化工安全工程概论__第三章

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1、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 第三章化工厂设计和操作安全 一 危险和防护的一般考虑危险按潜在或直接的危害分一级危险和二级危险 1 典型一级危险 第一类危险 固有危险 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 对一级危险 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 第一节工厂的定位 选址和布局 2 典型的二级危险 第二类危险 能量意外释放

2、火灾爆炸游离毒性物质的释放跌伤倒塌碰撞二级危险是在一级危险失去控制后发展成的 会造成人身或财产的直接损失 第一节工厂的定位 选址和布局 3 防护危险的措施对于所有上述两级危险 可设置三道防护线 1 第一道防护线 为了解决一级危险 并防止二级危险的发生 在工厂的布局和规划中可考虑 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 为人员 物料和车辆的流动提供充分的通道等 第一节工厂的定位 选址和布局 2 第二道防护线 当二级危险发生时 将人身和财产损失降至最小程度 在工厂的选址和规划方面可考虑 把最危险的区域与人员最常在的区域隔离开 在关键部位安放灭火器材等 3 第三道防护线 发生人身伤害

3、事故时 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 第一节工厂的定位 选址和布局 二 工厂的定位问题工厂定位 面对的是一个计划中的工厂和一个现实的环境 要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 有储运 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 有良好的工程地址和水文气象条件 第一节工厂的定位 选址和布局 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III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

4、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 生物保护和风景游览地区 7 城镇等人口密集的地区 需注意的是 工厂定位除考虑以上因素外 考虑的更多的是经济问题 第一节工厂的定位 选址和布局 三 工厂选址的安全问题工厂选址是一种工厂相对于其环境的定位问题 考虑如下方面 隔开距离 把厂址选择在一个孤立地区 如果客观条件不允许 可以依据主导风 把工厂置于社区的下风区 工厂的高建 构筑物要留有一定的间距 防止物体砸伤行人或临近的设施 工厂产生的废液要经处理后排放 工厂的出入口要格外小心 避免严重的交通事故 临近有释放毒性或易燃气体的工厂 则建在其上风侧 保证有

5、充足的水源 最好附近有河流 湖泊 至少保证有消防管网 地形方面 厂区内不应有低洼地 否则会形成毒性或易燃蒸气或液体的积聚 第一节工厂的定位 选址和布局 四 工厂布局的安全问题工厂布局是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 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六个区块 工艺装置区 罐区 公用设施区 运输装卸区 辅助生产区 管理区 对各个区块的安全要求如下 第一节工厂的定位 选址和布局 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

6、毒性或易燃物质 高温 高压 火源等 这些地方有很多机械设备 容易发生故障 加上人员可能的失误而使其充满危险 在安全方面惟一可取之处是通常人员较少 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 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 第一节工厂的定位 选址和布局 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 罐区布局的三个基本问题 罐与罐之间的间距 罐与其它装置的间距 设置拦液堤所需要的面积 容器能够释

7、放出大量的毒性或易燃性的物质 需置于工厂的下风区域 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 使通过该区域的无关车辆降至最低限度 罐区和办公室 辅助生产区之间要保持足够的安全距离 罐区和工艺装置区 公路之间要留出有效的间距 罐区应设在地势比工艺装置区略低的区域 决不能设在高坡上 第一节工厂的定位 选址和布局 3 公用设施区公用设施区应该远离工艺装置区 罐区和其他危险区 以便遇到紧急情况时仍能保证水 电 汽等的正常供应 由厂外进入厂区的公用工程干管 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 锅炉设备和配电设备应该设置在易燃液体设

8、备的上风区域 第一节工厂的定位 选址和布局 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 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 第一节工厂的定位 选址和布局 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 维修车间是主要的火源 同时人员密集 应该置于工厂的上风区域 研究室因会有少量毒性或易燃物释放 进入其他管理机构 所以两者之间不能直接连接 废水处理装置是

9、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 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 可以把锻烧炉置于工厂的侧面风区域 或与其他设施隔开一定的距离 第一节工厂的定位 选址和布局 6 管理区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 办公室人员

10、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 第一节工厂的定位 选址和布局 一 工艺流程图工艺流程图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 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 工艺流程图绘制是化工厂设计初始阶段的工作 这些流程图经过提炼和修改 最后成为绘制管线配置图 平面图 设备图等的基础 因为早期阶段做出的决定严重影响着后续阶段 在流程图绘制中始终都要对安全给予充分注意 第二节化工工艺设计 工艺流程图的绘制是从基本的过程计算开始的 由于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

11、过程可以划分为若干个子区间 对每一子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 液体萃取 3 贮存 如固体 液体和气体物料的贮存 第二节化工工艺设计 二 管线配置图管线配置图是指管路和仪表的线路图 又称工程线路图 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 第二节化工工艺设计 5 所有仪表 控制点和有仪表失灵显示功能的连锁装

12、置 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 释放阀 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 第二节化工工艺设计 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 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

13、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 第二节化工工艺设计 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 外观 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 熔点 沸点 溶解度和互溶性 粘度 粒度及其分布 临界参数 膨胀系数 表面张力 Joule Thompson系数等 第二节化工工艺设计 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 热分析试验

14、 爆炸引起的爆炸扩散 自燃性等 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 6 暴露作用吸入或食入危险 呼吸刺激 皮肤刺激 眼睛刺激 皮肤或呼吸的敏感度等 7 放射性资料放射性测试 中子射线暴露及其危害等 第二节化工工艺设计 四 过程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 有潜在危险的过程这些过程一旦失去控制就有可能造成灾难性的后果 如发生火灾 爆炸或毒性物质的释放等 有潜在危险的过程有 1 爆炸 爆燃或强放热过程 2 有粉尘或烟雾生成的过程

15、3 在物料的爆炸范围或近区操作的过程 4 在高温 高压或冷冻条件下操作的过程 5 含有易燃物料的过程 6 含有不稳定化合物的过程 7 含有高毒性物料的过程 8 有大量贮存压力负荷能的过程 第二节化工工艺设计 2 反应过程的安全分析反应过程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 1 对潜在的不稳定的反应和副反应 如自燃或聚合等进行考察 考虑改变反应物的相对浓度或其他操作条件是否会使反应的危险程度减小 2 考虑混合 反应物和热源的低效配置 操作故障 设计失误 发生不需要的副反应 热点 反应器失控 结垢等引起的危险 第二

16、节化工工艺设计 3 评价副反应是否生成毒性或爆炸性物质 是否会有危险垢层形成 4 考察物料是否吸收空气中的水分变潮 表面粘附形成毒性或腐蚀性液体或气体 5 确定所有杂质对化学反应和过程混合物性质的影响 第二节化工工艺设计 3 有潜在危险的操作有些操作本身具有潜在危险 分析和确定这些操作的危险性 是过程安全评价的重要内容 常见的有潜在危险的操作 1 易燃或毒性液体或气体的蒸发和扩散 2 可燃或毒性固体的粉碎和分散 3 易燃物质或强氧化剂的雾化 4 易燃物质和强氧化剂的混合 5 危险化学品与惰性组分或稀释剂的分离 6 不稳定液体的温度或压力的升高 第二节化工工艺设计 4 间歇过程和连续过程比较工艺设计中 需要在间歇过程和连续过程之间做出选择 大批量的操作 从经济上考虑 连续过程更具有优势 间歇和连续两种过程方式的比较 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 紧急情况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 第二节化工工艺设计 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