一经制定，就应该严格执行。应该预先制定出试压作业计划，以便安排生产进度与之适应。12/31/202212/31/2022第三章 化工厂设计和操作安全 液压试验一般是用水进行。如果水与容器的应用互相排斥，可以应用其他无危险惰性液体，但是应该尽量避免应用空气成其他气体。只有压力试验不适于应用液体，并且容器设有隔墙，使人员和财产可以预防容器破裂的发射物和冲击力，才谨慎地选择应用某些气体。容器中的气体压力像是一只高能弹簧，可以高速推进容器破裂的发射物，而液体压力在容器破裂时会立即卸掉。12/31/202212/31/2022第三章 化工厂设计和操作安全 2化学污染设备的处理 离开操作区的所有设备都应该是清洁的，从而在移至没有受过物料危险性严格训练的维修人员处，可以安全作业。所有设备一旦停止运行就应该立即贴上有关化学品污染状况的标志，污染状况标志要随着污染条件的变化及时修正。12/31/202212/31/2022