化工丶石油化工機械設備事故分析與預防講義化工、石油化工機械設備事故分析與預防講義第一章化工、石油化工機械設備事故分析與預防概論第一節化工、石油化工機械設備安全運行生產中的重要地位一、化工、石油化工（石化）機械設備在化工、石化生產中的應用化工、石化機械設備包括容器、換熱器、反應器、塔器、干燥器、管式爐以及氣體壓縮機、風機、泵、離心機等，是化工、石化生產的重要生產工具。將容器、換熱器-、反應器、塔器、干燥器、管式爐等稱為靜設備（簡稱設備），將氣體壓縮機、風機、泵、離心機稱為動設備（簡稱機器）。設備在化工、石化生產所有的機械設備中約占80%。它廣泛用于傳熱、傳質、化學反應和物料貯存等方面。由于生產工藝上的要求，一些化學反應要求在高壓條件下進行，從而有利于合成與聚合。例如，從國外引進的年產18萬噸低密度聚乙烯生產裝置中，乙烯原料氣的聚合反應是在壓力為100～150MPa的反應釜內進行的；在石油煉制中，原料油加氫、脫硫、脫氮和裂化反應是在一定壓力的反應器中實現的。同時，許多產品的生產也要求在高溫條件下進行。為了維持反應溫度和有效地利用廢熱，總是伴隨著各種各樣的傳熱過程，如加熱、冷卻、冷凝、蒸發。根據使用目的的不同，所采用的換熱裝置有加熱器、冷卻器、蒸發器和重沸器等。據統計，在現代石油煉制中，換熱器的投資占全部工藝設備投資的40%。在生產中，氣—液、液—液兩相接觸進行傳質及傳熱的過程是常見的，如精餾、吸收、萃取、氣體增濕、離子交換等，這些過程大多是在塔設備內進行的。據粗略統計，在石油煉制工廠中，塔設備的投資占全廠設備總投資的10%～20%，塔設備鋼材消耗量幾乎占全廠設備總重的25%～30%。氣體、液體的貯存和輸送離不開貯槽和貯罐。例如，低、高壓乙烯氣體受槽、壓縮機級間緩沖器是起緩沖作用的貯罐；用于貯存壓縮空氣或液化氣體的壓縮空氣貯罐、氧氣瓶、氯氣瓶；廣泛用于煉油裝置儲運系統的圓筒貯罐、石油液化氣的球形貯罐以及用于油水分離的分離器、計量用的計量槽等。在生產中，從原料到半成品再到最終產品大多是流體，而流體的輸送和提高流體壓力以及自控儀表裝置的風源等都離不開泵和壓縮機。例如，高壓法制聚乙烯需將乙烯氣體由0>.03MPa加壓至反應壓力130～250MPa；石油煉制中將碳氫化合物中的重組分裂化為輕組分，要求加氫的壓力為15MPa，這一切都必須由壓縮機來完成；又如，需要通過泵輸送清水、酸堿溶液、液氨、有機溶劑、銅液和石油產品等液體并提高它們的壓力。泵的應用廣泛，是僅次于電動機的第二類通用機械。生產中，需要用離心機把液—液、液—固相混合物分離。例如，煉油生產中高級潤滑油、燃料油的提純；合成纖維、聚氯乙烯的脫水等，都需要離心機來實現。化工、石化廠中使用的各種離心式壓縮機、風機和水泵通常都采用汽輪機作原動機。工廠中帶動各類風機和泵的中小型汽輪機為數也極多。二、化工、石化生產的特點及安全要求化工、石化生產的特點如下：（1）易燃易爆化工、石化生產，從原料到產品，包括半成品、中間體、添加劑、催化劑、各種溶劑和試劑等，絕大多數是易燃易爆的氣體、液體，在高溫、高壓、深冷、真空條件下極易泄漏或揮發，甚至達到物質的自燃點。如果操作失誤、違反操作規程或設備年久失修，發生燃燒爆炸事故的可能性、破壞性極大。加上有些物質還是有腐蝕、有毒的，就更加劇了事故發生的危險性和危害性。許多生產過程中物料需加熱，日常設備檢修還必須動用明火，這樣一旦設備發生燃燒爆炸事故，不僅會損壞設備本身，還會毀壞廠房建筑，甚至造成人員傷亡。（2）具有腐蝕性和毒性化工、石化生產處理的物料，有些具有腐蝕性和毒性，如氰化物、硫化物、氟化物、氫氧化物、烴類等。如果這些物質泄漏到車間內，當其濃度超過容許濃度時，就會嚴重影響工人的身心健康，甚至造成中毒死亡事故。此外，工業噪聲、高溫、粉塵和射線也會對職工和附近居民帶來嚴重危害，導致各種職業性疾病的發生。（3）高溫高壓化工、石化生產的工藝過程有高溫、低溫、高壓、高真空度、大流量、高轉速等各種情況。例如，在高壓聚乙烯生產中反應器的壓力為130～250MPa，蒸汽裂解爐管壁溫度高達1100℃；石化的高壓熱裂化壓力為2—7MPa，溫度為450—550℃。如果由于設計有缺陷，或由于嚴重腐蝕而沒得到及時檢修或更換，或操作失誤，或超負荷運行，都有可能引起壓力容器爆炸事故。由于壓力容器中的高壓氣體具有極高的能量，而且多為易燃、易爆、有毒的介質，一旦發生破壞，所造成的損壞比常溫、常壓的機械設備大100～1000倍。因此，世界上對壓力容器的安全運行十分關注，做了大量的科研工作，從一般的壓力容器失效分析和安全評定，發展到對提高可靠性、預測壽命課題的開發，建立案例庫、先驗概率數據庫、專家系統，并向人工智能方向發展。（4）生產連續性強化工、石化企業具有生產連續性強的特點，設備一旦發生事故，停產一天的損失也較大，因此確保裝置長期安全穩定運行具有重要意義。如某廠高壓聚乙烯車間一次乙烯壓縮機發生故障，就使整個系統停車，停車一天損失產量190余噸，當時價值約48萬元。基于上述特點，對化工、石化機械設備的安全運行提出如下要求：（1）足夠的強度為確保化工、石化機械設備長期安全穩定運行，必須保證所有的零部件有足夠的強度。一方面要求設計和制造單位嚴把設計、制造質量關，消除隱患，特別是對于壓力容器，必須嚴格按照國家有關標準進行設計、制造和檢驗，嚴禁粗制濫造和任意改造結構及選用代材；另一方面要求操作人員嚴格履行崗位責任制，遵守操作規程，嚴禁違章指揮、違章操作，嚴禁超溫、超壓、超負荷運行。同時還要加強維護管理，定期檢查機械設備的腐蝕、磨損情況，發現問題及時修復或更換，特別是化工、石化機械設備達到使用年限后，應及時更新，以防因腐蝕嚴重或超期服役而發生重大事故。（2）密封可靠化工、石化廠處理的物料大都是易燃、易爆、有毒和腐蝕性的介質，如果由于機械設備密封不嚴而造成泄漏，將會引起燃燒爆炸、灼傷、中毒等事故。因此，不管是高壓還是低壓的機械設備，在設計、制造、安裝及使用過程中，都必須特別重視化工、石化機械設備的密封問題。（3）安全保護裝置必須配套現代化工、石化機械設備大量采用了自動控制、信號報警、安全聯鎖和工業電視等一系列安全保護的先進手段，當化工、石化機械設備出現異常時，安全保護裝置會自動發出警報或自動采取安全措施，以防事故發生，保證安全生產。例如，安裝在反應器上的防爆膜就是設計時有意識使設備中的某一部件強度特別低，以避免因設備過載而使整個設備報廢；又如兩種氣體混合后進行化學反應，當混合氣體的濃度接近爆炸極限時，安裝在氣體輸入管道上的安全保護裝置就會自動中斷氣體的輸入，防止燃燒爆炸事故發生；氣體壓縮機的油壓過低保護裝置，在出現運轉中短時間油量減少或斷油時，就會發出報警與停機聯鎖，以確保壓縮機安全運行。（4）適用性強當運行的溫度、壓力等條件有變化時，應能完全適應并維持正常運行。而且一旦由于某種原因發生事故時，可立即采取措施，防止事態擴大，并在短時間內予以修復、排除。這除要求安裝有相應的安全保護裝置外，還要有方便修復的合理組織結構，備有標準化、通用化、系列化的零部件以及技術熟練、經驗豐富的維修隊伍。通過上述分析表明，化工、石化機械設備運行狀況的好壞，將直接影響化工、石化生產的連續性、穩定性和安全性，而且生產的特殊性使整個機械設備存在許多不安全因素。因此，強化化工、石化機械設備的維護管理，提高職工隊伍的安全技術素質，確保化工、石化機械設備的安全運行，在化工、石化生產中越來越重要。三、安全運行在化工、石化生產中的重要地位鑒于化工、石化生產的上述特點，化工、石化行業發生事故的可能性、危險性及其后果要比其他行業大得多。一旦發生事故，將直接威脅人民生命和財產的安全，使經濟遭受重大損失，后果慘重。