第三章化工厂的设计和操作安全2.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,PPT,文档演模板,Office,PPT,08 十一月 2026,第三章化工厂的设计和操作安全2,第三章 化工厂设计和操作安全,第一节 工厂的定位、选址和布局,第二节 化工工艺设计,第三节 化工单元区域规划,第四节 压力容器的设计、制造和检验,第五节 化工装置维护,第六节 公用工程设施安全,2,一、危险和防护的一般考虑,在工厂的定位、选址和布局中，会有各式各样的危险。为便于讨论，可以把它们划分为,潜在的,和,直接的,两种类型。前者称为,一级危险,，后者称为,二级危险,。,对于,一级危险,，在正常条件下不会造成人身或财产的损害，只有触发事故时才会引起损伤、火灾或爆炸。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。,第一节 工厂的定位、选址和布局,3,一级危险失去控制就会发展成为,二级危险,，造成对人身或财产的直接损害。二级危险为：,火灾；爆炸；游离毒性物质的释放；跌伤；倒塌；碰撞。,对于所有上述两级危险，可以设置,三道防护线,。,第一道防护线,是为了解决一级危险，并防止二级危险的发生。第一道防护线的成功主要取决于所使用设备的精细制造工艺，如无破损、无泄漏等。在工厂的布局和规划中也有有助于构筑第一道防护线的内容，如：,(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。,4,尽管做出以上努力，但仍时有二级危险例如火灾发生。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,，在工厂的选址和规划方面采取一些步骤，如：,(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）,。,不管预防措施如何完善，但仍时有人身伤害事故发生。,第三道防护线,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。,考虑完成上述防护线的工具和方法，其中一些自然界可以提供，一些则只能由人给出。,5,让我们先讨论自然的方法。,地形,是规划安全时可以利用的一个因素。,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。,超出自然方法之外，,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。,6,两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，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：,首先是使值班人以外的人员都远离危险区；,其次是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。,作为安全工具，可以设计和配置一些物理设施，如救火水系统、安全喷射器、急救站等，以备对付危险之用。,7,二、工厂的定位问题,考虑工厂定位，我们面对的是一个计划中的工厂和一个现实的环境解决的问题是把工厂建于何处。化工厂定位，一般遵循以下,基本原则,：,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；,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。,8,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；,(7)城镇等人口密集的地区。,9,三、工厂选址的安全问题,工厂选址仍然是一种工厂相对于其环境的定位问题。化工厂对其所在的社区可能会有多种,危险,，如：,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。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。