化工廠設(shè)計(jì)和操作安全培訓(xùn)課件

1、第三章第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全化工廠設(shè)計(jì)和操作安全第一節(jié) 工廠的定位、選址和布局第二節(jié) 化工工藝設(shè)計(jì)第三節(jié) 化工單元區(qū)域規(guī)劃第四節(jié) 壓力容器的設(shè)計(jì)、制造和檢驗(yàn)第五節(jié) 化工裝置維護(hù)第六節(jié) 公用工程設(shè)施安全2022年5月17日1第一節(jié)第一節(jié) 工廠的定位、選址和布局工廠的定位、選址和布局一、危險(xiǎn)和防護(hù)的一般考慮危險(xiǎn)按潛在或直接的危害分一級(jí)危險(xiǎn)和二級(jí)危險(xiǎn)。1.典型一級(jí)危險(xiǎn)有： 有易燃物質(zhì)存在 有熱源存在 有火源存在 有富氧存在 有壓縮物質(zhì)存在 有毒性物質(zhì)存在 人員失誤的可能性 機(jī)械故障的可能性 人員、物料和車輛在廠區(qū)的流動(dòng) 由于蒸氣云降低能見度等。對(duì)一級(jí)危險(xiǎn)，在正常條件下不會(huì)造成人身或財(cái)產(chǎn)的損害，

2、只有觸發(fā)事故時(shí)才會(huì)引起損傷、火災(zāi)或爆炸。2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全2/1052.典型的二級(jí)危險(xiǎn)有火災(zāi)爆炸游離毒性物質(zhì)的釋放跌傷倒塌碰撞二級(jí)危險(xiǎn)是在一級(jí)危險(xiǎn)失去控制后發(fā)展成的，會(huì)造成人身或財(cái)產(chǎn)的直接損失。2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全3/1053.防護(hù)危險(xiǎn)的措施對(duì)于所有上述兩級(jí)危險(xiǎn)，可設(shè)置三道防護(hù)線。(1)第一道防護(hù)線：為了解決一級(jí)危險(xiǎn)，并防止二級(jí)危險(xiǎn)的發(fā)生。在工廠的布局和規(guī)劃中可考慮：根據(jù)主導(dǎo)風(fēng)的風(fēng)向，把火源置于易燃物質(zhì)可能釋放點(diǎn)的上風(fēng)側(cè)；為人員、物料和車輛的流動(dòng)提供充分的通道等。2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全4/105(2)第二道防護(hù)

3、線：當(dāng)二級(jí)危險(xiǎn)發(fā)生時(shí)，將人身和財(cái)產(chǎn)損失降至最小程度。在工廠的選址和規(guī)劃方面可考慮：把最危險(xiǎn)的區(qū)域與人員最常在的區(qū)域隔離開；在關(guān)鍵部位安放滅火器材等。(3)第三道防護(hù)線：發(fā)生人身傷害事故時(shí)，提供有效的急救和醫(yī)療設(shè)施，使受到傷害的人員得到迅速救治。2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全5/105二、工廠的定位問題二、工廠的定位問題工廠定位，面對(duì)的是一個(gè)計(jì)劃中的工廠和一個(gè)現(xiàn)實(shí)的環(huán)境，要解決的問題是把工廠建于何處?；S定位，一般遵循以下基本原則： (1)有原料、燃料供應(yīng)和產(chǎn)品銷售的良好的流通條件；(2)有儲(chǔ)運(yùn)、公用工程和生活設(shè)施等方面良好的協(xié)作環(huán)境；(3)靠近水量充足，水質(zhì)優(yōu)良的水源；(4

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年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全6/105工廠應(yīng)避免定位在下列地區(qū)：(1)震斷層地區(qū)和基本烈度9度以上的地震區(qū)；(2)厚度較大的III級(jí)自重濕陷性黃土地區(qū)；(3)易遭受洪水、泥石流、滑坡等危害的山區(qū)；(4)有開采價(jià)值的礦藏地區(qū)；(5)對(duì)機(jī)場、電臺(tái)等使用有影響的地區(qū)；(6)國家規(guī)定的歷史文物、生物保護(hù)和風(fēng)景游覽地區(qū)；(7)城鎮(zhèn)等人口密集的地區(qū)。需注意的是，工廠定位除考慮以上因素外，考慮的更多的是經(jīng)濟(jì)問題。2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全7/105三、工廠選址的安全問題三、工廠選址的安全問題工廠選址仍然是一種

5、工廠相對(duì)于其環(huán)境的定位問題?？紤]如下方面： 隔開距離，把廠址選擇在一個(gè)孤立地區(qū)。如果客觀條件不允許，可以依據(jù)主導(dǎo)風(fēng)，把工廠置于社區(qū)的下風(fēng)區(qū)。 工廠的高建、構(gòu)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(shè)施。 工廠產(chǎn)生的廢液要經(jīng)處理后排放。 工廠的出入口要格外小心，避免嚴(yán)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?xì)怏w的工廠，則建在其上風(fēng)側(cè)。 保證有充足的水源。最好附近有河流、湖泊，至少保證有消防管網(wǎng)。 地形方面，廠區(qū)內(nèi)不應(yīng)有低洼地，否則會(huì)形成毒性或易燃蒸氣或液體的積聚。2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全8/105四、工廠布局的安全問題四、工廠布

