1、章化工廠設計和操作安全節工廠的定位、選址和布局節化工工藝設計節化工單元區域規劃節壓力容器的設計、制造和檢驗節化工裝置維護節公用工程設施安全2022/10/111章化工廠設計和操作安全節工廠的定位、選址和布局2022/10第一節 工廠的定位、選址和布局一、危險和防護的一般考慮危險按潛在或直接的危害分一級危險和二級危險。1.典型一級危險有：有易燃物質存在有熱源存在有火源存在有富氧存在有壓縮物質存在有毒性物質存在人員失誤的可能性機械故障的可能性人員、物料和車輛在廠區的流動由于蒸氣云降低能見度等。對一級危險，在正常條件下不會造成人身或財產的損害，只有觸發事故時才會引起損傷、火災或爆炸。2022/10/

2、112第三章 化工廠設計和操作安全第一節 工廠的定位、選址和布局一、危險和防護的一般考慮202.典型的二級危險有火災爆炸游離毒性物質的釋放跌傷倒塌碰撞二級危險是在一級危險失去控制后發展成的，會造成人身或財產的直接損失。2022/10/113第三章 化工廠設計和操作安全2.典型的二級危險有2022/10/103第三章 化工廠設3.防護危險的措施對于所有上述兩級危險，可設置三道防護線。(1)第一道防護線：為了解決一級危險，并防止二級危險的發生。在工廠的布局和規劃中可考慮：根據主導風的風向，把火源置于易燃物質可能釋放點的上風側；為人員、物料和車輛的流動提供充分的通道等。2022/10/114第三章

3、化工廠設計和操作安全3.防護危險的措施2022/10/104第三章 化工廠設計(2)第二道防護線：當二級危險發生時，將人身和財產損失降至最小程度。在工廠的選址和規劃方面可考慮：把最危險的區域與人員最常在的區域隔離開；在關鍵部位安放滅火器材等。(3)第三道防護線：發生人身傷害事故時，提供有效的急救和醫療設施，使受到傷害的人員得到迅速救治。2022/10/115第三章 化工廠設計和操作安全(2)第二道防護線：當二級危險發生時，將人身和財產損失降至最二、工廠的定位問題工廠定位，面對的是一個計劃中的工廠和一個現實的環境，要解決的問題是把工廠建于何處。化工廠定位，一般遵循以下基本原則： (1)有原料、燃

4、料供應和產品銷售的良好的流通條件；(2)有儲運、公用工程和生活設施等方面良好的協作環境；(3)靠近水量充足，水質優良的水源；(4)有便利的交通條件；(5)有良好的工程地址和水文氣象條件。2022/10/116第三章 化工廠設計和操作安全二、工廠的定位問題工廠定位，面對的是一個計劃中的工廠和一個現工廠應避免定位在下列地區：(1)震斷層地區和基本烈度9度以上的地震區；(2)厚度較大的III級自重濕陷性黃土地區；(3)易遭受洪水、泥石流、滑坡等危害的山區；(4)有開采價值的礦藏地區；(5)對機場、電臺等使用有影響的地區；(6)國家規定的歷史文物、生物保護和風景游覽地區；(7)城鎮等人口密集的地區。需

5、注意的是，工廠定位除考慮以上因素外，考慮的更多的是經濟問題。2022/10/117第三章 化工廠設計和操作安全工廠應避免定位在下列地區：2022/10/107第三章 化三、工廠選址的安全問題工廠選址仍然是一種工廠相對于其環境的定位問題。考慮如下方面：隔開距離，把廠址選擇在一個孤立地區。如果客觀條件不允許，可以依據主導風，把工廠置于社區的下風區。工廠的高建、構筑物要留有一定的間距，防止物體砸傷行人、汽車司乘人員或臨近的設施。工廠產生的廢液要經處理后排放。工廠的出入口要格外小心，避免嚴重的交通事故，或車輛離開高速公路沖入工廠。臨近有釋放毒性或易燃氣體的工廠，則建在其上風側。保證有充足的水源。最好附

6、近有河流、湖泊，至少保證有消防管網。地形方面，廠區內不應有低洼地，否則會形成毒性或易燃蒸氣或液體的積聚。2022/10/118第三章 化工廠設計和操作安全三、工廠選址的安全問題工廠選址仍然是一種工廠相對于其環境的定四、工廠布局的安全問題工廠布局是一種工廠內部組件之間相對位置的定位問題，其基本任務是結合廠區的內外條件確定生產過程中各種機器設備的空間位置獲得最合 理的物料和人員的流動路線。化工廠布局普遍采用留有一定間距的區塊化的 方法。工廠廠區一般可劃分為以下六個區塊：工藝裝置區；罐區；公用設施 區；運輸裝卸區；輔助生產區；管理區。對各個區塊的安全要求如下。 2022/10/119第三章 化工廠設

7、計和操作安全四、工廠布局的安全問題工廠布局是一種工廠內部組件之間相對位置1工藝裝置區 加工單元可能是工廠中最危險的區域。首先應該匯集這個區域的一級危 險，找出毒性或易燃物質、高溫、高壓、火源等。這些地方有很多機械設 備，容易發生故障，加上人員可能的失誤而使其充滿危險。在安全方面惟一可取之處是通常過程單元人員較少。加工單元應該離開工廠邊界一定的距離，應該是集中而不是分散的分布。后者有助于加工單元作為危險區的識別，杜絕或減少無關車輛的通過。要注意廠區內主要的火源和主要的人口密集區，由于易燃或毒性物質釋放的可能性，加工單元應該置于上述兩者的下風區。過程區和主要罐區有交互危險性，兩者最好保持相當的距離

8、。2022/10/1110第三章 化工廠設計和操作安全1工藝裝置區 2022/10/1010第三章 化工廠設計過程單元除應該集中分布外，還應注意區域不宜太擁擠。因為不同過程單元間可能會有交互危險性。過程單元間要隔開一定的距離。特別是對于各單元不是一體化過程的情形，完全有可能一個單元滿負荷運轉，而鄰近的另一個單元正在停車大修，從而使潛在危險增加。危險區的火源、大型作業、機器的移動、人員的密集等都是應該特別注意的事項。目前在化學工業中，過程單元間的間距仍然是安全評價的重要內容。對于過程單元本身的安全評價，比較重要的因素有：操作溫度；操作壓力；單元中物料的類型；單元中物料的量；單元中設備的類型；單元