虽然风并不总是沿着主导的方向吹，但这至少可以部分改善上述危险产生的困扰。,10,工厂高构筑物可能的,坍塌,是对社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。,11,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。,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,。（学校、工厂）,12,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。,地形,也是一个要考虑的因素。,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。,13,四、工厂布局的安全问题,工厂布局也是一种,工厂内部组件之间相对位置的定位问题,，其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施。,（防火分隔、防烟分区）,14,3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,。,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,（原料库、成品库、装卸站）,；辅助生产区,（配电室、化验室、维修车间、研究室）；,公用设施区,（宿舍、医院）；,管理区,（办公楼）。,15,1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，应该是,集中,而不是分散的分布。,16,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、1000）；,操作压力,（100Pa、100MPa）；,单元中物料的类型,（H,2,CH,4（爆炸极限515）,NH,3,）；,单元中物料的量,（H,2,（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。,17,2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。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。,18,与以上三个问题有密切关系的是贮罐的,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,。实际空间方面，化学工业还没有具体的依据。,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,（高坡度，势能大）。,4）,通路问题,：每一罐体至少可以在一边由通路到达，最好是可以在相反的两边由通路到达,。（方便救灾、疏散）,19,3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。,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。要做到这一点，就必须保证这些装置至少能从两个方向接近工厂的关节点。为了加强安全，特别是在紧急情况下，这些装置的管线对于如消防用水、电力或加热用蒸汽等的传输必须是回路的。,20,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。,21,4运输装卸区,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,。,22,5辅助生产区,维修车间和研究室要,远离工艺装置区和罐区,。,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,的安全考虑呈现出矛盾。,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,，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,。