同時，正常的生產也無法維持下去，甚至整套機械設備、一條或多條生產線將會毀于一旦。例如，1984年12月3日美國聯合碳化物公司在印度博帕爾市的一座農藥廠，發生了一起液態甲基異氰酸酯大量泄漏氣化事故，使附近地區空氣中的這種毒氣濃度超過了安全標準的1000倍以上，在事故發生后的一周內，中毒死亡人數達2500人。在該市70萬人口中，約有20萬人受到不同程度的影響，其中約5萬人可能因此而雙目失明，其他幸存者的健康狀況也將受到嚴重危害。此外，博帕爾地區的大批食物和水源也被污染，大批牲畜和其他動物也同樣遭到威脅而相繼死亡，生態環境受到嚴重破壞。我國也發生多起惡性事故，如1997年6月27日北京東方化工廠罐區乙烯罐爆炸起火，油泵房和一些貯罐被炸毀，死亡9人，傷39人，直接經濟損失1>.17億人民幣。通過上述案例的慘痛教訓說明，安全運行在化工、石化生產中具有重要作用。為了確保化工、石化生產的安全，確保人民生命財產的安全，國家采取了一系列措施加強安全生產工作。一是從機構上做了重大改革，成立了國務院安全生產委員會、國家安全生產監督管理局、國家質量技術監督局；二是從制度上制定了一整套安全生產法規、標準等文件，如《鍋爐壓力容器壓力管道特種設備事故處理規定》、《危險化學品的安全管理條例》、《國務院關于特大安全事故行政責任追究的規定》和《中華人民共和國職業病防治法》等；三是從1991年起，每年在全國范圍內開展“安全生產周”活動，即組織開展安全生產大檢查活動，在各地、各行業、各單位進行自查的同時，國務院責成有關部委組織若干個檢查組，對省級政府、國務院有關部門和中央大型企業進行檢查，消除化工、石化生產中的安全隱患和漏洞，落實整改措施；四是結合安全生產萬里行活動，組織新聞單位進行明察暗訪，對發現的問題及時揭露和曝光，各單位針對查找出來的突出問題，指定專人負責，采取有效措施，及時消除事故隱患，檢查與整改相結合，對檢查出來的問題，按照《國務院關于特大安全事故行政責任追究的規定》厲行責任追究；五是為提高全民族的安全意識，強化對安全生產重要意義的認識，組織各種宣傳咨詢活動，大力宣傳黨和國家安全生產的方針、法律、法規、標準，使企業的各級領導、管理干部、工程技術人員和操作工人牢固樹立“安全第一，預防為主”、“責任重于泰山”、“安全生產是企業各方效益的根本保證”的思想，對安全生產形勢的嚴峻性保持清醒的頭腦，深刻認識到安全生產工作任重道遠，安全運行是化工、石化生產的前提和關鍵，沒有安全作保障，生產就不能順利進行；此外，要認真分析國內外典型事故案例，吸取教訓，學習國內外先進的安全生產技術、管理觀念、方式和方法，認真研究探討化工、石化生產中可能會發生的事故和預防措施，盡可能杜絕事故的發生和使事故造成的損失減少到最小程度。第二節化工、石化機械設備的材料選擇在安全運行中的重要作用（1）合理選擇材料的重要性材料的正確選擇是設備與機器連續安全運行的保證。因選材不當、材料本身存在缺陷或對材料不適當處理而引起的事故頗多。壓力容器如選材不當，即使容器具有足夠壁厚，在正常使用條件下也可能因材質韌性降低而發生爆裂、斷開或因工作介質對材料腐蝕而導致腐蝕破裂，甚至發生火災和爆炸事故；如果機器的零部件選材不當，或材料本身有缺陷等，將會使運動部件出現裂紋、斷裂或脫落飛出而擊傷構件，甚至發生燃燒爆炸事故；管道，特別是高溫、低溫或腐蝕環境中使用的管道，如果材料本身有缺陷或選材不當，將會引起疲勞裂紋、金屬材質脆化等事故。例如，1991年4月26日凌晨，山東省某化肥廠合成塔與廢熱鍋爐連接管（φ127×24）突然爆裂斷開，大量高壓合成氣噴出起火，燒死7名職工。經調研發現，該連接管按規定應采用材質為1Crl8Ni9Ti的無縫鋼管，但實際用15CrMo材質代替，并用20號鋼彎頭與15CrMo鋼管道焊接。而發生爆裂的部位正是20號鋼彎頭處，斷口呈脆性斷裂。由于合成塔出口溫度由210℃提高到280℃，使碳鋼彎頭內壁遭到嚴重氫蝕，內壁脫碳深達8mm，使其機械強度和沖擊韌性大大下降，致使彎頭在運行中爆裂。1991年9月25日，遼寧省某化肥廠低壓泵房熱水循環泵的泵體爆裂，大量過熱水噴出并汽化，燙死傷5人，經濟損失達50>.8萬元。經檢查發現泵體材料為硬度與強度是所有牌號灰口鑄鐵中最低的灰口鑄鐵。雖然該泵的運行工況和泵體材料均符合產品說明書的要求，但事故發生說明采用此種材料做泵體是不合適的。1989年12月5日，黑龍江省某化肥廠冷凝塔爆炸，造成3人死傷和一些設施破壞。事后調查發現設備運行工況正常，經檢查分析，發生事故的原因是未按設計要求對設備進行防腐處理，致使冷凝塔壁嚴重腐蝕減薄而受不了正常操作壓力，造成使用不到三年的設備因腐蝕嚴重而發生物理爆炸。二、選材中應注意的問題（1）必須全面考慮機械設備的使用場合、結構形式、工作特點、介質性質、材料使用性能、工藝性和經濟合理性。（2）材料選用應符合原中國石油化工總公司、原化學工業部、原機械工業部頒布的《鋼制石油化工壓力容器設計規定》等技術文件及原機械工業部頒布的國家級、部級的各項標準、規定、規范和技術條件。國家尚沒有正式標準的，如離心式壓縮機，其主要零部件材料可參照美、日、荷型離心式壓縮機有關標準進行選用。（3）選用材料的化學成分、金相組織、機械性能、物理性能、熱處理和焊接方法應符合有關的材料標準，與之相應的材料試驗和鑒定應由用戶和制造廠商定。（4）由制造廠提供的其他材料，經試驗、技術鑒定后，確能保證設計要求的，用戶方可使用。（5）處理、輸送和分離易燃易爆、有毒和強化學腐蝕介質時，其材料的選用應尤其填重，應嚴格遵守有關標準。（6）與化工設備與機器所用材料相匹配的焊接材料應符合有關標準、規定。（7）技術革新、設備改造時使用代材料時，要有嚴格的審批手續。（8）嚴格執行進廠設備、配件、材料的質量檢查驗收制度，防止不合格設備、配件、材料進入石油化工裝置投入生產，消除設備本身的不安全因素。（9）在設計、材料分類和加工等各個階段，都有可能發生材料誤用問題，因此要嚴格管理制度，嚴把設備采購關，防止低劣產品進廠。第三節化工、石化機械設備的分類與典型結構一、設備分類與典型結構設備種類繁多，形式多種多樣。按工藝用途不同，可分為塔槽（罐）類、換熱設備、反應器、干燥設備、分離器、加熱爐和廢熱鍋爐等。而化肥、化工、煉油廠中使用的化工設備大多數是壓力容器，對壓力容器進行分類也有許多種方法。按工作壓力不同，可分為低壓、中壓、高壓和超高壓四個等級，具體劃分見表1-1。表1-1壓力容器分級22等級壓力／Mpa（kgf/cm）等級壓力/Mpa（kgf/cm低壓容器0>.098（1）≤p＜1>.57（16）高壓容器9>.8（100）≤p＜98（1000）中壓容器1>.57（16）≤p＜9>.8（100）超高壓容器p≤98（1000）１>.貯槽與塔器貯槽（或貯罐）是指用于貯存各種介質，維持穩定壓力，起到緩沖、持續進行生產和運輸物料作用的容器，貯槽的種類很多，按容積大小可分為小型貯罐和大型貯罐。貯罐的結構一般有以下三種。（1）中小型貯罐由圓筒體和兩個封頭焊接而成，通常器內為低壓，其結構比較簡單，如圖1-1所示。（2）大型貯罐主要用于貯存不帶壓力、腐蝕性較小的液體和煤氣。其罐頂形式有三種，即錐頂、拱頂和浮頂等，如圖1-2所示。（3）球形罐其結構如圖1-3所示。它也屬于大型貯罐，在相同容積下表面積最小。在相同壓力下，球形罐比圓筒形罐的壁厚要薄，其殼體應力為圓筒形罐殼體應力的1/2，但制造加工復雜，造價較高。它主要用于大型液化氣體貯罐，例如丙烷、丁烷、石油液化氣以液態貯存時一般采用球形貯罐。不論是哪種形式的貯槽或貯罐，其故障主要發生在殼體本身，通常為燃燒爆炸、嚴重腐蝕、侵蝕以及嚴重泄漏等。