9、的相對投資額；救火或其它緊急操作需要的空間。2022/10/1111第三章 化工廠設計和操作安全過程單元除應該集中分布外，還應注意區域不宜太擁擠。因為不同過2.罐區貯存容器，比如貯罐，是需要特別重視的裝置。每個這樣的容器都是巨 大的能量或毒性物質的貯存器。容器能夠釋放出大量的毒性或易燃性的物質，需置于工廠的下風區域。貯罐應該安置在工廠中的專 用區域，加強其作為危險區的標識，使通過該區域的無關車輛降至最低限 度。 罐區和辦公室、輔助生產區之間要保持足夠的安全距離。罐區和工藝裝 置區、公路之間要留出有效的間距。罐區應設在地勢比工藝裝置區略低的區 域，決不能設在高坡上。通路問題。每一罐體至少可以在一

10、邊由通路到 達，最好是可以在相反的兩邊由通路到達。 2022/10/1112第三章 化工廠設計和操作安全2.罐區貯存容器，比如貯罐，是需要特別重視的裝置。每個這樣的3公用設施區公用設施區應該遠離工藝裝置區、罐區和其他危險區，以便遇到緊急情 況時仍能保證水、電、汽等的正常供應。由廠外進入廠區的公用工程干管， 也不應該通過危險區，如果難以避免，則應該采取必要的保護措施。工廠布局應該盡量減少地面管線穿越道路。管線配置的一個重要特點是在一些裝置中配置回路管線。回路系統的任何一點出現故障即可關閉閥門將其隔離開 并把裝置與系統的其余部分接通。要做到這一點，就必須保證這些裝置至少 能從兩個方向接近工廠的關節

11、點。為了加強安全。特別是在緊急情況下， 這些裝置的管線對于如消防用水、電力或加熱用蒸汽等的傳輸必須是回 路的。 鍋爐設備和配電設備應該設置在易燃液體設備的上風區域。2022/10/1113第三章 化工廠設計和操作安全3公用設施區公用設施區應該遠離工藝裝置區、罐區和其他危險區鍋爐房和泵站應該設置在工廠中其他設施的火災或爆炸不會危及的 地區。管線在道路上方穿過要引起特別注意。高架的間隙應留有如起重機等 重型設備的方便通路，減少碰到的危險。管路一定不能穿過圍堰區， 圍堰區的火災有可能毀壞管路。 冷卻塔釋放出的煙霧會影響人的視線，冷卻塔不宜靠近鐵路、公路或 其他公用設施。大型冷卻塔會產生很大噪聲，應該

12、與居民區有較大的 距離。 2022/10/1114第三章 化工廠設計和操作安全鍋爐房和泵站應該設置在工廠中其他設施的火災或爆炸不會危及的 4運輸裝卸區良好的工廠布局不允許鐵路支線通過廠區，可以把鐵路支線規劃在工廠邊緣地區解決這個問題。對于罐車和罐車的裝卸設施常做類似的考慮。在裝卸臺上可能會發生毒性或易燃物的濺灑，裝卸設施應該設置在工廠的下風區 域，最好是在邊緣地區。 原料庫、成品庫和裝卸站等機動車輛進出頻繁的設施，不得設在必須通 過工藝裝置區和罐區的地帶，與居民區、公路和鐵路要保持一定的安全 距離。 2022/10/1115第三章 化工廠設計和操作安全4運輸裝卸區良好的工廠布局不允許鐵路支線通

13、過廠區，可以把鐵5.輔助生產區維修車間和研究室要遠離工藝裝置區和罐區。維修車間是重要的火源， 同時人員密集，應該置于工廠的上風區域。研究室與其他管理 機構，直接連接是不恰當的。 廢水處理裝置是工廠各處流出的毒性或易燃物匯集的終點，應該置于工 廠的下風遠程區域。 高溫煅燒爐的安全考慮呈現出矛盾。作為火源，應將其置于工廠的上風 區，但是嚴重的操作失誤會使煅燒爐噴射出相當量的易燃物，對此則應將其 置于工廠的下風區。作為折中方案，可以把鍛燒爐置于工廠的側面風區域。 與其他設施隔開一定的距離也是可行的方案。 2022/10/1116第三章 化工廠設計和操作安全5.輔助生產區維修車間和研究室要遠離工藝裝置

14、區和罐區。2026管理區主要辦事機構應該設置 在工廠的邊緣區域，并盡可能與工廠的危險區隔離。這樣做有以下理由：首 先，銷售和供應人員以及必須到工廠辦理業務的其他人員，沒有必要進入廠區。因為這些人員不熟悉工廠危險的性質和區域，而他們的普通習慣如在危 險區無意中吸煙，就有可能危及工廠的安全。其次，辦公室人員的密度在全廠可能是最大的，把這些人員和危險分開會改善工廠的安全狀況。2022/10/1117第三章 化工廠設計和操作安全6管理區主要辦事機構應該設置 在工廠的邊緣區域，并盡可能與第二節 化工工藝設計一、工藝流程圖 工藝流程圖繪制是化工廠設計初始階段的工作。這些流程圖經過提煉 和修改，最后成為繪制

15、管線配置圖、平面圖、設備圖等的基礎。因為早期階 段做出的決定嚴重影響著后續階段，在流程圖繪制中始終都要對安全給予充 分注意。在設計程序中，憑借文獻、實驗室實驗和中試工廠模試的有關資料進行設計是慣常的做法。 2022/10/1118第三章 化工廠設計和操作安全第二節 化工工藝設計一、工藝流程圖 2022/10/101 工藝流程圖的繪制是從基本的過程計算開始的。由于過程是高度整體化的，過程的每一步驟都影響著其他步驟的操作。所以，過程可以劃分為若干個子區間，對每一子區 間內部的安全操作及其對其他子區間安全的影響都要進行分析。方便的子區 間劃分是： (1)反應(決定整個系統的動力學)； (2)分離，如