6、局的安全問題工廠布局是一種工廠內(nèi)部組件之間相對(duì)位置的定位問題，其基本任務(wù)是結(jié)合廠區(qū)的內(nèi)外條件確定生產(chǎn)過程中各種機(jī)器設(shè)備的空間位置獲得最合 理的物料和人員的流動(dòng)路線?；S布局普遍采用留有一定間距的區(qū)塊化的 方法。工廠廠區(qū)一般可劃分為以下六個(gè)區(qū)塊：工藝工藝裝置區(qū)；罐區(qū)；公用設(shè)施裝置區(qū)；罐區(qū)；公用設(shè)施 區(qū)；運(yùn)輸裝卸區(qū)；輔助區(qū)；運(yùn)輸裝卸區(qū)；輔助生產(chǎn)區(qū)；管理區(qū)。生產(chǎn)區(qū)；管理區(qū)。對(duì)各個(gè)區(qū)塊的安全要求如下。 2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全9/1051工藝裝置區(qū) 加工單元可能是工廠中最危險(xiǎn)的區(qū)域。首先應(yīng)該匯集這個(gè)區(qū)域的一級(jí)危 險(xiǎn)，找出毒性或易燃物質(zhì)、高溫、高壓、火源等。這些地方有很多機(jī)械設(shè)

7、 備，容易發(fā)生故障，加上人員可能的失誤而使其充滿危險(xiǎn)。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(yīng)該離開工廠邊界一定的距離，應(yīng)該是加工單元應(yīng)該離開工廠邊界一定的距離，應(yīng)該是集中而不是分散的分布。集中而不是分散的分布。后者有助于加工單元作為危險(xiǎn)區(qū)的識(shí)別，杜絕或減少無關(guān)車輛的通過。要注意廠區(qū)內(nèi)主要的火源和主要的人口密集區(qū)，由于易燃或毒性物質(zhì)釋放的可能性，加工單元應(yīng)該置于上述兩者的下風(fēng)區(qū)。過程區(qū)和主要罐區(qū)有交互危險(xiǎn)性，兩者最好保持相當(dāng)?shù)木嚯x。2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全10/105過程單元除應(yīng)該集中分布外，還應(yīng)注意區(qū)域不宜過程單元除應(yīng)該集中分布外，還應(yīng)注意區(qū)域不宜太擁

8、擠。太擁擠。因?yàn)椴煌^程單元間可能會(huì)有交互危險(xiǎn)性。過程單元間要隔開一定的距離。特別是對(duì)于各單元不是一體化過程的情形，完全有可能一個(gè)單元滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，而鄰近的另一個(gè)單元正在停車大修，從而使?jié)撛谖ｋU(xiǎn)增加。危險(xiǎn)區(qū)的火源、大型作業(yè)、機(jī)器的移動(dòng)、人員的密集等都是應(yīng)該特別注意的事項(xiàng)。目前在化學(xué)工業(yè)中，過程單元間的間距仍然是安全評(píng)價(jià)的重要內(nèi)容。對(duì)于過程單元本身的安全評(píng)價(jià)，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(shè)備的類型；單元的相對(duì)投資額；救火或其它緊急操作需要的空間。2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全11/1052.罐區(qū)罐區(qū)貯存容器，比如貯罐，是需要特別重

9、視的裝置。每個(gè)這樣的容器都是巨 大的能量或毒性物質(zhì)的貯存器。 容器能夠釋放出大量的毒性或易燃性的物質(zhì)，需置于工廠的下風(fēng)區(qū)域。 貯罐應(yīng)該安置在工廠中的專 用區(qū)域，加強(qiáng)其作為危險(xiǎn)區(qū)的標(biāo)識(shí)，使通過該區(qū)域的無關(guān)車輛降至最低限 度。 罐區(qū)和辦公室、輔助生產(chǎn)區(qū)之間要保持足夠的安全距離。 罐區(qū)和工藝裝 置區(qū)、公路之間要留出有效的間距。 罐區(qū)應(yīng)設(shè)在地勢(shì)比工藝裝置區(qū)略低的區(qū) 域，決不能設(shè)在高坡上。 通路問題。每一罐體至少可以在一邊由通路到 達(dá)，最好是可以在相反的兩邊由通路到達(dá)。 2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全12/1053 3公用設(shè)施區(qū)公用設(shè)施區(qū) 公用設(shè)施區(qū)應(yīng)該遠(yuǎn)離工藝裝置區(qū)、罐區(qū)和其他危險(xiǎn)區(qū)

10、公用設(shè)施區(qū)應(yīng)該遠(yuǎn)離工藝裝置區(qū)、罐區(qū)和其他危險(xiǎn)區(qū)，以便遇到緊急情 況時(shí)仍能保證水、電、汽等的正常供應(yīng)。由廠外進(jìn)入廠區(qū)的公用工程干管，由廠外進(jìn)入廠區(qū)的公用工程干管， 也不應(yīng)該通過危險(xiǎn)區(qū)也不應(yīng)該通過危險(xiǎn)區(qū)，如果難以避免，則應(yīng)該采取必要的保護(hù)措施。 工廠布局應(yīng)該盡量減少地面管線穿越道路工廠布局應(yīng)該盡量減少地面管線穿越道路。管線配置的一個(gè)重要特點(diǎn)是在一些裝置中配置回路管線配置回路管線?；芈废到y(tǒng)的任何一點(diǎn)出現(xiàn)故障即可關(guān)閉閥門將其隔離開 并把裝置與系統(tǒng)的其余部分接通。要做到這一點(diǎn)，就必須保證這些裝置至少 能從兩個(gè)方向接近工廠的關(guān)節(jié)點(diǎn)。為了加強(qiáng)安全。特別是在緊急情況下， 這些裝置的管線對(duì)于如消防用水、電力或加