在化工、石化生產中，經常會遇到物質從一相轉移到另一相的過程。例如用水吸收氣態氯化氫制鹽酸時，氯化氫由氣相轉移到液相（水）中去，這種過程稱為物質的傳遞過程。氣體吸收、液體的蒸餾、固體的干燥、溶劑的萃取都屬于傳質過程。為其工藝過程服務的相應設備，如吸收塔、蒸餾塔、反應塔（作為反應設備使用）、萃取塔等都屬于塔設備。塔設備通常按照內部構件的結構特點進行分類，可分為板式塔和填料塔兩大類。（１）板式塔塔體多用多用鋼板焊接而成，若用鑄鐵制造，則塔間用法蘭連接。板式塔內件主要有塔盤、降液管、受液盤、除沫器等。按塔盤結構不同又分為泡罩塔、篩板塔等，典型的泡罩塔如圖1-4所示。（２）填料塔填料塔的結構如圖1-5所示。填料塔結構簡單，塔內組件較少，機械故障相對減小。但塔內污染、腐蝕和泄漏故障仍是必須引起注意的問題。特別是在檢修前未作置換、置換不徹底、置換方法不正確或設備本身制造缺陷以及檢修中違章動火等，都將會引起爆炸事故。在化工、石化廠中塔爆炸事故時有發生。2>.換熱器換熱器是用來完成各種傳熱過程的設備。列管式換熱器是化肥、化工、煉油廠中應用最廣、效率較高的一種傳統的傳熱設備，如圖1-6所示，它還是高溫、高壓和大型換熱器的主要結構形式。換熱器的分類見表1-2。管束、封頭失效，管子脹口泄漏、腐蝕以及因換熱器材料疲勞、零部件破壞而引起的燃燒爆炸事故，會使生產遭到損失，甚至威脅人身安全，因此必須給予足夠的重視。表1-2換熱器的分類熱量傳遞方間壁形狀結構形式管束與殼體結構形適用范圍式式固定管板式管殼溫差≤50℃，殼程承受較低壓力列管式浮頭式高溫高壓場合管殼式Ｕ形管式管內外承受高壓填料函式壓差較小場合薄管板式中壓、大直徑（2000mm以下）間壁式套管式逆流操作，傳熱面較小的冷卻器、冷凝器或預熱器蛇管式用于管內流體的冷卻或冷凝板式用于黏性較大的液體間換熱螺旋板式逆流操作，回收低溫熱能緊湊式板翅式主要用于制氧傘板式通道較小，易堵，要求流體干凈板殼式壓力不能太高直接接觸式允許換熱流體之間直接接觸蓄熱式高溫爐氣中回收熱量3>.反應設備反應設備是進行化學反應過程的設備。反應設備在化工、石油化工中應用極為廣泛。反應設備與工藝過程密切相關，其結構形式繁多，大型化肥、化工、煉油廠使用較多的有三種，即反應鍋、固定床催化反應設備和流化（或沸騰）床催化反應設備，其性能特點、適用范圍如表1-3所示。表1-3各類反應設備性能比較類型特點適用范圍應用舉例反應鍋適應性強，操作彈性大，連續操作時溫度和染料、制藥、涂料、液相、液－液相、（一級或多濃度容易控制，產品質量均一；但轉化率高時，制燒堿等反應鍋、反液－固相、氣－固相級串聯）反應鍋尺寸較大應桶固定床催化返混小，高轉化率時催化劑用量少，催化劑化肥工業的甲烷、反應設備不易磨損；操作時溫度不易控制，流體速度較氣－固（非催化劑氨合成塔，基本有機低，流體與固體接觸面小，合成效率較低，一與催化劑）相合成的甲醛、醋酸合般為10%～12%，催化劑裝卸困難成塔流體與固體接觸面積大，傳熱好，傳質傳熱氣－固或氣－液系數大，催化劑有效系數大，溫度均勻，易控硫鐵礦的焙燒，活流化床催（非催化劑與催化制，固體顆粒容易加入和取出，流動容易；顆性炭的制造，化肥工化反應設備劑）相，特別是催化粒和器壁易磨損，固定床的高度與直徑比較業的氨合成塔劑失活很快的反應小，返混大，影響轉化率，操作條件限制大反應釜（或反應鍋）的結構如圖1-7所示。反應釜、合成塔、流化床中的反應介質絕大多數是易燃易爆的氣體或粉末狀固體物料，因檢修中未進行徹底置換、違章動火、物料性能不清楚、開車程序不嚴格、操作中超壓和泄漏而造成的爆炸事故極多，因泄漏嚴重、違章進入釜內作業造成的中毒事故也頗多。觸媒中毒、冷管失效也是常見事故之一。４>.干燥設備干燥是將熱量加于濕物料中并排除揮發性成分（大多數情況下是水），從而獲得一定濕含量的固體產品。干燥過程所需的設備為干燥設備。干燥技術是一種古老而通用的單元操作技術，然而它又是復雜、人類對其了解最淺的技術。因此，大多數干燥設備設計仍然依賴于小規模試驗和實際操作經驗，換句話說，干燥器設計尚屬非標設計。干燥設備易發生的故障有黏性物料、易結塊物料粘壁或堵塞，高溫擊穿損壞元件等。5>.廢熱鍋爐廢熱鍋爐（或稱余熱鍋爐）既是回收熱量生產低中壓蒸汽的動力鍋爐，又是有化工介質的工藝設備。由于它主要完成熱量傳遞，因此，其基本結構是一個具有一定傳熱面積的傳熱設備。廢熱鍋爐的結構形式多種多樣，其分類方法見表1-4。化肥、化工、煉油廠用的最多的是固定平管板式火管廢熱鍋爐和撓性管板式、碟式管板式、煙道式廢熱鍋爐等。表1-4廢熱鍋爐的分類分類方法類型適用范圍分類方法類型適用范圍爐管內流動水管式蒸汽壓力高、蒸發量大結構形式列管中小型氨廠轉化氣、介質的大型工廠式乙烯、制氫、硫酸等火管式中小型低壓鍋爐Ｕ形管式高溫高壓爐管的位置臥式中小型廢熱鍋爐刺刀管式立式回收熱負荷大、蒸汽壓壓力較高、管殼之間力較高的大型化工裝置螺旋盤管式熱膨脹差較大、重油裂操作壓力低壓P＜1>.3化氣的廢熱回收Mpa（132kgf/cm）雙套管式急冷高溫裂解氣中壓P=1>.4～3>.9MPa（14～239kgf/cm工藝用途重油汽化高壓P=4～10MPa（40～100乙烯生產裂解急冷2kgf/cm甲烷－氫轉化氣汽水循環系自然循環式化工廠中的廢熱鍋爐合成氨（前、中、后）統工作特性置式強制循環式這里只介紹臥式固定平管板式火管廢熱鍋爐。它類似于管殼式換熱器，管板直接焊在殼體上，其結構如圖1-9所示。這種鍋爐除用作中、小型氨廠轉化氣的廢熱鍋爐外，也可用于乙烯、制氫、硫酸、焦化等廠的廢熱回收。廢熱鍋爐的爐管爆破（即加熱部件管子的破裂）、爐體損壞、管束失效事故是大量發生的，包括從國外引進的廢熱鍋爐，也曾多次發生類似事故，直接影響生產和安全，必須引起足夠的重視。6>.加熱爐加熱爐（或稱工業爐）是指用燃料燃燒的方式將工藝介質加熱到相當高溫度的設備。在化肥、化工、煉油生產中，加熱爐的應用也是相當廣泛的，其種類也多種多樣。按加熱爐的形狀及熱物料的狀態不同，可將其分類，見表1-5。加熱爐的結構形式很多，不論是哪種形式，加熱爐的結構一般由四部分組成，即燃燒裝置、燃燒室（或爐膛）、余熱回收室和通風裝置。表1-5加熱爐的分類爐型結構形式應用爐型結構形式應用釜式爐焦油蒸餾釜式爐煤氣發生爐、水煤氣發生爐加熱流體型精萘蒸餾釜式爐發生爐型魯奇加壓煤氣發生爐移動層爐型油頁巖干餾爐煉油管式加熱爐熔礦爐型鈣、鎂、磷肥高爐管式爐烴類裂解管式爐重油加壓汽化爐烴類蒸汽轉化管式爐硫磺焚燒爐可燃氣體的各種管式爐氣流反應爐型重油制炭黑爐熔融固體型反射爐型硅酸鈉制造爐天然氣制炭黑爐天然氣部分燃燒制乙炔爐由于種種原因導致加熱爐爐管泄漏、嚴重損壞、爆炸、爐嘴環隙堵塞和整個爐體爆炸是常見的事故。二、機器分類與典型結構化肥、化工、煉油廠使用較廣的有氣體壓縮機（包括風機）、汽輪機、離心機和泵（簡稱三機一泵）。由于氣體壓縮機、汽輪機和泵都是以流體作為工作介質進行能量轉換的機械，所以統稱為流體機械。１>.壓縮機壓縮機是一種用于壓縮氣體、提高氣體壓力和輸送氣體的機械。按照壓縮氣體的原理、能量轉換方式的不同，壓縮機可分為容積式和速度式（或稱透平式）兩種基本類型。容積式壓縮機是依靠氣缸工作容積的周期性變化來壓縮氣體，以提高氣體壓力的機械。按照活塞在氣缸中運動方式的不同，可分為往復活塞式（簡稱往復式或活塞式）壓縮機和回轉式壓縮機。透平式壓縮機的工作原理與容積式截然不同，它是一種葉片旋轉式機械。它依靠高速回轉的葉輪，使氣體在離心力作用下以很高的速度甩出，從而獲得速度能和壓力能，然后通過擴壓元件將速度能轉化為壓力能。