16、蒸餾、吸收、吸附、液體萃取、 (3)貯存，如固體、液體和氣體物料的貯存。 工藝流程圖是描述過程的主要文件，它表示出了主要設備、主要物流路線和控制點。對于正常操作預期的主要溫度和壓力，物料的流動和組成以及主要設備的設計能力都做了說明。 2022/10/1119第三章 化工廠設計和操作安全 工藝流程圖的繪制是從基本的過程計算開始的。由于過程是高度整二、管線配置圖管線配置圖是指管路和儀表的線路圖，又稱工程線路圖，是設計和施工的基本工作文件，一般包括： (1)開啟、關閉、緊急和普通操作需要的所有過程設施 ，如閥門、盲板、可移動的柱塞等； (2)施工材料的鑒定序號和鑒定人，每條管路的直徑和絕熱要求 (3

17、)物流的方向； (4)主要過程和起始管路的識別；(5)所有儀表、控制點和有儀表失靈顯示功能的連鎖裝置；2022/10/1120第三章 化工廠設計和操作安全二、管線配置圖管線配置圖是指管路和儀表的線路圖，又稱工程線路(6)所有設備的主要尺寸和負荷； (7)容器、反應器的操作和設計溫度 (8)裝置的標高； (9)釋放閥、安全膜等的設定壓力； (10)排水要求； (11)必要時要有管路配置的特殊備忘錄 2022/10/1121第三章 化工廠設計和操作安全(6)所有設備的主要尺寸和負荷； 2022/10/1021第三、過程物料的安全評價過程物料的選擇，應該就物料的物性和危險性進行詳細地評估，對一切 可

18、能的過程物料做總體考慮。過程物料可以劃分為過程內物料和過程輔助物 料兩大類型。過程內物料是指從原料到產品的整個工藝流程線上的物料，如 原料、催化劑、中間體、產物、副產物、溶劑、添加劑等。過程輔助物料 是指實現過程條件所用的物料，如傳熱流體、重復循環物、冷凍劑、滅火 劑等。 在過程設計中，需要匯編出過程物料的目錄，記錄下過程物料在全部過 程條件范圍內的有關性質資料，作為過程危險評價和安全設計的重要依據。 過程物料所需的典型資料如下。2022/10/1122第三章 化工廠設計和操作安全三、過程物料的安全評價過程物料的選擇，應該就物料的物性和危險(1)一般性說明資料 物料名稱和別名、分子結構式和相對

19、分子質量、物理狀態、純度、外觀、氣味或味道、腐蝕性、主要用途、危險性和防護措施、污染因素等 (2)基礎物性資料 蒸氣密度、相對密度、熔點、沸點、溶解度和互溶性、粘度、粒度及其分布、臨界參數、膨脹系數、表面張力 、Joule-Thompson系數等。 2022/10/1123第三章 化工廠設計和操作安全(1)一般性說明資料 2022/10/1023第三章 化工(3)易燃性資料 閃點、著火點、燃燒極限、自熱、蒸氣壓、介電常數、電阻、粉塵爆炸 性質、火災中的毒性熱分解產物等。(4)反應性資料 高速量熱、差熱分析、撞擊實驗、熱穩定性、熱分析試驗、爆炸引起的爆炸擴散、自燃性等。 (5)毒性資料 毒性危險

20、等級、衛生標準、最大允許濃度、半致死濃度或半致死劑量等。 (6)暴露作用 吸入或食入危險、呼吸刺激、皮膚刺激、眼睛刺激、皮膚或呼吸的敏感度等。 (7)放射性資料 放射性測試，。、中子射線暴露及其危害等 2022/10/1124第三章 化工廠設計和操作安全(3)易燃性資料 2022/10/1024第三章 化工廠設四、過程路線的選擇過程路線的選擇是在工藝設計的最初階段完成的。過程路線的安全評價，應該考慮過程本身是否具有潛在危險，以及為了特定目的把物料加入過 程，是否會增加危險。 1有潛在危險的過程 這些過程一旦失去控制就有可能造成災難性的后果，如發生火災、爆炸或毒性物質的釋放等。有潛在危險的過 程

21、有： (1)爆炸、爆燃或強放熱過程； (2)有粉塵或煙霧生成的過程；(3)在物料的爆炸范圍或近區操作的過程； (4)在高溫、高壓或冷凍條件下操作的過程 (5)含有易燃物料的過程； (6)含有不穩定化合物的過程； (7)含有高毒性物料的過程； (8)有大量貯存壓力負荷能的過程 2022/10/1125第三章 化工廠設計和操作安全四、過程路線的選擇過程路線的選擇是在工藝設計的最初階段完成的2反應過程的安全分析 反應過程常因反應條件的 微小變化而偏離預期的反應途徑，化學反應過程有較多的危險性。充分評估 反應過程的危險性，有助于改善過程的安全。 (1)對潛在的不穩定的反應和副反應，如自燃或聚合等進行考

22、察，考慮 改變反應物的相對濃度或其他操作條件是否會使反應的危險程度減小。 (2)考慮混合、反應物和熱源的低效配置、操作故障、設計失誤、 發生不需要的副反應、熱量、反應器失控、結垢等引起的危險。 2022/10/1126第三章 化工廠設計和操作安全2反應過程的安全分析 2022/10/1026第三章 化(3)評價副反應是否生成毒性或爆炸性物質，是否會有危險垢層形成。 (4)考察物料是否吸收空氣中的水分變潮，表面粘附形成毒性或腐蝕性 液體或氣體。 (5)確定所有雜質對化學反應和過程混合物性質的影響。 (6)確保結構材料彼此相容并與過程物料相容。 (7)考慮過程中危險物質的積累，如可燃物、毒性中間體

23、。 (8)考慮催化劑行為的各個方面，如老化、中毒、粉碎、活化、再生等。 2022/10/1127第三章 化工廠設計和操作安全(3)評價副反應是否生成毒性或爆炸性物質，是否會有危險垢層形3有潛在危險的操作 有些操作本身具有潛在危險。分析和確定這些操作的危險件，是過程安全評價的重要內容。 常見的有潛在危險的操作。 (1)易燃或毒性液體或氣體的蒸發和擴散； (2)可燃或毒性固體的粉碎和分散； (3)易燃物質或強氧化劑的霧化； (4)易燃物質和強氧化劑的混合； (5)危險化學品與惰性組分或稀釋劑的分離 (6)不穩定液體的溫度或壓力的升高。 2022/10/1128第三章 化工廠設計和操作安全3有潛在危