与其他设施隔开一定的距离也是可行的方案。,23,6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。,其次，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。,24,在工厂布局中，并不总是有理想的平地，有时工厂不得不建在丘陵地区。有几点值得注意：,液体或蒸气易燃物,的源头从火险考虑不应设置在坡上；,低洼地,有可能注水，锅炉房、变电站、泵站等应该设置在高地，在紧急状态下，如泛洪期，这些装置连续运转是必不可少的；,贮罐,在洪水中易受损坏，空罐在很低水位中就能漂浮，从而使罐的连接管线断裂，造成大量泄漏，进一步加重危机。甚至需要考虑设置物理屏障系统，阻止液体流动或火险从一个厂区扩散至另一个厂区。,25,第二节 化工工艺设计,一、工艺流程图,也称带,控制点流程图,，图样以管道流程和仪表控制点为重点绘制而成：设备以细线绘制，必要时增画部分内件示意结构和基础，设备大小和相对高度大致按比例；主要管道以粗线全部画出，次要管道以中粗线画出与设备连接的一小段。管线需标注物料代号、管径、壁厚、保温等级、管道编号等；阀门、管件、仪表控制点用细线在管道和设备的相应部位按规定画出，并列图例表于图样右侧。,26,在设计程序中，凭借文献、实验室实验和中试工厂模试的有关资料进行设计是惯常的做法。从放大设计到满负荷的工厂，工艺设计者需要考虑已经研讨过的工艺过程和操作中的许多,放大,问题：,(1)工业原料和不太纯的化学品的应用；,(2)传质、传热和物质传递方法的放大效应；,(3)不同停留时间的影响；,(4)原料、中间产物和产品贮存量的影响；,(5)连续操作对残余物积累的影响；,(6)结构材料差异的影响；,(7)操作监控等级差异及较高程度自动控制的应用。,27,绘制工艺生产流程图的,要求,：,(1)以车间或工段为单元，用细实线绘出各台设备的简单,外形示意轮廓,，没有比例要求，但各设备的尺寸大小应相对可比。,(2)从左向右按加工顺序把各台设备之间在平面和空间的,大致位置关系,表示出来，并以标明介质代号的不同粗细实线和箭头表示物料的流向，其中主流程（以浆料为主流程）的流程线用最粗实线，其余较细。,(3)在目前新设计的流程图中，一般应绘上,控制阀门、自控仪表及各控制点,。,(4)在纵横流程线,交叉处,，应为纵线通过，横断（水平线）断升。,(5)流程图中各设备应按制图要求，引出编号线编号，并在设备表中,标明设备名称,。也有在图中引出线上同时标明设备编号和设备名称的。,(6)所采用的介质代号，阀门符号和控制代号均需在流程上方,列出图例,，标注在图标上方。,28,过程是高度整体化的,，过程的每一步骤都影响着其他步骤的操作。所以，过程,可以划分为若干个子区间,，对每一于区间内部的安全操作及其对其他子区间安全的影响都要进行分析。方便的,子区间划分,是：,(1)反应(决定整个系统的动力学)；,(2)分离，如蒸馏、吸收、吸附、过滤、干燥、粉碎等；,(3)贮存，如固体、液体和气体物料的贮存。,工艺流程图,作用,：,1）是描述过程的主要文件，它表示出了主要设备、主要物流路线和控制点。,2）对于正常操作预期的主要温度和压力，物料的流动和组成以及主要设备的设计能力都做了说明。,29,30,二、管线配置图,管线配置图,是指管路和仪表的线路图，又称作工程线路图，是设计和施工的基本工作文件，一般包括：,(1)开启、关闭、紧急和普通操作需要的所有过程设施，如阀门、盲板、可移动的柱塞等；,(2)施工材料的鉴定序号和鉴定人，每条管路的直径和绝热要求；,(3)物流的方向；,(4)主要过程和起始管路的识别；,(5)所有仪表、控制点和有仪表失灵显示功能的连锁装置；,31,(6)所有设备的主要尺寸和负荷；,(7)容器、反应器的操作和设计温度；,(8)装置的标高；,(9)释放闹、安全膜等的设定压力；,(10)排水要求；,(11)必要时要有管路配置的特殊备忘录。,32,三、过程物料的安全评价,过程物料的选择，应该就物料的物性和危险性进行详细地评估，对一切可能的过程物料做总体考虑。