11、熱用蒸汽等的傳輸必須是回 路的。 鍋爐設(shè)備和配電設(shè)備應(yīng)該設(shè)置在易燃液體設(shè)備的上風(fēng)區(qū)域。2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全13/105鍋爐房和泵站應(yīng)該設(shè)置在工廠中其他設(shè)施的火災(zāi)或爆炸不會(huì)危及的 地區(qū)。管線在道路上方穿過要引起特別注意。高架的間隙應(yīng)留有如起重機(jī)等 重型設(shè)備的方便通路，減少碰到的危險(xiǎn)。管路一定不能穿過圍堰區(qū)， 圍堰區(qū)的火災(zāi)有可能毀壞管路。 冷卻塔釋放出的煙霧會(huì)影響人的視線，冷卻塔不宜靠近鐵路、公路或 其他公用設(shè)施。大型冷卻塔會(huì)產(chǎn)生很大噪聲，應(yīng)該與居民區(qū)有較大的 距離。 2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全14/1054 4運(yùn)輸裝卸區(qū)運(yùn)輸裝卸區(qū)良好的工廠布局不

12、允許鐵路支線通過廠區(qū)，可以把鐵路支線規(guī)劃在工廠邊緣地區(qū)鐵路支線規(guī)劃在工廠邊緣地區(qū)解決這個(gè)問題。對(duì)于罐車和罐車的裝卸設(shè)施常做類似的考慮。在裝卸臺(tái)上可能會(huì)發(fā)生毒性或易燃物的濺灑，裝裝卸設(shè)施應(yīng)該設(shè)置在工廠的下風(fēng)區(qū)卸設(shè)施應(yīng)該設(shè)置在工廠的下風(fēng)區(qū) 域域，最好是在邊緣地區(qū)。 原料庫、成品庫和裝卸站原料庫、成品庫和裝卸站等機(jī)動(dòng)車輛進(jìn)出頻繁的設(shè)施，不得設(shè)在必須通不得設(shè)在必須通 過工藝裝置區(qū)和罐區(qū)的地過工藝裝置區(qū)和罐區(qū)的地帶，與居民區(qū)、公路和鐵路要保持一定的安全帶，與居民區(qū)、公路和鐵路要保持一定的安全 距距離。離。 2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全15/1055.5.輔助生產(chǎn)區(qū)輔助生產(chǎn)區(qū)維修車間和

13、研究室要遠(yuǎn)離工藝裝置區(qū)和罐區(qū)。維修車間是重要的火源， 同時(shí)人員密集，應(yīng)該置于工廠的上風(fēng)區(qū)域。研究室與其他管理 機(jī)構(gòu)，直接連接是不恰當(dāng)?shù)摹?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(diǎn)，應(yīng)該置于工 廠的下風(fēng)遠(yuǎn)程區(qū)域。 高溫煅燒爐的安全考慮呈現(xiàn)出矛盾。作為火源，應(yīng)將其置于工廠的上風(fēng) 區(qū)，但是嚴(yán)重的操作失誤會(huì)使煅燒爐噴射出相當(dāng)量的易燃物，對(duì)此則應(yīng)將其 置于工廠的下風(fēng)區(qū)。作為折中方案，可以把鍛燒爐置于工廠的側(cè)面風(fēng)區(qū)域。 與其他設(shè)施隔開一定的距離也是可行的方案。 2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全16/1056 6管理區(qū)管理區(qū)主要辦事機(jī)構(gòu)應(yīng)該設(shè)置主要辦事機(jī)構(gòu)應(yīng)該設(shè)置 在工廠的邊緣區(qū)域

14、，并在工廠的邊緣區(qū)域，并盡可能與工廠的危險(xiǎn)區(qū)隔離。盡可能與工廠的危險(xiǎn)區(qū)隔離。這樣做有以下理由：首 先，銷售和供應(yīng)人員以及必須到工廠辦理業(yè)務(wù)的其他人員，沒有必要進(jìn)入廠區(qū)。因?yàn)檫@些人員不熟悉工廠危險(xiǎn)的性質(zhì)和區(qū)域，而他們的普通習(xí)慣如在危 險(xiǎn)區(qū)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(xiǎn)分開會(huì)改善工廠的安全狀況。2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全17/105第二節(jié)第二節(jié) 化工工藝設(shè)計(jì)化工工藝設(shè)計(jì)一、工藝流程圖 工藝流程圖繪制是化工廠設(shè)計(jì)初始階段的工作。這些流程圖經(jīng)過提煉 和修改，最后成為繪制管線配置圖、平面圖、設(shè)備圖等的基礎(chǔ)。因?yàn)樵缙陔A

15、段做出的決定嚴(yán)重影響著后續(xù)階段，在流程圖繪制中始終都要對(duì)安全給予充 分注意。在設(shè)計(jì)程序中，憑借文獻(xiàn)、實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)和中試工廠模試的有關(guān)資料進(jìn)行設(shè)計(jì)是慣常的做法。 2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全18/105 工藝流程圖的繪制是從基本的過程計(jì)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(gè)子區(qū)間，對(duì)每一子區(qū) 間內(nèi)部的安全操作及其對(duì)其他子區(qū)間安全的影響都要進(jìn)行分析。方便的子區(qū) 間劃分是： (1)反應(yīng)(決定整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué))； (2)分離，如蒸餾、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

16、要文件，它表示出了主要設(shè)備、主要物流路線和控制點(diǎn)。對(duì)于正常操作預(yù)期的主要溫度和壓力，物料的流動(dòng)和組成以及主要設(shè)備的設(shè)計(jì)能力都做了說明。 2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全19/105二、管線配置圖二、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(shè)計(jì)和施工的基本工作文件，一般包括： (1)開啟、關(guān)閉、緊急和普通操作需要的所有過程設(shè)施 ，如閥門、盲板、可移動(dòng)的柱塞等； (2)施工材料的鑒定序號(hào)和鑒定人，每條管路的直徑和絕熱要求 (3)物流的方向； (4)主要過程和起始管路的識(shí)別；(5)所有儀表、控制點(diǎn)和有儀表失靈顯示功能的連鎖裝置；2022年5月17日第三章 化工廠