24、險的操作 2022/10/1028第三章 化工4間歇過程和連續過程比較 工藝設計中，需要在間歇過程和連續過程之間做出選擇。大批量 的操作，從經濟上考慮，連續過程更具有優勢。間歇和連 續兩種過程方式的比較。(1)間歇過程各操作單元之間易于隔絕，單元設備過程物料持有量較大。連續過程各操作單元連通，過程物料持有量較少。(2)間歇過程勞動強度較大，緊急情況下操作者有較多的機會介入。連續過程更多地依靠自動控制；2022/10/1129第三章 化工廠設計和操作安全4間歇過程和連續過程比較 2022/10/1029第三章 (3)間歇過程產物純度容易控制，過程物料易于識別。連續過程不穩狀態或周期性波動（如開車

25、或停車）較少；(4)間歇過程有詳盡的指令和操作規程，可以減少操作失誤或設備的損壞。連續過程的容器或設備很少需要清洗，不穩態的物料輸入也較少；(5)間歇過程有較長的暴露時間。在連續過程中，有潛在危險的中間體無須貯存加工。 2022/10/1130第三章 化工廠設計和操作安全(3)間歇過程產物純度容易控制，過程物料易于識別。連續過程不五、工藝設計安全校核機械設計、過程和布局的微小變化都有可 能出現預想不到的問題。工廠和其中的各項設備是為了維持操作參數允許范 圍內的正常操作設計的，在開車、試車或停車操作中會有不同的條件，因而 會產生與正常操作的偏離。為了確保過程安全，有必要對設計和操作的每一 細節逐

26、一枚核。 1物料和反應的安全校核。如查詢過程物料的毒性，確定過程物料在所有過程條件下的有關物性，鑒別一切可能的化學反應，對預期的和意外的化學反應都要考慮。 2過程安全的總體規范。如 過程的規模、類型和整體性是否恰當。過程的放大是否正確。 3非正常操作的安全問題 。如考慮偏離正常操作會發生什么情況，對于這些情況是否采取了適當 的預防措施。2022/10/1131第三章 化工廠設計和操作安全五、工藝設計安全校核機械設計、過程和布局的微小變化都有可 能第三節 化工單元區域規劃化工單元區域規劃是定出各單元邊界內不同設備的相對物理位置。一 般來說，單元排列越緊密，配管、泵送和地皮不動產的費用越低。但是出

27、于 安全考慮，需要把危險隔開，單元排列應該比較分散，同時也為救火或其他 緊急操作留有充分的空間。綜合考慮表明，留有自由活動空間的開放的區域 規劃更合理一些。過分擁擠嚴重影響施工和維修效率，會增加初始的和繼續 的投資費用。 2022/10/1132第三章 化工廠設計和操作安全第三節 化工單元區域規劃化工單元區域規劃是定出各單元邊界內一、加工單元區域的規劃1設備配置的直線排列 試圖平衡區域規劃中互相矛盾的各種因素的多年實踐，產生了一種為加工工業普遍接受的區域規劃方法：單元中大多數塔器、筒體、換熱器、泵和 主要管線成直線狹長排列。這種設備排列方法的主要特征是； (1)設備配置直線的兩邊都與廠區道路連

28、接。這樣，在救火或其他緊急情況時，設備配置線的主要部分的兩邊都有方便的通路。連接道路可以作為阻火堤，把設備配置線與廠區其余部分隔離。 2022/10/1133第三章 化工廠設計和操作安全一、加工單元區域的規劃1設備配置的直線排列 2022/10(2)鋼制框架與道路鄰接。熱交換器設置在框架上部，冷卻水箱設置在框架下部。吊車可以方便地駛入，安全裝運熱交換器的管束、管件和較重的 組件。冷卻水箱設置在框架上使得整個冷卻水系統的維修極為方便，而不必 挖掘裝置周圍和裝置之下的地基。 (3)設備配置直線上的精餾塔、熱交換器、餾出液接受器、回流筒等裝 置，一般采用框架結構平坡式布局方式。框架結構在精餾塔旁邊提

29、供了開放 區域，塔板和其他塔內件易于拆卸裝車運至維修區。在線的塔器、回流筒、 熱交換器之下的平坡低洼部分，對于易燃或毒性溢流物可以起截流的作用， 防止污水管將其排凈前擴散至單元的其他區域。 2022/10/1134第三章 化工廠設計和操作安全(2)鋼制框架與道路鄰接。熱交換器設置在框架上部，冷卻水箱設(4)管架也設置在設備配置直線上。管架的合理排布可以消除過頂間距 太小或是僅敷設在平坡上的管束，而且可以避免管溝，而管溝常常是危險液 體或蒸氣的良好的載體。 (5)泵排設置在設備配置直線的旁邊，與道路鄰接。泵排上面不得有任 何障礙物，使得泵和傳動裝置維修時便于移動。 (6)筒體、泵、裝配有觀測平臺

30、的蒸餾塔以及需要橋式吊車鋼梁導軌吊 人的設備，按序定在設備配置線上，從而把相關的危險操作集中在一起。 2022/10/1135第三章 化工廠設計和操作安全(4)管架也設置在設備配置直線上。管架的合理排布可以消除過頂設備以安裝在地平面上為宜。但是由于過程原因，如蒸餾或吸收塔，噴霧干燥塔或立式反應器，需要提供重力自流或泵的負壓壓頭的設備等，設備 提升是不可避免的。重的設備應盡量避免高位安裝，最好和其他設備在同一 水平線上或者有堅實的基座。2022/10/1136第三章 化工廠設計和操作安全設備以安裝在地平面上為宜。但是由于過程原因，如蒸餾或吸收塔，2.非直線排列設施的配置 直線排列的設備構成了單元