透平式壓縮機按照流體方向的不同，又有離心式、軸流式和混流式三種結構形式。按排氣壓力大小，壓縮機又可分為通風機、鼓風機和壓縮機。壓縮機的分類見表1-6。表1-6壓縮機的分類風機壓縮機類別通風機鼓風機2＞0>.294MPa（3kgf/cm）29>.8～14>.7kPa（0>.1～＜0>.294MPa（3kgf/cm）20>.15kgf/cm）往復式活塞式壓縮機容滑片式壓縮機積回轉式羅茨鼓風機螺桿式壓縮機式液環式壓縮機多葉片通風機離心式鼓風機離心式壓縮機速度（透平）式透平式通風機軸流式鼓風機軸流式壓縮機軸流式通風機活塞式壓縮機是容積式壓縮機的典型代表，其結構及特點見表1-7。（１）活塞式壓縮機活塞式壓縮機包括主機和輔機兩部分。主機部分如圖1-10所示。曲軸、連桿、連桿螺栓、活塞桿斷裂是活塞式壓縮機常見的事故。氣缸和活塞是實現氣體壓縮的主要零部件，而氣缸發熱、導常振動、開裂和活塞斷裂事故，在活塞式壓縮機工作中是屢見不鮮的。活塞環、氣閥閥片與彈簧和填料是易損件，而它們的壽命長短與可靠性將直接影響壓縮機運行的穩定性運行周期。輔機部分包括濾清器、緩沖器、氣液分離器、中間冷卻器、注油器、油泵和管路系統。其中緩沖器、中間冷卻器、氣液分離器的燃燒爆炸事故多為常見。（２）螺桿壓縮機螺桿壓縮機按螺桿的數目不同，可分為單螺桿和雙螺桿壓縮機。按運行的方式不同，可分為噴油（濕式）和無油（干式）螺桿壓縮機。雙螺桿壓縮機的結構如圖1-11所示。它主要由一對轉子、機體（或稱氣缸）、軸承、同步齒輪及軸封等零部件組成。因螺桿壓縮機無磨損件，可實現無油潤滑，故適用于中、低壓及中、小排量3（＜10m/min）動力用空氣壓縮、工業氣體壓縮、制冷工業或允許氣體帶有液體以及粉塵微粒的使用場合。抱軸、燒瓦、軸承損壞是螺桿壓縮機覺見的事故。（３）液環式壓縮機液環式壓縮機和液環式真空泵統稱為液環泵，它既可作真空泵使用，也可單獨作壓縮機用，在少數情況下，也可輸送液體。液環泵是回轉式容積泵的一種，因其通過旋轉的液體來傳遞能量，故叫液環泵，如果工作介質是水則稱水環泵。根據工作性能要求，液環泵有多種結構形式。常用的有單級作用液環泵、單級雙作用液環泵。YLJ型液環式氯氣泵是我國目前生產較多的一種液環泵產品，其結構和工作原理如圖1-12所示。它主要由泵體（包括錐形分配套、大蓋、橢圓形殼體）、工作輪、軸承支座和密封裝置構成。泵體、軸承發熱、振動和嚴重泄漏是液環式壓縮機常見的事故。（４）離心式壓縮機大型化肥、化工、煉油生產用離心式壓縮機一般分為幾段進行壓縮，段與段之間設置冷卻器。每一個段一般又由一個或幾個壓縮級組成。而每一個級是離心式壓縮機升壓的基本單元，它主要由一個葉輪及與其相配合的固定元件構成。葉輪是離心式壓縮機中惟一做功部件，大部分壓力（約65%～70%）是在葉輪中形成的，所以單級壓縮所能產生的壓力是有限的，對于較高壓力，要靠采用多級壓縮的方法得到。由于氣體在壓縮機中流動方向與主軸線垂直，故稱離心式壓縮機，它和軸流式（氣體在壓縮機中流動方向與主軸線平行）壓縮機統稱為透平式壓縮機。離心式壓縮機按其結構特點分為水平剖分型和垂直剖分型兩種。圖1-13為水平剖分型離心式壓縮機。用于不同介質的離心式壓縮機見表1-8。離心式壓縮機的轉速很高，一般是每分鐘幾千或上萬轉，對動平衡要求極高。由于種種原因，轉子不平衡就會引起葉輪飛裂、葉片斷裂、轉子損壞、軸承與軸瓦燒壞以及異常振動。表1-8離心式壓縮機的應用排氣壓力產品介質裝置容量2/MPa（kgf/cm）丙烯腈空氣700～900噸／年0>.17><96（２）丙烯1>.862（19）氨合成氣20>.58（210）氫氣800～1500噸／日3>.43（35）氨1>.47（15）乙烯裂解氣體3>.626（37）丙烯300000～500000噸／年1>.666（17）乙烯1>.862（19）甲醇合成氣體1000～2000噸／日4>.9（50）循環氣體4>.9（50）尿素二氧化碳1000～1500噸／日14>.7（150）天然氣液丙烷1000000噸／年1>.862（19）化混合制冷劑4>.214（43）石油精制重油間接脫硫1>.4～6萬桶／日6>.86（70）催化重整3>.5～5萬桶／日2>.548（26）重油直接脫硫2>.7～7萬桶／日10>.78（110）催化裂化約6萬桶／日1>.568（16）（５）軸流式壓縮機軸流式壓縮機是利用外界提供的機械能連續不斷地使氣體壓縮并輸送出去的機械。它首先是使氣體分子獲得很高的速度，然后讓氣體停滯下來，將動能轉化為壓力能，即將速度轉化為壓力，因此它是速度式壓縮機主要類型之一。它與離心式壓縮機最大的區別是氣體流動的方向不同，不像離心式壓縮機那樣從軸向到徑向的急轉變，而是氣體從軸向進入高速旋轉的葉片，然后被葉片推到導葉中擴壓，最后沿軸向排出。因此，軸流式壓縮機的最高效率可達到90%。依據它的工作原理，單級壓力比不可能像離心式機械那么高，故一般都采用多級形式。對于總壓力比較大的軸流式壓縮機而言，有不少是十級以上的。多級軸流式壓縮機如圖1-14所示。軸流式壓縮機的轉速很高，一般大于4000r/min，宜采用高轉速的驅動機直接驅動壓縮機，避免使用高速、大負荷的齒輪箱傳動。軸流式壓縮機運行中出現的故障有旋轉失速，即在小流量區運行時，氣流流入葉柵時正沖角增大，使葉片背面氣流產生脫離，從而相繼影響相鄰的葉片，使脫流現象逐漸向葉片背弧方向傳播，形成旋轉失速，導致葉片在交變應力下發生疲勞破壞。其次是喘振，即旋轉失速進一步發展，使葉片背弧氣流嚴重脫離，氣流通道堵塞，機組發生喘振。發生喘振時，機組產生劇烈振動，如不及時采取有效措施可導致某些零件損壞。２>.風機風機是輸送氣體，將原動機的機械能轉變為氣體的動能和壓力能的機械。按照輸送氣體的壓力不同，風機可分為通風機（9>.8～14>.7kPa）和鼓風機（＜0>.294Mpa）兩種類型。按照介質在風機內部流動的方向不同，風機可分為離心式風機、軸流式風機和混流式風機。按照工作原理不同，風機可分為回轉式（羅茨鼓風機）、速度式（離心式、軸流式、混流式風機）和其他類型風機，如再生式鼓風機（或稱旋渦風機）。（１）離心式風機離心式風機主要由葉片、葉輪前后盤、機殼、截流板、支架和吸入口等部件構成，如圖1-15所示。機殼內的葉輪固裝在原動機拖動的轉軸上，葉片與葉輪前后盤連接成一體。當葉輪隨原動機拖動轉軸旋轉時，葉片間的氣體也隨葉輪一起旋轉而獲得離心力，并使氣體從葉片之間的開口處甩出，被甩出的氣體擠入機殼，于是機殼內的氣體壓強增高，最后被導向出口排出。氣體被甩出后，葉輪中心部位的壓強降低，從而外界氣體就能從風機吸入口通過葉輪前盤中央的孔口吸入，源源不斷地輸送氣體。離心式風機常見故障是煤氣倒流入風機內引起爆炸；葉輪、軸承、軸瓦燒壞；壓力偏高或偏低；風機不規則振動和風機與電機一起振動等。（3）羅茨鼓風機羅茨鼓風機是最早制造的兩轉子回轉式壓縮機之一，其結構如圖1-19所示。它由一截面呈“8”字形、外形近似橢圓形的氣缸和缸內配置的一對相同截面（也呈“8”字形）彼此嚙合的葉輪（又稱轉子）組成。在轉子之間以及轉子與氣缸之間都留有0>．15—0>．35mm的微小的嚙合間隙，以避免相互接觸。兩個轉子的軸由原動機軸通過齒輪驅動，且相互以相反的方向旋轉。氣缸的兩側面分別設置與吸、排氣管道相連通的吸、排氣口。羅茨鼓風機在運行中常見的故障有因抽負壓，空氣進入系統，形成爆炸性混合氣體而發生爆炸；鼓風機內帶水，轉子損壞，盤車盤不動，機殼發燙、振動、噪聲大；電機電流超高或跳閘；出口壓力波動大和泄漏中毒等。３>.泵泵是把原動機的機械能轉變成被抽送液體的壓力能和動能的機械。