17、設(shè)計(jì)和操作安全20/105(6)所有設(shè)備的主要尺寸和負(fù)荷； (7)容器、反應(yīng)器的操作和設(shè)計(jì)溫度 (8)裝置的標(biāo)高； (9)釋放閥、安全膜等的設(shè)定壓力； (10)排水要求； (11)必要時(shí)要有管路配置的特殊備忘錄 2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全21/105三、過程物料的安全評(píng)價(jià)三、過程物料的安全評(píng)價(jià)過程物料的選擇，應(yīng)該就物料的物性和危險(xiǎn)性進(jìn)行詳細(xì)地評(píng)估，對(duì)一切 可能的過程物料做總體考慮。過程物料可以劃分為過程內(nèi)物料和過程輔助物 料兩大類型。過程內(nèi)物料過程內(nèi)物料是指從原料到產(chǎn)品的整個(gè)工藝流程線從原料到產(chǎn)品的整個(gè)工藝流程線上的物料上的物料，如 原料、催化劑、中間體、產(chǎn)物、副產(chǎn)物、溶

18、劑、添加劑等。過程輔助物料過程輔助物料 是指實(shí)現(xiàn)過程條件所用的物料實(shí)現(xiàn)過程條件所用的物料，如傳熱流體、重復(fù)循環(huán)物、冷凍劑、滅火 劑等。 在過程設(shè)計(jì)中，需要匯編出過程物料的目錄，記在過程設(shè)計(jì)中，需要匯編出過程物料的目錄，記錄下過程物料在全部過錄下過程物料在全部過 程條件范圍內(nèi)的有關(guān)性質(zhì)程條件范圍內(nèi)的有關(guān)性質(zhì)資料，作為過程危險(xiǎn)評(píng)價(jià)和安全設(shè)計(jì)的重要依據(jù)資料，作為過程危險(xiǎn)評(píng)價(jià)和安全設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。 過程物料所需的典型資料如下。2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全22/105(1)一般性說明資料 物料名稱和別名、分子結(jié)構(gòu)式和相對(duì)分子質(zhì)量、物理狀態(tài)、純度、外觀、氣味或味道、腐蝕性、主要用途、危

19、險(xiǎn)性和防護(hù)措施、污染因素等 (2)基礎(chǔ)物性資料 蒸氣密度、相對(duì)密度、熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、溶解度和互溶性、粘度、粒度及其分布、臨界參數(shù)、膨脹系數(shù)、表面張力 、Joule-Thompson系數(shù)等。 2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全23/105(3)易燃性資料 閃點(diǎn)、著火點(diǎn)、燃燒極限、自熱、蒸氣壓、介電常數(shù)、電阻、粉塵爆炸 性質(zhì)、火災(zāi)中的毒性熱分解產(chǎn)物等。(4)反應(yīng)性資料 高速量熱、差熱分析、撞擊實(shí)驗(yàn)、熱穩(wěn)定性、熱分析試驗(yàn)、爆炸引起的爆炸擴(kuò)散、自燃性等。 (5)毒性資料 毒性危險(xiǎn)等級(jí)、衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)、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(xiǎn)、呼吸刺激、皮膚刺激、眼睛

20、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年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全24/105四、過程路線的選擇四、過程路線的選擇過程路線的選擇是在工藝設(shè)計(jì)的最初階段完成的。過程路線的安全評(píng)價(jià)，應(yīng)該考慮過程本身是否具有潛在危險(xiǎn)，以及為了特定目的把物料加入過 程，是否會(huì)增加危險(xiǎn)。 1有潛在危險(xiǎn)的過程 這些過程一旦失去控制就有可能造成災(zāi)難性的后果，如發(fā)生火災(zāi)、爆炸或毒性物質(zhì)的釋放等。有潛在危險(xiǎn)的過 程有： (1)爆炸、爆燃或強(qiáng)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(qū)操作的過程； (4)在高溫、高壓或冷凍條件下操作的

21、過程 (5)含有易燃物料的過程； (6)含有不穩(wěn)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(fù)荷能的過程 2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全25/1052反應(yīng)過程的安全分析 反應(yīng)過程常因反應(yīng)條件的 微小變化而偏離預(yù)期的反應(yīng)途徑，化學(xué)反應(yīng)過程有較多的危險(xiǎn)性。充分評(píng)估 反應(yīng)過程的危險(xiǎn)性，有助于改善過程的安全。 (1)對(duì)潛在的不穩(wěn)定的反應(yīng)和副反應(yīng)，如自燃或聚合等進(jìn)行考察，考慮 改變反應(yīng)物的相對(duì)濃度或其他操作條件是否會(huì)使反應(yīng)的危險(xiǎn)程度減小。 (2)考慮混合、反應(yīng)物和熱源的低效配置、操作故障、設(shè)計(jì)失誤、 發(fā)生不需要的副反應(yīng)、熱量、反應(yīng)器失控、結(jié)垢等引起的危險(xiǎn)。 20

22、22年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全26/105(3)評(píng)價(jià)副反應(yīng)是否生成毒性或爆炸性物質(zhì)，是否會(huì)有危險(xiǎn)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(zhì)對(duì)化學(xué)反應(yīng)和過程混合物性質(zhì)的影響。 (6)確保結(jié)構(gòu)材料彼此相容并與過程物料相容。 (7)考慮過程中危險(xiǎn)物質(zhì)的積累，如可燃物、毒性中間體。 (8)考慮催化劑行為的各個(gè)方面，如老化、中毒、粉碎、活化、再生等。 2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全27/1053有潛在危險(xiǎn)的操作 有些操作本身具有潛在危險(xiǎn)。分析和確定這些操作的危險(xiǎn)件，是過程安全評(píng)價(jià)的重要內(nèi)容。 常見的有潛在