31、區域的骨架，單元的其他組件，如控制室、壓縮機、反應器、溢流槽、加熱爐等，可以設置在直線排列的兩邊。應用這種方法一般可以達到近乎方形的最大面積規劃。 控制室是單元的神經中樞，是單元中最重要的部位。最好是把控制室設置在單元的周邊區域。對于處理毒性物質的單元，控制室應該設置在單元的上風區域。此外，控制室應該和高溫或高壓容器、盛有相當量的易燃或毒性液體的容器隔離。 2022/10/1137第三章 化工廠設計和操作安全2.非直線排列設施的配置 直線排列的設備構成了單元區域的骨架 加熱爐有兩個基本問題，作為明顯的火源，加熱爐應該設置在單元其余部分的上風區域，但是這會引起煙道氣飄過塔器的高架平臺或其他建筑物

32、的問題。最好的解決辦法是采取折中方案，把加熱爐設置在側面風區域。應該盡量保持加熱爐與其他危險設備的適度分離。 壓縮機劇烈運轉，應該注意與其他危險設備適當隔離。壓縮機容易泄漏氣體，應該置于單元的下風區域。壓縮機或泵一般安裝在室外。2022/10/1138第三章 化工廠設計和操作安全 加熱爐有兩個基本問題，作為明顯的火源，加熱爐應該設置在單元 對于反應器，主要考慮的是提供充分的空間、反應器內件安全操作的設施以及有關的催化劑。有些高熱運轉的反應器，可以作為火源來處理。 非直線排列設備的配置還包括許多的公用工程設施。電力線路必須從地下進入加工單元，適當安排入口點，避免在整個單元的電力系統設置人孔。如果

33、單元裝配有緊急釋放閥或煙氣管線，這些設施應靠近控制室遠離火險或其他危險區域。消防火栓或監控器必須與危險點足夠近，從而能有效發揮作用，但也不能離的太近，危機時無法靠近。注意可能會阻止水流到達危險點的隨礙物檢查有無必要時迅速撤退的通路。水龍帶拖車或安全噴射器也作類似的配置。 2022/10/1139第三章 化工廠設計和操作安全 對于反應器，主要考慮的是提供充分的空間、反應器內件安全操作除非絕對必要，鐵路支線才引入單元區。當鐵路支線引人單元區時，應該提供貨車可能脫軌的充分的空間。不宜把裝卸設備設置在鐵路支線終點的延伸方向，以避免貨車的過沖、扯脫貨車擋與裝卸設備碰撞。 在完成區域規劃時，應該充分考慮將

34、來發展擴建添加設備的可能性。 2022/10/1140第三章 化工廠設計和操作安全除非絕對必要，鐵路支線才引入單元區。當鐵路支線引人單元區時， 3室內裝置的配置 對于需要精確的溫度控制或需要操作者經常觀察的情形，必須把加工單元的部分或全部置于室內。對可能釋放出毒性或易燃蒸氣的情形，設置物理屏障等方法。火源和易燃物源隔離墻的門或開口，保持在最小數量。并與像控制中心這樣的經常有人員的區域隔離開。墻壁進行強度和耐火設計。容易經受爆炸的隔離間可以有一面或多面有意設計的強度較弱的墻壁，以便在避開入員或其他設施的方向卸掉爆炸力。 多層或階梯式建筑有本身持有的地勢問題。易燃或毒性液體源不應該設置在火源或人員

35、之上。如果包含蒸氣，火源或人員的位置則取決于蒸氣的密度比空氣大還是比空氣小。 2022/10/1141第三章 化工廠設計和操作安全 3室內裝置的配置 2022/10/1041第三章 與室外設施相比，需要更加嚴格地規范從室內裝置撤退的通路。在室內，很難過分強調精細設計的平臺、扶梯、人行道、出入口或滑運斜道系統的需要。永久平臺應該供作單元中所有無法拾階而上的操作點的進出口，所有操作平臺(塔器平臺可能例外)都應該有兩種下行方法，防止緊急狀態時截流操作人員。從高架平臺向下的所有扶梯和滑梯孔道，都應設在最小可能遭受火險或毒物泄漏的地點。扶梯或滑梯的著陸點應該接近易于從單元撤退的通路。塔器的人孔平臺應該有

36、塔內件安全維護的充分的工作空間，打開人孔的方向應該避開從平臺向下的扶梯。 2022/10/1142第三章 化工廠設計和操作安全與室外設施相比，需要更加嚴格地規范從室內裝置撤退的通路。在室二、單元區域的管線配置 1管線配置的防泄漏設計 工廠化學品的主要泄漏與以下各項成比例 (1)管線的長度； (2)排放口的數量； (3)管線的復雜性。管線的復雜性，一般反映在連接的泵的數量以及再循環物流的數量兩個方面。 2022/10/1143第三章 化工廠設計和操作安全二、單元區域的管線配置 1管線配置的防泄漏設計 20減少管件泄漏的簡單的設計規則如下。 (1)減少分支和死角的數量。 (2)減少小排放口的數量。

37、管道配置應該做到，在少數幾處容易接近、容易觀察的位置排放。(3)按照相同的規范設計小口徑的支管，和主管一樣進行嚴格的檢驗確保小的支管在交叉點得到加強，并有充分的支撐。 (4)考慮到管件或容器的熱膨脹，管線需要有一定的伸縮性。在短管管架上，需要恰當地配置波紋管。這些波紋管應該只是做軸向移動，還需要襯內套管以免在波紋管的褶溝中充入固體沉積物。 2022/10/1144第三章 化工廠設計和操作安全減少管件泄漏的簡單的設計規則如下。 2022/10/1(5)直接卸料的排放口，應該設在操作者能夠觀察到的地方。工作系統對這些排放口應該進行定期核查和報告。 (6) 保證密封墊與管內流體在最大可能的操作溫度下

38、完全互容，在最大內壓下也能夠緊縮密封。 (7)減少真空管線(如真空蒸餾塔上的冷凝器)上的法蘭盤數量。 (8)在閥式取樣點應該配置可移動的插頭。 2022/10/1145第三章 化工廠設計和操作安全(5)直接卸料的排放口，應該設在操作者能夠觀察到的地方。工作(9)要有充分的管道支撐，從放料或從安全閥檢驗管道的作用力。 (10)設置管道應該避免通過可能使其受到機械損傷的地方。 (11)應該有充分的通道、扶梯等，以免攀越管件。 (12)緊固承受高溫的大法蘭盤應該采用高強度的螺栓。 2022/10/1146第三章 化工廠設計和操作安全(9)要有充分的管道支撐，從放料或從安全閥檢驗管道的作用力。2軟管系