泵的種類極多，分類方法也多種多樣。按泵的作用原理不同可分為三種類型：動力式泵、容積式泵、其他類型泵。（1）動力式泵利用高速回轉的葉輪將能量連續地施加給液體，使其提高壓力能和速度能，隨后通過擴壓元件將大部分速度能轉化為壓力能，如離心泵、旋渦泵、混流泵和軸流泵等。由于它們都具有葉片，又稱葉片泵。（２）容積式泵利用泵的工作容積周期性變化，將能量施加給液體，使其提高壓力能并強行排出，如活塞泵、柱塞泵、齒輪泵、螺桿泵和水環泵等。（３）其他類型泵利用液體的能量（定能、動能等）來輸送液體，如射流泵。化肥、化工、煉油廠中大量使用的是離心泵、容積式泵。離心泵的結構如圖1-20所示。它主要由包括葉輪與軸在內的運轉部件（即轉子）和由殼體、填料函和軸承等組成的靜止部件兩大部分構成。在泵體內的葉輪人口處有吸液室，葉輪出口有壓液室。為保證離心泵的正常運行，還需具有必要的附屬設備，如進水過濾器、底座、閘閥、排出閥、壓力表和真空表等。葉輪是傳遞原動機能量對液體做功的惟一部件。由于葉輪旋轉時將能量施加給液體，所以在離心泵中形成了高、低壓區。為了減小液體由高壓區流人低壓區，在泵體和葉輪互相摩擦的地方裝有密封環；由于泵軸伸出泵體，為減少有壓力的液體流出泵外和防止空氣進入泵內，在旋轉的泵軸和固定的泵體之間裝有軸封機構；泵在運行中由于作用在轉子上的力不對稱，會產生軸向力，此力得不到平衡時，會造成振動和軸承發熱，因此，泵裝置中還設有軸向力平衡機構。離心泵的結構形式甚多，按泵軸的位置可分臥式和立式兩大類；按葉輪的數目不同可分為單級泵和多級泵；按葉輪吸人方式不同又有單吸泵和雙吸泵之分；按泵的用途和輸送液體的性質，可分為水泵、酸泵、堿泵、油泵、低溫泵、高溫泵、液氨泵和屏蔽泵等。據國內外資料統計，離心泵的產量占泵總產量的75%，由于它具有流量范圍廣（5～320000m／h）、揚程范圍寬（8—2800m）、適應性強、結構簡單、體積小、質量輕、操作維修簡單和運轉平穩等特點，化肥、乙烯及三大合成工業和石油煉制工業所需要的各種油泵、耐腐泵、計量泵等都采用離心泵。此泵啟動前必須灌泵，輸送高黏度液體時效率較低，甚至無法工作。泵軸燒壞斷裂，軸承、軸瓦嚴重磨損，軸封嚴重泄漏及其他零部件損壞，泵電機燒壞而停產及由此而引起的燃燒爆炸、灼傷事故等是離心泵常見的事故。容積式泵包括往復泵、柱塞泵（如圖1—21所示）、齒輪泵、隔膜泵和水環泵等。其中柱塞泵在化肥、化工、煉油廠中應用較多。容積式泵由于不論排出壓力高低，其排液量大致都相同，因此，關閉出口閥時，泵的流量并不減小，反而使壓力劇烈上升，致使驅動機和不耐壓部件損壞，為此，在靠近泵體處設置安全泄壓裝置（一般采用安全閥）。4>．離心機離心機是利用離心力來分離液-固相（懸浮液）、液-液相（乳濁液）非均一系混合物的一種典型的化工機器。離心機的結構形式很多，分類的方法也多種多樣。按照分離原理不同，可分為過濾式和沉降式兩類。過濾式是指分離過程是在有孔的轉鼓上進行的，如圖1-22所示。過濾式離心機主要用于分離固體含量較多、固體顆粒較大的懸浮液。沉降式是指分離過程是在無孔的轉鼓上進行的，如圖1-23所示。沉降式離心機主要用于分離含固體量少、固體顆粒較細的懸浮液。目前在化肥、化工、煉油企業中使用最多的是刮刀卸料離心機和活塞推料式離心機，用以處理硫銨、碳銨、硫酸銅、尿素、聚氯乙烯、硝酸鹽和焦油副產品等物料。轉鼓振動、機身振動和分離易燃易爆液體時發生的燃燒爆炸事故是離心機常見的事故。5>.汽輪機汽輪機是通過噴嘴或靜葉片的膨脹過程，使壓力蒸氣的熱能轉化為動能，從而推動動葉片做機械功的一種原動機。按汽輪機的工作原理不同，可分為沖動式和反動式兩類。沖動式是指蒸汽壓力降出現在噴嘴中，利用噴出蒸汽的沖動力的汽輪機。反動式是指蒸汽壓力降不僅出現在噴嘴中，而且也出現在轉子葉片中，利用蒸汽對葉片的反動力的汽輪機。在從國外引進的大型氨廠使用的工業汽輪機中，美國機組全部是沖動式汽輪機，法國、日本機組為反動式汽輪機。按熱力過程分類，可分為凝汽式、抽汽式和背壓式三種。凝汽式汽輪機是指蒸汽在汽輪機中做功以后，排至冷凝器中并全部冷凝為冷凝水的汽輪機。煉油廠的大型汽輪機大多采用這種形式。抽汽式汽輪機是指在汽輪機工作中，從它的某一中間級或幾個中間級后抽出一定量的蒸汽供其他設備（如供暖和工藝加熱）用，其余蒸汽在機內做功后仍排至冷凝器中冷凝。背壓式汽輪機是指排汽壓力大于一個大氣壓，排汽既提供低壓蒸汽又產生動力用于供暖或工業加熱等用汽設備的汽輪機。大型合成氨廠使用的汽輪機中就有不少是背壓式汽輪機，煉油廠的小型汽輪機幾乎全部采用這種形式。按蒸汽的初參數分類，又可分為低壓、中壓、高壓、超高壓和超臨界壓力汽輪機，其分類方法如表l-10所示。表1-10按初參數分類表參數范圍分類2壓力（絕壓）／MPa（kgf／cm）溫度／℃低壓＜1>.<96（20）＜350中壓1>.<96～3>.2（20～40）350～450高壓4>.9～14>.7（50～150）450～560超高壓16>.66（170）550超臨界壓力＞22>.11（225>.65）580～650沖動式汽輪機的結構如圖1-25所示，它主要由軸、葉輪、葉片、噴嘴、汽缸和排汽管組成。沖動式汽輪機的級數一般較少，動葉片內無壓強，軸向推力較小，故適用于大、中、小型汽輪機的使用場合，比如用于驅動輔助設備。反動式汽輪機的結構如圖1-26所示。它主要由轉鼓、動葉片、靜葉片、汽缸、進汽的環形室、平衡活塞和蒸汽聯絡管等部件構成。反動式汽輪機一般為多級。動葉片直接安裝在轉鼓上，在兩列動葉片之間有靜葉片（相當于沖動式汽輪機的噴嘴）安裝在汽缸內壁上。動靜葉片的截面形狀完全相同。汽輪機的做功原理主要是經過兩次能量轉換過程。一次是熱能轉變成為動能，它是在噴管中實現的，噴管做成靜止的零件，并采用各種不同的方法將其固定在汽缸內，構成汽輪機的靜止部件（簡稱靜子）；二次是汽流對動葉做功，將汽流的動能轉換成機械能，它是在動葉柵內進行的。動葉柵以不同的方式安裝在轉子上，構成汽輪機的轉動部件（簡稱轉子）。轉子與靜子是汽輪機的主要組成部件。此外，還有支撐轉子的軸承與供油潤滑系統。為了調節轉速與功率，還配有調節系統和防止超速的保安裝置（如危急遮斷裝置、報警裝置），還有其他特殊裝置，如盤車機構等。汽輪機轉子由主軸、葉輪、葉片等零件構成，并通過聯軸器或減速器與被驅動機械（如離心式壓縮機、風機和泵等）的軸相連。葉輪用來安裝工作葉片，將葉片上所受的力矩傳遞到軸上，拖動被驅動機械運行。工業汽輪機轉速一般很高（n=12000～20000r/ain），在高轉速下，除動葉片外，葉輪在汽輪機中是承受負荷最大的零件，而葉輪飛裂、葉片折斷是汽輪機多發事故。動葉片是汽輪機惟一做功零件，它又是汽輪機中最薄弱的環節。動葉片通常與圍帶或拉筋連接在一起。圍帶是防止流經葉片的汽流由于離心力的作用而飛離葉片的通道。拉筋是為了減少離心力對長葉片的影響。長葉片一般不采用圍帶而用比較細的拉筋來增加葉片的剛性，從而改善抗彎性能。在生產中，葉片斷裂、圍帶破裂經常發生，甚至法國進口的蒸汽透平高壓汽缸也多次發生葉輪葉片折斷、圍帶破裂和鉚釘折斷等事故。第四節化工、石化安全生產的現狀分析我國的化工、石油化工發展很快。到目前為止，我國已有約1800多家大中小型氮肥企業，3000多家化工廠和100多家大中型石油化工基地，幾乎遍及全國。特別是近30年來，我國從國外引進了一大批成套生產裝置，如13套30萬噸／年合成氨、6套30萬噸／年乙烯和6套大型石油化纖生產裝置，現已投產。隨著老廠改造、擴建，新廠的建成投產，以及引進大型生產裝置的開工，結合行業生產的特點，安全生產和環境保護已是擺在我們面前的重要課題。