23、危險(xiǎn)的操作。 (1)易燃或毒性液體或氣體的蒸發(fā)和擴(kuò)散； (2)可燃或毒性固體的粉碎和分散； (3)易燃物質(zhì)或強(qiáng)氧化劑的霧化； (4)易燃物質(zhì)和強(qiáng)氧化劑的混合； (5)危險(xiǎn)化學(xué)品與惰性組分或稀釋劑的分離 (6)不穩(wěn)定液體的溫度或壓力的升高。 2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全28/1054間歇過程和連續(xù)過程比較 工藝設(shè)計(jì)中，需要在間歇過程和連續(xù)過程之間做出選擇。大批量 的操作，從經(jīng)濟(jì)上考慮，連續(xù)過程更具有優(yōu)勢(shì)。間歇和連 續(xù)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(shè)備過程物料持有量較大。連續(xù)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(dòng)強(qiáng)度較大，緊急

24、情況下操作者有較多的機(jī)會(huì)介入。連續(xù)過程更多地依靠自動(dòng)控制；2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全29/105(3)間歇過程產(chǎn)物純度容易控制，過程物料易于識(shí)別。連續(xù)過程不穩(wěn)狀態(tài)或周期性波動(dòng)（如開車或停車）較少；(4)間歇過程有詳盡的指令和操作規(guī)程，可以減少操作失誤或設(shè)備的損壞。連續(xù)過程的容器或設(shè)備很少需要清洗，不穩(wěn)態(tài)的物料輸入也較少；(5)間歇過程有較長的暴露時(shí)間。在連續(xù)過程中，有潛在危險(xiǎn)的中間體無須貯存加工。 2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全30/105五、工藝設(shè)計(jì)安全校核五、工藝設(shè)計(jì)安全校核機(jī)械設(shè)計(jì)、過程和布局的微小變化都有可 能出現(xiàn)預(yù)想不到的問題。工廠和其中的各項(xiàng)

25、設(shè)備是為了維持操作參數(shù)允許范 圍內(nèi)的正常操作設(shè)計(jì)的，在開車、試車或停車操作中會(huì)有不同的條件，因而 會(huì)產(chǎn)生與正常操作的偏離。為了確保過程安全，有必要對(duì)設(shè)計(jì)和操作的每一 細(xì)節(jié)逐一枚核。 1物料和反應(yīng)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(guān)物性，鑒別一切可能的化學(xué)反應(yīng)，對(duì)預(yù)期的和意外的化學(xué)反應(yīng)都要考慮。 2過程安全的總體規(guī)范。如 過程的規(guī)模、類型和整體性是否恰當(dāng)。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(huì)發(fā)生什么情況，對(duì)于這些情況是否采取了適當(dāng) 的預(yù)防措施。2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全31/105第三節(jié)第三節(jié) 化工單元區(qū)域規(guī)劃

26、化工單元區(qū)域規(guī)劃化工單元區(qū)域規(guī)劃是定出各單元邊界內(nèi)不同設(shè)備化工單元區(qū)域規(guī)劃是定出各單元邊界內(nèi)不同設(shè)備的相對(duì)物理位置。的相對(duì)物理位置。一 般來說，單元排列越緊密，配管、泵送和地皮不動(dòng)產(chǎn)的費(fèi)用越低。但是出于 安全考慮，需要把危險(xiǎn)隔開，單元排列應(yīng)該比較分散，同時(shí)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(dòng)空間的開放的區(qū)域 規(guī)劃更合理一些。過分擁擠嚴(yán)重影響施工和維修效率，會(huì)增加初始的和繼續(xù) 的投資費(fèi)用。 2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全32/105一、加工單元區(qū)域的規(guī)劃一、加工單元區(qū)域的規(guī)劃1設(shè)備配置的直線排列 試圖平衡區(qū)域規(guī)劃中互相矛盾的各種因素的多年實(shí)踐，產(chǎn)生

27、了一種為加工工業(yè)普遍接受的區(qū)域規(guī)劃方法：單元中大多數(shù)塔器、筒體、換熱器、泵和單元中大多數(shù)塔器、筒體、換熱器、泵和 主要管線成直線狹長排列主要管線成直線狹長排列。這種設(shè)備排列方法的主要特征是； (1)設(shè)備配置直線的兩邊都與廠區(qū)道路連接。這樣，在救火或其他緊急情況時(shí)，設(shè)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(shè)備配置線與廠區(qū)其余部分隔離。 2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全33/105(2)鋼制框架與道路鄰接。熱交換器設(shè)置在框架上部，冷卻水箱設(shè)置在框架下部。吊車可以方便地駛?cè)?，安全裝運(yùn)熱交換器的管束、管件和較重的 組件。冷卻水箱設(shè)置在框架上使得整個(gè)冷卻水系統(tǒng)

28、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(shè)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(jié)構(gòu)平坡式布局方式?？蚣芙Y(jié)構(gòu)在精餾塔旁邊提供了開放 區(qū)域，塔板和其他塔內(nèi)件易于拆卸裝車運(yùn)至維修區(qū)。在線的塔器、回流筒、 熱交換器之下的平坡低洼部分，對(duì)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(kuò)散至單元的其他區(qū)域。 2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全34/105(4)管架也設(shè)置在設(shè)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(shè)在平坡上的管束，而且可以避免管溝，而管溝常常是危險(xiǎn)液 體或蒸氣的良好的載體。 (5)泵排設(shè)

