换热设备危险性分析及安全对策.docx

换 热 设 备 危 险 性 分 析 及 安 全 对 策黄郑华李建华(河北廊坊武警学院, 廊坊 065000)摘要换热设备是石油化工、 冶金、 动力和国防工业等领域中广泛应用的一种通用工艺设备, 其操作过程中存在着较大的火灾爆炸危险性 根据工艺及设备特点, 分析了换热器运行过程中 存在的危险因素和条件, 总结了火灾爆炸事故的预防措施与技术 关键词换热器危险分析防火防爆换热设备是石油化工、 冶金、 动力和国防工业等领域中广泛应用的一种通用工艺设备 在 石 油 化 工 厂 中, 换 热 设 备 投 资 约 占 总 投 资 的20% 以上, 其重量大约为设备总重量的 40% 以 上 换热设备有的工艺条件是高温高压; 有的工 作流体易燃、 易爆、 有毒、 具有腐蚀性, 加之石油 化工生产处理量大、 连续性强, 因此, 给换热设 备正常运行带来了一定困难, 稍有不慎就会发生事故 加强换热设备火灾爆炸事故的研究与 预防十分必要1换热方法和设备类型换热设备是利用热交换使物料的温度达到 规定的要求, 以进行加热、 冷却、 蒸发或冷凝等 工艺过程, 它在有效利用热源, 进行余热回收等 方面已成为不可缺少的设备。

111工艺功能分类制室 q 取 350k ca lƒm 2h根据上述方法计算的冷负荷所选空调机在 实际运行中效果很好4 结语控制室选用何种空调方式, 与控制系统的 形式、 控制室的面积大小有关, 尤其在 D C S 控制系统中要高 度重视随着工业控制现代化程 度的提高, 控制室普遍采用 D C S 控制系统 控 制室的工作环境直接影响控制系统的运行状 况, 一旦 D C S 控制系统出现一点小小的差错, 就会给化工生产带来极大的危害 恒温恒湿是 控制室空调设计的目标k ca lƒh )Q 1 = 860P K 1 K 2式 中: P —— 控 制 室 内 设 备 的 铭 牌 额 定 功 率(kW )K 1 —— 用 电 设 备 的 负 荷 系 数, 一 般 取 018～ 0185;K 2 —— 用电设备的同时使用系数, 一般 取 017～ 018;计算出 Q 1 , 就能近似计算出 Q 冷 大、 中型控制室: Q 冷 = 215Q 1 小型控制室: Q 冷 = 310Q 1再有一种简易计算方法就是利用单位面积的冷负荷 (q) 来计算控制室的冷负荷 根据经 验, 取 q = 250～ 350k ca lƒm 2h , 则:512参考文献GBJ 19—87 采暖通风与空气调节设计规范 常秀增, 沈晓华, 沈四川 1 计算机房建设 1 北京: 水利电力 出版社S : 控制室的建筑面积 (m 2 )Q 冷 = qS大、 中型控制室, q 取 250k ca lƒm 2h; 小型控3H GJ 20508292控制室设计规定·83·化工劳动保护 2001 年 3 月第 22 卷第 3 期按工艺功能不同, 换热设备有冷却器、 加热器、 再沸器 (用于蒸馏塔底蒸发物料的设备)、 冷 凝器、 蒸发器、 过热器、 废热锅炉和换热器等。

112传热方式和结构分类 工业生产中换热方法很多, 应用最广的是间壁式换热, 在这类换热设备中, 冷、 热两种流 体间用一固体壁隔开, 热流体将热量传递给设 备壁面, 再由壁面传递给冷流体间壁传热的换热设备主要有管壳式换热 器、 板式换热器、 管式换热器、 板壳式换热器、 热 管换热器等 管壳式换热器由外壳、 管板、 管束、 顶盖等部件构成2 换热设备的危险性分析据国外化工设备损坏情况统计, 换热器的 损坏率在所有化工设备中所占的比例最大, 为27% , 远远高于槽、 塔、 釜的 1712% 的损坏率据化工部 1949～ 1982 年小石化生产厂的不完 全统计, 换热器发生爆炸事故共 21 起, 伤亡人 数共 102 人; 1973～ 1983 小氮肥厂发生热交换 器爆炸事故共 16 起, 伤亡人数 12 人; 1979～1988 年全国热交换器爆炸事故共 25 起, 伤亡 人数 94 人211 泄漏引起事故换热设备结构比较复杂, 焊缝接头部位较 多, 加之介质的腐蚀作用, 很容易造成泄漏, 引 起燃烧爆炸、 窒息、 中毒和灼伤事故 易燃液态 物料泄漏溢出, 当裂口较小时, 泄漏物料边流散、 边蒸发, 物料蒸气易于聚集, 构成潜在爆炸 危险源; 当裂口较大或内压较大时, 物料呈喷泄 状, 比空气轻的物料蒸气会扩散到大气中, 比空 气重的则在地面附近扩散形成云雾层, 其火灾 爆炸危险性很大。