國家有關部門特別注意了機械設設備的優化設計、科學管理及設備改造與更新，并制定了一系列有關設計、制造、檢查的法律、法規、標準，還在機構改革、強化管理、提高職工安全文化素質等方面采取了一系列措施，使安全生產工作在一定時期內出現根本性扭轉，取得了很大成績。盡管如此，由于行業本身生產的特殊性，加之裝備技術相對落后、企業管理尚存在差距、職工安全意識和法制觀念還沒有牢固建立等，重大事故屢屢發生，有的甚至是災難性的，而且安全生產不穩定，有時設備事故有所減少，有時又有所回升。據1979—1988年全國28個省市化肥、化工、煉油行業生產的不完全統計，共發生重大設備事故552起，占全部重大事故的51>.7%，造成的直接經濟損失達4048>.7萬元；據1990～1999年全國29個省、自治區、直轄市化工系統縣以上全民企業的不完全統計，發生重大傷亡事故3680起；據有關部門統計，1949～1984年，全國石油化工企業發生各類事故約5899起，其中因設備原因發生的事故占很大比例。從傷亡人數來說，也是十分驚人的。以小氮肥和煉油生產為例，截止到1989年，小氮肥生產傷亡人數達3386人，其中死亡1332人；在1983～1987年的5年間，煉油行業所發生的647起事故中，死亡人數達117人。近10年來，全國化工系統縣以上全民企業死亡人數2044人，其中因物體打擊、燙傷、物理爆炸、化學爆炸、中毒窒息死亡人數為1032人。從1979—1999年全國29個省市自治區化工系統生產事故統計看，化工設備中的塔、槽、釜燃燒泄漏爆炸事故為181起，換熱器燃燒爆炸事故40起，煤氣發生爐爆炸67起，廢熱鍋爐爆炸事故20起，管道破裂事故58起，化工機器中的氣體壓縮機事故237起，鼓風機事故41起，石油化工用泵事故50起，離心機事故10起。以上統計均為重大事故。所謂重大事故是指1979～1986年直接經濟損失4000元以上者；1987～1999年直接經濟損失10000元以上者：通過大量的化工設備與機器事故統計分析，可看出以下幾個特點。一、爆炸事故屢見不鮮燃燒爆炸是行業生產多發事故之一。據1979—1988年全國28個省市化肥、化工、煉油行業生產的不完全統計，共發生化工設備與機器燃燒爆炸事故252起，占全部設備重大事故的45>.7%；1983～1987年全國煉油生產發生的爆炸事故約占事故總數的40%以上；據統計，1998年全國發生鍋爐、壓力容器、氣瓶、壓力管道爆炸事故140起，受傷520人，其中130人死亡，直接經濟損失3021>.55萬元；1990～1999年全國29個省、自治區、直轄市化工系統縣以上全民企業發生物理、化學爆炸事故387起，死亡519人。此類事故年年不斷。其原因主要是由于行業生產特點決定的，加之違章指揮，違章作業，違反操作規程；設備、工具、附件有缺陷；管理上有漏洞，如規章制度不健全、勞動組織不合理；不懂操作技術知識，操作人員安全文化素質不高，從而導致燃燒爆炸事故屢屢發生。二、泄漏事故普遍發生泄漏中毒灼傷事故是石油化工生產普遍發生的事故，是小氮肥行業發生最頻繁的事故之一，是導致職業病發病的主要渠道之一。據1990～1999年全國29個省、自治區、直轄市化工廳（局）統計，化工系統縣以上全民企業因化工裝置泄漏而引起的中毒、窒息事故253起，其中死亡309人，占全部死亡人數的14>.98%；重傷40人，占全部重傷人數的1>.77%。近30年來，小氮肥企業因設備、管道泄漏中毒窒息死亡人數171人。據美國環保局（EPA）對1988～1992年間大約800種有害化學物質發生的34600起泄漏事故（石油、汽油及其制品發生的37500起事故除外）的分析，發現其中約6%的事故造成人員傷亡，大約2／3發生的事故主要是由15種化學物質泄漏引起。發生次數最高的是多氯聯苯3586起，34人受傷；其后，發生事故的次數和受傷人數依次為：氨3333起、傷389人，硫酸2387起、傷130人，氯氣2099起、傷409人，鹽酸1504起、傷143人；再后發生泄漏事故的5種化學產品依次是乙二酸、二氧化硫、放射性物質、苯及硫化氫。據1999年三季度我國有關部門統計，因化工裝置泄漏引起中毒的化學物質有硫化氫、煤氣、氯氣、氨、氬氣、氯乙烯單體、光氣、苯、氰化鈉、氫氟酸、硝酸、硫酸、濃鹽酸、液氯、硫酸二甲酯、甲醇、氯乙烯、四氯化硅、氰化鉀汞、氮氧化物、二氧化硫等27種有毒化學品。導致多發、惡性中毒事故的物質主要為硫化氫，硫化氫中毒占總中毒次數的1／5，造成死亡人數占總死亡人數的57>.6%。由于有毒物質大多是原料和中間產物，在生產過程中以氣體或液體狀態存在，在發生泄漏事故的情況下，有害物質迅速外泄并污染作業環境，如防護不當或處理救助不及時，很容易發生急性中毒、慢性中毒、職業性皮炎和化學灼傷等。分析泄漏中毒事故的原因，主要是設備密封不嚴、嚴重腐蝕穿孔、超壓引起設備與管道突然斷裂、檢修時未加設擋板、有毒氣體倒流負壓系統、閥門泄漏、操作失誤、管理混亂和規章制度不落實等。在小氮肥作業脫硫工段發生泄漏中毒的21起事故中，違反操作規程9起，操作失誤1起，設備缺陷4起，缺乏安全知識3起，違反勞動紀律2起，安全措施不當2起。從泄漏中毒事故案例分析來看，一是由于人們對有害作業造成的危害缺乏充分的認識和重視，一些有害作業場所無通風設備或通風設備運轉不正常，造成作業場所有毒物質超過正常標準；二是沒有基本的防護意識，檢修時受害人幾乎無一配帶個人防護用品，在未采用任何防護措施的情況下作業、操作；三是現場救援組織和初步急救能力不足，更加重了事故的嚴重性。三、相同事故接連不斷不論是化工設備還是化工機器，相同事故重復發生，有的在一臺設備上連續發生多次。以下是幾類常見事故。（1）煤氣發生爐水夾套超壓爆炸因水夾套蒸汽出口閥未打開或開得過小或閥芯脫落而引起煤氣發生爐水夾套超壓爆炸事故，特別是小氮肥企業尤為嚴重。（2）未置換或置換不合格引起設備爆炸在化工設備與機器停車檢修前，未作置換、清洗或置換不徹底，動火時發生爆炸。（3）不與生產系統隔絕，動火引起設備爆炸檢修前后，未按規定抽堵盲板，或盲板質量不合格，或隨意用鋁板、石棉板、閥門等代替盲板，未能有效地與生產系統隔絕引起爆炸，檢修后未及時除掉盲板而造成運行中超壓爆炸。（4）違章動火引起設備爆炸動火前未作動火分析，動火手續不齊備、不辦理動火證違章動火切割、補焊引起設備爆炸居多，如氣柜、鍋爐、塔設備、管道等，尤其是氮肥企業的碳化塔螺栓切割。（5）上班睡覺、離崗，致使鍋爐燒干因上班睡覺、離崗或誤操作致使鍋爐、廢熱鍋爐燒干的事故頻繁發生。據1<967～1979年小氮肥企業統計，20多年來鍋爐燒干事故共發生172起，其中因上班睡覺、離崗、誤操作導致的事故占總事故的62>.8%。（6）異徑管錯裝發生爆炸事故在節能技術改造時，將循環機出口碳鋼異徑管與氨合成塔中置鍋爐進口相同管徑的不銹鋼異徑管對換錯裝，發生氨合成塔中置鍋爐進口異徑管爆炸。（7）電流過高跳閘、氯氣倒流至負壓系統氯氣泵電機因電流過高而跳閘，導致泵后氯氣倒回至泵前的負壓系統，該壓力沖破設備頂部封頭及接管而泄漏到空間。（8）帶液造成液擊事故因操作中帶水、帶液造成壓縮機液擊事故，致使活塞桿頂彎、曲柄位移、軸瓦燒壞或曲軸彎曲斷裂。（9）管線泄漏爆炸進管線爆炸或泄漏引起空間爆炸事故頻頻發生。（10）活塞桿斷裂因制造缺陷（包括材料化學成分和鍛件質量不符合要求）或活塞桿與十字頭連接螺紋處應力集中較大，引起活塞桿斷裂次數頻繁，1983～1986年近4年間竟發生32起。（11）曲軸斷裂因壓縮機長期運行，致使曲軸疲勞斷裂多起：1988—1991年的4年間，全國6個化肥廠同一臺機型（H22Ⅲ165／320）相繼發生此類事故。