29、置在設(shè)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(dòng)裝置維修時(shí)便于移動(dòng)。 (6)筒體、泵、裝配有觀測平臺(tái)的蒸餾塔以及需要橋式吊車鋼梁導(dǎo)軌吊 人的設(shè)備，按序定在設(shè)備配置線上，從而把相關(guān)的危險(xiǎn)操作集中在一起。 2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全35/105設(shè)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(yīng)器，需要提供重力自流或泵的負(fù)壓壓頭的設(shè)備等，設(shè)備 提升是不可避免的。重的設(shè)備應(yīng)盡量避免高位安裝，最好和其他設(shè)備在同一 水平線上或者有堅(jiān)實(shí)的基座。2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全36/1052.非直線排列設(shè)施的配置非

30、直線排列設(shè)施的配置 直線排列的設(shè)備構(gòu)成了單元區(qū)域的骨架，單元單元的其他組件，的其他組件，如控制室、壓縮機(jī)、反應(yīng)器、溢流槽、加熱爐等，可以設(shè)置在直線排列的兩邊。設(shè)置在直線排列的兩邊。應(yīng)用這種方法一般可以達(dá)到近乎方形的最大面積規(guī)劃。 控制室是單元的神經(jīng)中樞，是單元中最重要的部位。最好是把控制室設(shè)置在單元的周邊區(qū)域。對(duì)于控制室設(shè)置在單元的周邊區(qū)域。對(duì)于處理毒性物質(zhì)的單元，控制室應(yīng)該設(shè)置在單元的上處理毒性物質(zhì)的單元，控制室應(yīng)該設(shè)置在單元的上風(fēng)區(qū)域。此外，控制室應(yīng)該和高溫或高壓容器、盛風(fēng)區(qū)域。此外，控制室應(yīng)該和高溫或高壓容器、盛有相當(dāng)量的易燃或毒性液體的容器隔離。有相當(dāng)量的易燃或毒性液體的容器隔離。 2

31、022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全37/105 加熱爐有兩個(gè)基本問題，作為明顯的火源，加熱爐應(yīng)該設(shè)置在單元其余部分的上風(fēng)區(qū)域，但是這會(huì)引起煙道氣飄過塔器的高架平臺(tái)或其他建筑物的問題。最好的解決辦法是采取折中方案，把加熱爐加熱爐設(shè)置在側(cè)面風(fēng)區(qū)域。應(yīng)該盡量保持加熱爐與其他危設(shè)置在側(cè)面風(fēng)區(qū)域。應(yīng)該盡量保持加熱爐與其他危險(xiǎn)設(shè)備的適度分離險(xiǎn)設(shè)備的適度分離。 壓縮機(jī)劇烈運(yùn)轉(zhuǎn)，應(yīng)該注意與其他危險(xiǎn)設(shè)備適當(dāng)壓縮機(jī)劇烈運(yùn)轉(zhuǎn)，應(yīng)該注意與其他危險(xiǎn)設(shè)備適當(dāng)隔離。壓縮機(jī)容易泄漏氣體，應(yīng)該置于單元的下風(fēng)隔離。壓縮機(jī)容易泄漏氣體，應(yīng)該置于單元的下風(fēng)區(qū)域。壓縮機(jī)或泵一般安裝在室外。區(qū)域。壓縮機(jī)或泵一般安裝在室外。2

32、022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全38/105 對(duì)于反應(yīng)器，主要考慮的是提供充分的空間、反應(yīng)器內(nèi)對(duì)于反應(yīng)器，主要考慮的是提供充分的空間、反應(yīng)器內(nèi)件安全操作的設(shè)施以及有關(guān)的催化劑。件安全操作的設(shè)施以及有關(guān)的催化劑。有些高熱運(yùn)轉(zhuǎn)的反應(yīng)器，可以作為火源來處理。 非直線排列設(shè)備的配置還包括許多的公用工程設(shè)施。電力線路必須從地下進(jìn)入加工單元，適當(dāng)安排入口點(diǎn)，避免在整個(gè)單元的電力系統(tǒng)設(shè)置人孔。如果單元裝配有緊急釋放閥或煙氣管線，這些設(shè)施應(yīng)靠近控制室遠(yuǎn)離火險(xiǎn)或其他危險(xiǎn)區(qū)域。消防火栓或監(jiān)控器必須與危險(xiǎn)點(diǎn)足夠近，從而能有效發(fā)揮作用，但也不能離的太近，危機(jī)時(shí)無法靠近。注意可能會(huì)阻止水流到達(dá)危險(xiǎn)點(diǎn)的隨礙

33、物檢查有無必要時(shí)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年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全39/105除非絕對(duì)必要，鐵路支線才引入單元區(qū)。除非絕對(duì)必要，鐵路支線才引入單元區(qū)。當(dāng)鐵路支線引人單元區(qū)時(shí)，應(yīng)該提供貨車可能脫軌的充分的空間。不宜把裝卸設(shè)備設(shè)置在鐵路支線終點(diǎn)的延伸方向，以避免貨車的過沖、扯脫貨車擋與裝卸設(shè)備碰撞。 在完成區(qū)域規(guī)劃時(shí)，應(yīng)該充分考慮將來發(fā)展擴(kuò)建添加設(shè)備的可能性。 2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全40/105 3室內(nèi)裝置的配置 對(duì)于需要精確的溫度控制或需要操作者經(jīng)常觀察的情形，必須把加工單元的部分或全部置于室內(nèi)。對(duì)可能釋放出毒對(duì)可能