高温换热设备泄漏的液体物 料, 若其温度高于自燃点, 则泄漏出来即自燃; 有害气体外泄易造成中毒事故; 强腐蚀性物料 泄漏, 则会导致灼伤事故 由于设备、 管道、 阀门 密封失效, 空气渗入到设备内也可能形成爆炸 性混合物最容易发生泄漏的部位在焊接接头处、 封 头与管板连接处、 管束与管板连接处和法兰连接处造成泄漏的主要原因有: 因腐蚀介质如蒸汽雾滴、 硫化氢等严重腐蚀引起列管泄漏; 换热 器本身制造缺陷, 焊接质量差, 焊接接头泄漏; 由于开停车频繁, 温度变化过大, 设备急剧膨胀 或 收缩, 使管板处泄漏; 因温度升 高 ( 150℃以 上) , 螺栓伸长, 紧固部位松动, 引起法兰密封处 泄漏; 因管束组装部位松动、 管子振动、 开停车 和紧急停车等机械冲击而引起泄漏212 设备缺陷, 引起爆炸自制换热器, 盲目将设备结构和材质作较 大改动, 制造焊接质量差, 不符合压力容器规 范, 设备强度大大降低, 设备运行时发生爆炸的 事故时有发生 1979 年 5 月 6 日, 四川江北县 氮肥厂因自制热交换器, 擅自修改图纸, 制造质量低劣, 并错将封头焊在低部, 运行中突然爆炸, 伤 4 人, 死亡 1 人。

湖北通山县化肥厂也曾因自 制的冷凝塔壁未采取防腐措施, 钢板受 H 2 S 严 重腐蚀, 塔壁减至 115～ 2mm , 升温时发生爆炸213设备工作失效, 引发严重事故 冷凝或冷却作用的换热设备因操作失误或发生故障, 造成冷却剂供应不足, 起不到冷凝或 冷却作用, 后果严重 如未经冷凝冷却的油品或 油气进入贮罐, 会导致罐内油品或罐内沉积水 层沸腾, 或未经冷凝的易燃液体蒸气在罐区扩 散 在连续蒸馏操作中, 冷却冷凝不足会导致大 量蒸气从贮槽等部位逸出, 构成火灾危险换热器内管程破裂, 会发生两种流体串流,如化肥厂换热器管板破裂, 使气体走短路, 管内 半水煤气泄入管间变换气中, 使变换气中一氧 化碳升高, 可能引发严重生产事故管壳式换热器的管束是薄弱环节, 最容易 失效 管束失效的形式主要有腐蚀开裂、 碰撞破 坏、 管子切开、 管子与管板连接处破坏等多种 小氮肥厂的碳化冷却水箱, 在高浓度碳化氨水 的腐蚀和碳酸氢铵结晶腐蚀双重作用下, 有时 仅使用二三个月就发生开裂 有人曾对某变换 气 换 热 器 做 过 失 效 分 析, 该 换 热 器 材 质 为C r25N i20, 在温度为 420℃左右下运行, 操作三 四个月后有 14% 的管子开裂。

214 设备结垢, 引起危险·84·化工劳动保护 2001 年 3 月第 22 卷第 3 期换热器管束内外壁都可能会结垢, 污垢层的热阻要比金属管材大得多, 从而导致换热能 力迅速下降, 并且增大流体阻力和加速壁面腐 蚀 结垢严重时将会使换热介质流道阻塞, 一方 面有增压的可能, 另一方面堵塞的管子内无介 质流动, 若壳程为高温介质, 这些已堵管子内温 度会明显增高, 导致已堵管和未堵管的温差增 大, 加速自身破坏若换热器长期不排污, 易燃易爆物质积累 过多, 加之操作温度过高, 会导致换热器发生爆 炸事故 如食盐电解生产中, 液氯换热器中过量 积 聚三氯化氮, 易发生爆炸 1986 年 7 月 27 日, 北京燕山石化公司化工一厂的空气分离制 氧装置, 由于液氧中有机物含量上升和积聚, 由100ppm 增加至 250ppm , 加上去除烃化物用液 氧吸附泵没有启动, 致使冷凝蒸发器爆炸, 13 人受伤215 违章操作, 引起事故操作违章或失误, 阀门关闭, 引发 超 压 爆 炸1980 年 11 月 8 日, 福建厦门市合成氨厂因 违章, 未按规定先打开碳化塔进出口阀, 致使冷 凝塔超压而爆炸。