39、統的配置對于油船、罐車等的液體物料的裝卸，軟管的選擇和應用需格外謹慎。 應考慮的是： (1)軟管的適用性，并結合有關軟管的標準。 (2)設置緊急狀態下迅速隔離的設施，如對于油船卸貨，在軟管的一端要設緊急隔離閥，在另一端要設止逆閥，用過流閥替代遠程隔離閥等。 (3)應該使用螺栓固定的軟管夾，不宜使用側卸式的軟管夾。 (4)軟管系統應用時要有充分的保護和支撐設施，不用時要防止軟管的壓破或損壞。 (5)所有高于大氣壓操作的可移動軟管，都應設置排空閥，以便降壓時防止軟管的折斷。 2022/10/1147第三章 化工廠設計和操作安全2軟管系統的配置對于油船、罐車等的液體物料的裝卸，軟管的選3管線配置的安

40、全考慮通常用于管道工程的橡膠支撐物不能用于設備，設備重心之下的水平連接法蘭需要用鋼性板支撐。柱塞閥的鄰近也需要有支撐物。聚四氟乙烯波紋管不能用來連接不同心的管道。管件和閥門配置的簡單和易于識別，是安全操作的重要因素。對于不穩定液體的傳遞，管件、閥門和控制儀表的配置應該防止液體靜止在運轉的泵中。對于常設的設備管線，如果設備壓力降低至過程正常壓力之下，管線應該有低壓報警；如果設備壓力升高至過程正常壓力之上，則應該有高壓報警。2022/10/1148第三章 化工廠設計和操作安全3管線配置的安全考慮通常用于管道工程的橡膠支撐物不能用于設在設備管線上應該安裝止逆閥，以防止管線中流體的回流。如果回流的結果

41、導致劇烈的反應或設備的過壓，止逆閥不足以提供可靠的保證，這時需要高度可靠的斷開或關閉系統。 對于泵體或設備極有可能泄漏以及大量物料從設備無限制流出的情形，應該考慮安裝遠程操作的緊急隔離閥。液化石油氣容器的所有過程排放管線。也推薦采用自動閉合閥或遙控隔離閥。2022/10/1149第三章 化工廠設計和操作安全在設備管線上應該安裝止逆閥，以防止管線中流體的回流。如果回流 三、單元裝置和設施的安全設計 考慮設施的可靠性，以及關閉時備用設備或緊急貯存器的提供。 排水系統的恰當設計是必要的。排水系統的優化設計應該是，一旦易燃液體泄漏出來，就立即排離加工單元，導入蓄污池。 裝置的抗污染也是重要的。例如，應

42、用蒸汽滅火一般是起稀釋泄出物的作用，消防蒸汽供應線應該與正常蒸汽供應線隔離開，消除烴類泄出物滲入正常蒸汽的任何可能性。壓縮空氣的過程污染可以應用物理隔離的方法避免。2022/10/1150第三章 化工廠設計和操作安全 三、單元裝置和設施的安全設計 考慮設施的可靠性，以及關閉時地面水和污水也必須隔離排放。對于情性氣體，既要保證日常操作和緊急狀態下充足的供應量，又要防止被污染。 對于加工易燃液體或氣體的區域，應該盡可能采用敞開結構。這既可以有助于氣體或蒸氣泄漏物的擴散通風，又可以提供最大可能的爆炸排放面積，而且還有利于救火。粉塵捕集裝置和過濾器也應該設置于沒有其他過程的敞開區域。 2022/10/

43、1151第三章 化工廠設計和操作安全地面水和污水也必須隔離排放。對于情性氣體，既要保證日常操作和第四節 壓力容器的設計、制造和檢驗一、壓力容器械述 1壓力容器規范化 早在19世紀末就有了對鍋爐和壓力容器規范化的要求。20世紀最初的十年，發生了近一萬起鍋爐爆炸，造成了約一萬人的死亡和約一萬五千人的傷殘。這些血的教訓使人們對壓力容器制造和安裝的規范化有了更清醒的認識。 1907年，美國Massachusetts州提出了世界上第一部鍋爐制造和安裝的法規。 1911年美國機械工程師協會成立了一個專門委員會，后來被稱為鍋爐規范委員會。規范壓力容器的設計、制造、檢驗和鑒定。在我國，原國家勞動總局1979年

44、頒布了氣瓶安全監察規程；1980年頒布了蒸汽鍋爐安全監察規程；1981年頒布了壓力容 器安全監察規程。 2022/10/1152第三章 化工廠設計和操作安全第四節 壓力容器的設計、制造和檢驗一、壓力容器械述 20 2非燃火壓力容器分類 壓力容器可以粗分為蒸汽鍋爐和非燃火壓力容器兩大類型。非燃火壓力容器有多種分類力法。 壓力容器按照其工藝功能可以劃分為四個類型。 (1)反應容器：主要用來完成物料的化學轉化。如反應器、發生器、聚合釜、合成塔、變換爐等。 (2)換熱容器：主要用來完成物料和介質問的熱量交換。如熱交換器、冷卻器、加熱器、蒸發器、廢熱鍋爐等。 (3)分離容器：主要用來完成物料基于熱力學或

45、流體力學的組元或相的分離。如分離器、過濾器、蒸餾塔、吸收塔、干燥塔、萃取器等。 (4)貯運容器：主要用來完成流體物料的盛裝、貯存或運輸。如貯罐、貯槽和槽車等。 2022/10/1153第三章 化工廠設計和操作安全 2非燃火壓力容器分類 2022/10/1053第三壓力容器按照其設計壓力p的大小，可以劃分為低壓容器、中壓容器、高壓容器和超高壓容器四個類型。 (1)低壓容器，0.1MP3p1.6MPa； (2)中壓容器：1.6MPa p10 MPa (3)高壓容器：10 MPa p100 MPa， (4)超高壓容器：p100MPa。 2022/10/1154第三章 化工廠設計和操作安全壓力容器按照

