大学化学与化工安全工程经典课件第二章 化工厂设计和操作安全.ppt

•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二章 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 ） •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)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 •工厂选址仍然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、汽车司 乘人员或临近的设施 •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，或车辆离开高速公 路冲入工厂 •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 •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；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 不是分散的分布后者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过程区 和主要罐区有交互危险性，两者最好保持相当的距离第一节 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 •容器能够释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 •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， 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 •锅炉设备和配电设备应该设置在易燃液体设备的上风区域第一节 工厂的定位、选址和布局•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 碰到的危险 •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 •研究室与其他管理 机构，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，可以把锻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 •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，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 • 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 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、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，α、β、γ、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。