,过程物料可以划分为过程内物料和过程辅助物料两大类型。过程内物料,是指从原料到产品的整个工艺流程线上的物料，如原料、催化剂、中间体、产物、副产物、溶剂、添加剂等。而,过程辅助物料,是指实现过程条件所用的物料，如传热流体、重复循环物、冷冻剂、灭火剂等。,在过程设计中，需要汇编出过程物料的目录，记录下过程物料在全部过程条件范围内的有关性质资料，作为过程危险评价和安全设计的重要依据。过程物料所需的典型资料如下。,33,(1),一般性,说明资料,物料名称和别名、分子结构式和相对分子质量、物理状态、纯度观、气味或味道、腐蚀性、主要用途、危险性和防护措施、污染因素等。,(2),基础物性,资料,蒸气密度、相对密度,（H,2,，向下排空气）、,熔点、沸点、溶解度,（难溶、排水法）,和互溶性、膨胀系数、表面张力等。,(3),易燃性,资料,闪点、着火点、燃烧极限、自热、蒸气压、介电常数、电阻、粉尘爆炸性质、火灾中的毒性热分解产物等。,(4),反应性,资料,高速量热、差热分析、撞击实验、热稳定性、热分解试验、爆燃引起的爆炸扩散、自燃性等。,34,(5),毒性,资料,毒性危险等级、卫生标准、最大允许浓度、半致死浓度或半致死剂量等。,（H,2,S：5150mg/m,3,、12h 刺激呼吸道、眼睛；,300mg/m,3,、1h 眼睛急性症状、肺水肿；,760mg/m,3,、1560min 肺水肿、支气管炎、肺炎；,1000mg/m,3,、数秒、急性中毒呼吸加快麻痹死亡）,(6),暴露作用,吸入或食入危险、呼吸刺激、皮肤刺激、眼睛刺激,（氨水）,、皮肚或呼吸的敏感度等。,(7),放射性,资料,放射性测试，、中子射线暴露及其危害等。,35,四、工艺路线的选择,过程路线的选择是在工艺设计的最初阶段完成的。过程路线的安全评价，应该考虑过程本身是否具有潜在危险，以及为了特定目的把物料加入过程，是否会增加危险。,1有潜在危险的过程,（,火灾或毒性物质的释放等）。,2反应过程的安全分析,实现物质转化是化工生产的基本任务。,物质的转化反应常因反应条件的微小变化而偏离预期的反应途径，化学反应过程有较多的危险性。充分,评估,反应过程的危险性，有助于改善过程的安全。,3有潜在危险的操作,(过程包含一些具体的操作，如易燃或毒性液体或气体的蒸发和扩散；易燃物质或强氧化剂的雾化或混合；危险化学品与惰性组分或稀释剂的分离；(Na、K保存在煤油中或液态烷烃中),36,4间歇过程和连续过程比较,(1)间歇过程各操作单元之间,易于隔绝,，单元设备过程物料持有量较大。连续过程各操作,单元连通,，过程物料持有量较少。,(2)间歇过程,劳动强度较大,，紧急状态下操作者有较多的机会介入。连续过程更多地依靠,自动控制,。,(3)间歇过程产物纯度容易控制，过程物料易于识别。连续过程不稳状态或周期性波动(如开车或停车)较少。,(4)间歇过程有详尽的指令和操作规程，可以减少操作失误或设备的损坏。连续过程的容器或设备很少需要清洗，不稳态的物料输入也较少。,(5)间歇过程,有较长的暴露时间,。在连续过程中，,有潜在危险的中间体无需贮存直接加工,。,37,五、工艺设计安全校核,工艺设计必须满足安全要求。机械设计、过程和布局的微小变化都有可能出现预想不到的问题。工厂和其中的各项设备是为了维持操作参数允许范围内的正常操作设计的，,在开车、试车或停车操作中会有不同的条件（启动电流大、电压高），因而会产生与正常操作的偏离。,为了确保过程安全，有必要对设计和操作的每一细节,逐一校核,。,38,1物料和反应的,安全校核,（鉴别过程物料、产物和副产物；查询毒性；考察过程物料气味和毒性之间的关系）,2过程安全的,总体规范,（规模、类型和整体性是否恰当；选择特殊过程路线或其他设计方案是否更符合安全；改变过程顺序是否会改善过程安全；过程的放大是否正确。）,3,非正常操作,的安全问题,（偏离正常操作；处于开车、停车状态时；在重要紧急状态下；超出操作参数的极限值等等。）,39,第三节 化工单元区域规划,出于安全考虑，需要把危险隔开，单元排列应该比较分散，同时也为救火或其他紧急操作留有充分的空间。综合考虑表明，留有自由活动空间的开放的区域规划更合理一些。