（12）斷油燒瓦磨軸事故因齒輪油泵發生故障、潤滑油油質低劣、安裝時軸瓦間隙不合適等原因而引起壓縮機運行中發生斷油燒瓦磨軸事故，重者可使主軸報廢。1983～1986年近4年間共發生12起此類事故。（13）離心式壓縮機、風機、蒸汽透平葉片斷裂因設計缺陷（指球形葉根）和制造缺陷（指焊縫未焊透、氣孔、咬邊以及葉輪材料中存在非金屬夾雜物，且有機械損傷），使葉輪產生局部應力集中，致使引進的大化肥合成氣壓縮機、壓縮機驅動透平、尿素裝置的離心式壓縮機及煉油裝置的涼水塔軸流風機等高速旋轉機器的葉輪產生疲勞斷裂。（14）離心式壓縮機機組振動據1977～1988年我國14套大型氮肥裝置五大機組的轉子損壞情況分析來看，近90個轉子中有46根是離心式壓縮機轉子，而且機組的振動是引起轉子損壞的主要原因。四、惡性事故沒能遏制從發生設備事故的數量及事故的嚴重性來看，總的趨勢有所增加和發展，重大惡性事故沒能遏制。現舉例如下。1972年4月15日，山西省某縣化肥廠運輸液氨罐車在途中發生爆炸，死亡21人，重傷56人，輕傷99人。主要原因是自制壓力容器，未經技術鑒定和質量檢驗，又未裝安全閥，導致液氨罐車超壓爆炸。1975年8月20日，浙江省某化肥廠合成車間所用的3M16—117／2型原料氣壓縮機（系壓縮焦爐氣和高爐氣的兩用設備），停車前曾用于壓縮焦爐氣，而再次開車前，既沒有校對安全閥的操作票，又未采取置換處理，在未打開高爐氣進口閥和三段卸載閥的情況下啟動，致使壓縮機憋壓，三段閥門墊片在高壓下斷裂，高壓氣體沖出，摩擦產生靜電起火，引起壓縮機爆炸，3人死亡，6人受傷，直接經濟損失達12萬元。1984年1月1日，大連石化公司某石油廠催化車間氣體分餾裝置發生燃燒爆炸事故，2燃燒面積達5760m，爆炸沖擊波波及距廠10km以外的重型機器廠、紡織廠，使721戶居民房遭到不同程度的損壞，傷亡人數達85人，其中5人死亡，直接經濟損失達252萬元。主要原因是氣分裝置脫丙塔與塔底重沸器之間連接管線的變徑管縮口處的焊接質量低劣，加上開、停車及試壓中壓力、流量的變化導致低周疲勞，而產生斷裂，使壓力為1>.7MPa、溫度為54℃的丙烷液體噴出，在空間急劇氣化形成爆炸性混合物所致。1984年10月16日，廣州某氮肥廠2AD95／20型冰機因出口調節閥制造質量差，斷裂后掉進氣缸，造成中體拉斷、連桿彎曲、活塞桿變形、曲軸箱拉裂并變形及頂蓋擊碎事故，整機報廢，損失嚴重。1988年4月22日，吉林省遼源市某石油化工廠環氧化物車間皂化崗位環氧乙烷精餾塔，在壓料過程中，因未打開出料閥，造成憋壓爆炸事故，當場死亡4人，傷3人，直接經濟損失20萬元。1989年8月29日，遼寧省本溪市某化工廠聚氯乙烯車間聚合工段，因氯乙烯從設備人孔和軸封處大量泄漏，引起燃燒爆炸，死亡12人，傷5人。1991年4月26日，山東省某縣化肥廠合成車間，合成塔與廢熱鍋爐連接彎管因材質代用錯誤發生突然爆炸，大量高壓合成氣從斷開處噴出起火，烈火撲向斷口正前方20多米處的廠調度室，致使室內7名職工當場燒死。1992年6月27日，內蒙古通遼油脂化工廠因癸二酸車間水解釜水解生成的“油酸”對碳鋼器壁的腐蝕及沖刷，使器壁減薄，強度降低，致使水解釜發生爆炸，造成8人死亡，受傷14人。1994年10月19日，某小化肥廠水煤氣發生爐發生爆炸，致使數噸重的爐體傾塌，700kg重的爐條機碎塊飛至距爐體13m遠處，造成4人死亡、5人重傷，直接經濟損失達30萬元。1995年6月4日，上海天原化工廠氯氣外泄，致使800名居民不同程度地吸人氯氣，814人被送往醫院治療，直接經濟損失2000多萬元。1997年5月4日，重慶市長壽化工總廠污水處理車間違章動火，引起爆炸，致使12人死亡，6人燒傷，直接經濟損失151>.22萬元。1997年6月27日，北京東方化工廠罐區由于操作工錯開閥門，引起乙烯罐爆炸起火，油泵房和一些貯罐被炸毀，死亡9人，傷39人，直接經濟損失達1>.17億元。五、設備缺陷比例很大在大量的設備事故中，因設計制造缺陷而導致的比例很大。例如自制設備、擅自修改圖紙改裝設備，材質選擇不符合要求、隨意選用代材，鑄造、焊接質量低劣（如鑄件存在砂眼、氣孔，焊縫不開坡口、未焊透、焊縫錯邊等），以及管件、閥門質量不佳而留下隱患等。截止到1979年，全國大型壓縮機因設計不周、制造缺陷而發生的事故占全部壓縮機事故的61>.8%。據全國55個中型合成氨廠不完全統計，1982—1986年因設計不周、制造缺陷而發生的壓縮機事故占全部事故的48%。尤其嚴重的是，因設計、制造缺陷原因而發生氣缸開裂的次數為最多，占全部開裂事故的64>.2%。據1990～1999年全國29個省、自治區、直轄市化工系統縣以上全民企業不完全統計，因設備設計缺陷發生事故43起，占全部重大事故的3>.7%，因設備制造缺陷發生事故3<96起，占全部重大事故的34>.4%。從法國引進的大型尿素裝置中，二氧化碳壓縮機驅動透平、合成氣壓縮機蒸汽透平的葉輪多次、多地（南京、安慶、廣州）發生斷葉事故，經分析主要是設計制造缺陷所致。第二章化工、石化機械設備事故的機理第一節設備事故的機理化工、石化設備是承受高溫、高壓、低溫、高真空度和處理易燃易爆、有腐蝕、有毒介質，完成復雜工藝過程的工具。設備一旦發生事故，其后果相當嚴重，輕者會使設備損壞、失效，影響裝置的正常運行，重者還會引起著火爆炸、窒息中毒和灼傷等人身傷亡的嚴重惡果。設備事故主要包括燃燒爆炸、嚴重泄漏、腐蝕和管束失效等，其中最危險、破壞性最大的是爆炸事故、嚴重腐蝕和泄漏中毒。下面重點介紹爆炸事故、腐蝕的機理。爆炸是物質從一種狀態迅速轉變成另一種狀態，并在瞬間釋放出巨大能量，具有很大的破壞力，并同時產生巨大聲響的現象。爆炸可分為物理性爆炸和化學性爆炸兩大類。一、物理爆炸物理爆炸（或物理性爆炸）是指由于物質的物理變化即物質的狀態或壓力發生突變而引起的爆炸現象。其爆炸前后的物質種類與化學成分均不發生變化。化工、設備因物理爆炸而破裂通常有兩種情況，一種是在正常操作壓力下發生的，一種是在超壓情況下發生的。而正常工作壓力下發生的設備破裂，有的是在高應力下破壞的，即由于設計、制造、腐蝕等原因，使設備在正常操作壓力下器壁的平均應力超過材料的屈服點或強度極限而破壞；有的是在低應力下破壞的，即由于低溫、材料缺陷、交變載荷和局部應力等原因，使設備在正常操作壓力下器壁的平均應力低于或遠低于材料的屈服點而破壞。正常操作壓力下發生的破壞常見于脆性破裂、疲勞破裂和應力腐蝕破裂。設備在超壓情況下發生物理爆炸而破裂，一般是由于沒有按規定裝設安全泄放裝置或裝置失靈、液化氣體充裝過量且嚴重受熱膨脹、操作失誤或違章超負荷運行等原因而引起超壓導致爆炸破裂。這種破壞形式一般屬于韌性破裂。發生物理爆炸時，雖然有時升壓速度比較快，但總有一段增壓過程。例如設備試壓（不包括違章用氧、可燃性氣體補壓）、石油液化氣瓶在正常操作壓力和超壓下引起的爆炸均屬于物理爆炸。在設備發生物理爆炸破裂后，如何判斷破壞是在正常操作壓力還是在超壓情況下發生的，一般可從以下兩個方面進行分析。一是從破裂的一般特征進行分析。如果設備在破壞前沒有超壓跡象和超壓的可能性很小，從破壞的主要特征看基本上是屬于脆性破裂、疲勞破裂和應力腐蝕破裂，一般情況下可認為是在正常操作壓力下發生的。如果有超壓的跡象和可能性，而且屬于韌性破裂，很可能是在超壓情況下發生的。二是通過破裂壓力驗算和爆炸能量計算來進行分析。如果從破裂特征看，基本上屬于韌性破裂，但經破裂壓力的驗算，其結果與正常操作壓力相差不大，同時計算設備在正常操作壓力下的爆炸能量又遠遠大于根據現場破壞情況計算的破壞能量，一般情況下也可判斷為正常操作壓力下的破壞；如果按壁厚驗算的破裂壓力遠遠大于設備正常操作壓力，而同時按正常操作壓力計算的爆炸能量小于現場破壞的能量，此種情況可判斷為超壓情況下發生的破壞。