34、釋放出毒性或易燃蒸氣的情形，設(shè)置物理屏障等方法?；鹪春鸵兹夹曰蛞兹颊魵獾那樾?，設(shè)置物理屏障等方法?；鹪春鸵兹嘉镌锤綦x墻的門或開口，保持在最小數(shù)量。并與像控制中物源隔離墻的門或開口，保持在最小數(shù)量。并與像控制中心這樣的經(jīng)常有人員的區(qū)域隔離開。墻壁進(jìn)行強(qiáng)度和耐火心這樣的經(jīng)常有人員的區(qū)域隔離開。墻壁進(jìn)行強(qiáng)度和耐火設(shè)計(jì)。容易經(jīng)受爆炸的隔離間可以有一面或多面有意設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)。容易經(jīng)受爆炸的隔離間可以有一面或多面有意設(shè)計(jì)的強(qiáng)度較弱的墻壁，以便在避開入員或其他設(shè)施的方向卸的強(qiáng)度較弱的墻壁，以便在避開入員或其他設(shè)施的方向卸掉爆炸力。掉爆炸力。 多層或階梯式建筑有本身持有的地勢(shì)問題。易燃或毒性液體源不應(yīng)該設(shè)置在火源

35、或人員之上。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年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全41/105與室外設(shè)施相比，需要更加嚴(yán)格地規(guī)范從室內(nèi)裝置撤退的通路。在室內(nèi)，很難過分強(qiáng)調(diào)精細(xì)設(shè)計(jì)的平臺(tái)、扶梯、人行道、出入口或滑運(yùn)斜道系統(tǒng)的需要。永久平臺(tái)應(yīng)該供作單元中所有無法拾階而上的操作點(diǎn)的進(jìn)出口，所有操作平臺(tái)所有操作平臺(tái)( (塔器平臺(tái)可能例塔器平臺(tái)可能例外外) )都應(yīng)該有兩種下行方法都應(yīng)該有兩種下行方法，防止緊急狀態(tài)時(shí)截流操作人員。從高架平臺(tái)向下的所有扶梯和滑梯孔道，所有扶梯和滑梯孔道，都應(yīng)設(shè)在最小可能遭受火險(xiǎn)或毒物泄漏的地點(diǎn)。扶都應(yīng)設(shè)在最小可能遭受火險(xiǎn)或毒

36、物泄漏的地點(diǎn)。扶梯或滑梯的著陸點(diǎn)應(yīng)該接近易于從單元撤退的通路梯或滑梯的著陸點(diǎn)應(yīng)該接近易于從單元撤退的通路。塔器的人孔平臺(tái)應(yīng)該有塔內(nèi)件安全維護(hù)的充分的工作空間，打開人孔的方向應(yīng)該避開從平臺(tái)向下的扶打開人孔的方向應(yīng)該避開從平臺(tái)向下的扶梯。梯。 2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全42/105二、單元區(qū)域的管線配置二、單元區(qū)域的管線配置 1管線配置的防泄漏設(shè)計(jì) 工廠化學(xué)品的主要泄漏與以下各項(xiàng)成比例 (1)管線的長度； (2)排放口的數(shù)量； (3)管線的復(fù)雜性。管線的復(fù)雜性，一般反映在連接的泵的數(shù)量以及再循環(huán)物流的數(shù)量兩個(gè)方面。 2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全43/105

37、減少管件泄漏的簡單的設(shè)計(jì)規(guī)則如下。 (1)減少分支和死角的數(shù)量。 (2)減少小排放口的數(shù)量。管道配置應(yīng)該做到，在少數(shù)幾處容易接近、容易觀察的位置排放。(3)按照相同的規(guī)范設(shè)計(jì)小口徑的支管，和主管一樣進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗(yàn)確保小的支管在交叉點(diǎn)得到加強(qiáng)，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(dāng)?shù)嘏渲貌y管。這些波紋管應(yīng)該只是做軸向移動(dòng)，還需要襯內(nèi)套管以免在波紋管的褶溝中充入固體沉積物。 2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全44/105(5)直接卸料的排放口，應(yīng)該設(shè)在操作者能夠觀察到的地方。工作系統(tǒng)對(duì)這些排放口應(yīng)該進(jìn)行定期核查和報(bào)告。 (6

38、) 保證密封墊與管內(nèi)流體在最大可能的操作溫度下完全互容，在最大內(nèi)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(shù)量。 (8)在閥式取樣點(diǎn)應(yīng)該配置可移動(dòng)的插頭。 2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全45/105(9)要有充分的管道支撐，從放料或從安全閥檢驗(yàn)管道的作用力。 (10)設(shè)置管道應(yīng)該避免通過可能使其受到機(jī)械損傷的地方。 (11)應(yīng)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(yīng)該采用高強(qiáng)度的螺栓。 2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全46/1052 2軟管系統(tǒng)的配置軟管系統(tǒng)的配置對(duì)于油船、罐車等的液體物料的裝卸

39、，軟管的選擇和應(yīng)用需格外謹(jǐn)慎。 應(yīng)考慮的是： (1)軟管的適用性，并結(jié)合有關(guān)軟管的標(biāo)準(zhǔn)。 (2)設(shè)置緊急狀態(tài)下迅速隔離的設(shè)施，如對(duì)于油船卸貨，在軟管的一端要設(shè)緊急隔離閥，在另一端要設(shè)止逆閥，用過流閥替代遠(yuǎn)程隔離閥等。 (3)應(yīng)該使用螺栓固定的軟管夾，不宜使用側(cè)卸式的軟管夾。 (4)軟管系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)要有充分的保護(hù)和支撐設(shè)施，不用時(shí)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(dòng)軟管，都應(yīng)設(shè)置排空閥，以便降壓時(shí)防止軟管的折斷。 2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全47/1053 3管線配置的安全考慮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(shè)備，設(shè)備重心之下的水平連