46、其設計壓力p的大小，可以劃分為低壓容器、中壓容器壓力容器按照設計壓力p和容積V，結合容器的工藝功能和其中物料的危險性,劃分為以下三個類型： (1)第一類容器：非易燃或無毒介質的低壓容器；易燃或有毒介質的低壓換熱容器和低壓分離容器。 (2)第二類容器：pV196.2kJ劇毒介質的低壓容器;易燃或有毒介質的低壓反應容器和低壓貯運容器；內徑1m的低壓廢熱鍋爐；一般介質的中壓容器。(3)第三類容器： pVl96.2kJ、劇毒介質的低壓容器；內徑1m的低壓廢熱鍋爐；中壓廢熱鍋爐； pV490.5kJ、易燃或有毒介質的中壓反 應容器； pV490.5kJ 、易燃或有毒介質的低壓貯運容器；劇毒介質的中壓容器

47、；高壓或超高壓容器。 2022/10/1155第三章 化工廠設計和操作安全壓力容器按照設計壓力p和容積V，結合容器的工藝功能和其中物料3結構材料的機械性能 結構材料在受到外力作用時，會有抵抗變形和斷裂的能力,稱為結構材料的機械性能。主要包括強度、塑性、韌性、硬度等。 (1)強度:常用的強度指標有抗拉強度、屈服強度、疲勞極限和屈強比。 抗拉強度是指材料在拉伸試驗中所能承受的最大表觀應力。其數值等于拉斷前試樣所承受的最大拉力與試樣原始橫截面面積的比。 屈服強度又稱為屈服極限，是指材料在拉伸實驗中出現屈服現象時的應力值。所謂屈服是指材料在拉伸實驗中，載荷不再增加甚至有所減少時仍繼續塑性變形的現象。疲

48、勞極限是指材料經一千萬次循環而承發生破壞的最大應力值。一般作校核數據。 屈強比是指屈服強度與抗拉強度的比值。屈強比是表征材料機械性能的特征參數。屈強比越小，發生脆性破壞的可能性越小。但屈強比太小材料的強度水平就不能充分發揮。屈強比越大承載能力越強，但塑性下降，容器易發生脆性破壞。 2022/10/1156第三章 化工廠設計和操作安全3結構材料的機械性能 結構材料在受到外力作用時，會有抵抗變 (2)塑性：塑性是指材料在外力作用下產生塑性形變的能力。代表塑性指標的是延伸率和斷面收縮率。延伸率：材料在拉伸斷裂后，總伸長與原始標距長度的百分比。 斷面收縮率：材料在拉伸斷裂后、斷面最大縮小面積與原斷面積

49、百分比。2022/10/1157第三章 化工廠設計和操作安全 (2)塑性：塑性是指材料在外力作用下產生塑性形變的能力。代(3)韌性：又稱沖擊韌性，是指材料抵抗沖擊載荷的能力。從能量觀點認為材料在變形過程中，當吸收的能量達到某一數值時便發生斷裂，利用斷裂前吸收的能量的大小來衡量材料的韌性。 (4)硬度：是指材料抵抗硬物侵入的能力。由于測定方法不同，表示硬度指標的方法有多種，如用金剛石壓入法，稱為洛氏硬度；用鋼球壓入法，稱為布氏硬度。 (5)安全系數：安全系數是承壓設備設計中的一項基本因素，是為了在設備使用期間對可能損害設備安全的各種閑素提供適當的安全裕度。 2022/10/1158第三章 化工廠

50、設計和操作安全(3)韌性：又稱沖擊韌性，是指材料抵抗沖擊載荷的能力。從能量二、壓力容器設計1.設計的一般要求(1)設計單位資格為確保壓力容器的設計質量，國家規定凡設計鍋爐、壓力容器的專業單位，須經主管部門和勞動部門的審查、批準。發給設計許可證書，方可承擔設計任務。無證單位不得自行設計壓力容器。 壓力容器設計，應由設計單位技術負責人批準。設計圖紙上應該有設計、校對和審批人員三級簽字。設計總圖除上述要求外，還必須有單位技術負責人簽字和壓力容器設計單位批準書的編號和批準日期。沒有設計單位批準書的編號和批準日期的圖紙不得在社會上流通，制造單位可以拒絕加工。 全國性鍋爐定型設計，須經國務院主管部門和國家

51、勞動人事部門審批。非全國性鍋爐定型設計則要經過省、自治區、直轄市主管部門和同級勞動部門審批。鍋爐總圖上應該有勞動部門鍋爐壓力容器安全監察機構的審批標記，無審批標記的總圖不得流通。 2022/10/1159第三章 化工廠設計和操作安全二、壓力容器設計1.設計的一般要求2022/10/1059第(2)壓力容器結構 壓力容器設計應該盡可能避免應力的集中或局部受力狀況的惡化。受壓殼體的幾何形狀突變或其他結構上的不連續都會產生較高的不連續應力。因此，應該力求結構上的形狀變化平緩，避免不連續性。 在壓力容器中，總是不可避免地存在一些局部應力較高或對部件強度有所削弱的結構，如開孔、轉角、焊縫等部位。能夠引起

52、應力集中或削弱強度的結構應該互相錯開。 2022/10/1160第三章 化工廠設計和操作安全(2)壓力容器結構 2022/10/1060第三章 壓力容器封頭從力學的角度分析球形最理想在相同的直徑和壓力下，球形封頭所需壁厚最小。但是由于它的深度太大，加工制造比較困難一般很少采用。用的比較多的是橢圓形封頭。在封頭半徑與高度的比值相同的情況下，碟形封頭比橢圓形封頭存在較大的彎曲應力，故應盡量少采用碟形封頭。無折邊球形封頭使筒體產生較大的附加彎曲應力，因而只適用于直徑較小、壓力較低、無毒非易燃流體的容器。錐形封頭只在工藝條件確實需要的情況下才采用。平板角焊封頭一般不宜用于壓力容器。 壓力容器殼體上的開

53、孔，如人孔、手孔和檢查孔等，一般應為圓形、橢圓形或長圓形。殼體上所有開孔都應與焊縫錯開。容器開孔，受壓殼體因結構不連續而引起應力集中，在孔的邊緣產生很高的局部應力。為了降低殼體開孔邊緣的局部應力在開孔處應進行補強。 2022/10/1161第三章 化工廠設計和操作安全壓力容器封頭從力學的角度分析球形最理想在相同的直徑和壓力下， (3)材料的選用 材料的質量和規格應該符合國標、部標和有關的技術要求。選用的鋼材要有良好的機械性能，即強度高、塑性和韌性好、冷脆傾向較低、缺口和時效敏感性不明顯。鋼板的分層和夾渣等缺陷較少，無白點和裂紋。 承壓元件必須采用鎮靜鋼，不宜采用沸騰鋼。由于沸騰鋼是在不完全脫氧

