化工厂设计和操作安全

1、化工厂设计和操作安全化工厂安全贯穿于规划、设计、建厂、试车、投产的全过程。工厂的选址和布局、设备配置和结构材料的微小变化都会对化工安全产生重大影响。安全问题在工厂设计的初始阶段就应该考虑到。否则，到了设计后期，投资和时限的紧迫有可能忽略这项内容。本章叙述了化工厂设计和操作在安全方面的考虑，至于设计和操作本身的详细知识，请参阅有关的专门书籍。第一节 工厂的定位、选址和布局工厂所在的地区，工厂和环境以及工厂内部组件之间的相对位置，对化工厂的安全是至关重要的问题。这包括化工厂的定位、选址、布局和单元区域规划四方面的内容。本节只介绍前三者，而单元区域规划将另处给出。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

2、见度等。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。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；(2)在关键部位安放灭火器材。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，而另外一些则只能由人给出。让我们先讨论自然的方法。地形是规划安全时可以

3、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。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。从地方气象资料可以确定刮各个方向风的时间的百分率，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人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。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。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，燃烧炉和向大气排放的释放阀之间以及高压容器和操作室之间，都要隔开一段距离。类似的方法是用物理屏障隔离。一个典型的例子是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。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。这样做有两个明显的好处，首先是使值班人以外的人员都远离危险区；其次

4、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。同时还应该注意到危险集中的不利之处，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。但是经验告诉人们，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。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，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。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、生物保护和风景游览地区；(7)城镇等人口密

5、集的地区。工厂定位时除了谨遵以上禁忌外，考虑得更多的是经济问题。固然，高风速、地震、雨雪量、雷电频发率等不安全因素，在工厂定位时会给予适度考虑，但这些往往会淹没在经济考虑之中。比如，世界上多数大型石油化工企业都建立在原料产地附近，就是出于原料流通经济上的考虑。对于这方面的内容，不再赘述。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，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。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。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

6、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人工厂的危险。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。地形也是一个要考虑的因素。参加工厂设计的每个人都会同意，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或易燃蒸气或液体的积聚。相对于周围地区，厂区最好地势较高而不应是低洼地。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。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

7、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。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。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。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

8、下风区。过程区和主要灌区有交互危险性，两者最好保持相当的距离。过程单元除应该集中分布外，还应注意区域不宜太拥挤。因为不同过程单元间可能会有交互危险性，过程单元间要隔开一定的距离。特别是对于各单元不是一体化过程的情形，完全有可能一个单元满负荷运转，而邻近的另一个单元正在停车大修，从而使潜在危险增加。危险区的火源、大型作业、机器的移动、人员的密集等都是应该特别注意的事项。目前在化学工业中，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；操作压力；单元中物料的类型；单元中物料的量；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。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。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

9、置的间距；(3)设置拦液堤所需要的面积。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。如同加工单元的情形，以上三个问题所需要的实际空间方面，化学工业还没有具体的设计依据。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。还有通路问题。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。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。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

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