如果操作条件不稳定或操作控制不当, 频 繁地开停车, 超温超压运行, 易导致设备泄漏和 失效3 防火防爆安全措施311设备的设计、 制造应符合要求 换热器的设计、 制造应符合国家压力容器 的规范要求 图纸修改与变动必须经主管部门同意 要保证焊接质量, 并对焊缝进行严格检查 和验收, 杜绝因设备缺陷诱发的事故312 防止泄漏换热设备应尽量减少法兰连接, 少用密封 垫片 对于采用法兰连接的密封处, 螺栓随温度 上升而伸长, 紧固部位发生松动的, 在操作中应 重新紧固螺栓, 或采用自紧式结构螺栓对于腐蚀性介质应选择耐腐蚀材料的或进 行防腐处理的换热设备, 如石墨、 塑料, 以及内 搪玻璃、 内涂防腐漆等类换热器 还可采用增加管壁厚度或在流体中加入腐蚀抑制剂的方法减少腐蚀危害 换热器停车后, 必须将器内残留的流体彻底排出, 以防冻结和腐蚀 预防冷、 热流体相互串流, 严禁用性质相抵触物质作制冷 (热) 剂 加强换热设备的检查和维护, 建立可靠的自动控制系统以利于及早发现, 迅速控制, 预防 泄漏在设备试压或操作中, 一旦发现泄漏, 应迅 速采取补救措施, 避免泄漏继续 修复和采用堵 管的方法要慎重, 在可以更换管子的场合, 应尽 量拆管更换, 而不用堵管。

313 及时清理污垢定期检查和清洗换热器, 如果发现压力损 失增加, 换热温度达不到设计工艺参数要求, 传热系数下降, 传热效果恶化, 说明管束内外有结 垢和堵塞 应根据污垢的性质和工作量的大小 选用适宜的方法清理 对于易结垢流体, 可定期 短时地增加流量或进行逆流操作, 以除去内壁 的污垢; 也可根据流体种类注入适宜的活性药 品, 将污垢去除 停车清洗可用水力、 化学试剂 和机械方法进行 水力清洗是利用高压泵喷出 高压水以除去换热器外侧污垢; 化学清洗是采 用化学药品等在换热器内部循环, 将污垢溶解 除去; 机械清洗用于管子内部清洗, 在一根圆棒 或管子的前端装上与管子内径相同的刷子、 钻 头、 刀具, 插入到管子中, 边旋转边向前或向下 推进以除去污垢 定期地选用正确方法清除污垢, 是保证换热设备安全运行的有效措施314设置安全保护和灭火设施 在可能发生泄漏区域, 设置检测报警装置发生泄漏时, 及时控制点火源并采用水枪喷雾 驱散等紧急措施换热器设备区, 应有防止易燃液体流散的 围堰 该区的下水道应设水封井, 防止着火油 品、 可燃气体和蒸气蔓延 为了保证不凝可燃气 体排空时的安全, 可充氮保护, 最好采用密闭式 排空的火炬系统。

换热器附近应备有蒸汽灭火 管线315 严格操作换热器开车时应先通入低温流体, 当流体·85·化工劳动保护 2001 年 3 月第 22 卷第 3 期带 压 堵 漏 与 安 全 操 作林立(大化集团大连化工机械厂, 大连 116032)摘要简要介绍了带压堵漏的原理、 专用工具及堵漏过程 根据带压堵漏的特点对堵漏过程中安全操作的有关问题进行了探讨关键词带压堵漏泄漏安全带压堵漏是现今较先进的设备维修新技术, 当运行中的设备、 管道、 阀门、 法兰的某部位 泄漏时, 它可不停车带压、 带温迅速地堵住泄 漏, 从而确保生产连续运转、 提高经济效益 它 适用性强、 范围广, 且操作简便、 效果好, 故近些 年发展很快, 被广泛地应用于石油、 化工、 电力 等各工业部门 由于是带压操作, 压力及温度范 围较宽, 所处理物料常常是易燃、 易爆、 有毒物 质, 因此, 安全使用就显得。