54、的條件下煉得的，含氧量較高，硫、磷等雜質分布不均勻。焊接時裂紋傾向較大，厚板焊接時有層狀撕裂傾向。同時沸騰鋼在鋼水澆模時殘留氧與鋼中的碳化合為一氧化碳，氣體排出時使鋼呈沸騰狀態，極易在鋼錠內形成小氣泡，成為鋼材內部缺陷。而鎮靜鋼脫氧完全，組織均勻，沖擊韌性也較好。 2022/10/1162第三章 化工廠設計和操作安全 (3)材料的選用 2022/10/1062第三章 選用的鋼材要有良好的工藝性能，即軋制、成型、鍛造、焊接等冷熱加工件能。選用的鋼材要有對介質的耐腐蝕性。 低溫容器用鋼的突出問題是低溫下的脆性破裂。高溫下材料的強度是溫度和時間的函數。材料的高溫強度指標主要是蠕變限和持久強度。蠕變限

55、是指材料在某確定的高溫下工作十萬個小時引起允許的總變形的應力。持久強度是指在一定的工作溫度下經歷指定工作期限后，不引起蠕變破壞的最大應力。另外，高溫下材料的抗氧化能力和抗腐蝕能力都明顯下降。 2022/10/1163第三章 化工廠設計和操作安全選用的鋼材要有良好的工藝性能，即軋制、成型、鍛造、焊接等冷熱2設計基礎(1)設計壓力和設計溫度 對于非旋轉容器，設計壓力一般要高出操作壓力0.1MPa或10；而旋轉容器的設計壓力則要高出預期的最高壓力的5一10。設計溫度通常要高出不會引起規范許可應力減少的最高溫度30。比如，在180操作的碳鋼容器，其設計溫度為350而不是210。容器設計壓力應該標記基于

56、部件最小壁厚的最大允許工作壓力，而不能標記用于計算最小壁厚的壓力。 2022/10/1164第三章 化工廠設計和操作安全2設計基礎(1)設計壓力和設計溫度 2022/10/(2)最小板材厚度 設計規范規定，大直徑壓力容器的板材厚度不應小于(D2.54)1000，其中，D是筒體的最小直徑(單位m)，焊接結構的最小板厚度許多組織規定為5mm或6mm。 2022/10/1165第三章 化工廠設計和操作安全(2)最小板材厚度 2022/10/1065第三章 (3)外壓或真空 許多過程容器是在外壓或真空下，或偶爾是在這些條件下操作。設計規范規定規范容器，偶爾承受0.1MPa及其以下的外壓，無需考慮外壓結

57、構的規范要求。在應用這項規范時，應該充分考慮到各種可能的后果，如罐體破裂時的人員危險，更換容器的費用，內容物泄出的財產損失和危險等。 2022/10/1166第三章 化工廠設計和操作安全 (3)外壓或真空 2022/10/1066第三章 (4)材料選擇 材料在設計壓力和溫度下的允許應力并不需要過量的壁厚。一些材料，如銅、鋁、它們的合金和鑄鐵都有具體的溫度限度。 過程容器結構材料預期的腐蝕阻力，可以在容器操作同樣的條件下近似測出。高純度的需要可能會限制材料的選擇，但是這并不意味著最昂貴的材料是最好的。當壓力和溫度條件允許時，可以采用金屬鍍層、玻璃、橡膠、鉛板、塑料襯套等，而不必采用貴重的合金。

58、要求制造商提出替代建議，例如，不銹鋼與鋁比較以及金屬包層材料與固體合金比較等。 2022/10/1167第三章 化工廠設計和操作安全(4)材料選擇 2022/10/1067第三章 化工 (5)非壓力負荷 容器及其支架的設計必須與以下各項負荷匹配：容器及其內容物的重量；料盤、隔板、蛇管等內件的重量；裝置、攪拌器、交換器、轉筒等外件的重量；建筑物、扶梯、平臺、配管等外部設施的重量；固定負載和移動負載的重量；隔離板和防火墻的重量；風力和地震負荷；支撐耳柄、環形加強肋以及熱梯度的作用。這些負荷都可以引起過量的局部應力。 2022/10/1168第三章 化工廠設計和操作安全 (5)非壓力負荷 2022/

59、10/1068第三章 (6)支架 立式容器船用立柱和耳柄支撐，有時還會用到環形槽鋼或折邊。大型臥式容器常用三個或更多的鞍形托架支撐。對于小型容器，不管是臥式的還是立式的，其支架的設計由于支撐附件造成的二次應力、扭矩和剪切力，可能會比大型容器復雜得多。 2022/10/1169第三章 化工廠設計和操作安全 (6)支架 2022/10/1069第三章 化工廠 (7)封頭 壓力容器封頭有半球形、橢球形、錐形、準球形、平板形等幾種類型。在材料、直徑和壓力負荷都相同的條件下，前四種類型封頭的壁厚按序增加，而平板形封頭的壁厚還沒有簡單的計算關系。 半球形封頭在各種類型封頭中應力分布最好、而且一定的容積所需

60、要的材料最少。但是球形封頭會使筒體產生較大的附加彎曲應力，因而只適用于直徑較小、壓力較低的無毒、非易燃介質的容器。 長短軸之比為2的橢球形封頭與準球形封頭比較，前者的應力分布要好一些；直徑超過1。5m、壓力負荷在1MPa以上，前者的制造也要經濟一些。與凸面形和碟形封頭一樣，橢球形封頭的大小也是由其內徑而不是由其外徑來決定。 2022/10/1170第三章 化工廠設計和操作安全 (7)封頭 2022/10/1070第三章 化工廠錐形封頭一般是沖壓、而不是滾壓或旋壓制造其制造費用相當高。錐形封頭常用于蒸煮或提煉容器，有時用于排除固體或濃稠物料。截頭錐形封頭常用做容器直徑不同的兩部分之間的過渡段。設