过分拥挤严重影响施工和维修效率，会增加初始的和继续的投资费用。,单元区域规划分为：,（1）流程线状布置,（2）分组布置,（3）架空布置,40,一、加工单元区域的规划,1设备配置的直线排列,加工工业普遍接受的区域规划方法：,单元中大多数塔器、筒体、换热器、泵和主要管线成直线狭长排列。,这种设备排列方法的主要特征是：,(1)设备配置直线的两边都与厂区道路连接。,(2)钢制框架与道路邻接。,(3)设备配置直线上的精馏塔、热交换器、馏出液接受器、回流筒等装置，一般采用框架结构平坡式布局方式。,(4)管架也设置在设备配置直线上。,(5)泵排设置在设备配置直线的旁边，与道路邻接。,(6)筒体、泵、装配有观测平台的蒸馏塔以及需要桥式吊车钢梁导轨吊入的设备，按序定在设备配置线上，从而把相关的危险操作集中在一起。,41,设备以安装在地平面上为宜。,重的设备应尽量避免高位安装,，最好和其他设备在同一水平线上或者有坚实的基座。,把直线排列的原理用于集成化过程单元的规划，可以把前述的区域规划发展成为一系列,平行的、并排的,设备配置直线。各过程单元的其余组件分布在这些直线簇相邻的区域，沿着设备配置直线的端点向外延伸。管线配置也分成了两部分：整个过程区的主管线以及由主管线引出的各条设备配置线的支管线。,42,2非直线排列设施的配置,直线排列的设备构成了单元区域的骨架，单元的其他组件，如,控制室、压缩机、反应器、溢流槽、加热炉,等，可以设置在直线排列的两边。应用这种方法一般可以达到近乎方形的最大面积规划。,控制室,是单元的神经中枢，是单元中最重要的部位。最好是把控制室设置在单元的,周边区域,。对于处理毒性物质的单元，控制室应该设置在单元的上风区域。最后，控制室应该和高温或高压容器、盛有相当量的易燃或毒性液体的容器隔离。,43,加热炉,有两个基本问题，作为明显的火源，加热炉应该设置在单元其余部分的上风区域，但是这会引起烟道气飘过塔器的高架平台或其他建筑物的问题。最好的解决办法是采取折中方案，把加热炉设置在,侧面风区域,。应该尽量保持加热炉与其他危险设备的适度分离。,压缩机,剧烈运转，应该注意与其他危险设备适当隔离。压缩机容易泄漏气体，应该置于单元的,下风区,域。,44,对于,反应器,，主要考虑的是提供充分的空间、反应器内件安全操作的设施以及有关的催化剂。有些高热运转的反应器，可以作为火源来处理。,非直线排列设备的配置还包括诸多的公用工程设施。,除非绝对必要，,铁路支线,才引入单元区。,在完成区域规划时，应该充分考虑将来发展,扩建,添加设备的可能性。,45,3室内装置的配置,对于需要,精确的温度控制,或需要操作者,经常观察,的情形，必须把加工单元的部分或全部置于,室内,。,对于室内装置，主导风和隔开距离这两个工具的重要性大大降低。可以采用其他一些方法，如物理屏障等，实现室内装置的隔离。,如果火源和易燃物源两者部必须设在室内，最好把它们分置在建筑物的,分隔间,内。,特别易于起火、爆炸或释放毒物的设施，应该与像控制中心这样的经常有人员的区域隔离开。,多层或阶梯式建筑有本身特有的地势问题。易燃或毒性液体源不应该设置在火源或人员之上。,46,如前所述，危险的集中有助于确定特别危险区的界限。此外，危险的集中会增进提供具体安全设施的可行性。可以提供的,安全设施,有：,(1)高容量的,通风,系统，有助于保持空气蒸气或空气粉尘混合物在其爆炸极限之下；,(2)高容量的,排水,系统；,(3),遥控,操作加工装置；,(4),自动灭火装置,，如水喷雾、泡沫或惰性气体系统。,另外，还必须考虑它们复合的危险作用。,与室外设备相比，需要更加严格地规范从室内装置撤离的通路。,47,06年1月12日，踩踏事故发生前，沙特军警在通往“射石”仪式地点的道路上维持秩序。,48,二、单元区域的管线配置,1管线配置的防泄漏设计,工厂化学品的主要,泄漏,与以下各项成比例,(1)管线的长度；,(2)排放口的数量；,(3)管线的复杂性。,设备间隙的增加和危险组件的隔离都会强化安全，但这却需要增加管件的总量或增加管线的长度，从而也增加了泄漏的可能性和工程建设费用。,上述几方面之间需要建立恰当的平衡关系。