二、化學爆炸化學爆炸（或化學性爆炸）又稱化學反應爆炸，它是指在設備內，物質發生極迅速、劇烈的化學反應而產生高溫高壓引起的瞬間爆炸現象。發生化學爆炸前后，物質種類和化學成分均發生根本的變化。按化學爆炸時所發生化學變化的不同，一般可分為簡單分解爆炸、復雜分解爆炸和爆炸性混合物爆炸三類。這三類爆炸除簡單分解的可爆物不一定發生燃燒反應，爆炸時所需熱量是由可爆物本身分解產生的以外，其他類可爆物爆炸時均伴有激烈的燃燒現象。在化工、石化生產中發生的化學爆炸事故，絕大部分是爆炸性混合物爆炸。所謂爆炸性混合物爆炸，是指可燃性氣體、蒸氣與空氣混合達到一定的濃度后，遇明火而發生的異常激烈的燃燒，甚至發生迅速的爆炸。這種混合物稱爆炸性混合物。爆炸性混合物爆炸必備的條件有以下三個：（1）具有可燃的易爆物質，如氮氫混合氣、水煤氣、半水煤氣混合氣體以及氫氣、一氧化碳、乙炔、丙烷、氨、乙醚等與空氣（或氧）的混合物。（2）上述的可燃易爆氣體與空氣（或氧）混合達到一定濃度范圍，如半水煤氣與空氣混合濃度為8>.1%～70>.5%時，便有可能爆炸。（3）有發火源。該混合物遇到明火或微小發火能量的激發，如火焰、焊接時產生的火花、電弧、機械撞擊火花、靜電起火和電器火花等。但需要注意的是，這種爆炸性混合物，在高壓、高溫情況下，在沒有明火或靜電作用時，同樣有可能發生化學爆炸，如設備升壓、卸壓時，由于氣流速度太高，產生高溫引爆或高溫下積炭自燃。通過對爆炸性混合物爆炸必備條件的分析，可知化工、石化生產中發生爆炸性混合物爆炸的可能性很大。一是處理易燃易爆氣體或蒸氣的設備到處可見；二是空氣是常見的助燃物質，而且大量存在，無孔不入；三是由于設備運行、安裝、檢修的需要，離不開著火源。因此，在化工、石化工業生產中，由于密封裝置失效、設備管道腐蝕或斷裂以及安裝檢修不良、操作失誤等原因，可燃性氣體從石化工藝裝置、設備、管道內泄漏或噴射到廠房或周圍的大氣中，或由于負壓操作、系統串氣、密封不嚴或失效，空氣竄人到石化裝備內，可燃性氣體與空氣（或氧）混合形成爆炸性混合氣體，若遇到明火或高溫就有發生化學爆炸的危險。可燃性氣體或蒸氣在空氣中足以使火焰蔓延的濃度有一個從最低到最高的范圍，其中最低濃度稱為該氣體或蒸氣的爆炸下限，而最高濃度稱為該氣體或蒸氣的爆炸上限。上限與下限之間的濃度范圍稱為爆炸極限。顯然，如混合物的濃度在此范圍以外時，一般是不會發生爆炸的。但若其濃度高于上限時，就要格外小心，一旦補充一點空氣，就有發生爆炸的危險，因此，安全濃度范圍只能是相對的，幾種常見可燃性氣體的爆炸極限見表2-1。表2-1幾種常見可燃性氣體的爆炸極限爆炸極限／%（體積）爆炸極限／%（體積）爆炸性物質名爆炸性物質名下限上限下限上限稱稱氫氣4>.075>.0乙炔2>.580>.0一氧化碳12>.574>.2甲烷5>.015>.0硫化氧4>.345>.5汽油1>.06>.0氨15>.527煤氣5>.332>.0水煤氣6>.969>.5甲醇6>.036>.5半水煤氣8>.170>.5苯1>.59>.5發生化學爆炸時的主要特征如下：（1）發生化學爆炸，一般都在瞬間進行，同時伴有激烈的燃燒反應；容器破裂時還會出現火光和閃光現象。（2）爆破后的容器一般多為破裂，裂成許多的碎片，其斷口有脆性破裂的特征。（3）事故后檢查安全閥和壓力表，安全閥有泄壓的跡象，壓力表的指針撞彎或回不到零位。（4）容器爆炸時，一般有二次空間化學爆炸的跡象，如在容器內和室內有燃燒痕跡或殘留物，有時還會聽到二次響聲。據1949～1982年全國化工事故的不完全統計，共發生設備與管道爆炸事故295起，其中物理爆炸138起，占46>.7%；化學爆炸157起，占53>.3%。分析爆炸破壞的主要特征、機理、發生的主要原因，是探索設備安全運行常見的分析方法。按金屬材料破裂的現象不同，壓力容器破裂可分為韌性破裂、脆性破裂、疲勞破裂、腐蝕破裂和蠕變破裂等五種形式，其破裂的機理、主要特征及發生原因如下：1>.韌性破裂韌性破裂是指容器在壓力作用下，器壁上產生的應力達到材料的強度極限而發生斷裂的一種破壞形式。其破裂的機理如下：在制造壓力容器的碳鋼及低合金鋼材料中一般含有脆性夾雜物。容器內的壓力使器壁受到拉伸產生塑性變形，材料中的夾雜物處首先破裂或形成微孔，隨著容器內壓力的升高，微孔長大、聚集結果形成裂紋，最后導致韌性斷裂。韌性破裂的主要特征如下：（1）破裂的容器具有明顯變形，即容器的直徑增大和器壁減薄，其最大圓周伸長率常達10%以上，容器體積增大率也往往超過10%，有的甚至達20%。（2）斷口宏觀分析呈暗灰色纖維狀，沒有閃爍的金屬光澤，斷口不齊平。（3）破裂容器一般不產生碎片，只是裂開一個口或偶然發現有少許碎片。（4）容器發生韌性破裂時，其實際爆破壓力與計算的爆破壓力相接近。導致韌性破裂的主要原因如下：（1）超壓安全閥失靈，操作失誤（如錯開閥門），檢修前后忘記抽堵盲板，氣體未排出，違章超負荷運行，容器內可燃性氣體混入空氣或高溫引起物料分解發生的化學燃燒爆炸，液化氣體充裝過量或貯存溫度過高，溫度升高時壓力劇升等，均會引起容器超壓而破裂。（2）器壁厚度不夠或使用中減薄設計制造不合理或誤用設備，造成器壁厚度不夠；介質的腐蝕沖刷或長期閑置不用又沒有采取有效的防腐措施和妥善保養，導致器壁大面積腐蝕，壁厚嚴重減薄。2>.脆性破裂脆性破裂是指容器在破裂時沒有明顯塑性變形，器壁平均應力遠沒有達到材料的強度極限，有的甚至低于屈服點的一種破壞形式，其破裂現象和脆性材料的破壞很相似。又因它是在較低的應力狀態下發生的，故又稱低應力破壞或低應力脆斷。其破裂的機理如下：發生低應力脆性斷裂的必需條件有三個：一是容器本身存在缺陷或幾何形狀發生突變，二是存在一定的水平應力，三是材料韌性很差。脆性破裂包括開裂和裂紋擴展兩個階段。所謂開裂是指從已經存在的缺陷處（韌性較差）開始發生不穩定的裂紋。所謂裂紋擴展，是指開裂后形成的裂紋迅速（接近音速）擴展，以致造成容器在低應力狀態下發生脆斷。石化廠用的低溫壓力容器可能發生的破壞主要是低應力脆性斷裂。其破裂的主要特征如下：（1）容器破裂時一般無明顯塑性變形，破裂之前沒有或者只有局部極小的塑性變形。（2）斷口宏觀分析呈金屬晶粒狀并富有光澤，斷口平直。（3）破裂通常瞬間發生，常有許多碎片飛出。（4）破壞時的名義工作應力較低，通常低于或接近于材料的屈服點。（5）破壞一般在較低溫度下發生，且在此溫度下材料的韌性很差。（6）破裂總是在缺陷處或幾何形狀突變處首先發生。導致脆性破裂的主要原因如下：（1）低溫很多材料在低溫下工作時，韌性降低，抗沖擊能力下降，易產生脆性破裂。（2）材料存在缺陷通常指夾渣、裂紋（對材料改善韌性的熱處理不當會造成裂紋），裂紋處引起高度應力集中，在容器水壓試驗和在正常壓力下運行時發生突然破壞。（3）焊縫有缺陷在設備制造中，一般焊接區存在缺陷較多，而且焊接區的韌性常比母材低，又有殘余應力存在，所以裂紋往往沿著焊接區而擴展。焊縫存在缺陷（通常是指夾渣、未焊透、錯邊和裂紋等），或焊后未作消除應力退火處理，或焊接過程中曾中斷預熱，殘余氫在高殘余拉應力區聚集而產生裂紋擴展等，這些都是導致材料塑性降低而破裂的原因。（4）材料中的磷、硫含量過高及應力腐蝕都將會惡化材料的力學性能，從而引起脆性破裂。3>.疲勞破裂疲勞破裂是指容器在反復加壓、卸壓過程中，殼體材料長期受到交變載荷作用，由于疲勞而在低應力狀態下突然發生的破壞形式。其破裂的機理如下：由于構件形狀尺寸突變和材料不均勻