管线的复杂性，一般反映在连接的泵的数量以及再循环物流的数量两个方面。,49,减少管件泄漏,的简单的设计规则如下。,(1)减少分支和死角的数量。,(2)减少小排放口的数量。管道配置应该做到容易观察的位置排放。在少数几处容易接近、容易观察的位置排放。,(3)按照相同的规范设计小口径的支管，和主管一样进行严格的检验确保小的支管在交叉点得到加强，并有充分的支撑。,(4)考虑到管件或容器的热膨胀，管线需要有一定的伸缩性架上，需要恰当地配置波纹管,（北京首都国际机场3号航站楼新型变形缝施工技术）,。这些波纹管应该只是做轴向移动内套管，还需要衬内套管以免在波纹管的褶沟中充入固体沉积物。,50,(5)直接卸料的排放口，应该设在操作者能够观察到的地方。对这些排放口应该进行定期核查和报告。,(6)保证密封边与管内流体在最大可能的操作温度下完全互容，在最大内压下也能够紧缩密封。,(7)减少真空管线(如真空蒸馏塔上的冷凝器)上的法兰盘数量。,(8)在阀式取样点应该配置可移动的插头。,(9)要有充分的管道支撑，从放料或从安全阀检验管道的作用力。,(10)设置管道应该避免通过可能使其受到机械损伤的地方。,(11)应该有充分的通道、扶梯等，以免攀越管件。,(12)紧固承受高温的大法兰盘，应该采用高强度的螺栓。,51,2软管系统的配置,对于油船、罐车等的液体物料的装卸，,软管的选择和应用,需格外谨慎。应考虑的是：,(1)软管的适用性，并结合有关软管的标准。,(2)设置紧急状态下迅速隔离的设施。,(3)应该使用螺栓固定的软管夹，不宜使用侧卸式的软管夹。,(4)软管系统应用时要省充分的保护和支撑设施，不用时要防止软管的压破或损坏。,(5)所有高于大气压操作的可移动软管，都应设置排空阀，以便降压时防止软管的折断。,52,3管线配置的安全考虑,通常用于管道工程的橡胶支撑物不能用于设备，设备重心之下的水平连接法兰需要用钢性板支撑。柱塞阀的邻近也需要有支撑物。聚四氟乙烯波纹管不能用来连接不同心的管道。支撑板、垫片和管接头的材料性能，制造说明书会有确切的说明。,管件和阀门配置的简单和易于识别，是安全操作的重要因素。对于不稳定液体的传递，管件、阀门和控制仪表的配置应该防止液体静止在运转的泵中。,对于,气体和液体,，其设计应该考虑沿与设定相反方向流动的可能性。,53,在化工案例中，有大量,回流,的情形，如：,(1)从贮罐或下游管线回流进入已关闭的设备；,(2)从设备回流进入有压力降的辅助设备的管线；,(3)泵的故障引起回流；,(4)反应物沿副反应物的物料管线回流。,对于常设的设备管线，如果设备压力降低至过程正常压力之下，管线应该有,低压报警,；如果设备压力升高至过程正常压力之上，则应该有,高压报警,。在设备管线上应该安装止逆阀，以防止管线中流体的回流。如果回流的结果导致剧烈的反应或设备的过压，止逆阀不足以提供可靠的保证，这时需要高度可靠的,断开或关闭系统,。,54,三、单元装置和设施的安全设计,1装置的安全设计,装置、仪表和辅助设施是用来完成各种化学过程或单元操作的，组合在一起构成了一个完整的制造单元。,在设计阶段广泛采用的两个重要概念是“故障自动保险”和“二次概率设计”。,故障自动保险：,当装置、仪表或过程控制回路出现故障时，系统恢复到最小危险状态。,二次概率设计：,当操作失误或设备出现故障时会启动备用设备，预防危险出现或降低危险的作用。,55,这方面的典型例子有：,(1)容器的,压力释放,装置,；,（高压锅泄压阀：正常严密、超压泄压；）,(2)设备或建筑物的爆炸卸荷设施；,（爆破片：612个月、系统超压未破裂或正常运行有明显变形）,(3)贮罐周围的,围墙防护,；,(4),紧急关闭,系统；,（闭锁系统）,(5)过程参数高限或低限启动的关闭装置；,（保险丝、电饭锅）,(6)报警装置，例如,火险,、过程参数高限或低限的报警。,（感烟、感温探头）,56,2辅助工程设施安全,电气设备在易燃气氛中应该作为火源处理（火花、短路）。除电力外，化工厂操作还需要以下铺助工程款项：,(1)蒸汽；,(2)过程用水和锅炉用水；,(3)消防用水；,(4)冷却水；,(5)压缩空气；,(6)惰性气体。,57,对于上述款项的主要考虑是要,有充足的供应量以满足预期的最大量的需要,；其次是这些设施的,可靠性,，以及关闭时备用设备或紧急贮存器的提供。,排水系统的合理设计,是必要的。易燃液体（有时是与救火消防水的混合物）排放不畅，是在有关易燃液体泄漏的大量损失中，起着重要作用的因素。,排水系统的优化设计应该是，一旦易燃液体泄漏出来，就立即排离加工单元，导入蓄污池。,58,装置的抗污染也是重要的。压缩空气的过程污染可以应用物理隔离的方法避免。地面水和污水也必须隔离排放。对于惰性气体，既要保证日常操作和紧急状态下充足的供应量，又要防止被污染。,对于加工易燃液体或气体的区域，应该尽可能采用敞开结构,。这既可以有助于气体或蒸气泄漏物的扩散,通风,，又可以提供最大可能的,爆炸排放面积,，而且还有利于,救火,。粉尘捕集装置和过滤器也应该设置于没有其他过程的敞开区域。,59,第四节 压力容器的设计、制造和检验,一、压力容器械述,1压力容器规范化,早在19世纪末就有了对锅炉和压力容器规范化的要求。20世纪最初的十年，发生了近一万起锅炉爆炸，造成了约一万人的死亡和约一万五千人的伤残。这些血的教训使人们对压力容器制造和安装的规范化有了更清醒的认识。,1907年，美国Massachusetts州提出了世界上第一部锅炉制造和安装的法规。1911年美国机械工程师协会成立了一个专门委员会，后来被称为锅炉规范委员会。规范压力容器的设计、制造、检验和鉴定。,在我国，原国家劳动总局1979年颁布了气瓶安全监察规程；1980年颁布了蒸汽锅炉安全监察规程；1981年颁布了压力容,器安全监察规程。,60,2非燃火压力容器分类,压力容器可以粗分为,蒸汽锅炉和非燃火压力容器,两大类型。非燃火压力容器有多种分类力法。,压力容器按照其工艺功能可以划分为四个类型。,(1)反应压力容器：,主要用来完成物料的化学转化。如反应器、发生器、聚合釜、合成塔、变换炉等。,(2)换热压力容器：,主要用来完成物料和介质问的热量交换。如热交换器、冷却器、加热器、蒸发器、废热锅炉等。,(3)分离压力容器：,主要用来完成物料基于热力学或流体力学的组元或相的分离。如分离器、过滤器、蒸馏塔、吸收塔、干燥塔、萃取器等。,(,4)贮运压力容器：,主要用来完成流体物料的盛装、贮存或运输。如贮罐、贮槽和槽车等。,卧式过滤分离器,管壳式换热器,61,压力容器按照其设计压力,p,的大小，可以划分为低压容器、中压容器、高压容器和超高压容器四个类型。,(1)低压容器,：0.1MPa,p,1.6MPa；,(2)中压容器,：1.6MPa,p,10 MPa,(3)高压容器,：10 MPa,p,100 MPa，,(4)超高压容器,：,p,100MPa。,62,压力容器按照设计压力,p,和容积,V,，结合容器的工艺功能和其中物料的危险性,划分为以下三个类型：,(1)第一类容器,：非易燃或无毒介质的低压容器；易燃或有毒介质的低压换热容器和低压分离容器。,(2)第二类容器,：,pV,196.2kJ剧毒介质的低压容器;易燃或有毒介质的低压反应容器和低压贮运容器；内径1m的低压废热锅炉；一般介质的中压容器。,(3)第三类容器,：,pV,l96.2kJ、剧毒介质的低压容器；内径1m的低压废热锅炉；中压废热锅炉；,pV,490.5kJ、易燃或有毒介质的中压反,应容器；,pV,490.5kJ、易燃或有毒介质的低压贮运容器；剧毒介质的中压容器；高压或超高压容器。,63,3结构材料的机械性能,结构材料在受到外力作用时，会有抵抗变形和断裂的能力,称为,结构材料的机械性能,。主要包括,强度、塑性、韧性、硬度,等。,(1)强度,:常用的强度指标有抗拉强度、屈服强度、疲劳极限和屈强比。,抗拉强度,是指材料在拉伸试验中所能承受的最大表观应力。,屈服强度,又称为屈服极限，是指材料在拉伸实验中出现屈服现象时的应力值。,疲劳极限,是指材料经一千万次循环而承发生破坏的最大应力值。一般作校核数据。,屈强比,是指屈服强度与抗拉强度的比值。,64,(2)塑性,：塑性是指材料在外力作用下产生塑性形变的能力。代表塑性指标的是延伸率和断面收缩率。,(3)韧性,：又称冲击韧性，是指材料抵抗冲击载荷的能力。从能量观点认为材料在变形过程中，当吸收的能量达到某一数值时便发生断裂，利用断裂前吸收的能量的大小来衡量材料的韧性。,(4)硬度,：是指材料抵抗硬物侵入的能力。由于测定方法不同，表示硬度指标的方法有多种，如用金刚石压入法，称为洛氏硬度；用钢球压入法，称为布氏硬度。,(5)安全系数,：安全系数是承压设备设计中的一项基本因素，是为了在设备使用期间对可能损害设备安全的各种闲素提供适当的安全裕度。,65,二、压力容器设计,1.设计的一般要求,(1)设计单位资格,为确保压力容器的设计质量，国家规定凡设计锅炉、压力容器的专业单位，须经主管部门和劳动部门的审查、批准。发给,设计许可证书,，方可承担设计任务。无证单位不得自行设计压力容器。,压力容器设计，应由设计单位技术负责人批准。,设计图纸上应该有设计、校对和审批人员三级签字。,全国性锅炉定型设计，须经国务院主管部门和国家劳动人事部门审批。,非全国性锅炉定型设计则要经过省、自治区、直辖市主管部门和同级劳动部,门审批。,66,(2)压力容器结构,压力容器设计应该尽可能避免应力的集中或局部受力状况的恶化。受压壳体的几何形状突变或其他结构上的不连续都会产生较高的不连续应力。因此，应该,力求结构上的形状变化平缓，,避免不连续性。,在压力容器中，总是不可避免地存在一些局部应力较高或对部件强度有所削弱的结构，如开孔、转角、焊缝等部位。,能够引起应力集中或削弱强度的结构应该互相错开。,67,压力容器封头从力学的角度分析球形最理想在相同的直径和压力下，球形封头所需壁厚最小。但是由于它的深度太大，加工制造比较困难一般很少采用。用的比较多的是椭圆形封头。,68,在封头半径与高度的比值相同的情况下，碟形封头比椭圆形封头存在较大的弯曲应力，故应,尽量少采用碟形封头。无折边球形封头,使筒体产生较大的附加弯曲应力，因而只,适用于直径较小、压力较低、无毒非易燃流体的容器。,锥形封头只在工艺条件确实需要的情况下才采用。平板角焊封头一般不宜用于压力容器。,69,压力容器壳体上的开孔，如人孔、手孔和检查孔等，一般应为圆形、椭圆形或长圆形。,壳体上所有开孔都应与焊缝错开。容器开孔，受压壳体因结构不连续而引起应力集中，在孔的边缘产生很高的局部应力。为了降低壳体开孔边缘的局部应力在开孔处应进行补强。,70,(3)材料的选用,材料的质量和规格应该符合国标、部标和有关的技术要求。,选用的钢材要有良好的机械性能，即强度高、塑性和韧性好、冷脆倾向较低、缺口和时效敏感性不明显。钢板的分层和夹渣等缺陷较少，无白点和裂纹。,承压元件必须采用镇静钢,，不宜采用沸腾钢。,选用的钢材要有良好的工艺性能，,即轧制、成型、锻造、焊接等冷热加工件能。选用的钢材要有对介质的耐腐蚀性。,低温容器用钢的突出问题是低温下的脆性破裂。高温下材料的强度是温度和时间的函数。,沸腾钢,镇静钢,71,2设计基础,(1)设计压力和设计温度,对于非旋转容器，设计压力一般要高出操作压力0.1MPa或10；而旋转容器的设计压力则要高出预期的最高压力的5-10。设计温度通常要高出不会引起规范许可应力减少的最高温度30。,(2)最小板材厚度,设计规范规定，大直径压力容器的板材厚度不应小于(D2.54)1000，其中，D是筒体的最小直径(单位m)，焊接结构的最小板厚度许多组织规定为5mm或6mm。,72,(3)外压或真空,设计规范规定规范容器，偶尔承受0.1MPa及其以下的外压，无需考虑外压结构的规范要求。在应用这项规范时，应该充分考虑到各种可能的后果，如罐体破裂时的人员危险，更换容器的费用，内容物泄出的财产损失和危险等。,(4)材料选择,材料在设计压力和温度下的允许应力并不需要过量的壁厚。一些材料，如铜、铝、它们的合金和铸铁都有具体的温度限度。,(5)非压力负荷,容器及其支架的设计必须与其各项负荷匹配。,73,(6)支架,立式容器一般用立柱和耳柄支撑，有时还会用到环形槽钢或折边。,大型卧式容器常用三个或更多的鞍形托架支撑。,对于小型容器，不管是卧式的还是立式的，其支架的设计由于支撑附件造成的二次应力、扭矩和剪切力，可能会比大型容器复杂得多。,(7)封头,压力容器封头有半球形、椭球形、锥形、准球形、平板形等几种类型。在材料、直径和压力负荷都相同的条件下，前