40、接法蘭需要用鋼性板支撐設(shè)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(shí)別管件和閥門配置的簡單和易于識(shí)別，是安全操作的重要因素。對(duì)于不穩(wěn)定液體的傳遞，管件、閥門和控制儀表的配置應(yīng)該防止液體靜止在運(yùn)轉(zhuǎn)的泵中。對(duì)于常設(shè)的設(shè)備管線，如果設(shè)備壓力降低至過程正常壓力之下，管線應(yīng)該有低壓報(bào)警低壓報(bào)警；如果設(shè)備壓力升高至過程正常壓力之上，則應(yīng)該有高壓報(bào)警高壓報(bào)警。2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全48/105在設(shè)備管線上應(yīng)該安裝止逆閥，安裝止逆閥，以防止管線中流體的回流。如果回流的結(jié)果導(dǎo)致劇烈的反應(yīng)或設(shè)

41、備的過壓，止逆閥不足以提供可靠的保證，這時(shí)需要高度可靠的斷開或關(guān)閉系統(tǒng)。 對(duì)于泵體或設(shè)備極有可能泄漏以及大量物料從設(shè)備無限制流出的情形，應(yīng)該考慮安裝遠(yuǎn)程操作的緊緊急隔離閥。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(dòng)閉合閥或遙控隔離閥。2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全49/105 三、單元裝置和設(shè)施的安全設(shè)計(jì)三、單元裝置和設(shè)施的安全設(shè)計(jì) 考慮設(shè)施的可靠性，以及關(guān)閉時(shí)備用設(shè)備或緊急貯存器的提供。 排水系統(tǒng)排水系統(tǒng)的恰當(dāng)設(shè)計(jì)是必要的。排水系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)該是，一旦易燃液體泄漏出來，就立即排離加工單元，導(dǎo)入蓄污池。 裝置的抗污染抗污染也是重要的。例如，應(yīng)用蒸汽滅火一般是

42、起稀釋泄出物的作用，消防蒸汽供應(yīng)線應(yīng)該與正常蒸汽供應(yīng)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(yīng)用物理隔離的方法避免。2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全50/105地面水和污水也必須隔離排放。對(duì)于情性氣體，既要保證日常操作和緊急狀態(tài)下充足的供應(yīng)量，又要防止被污染。 對(duì)于加工易燃液體或氣體的區(qū)域，應(yīng)該盡可能采用敞開結(jié)構(gòu)。這既可以有助于氣體或蒸氣泄漏物的擴(kuò)散通風(fēng)，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(yīng)該設(shè)置于沒有其他過程的敞開區(qū)域。 2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全51/105第四節(jié)第四節(jié) 壓力容器的

43、設(shè)計(jì)、制造和檢驗(yàn)壓力容器的設(shè)計(jì)、制造和檢驗(yàn)一、壓力容器械述 1壓力容器規(guī)范化 早在19世紀(jì)末就有了對(duì)鍋爐和壓力容器規(guī)范化的要求。20世紀(jì)最初的十年，發(fā)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(xùn)使人們對(duì)壓力容器制造和安裝的規(guī)范化有了更清醒的認(rèn)識(shí)。 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(guī)。 1911年美國機(jī)械工程師協(xié)會(huì)成立了一個(gè)專門委員會(huì)，后來被稱為鍋爐規(guī)范委員會(huì)。規(guī)范壓力容器的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)和鑒定。在我國，原國家勞動(dòng)總局1979年頒布了氣瓶安全監(jiān)察規(guī)程；1980年頒布了蒸汽鍋爐安全監(jiān)察規(guī)程；1981年頒布了壓力容 器

44、安全監(jiān)察規(guī)程。 2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全52/105 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(gè)類型。 (1)反應(yīng)容器：主要用來完成物料的化學(xué)轉(zhuǎn)化。如反應(yīng)器、發(fā)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(zhì)問的熱量交換。如熱交換器、冷卻器、加熱器、蒸發(fā)器、廢熱鍋爐等。 (3)分離容器：主要用來完成物料基于熱力學(xué)或流體力學(xué)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(yùn)容器：主要用來完成流體物料的盛裝、貯存或運(yùn)輸。

45、如貯罐、貯槽和槽車等。 2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全53/105壓力容器按照其設(shè)計(jì)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(gè)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年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全54/105壓力容器按照設(shè)計(jì)壓力p和容積V，結(jié)合容器的工藝功能和其中物料的危險(xiǎn)性,劃分為以下三個(gè)類型： (1)第一類容器：非易燃或無毒介質(zhì)的低壓容器；易燃或有毒介質(zhì)的低壓換熱容器和低壓分離容器。

46、(2)第二類容器：pV196.2kJ劇毒介質(zhì)的低壓容器;易燃或有毒介質(zhì)的低壓反應(yīng)容器和低壓貯運(yùn)容器；內(nèi)徑1m的低壓廢熱鍋爐；一般介質(zhì)的中壓容器。(3)第三類容器： pVl96.2kJ、劇毒介質(zhì)的低壓容器；內(nèi)徑1m的低壓廢熱鍋爐；中壓廢熱鍋爐； pV490.5kJ、易燃或有毒介質(zhì)的中壓反 應(yīng)容器； pV490.5kJ 、易燃或有毒介質(zhì)的低壓貯運(yùn)容器；劇毒介質(zhì)的中壓容器；高壓或超高壓容器。 2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全55/1053 3結(jié)構(gòu)材料的機(jī)械性能結(jié)構(gòu)材料的機(jī)械性能 結(jié)構(gòu)材料在受到外力作用時(shí)，會(huì)有抵抗變形和斷裂的能力,稱為結(jié)構(gòu)材料的機(jī)械性能。主要包括強(qiáng)度、塑性、韌性、硬度

47、等。 (1)強(qiáng)度:常用的強(qiáng)度指標(biāo)有抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、疲勞極限和屈強(qiáng)比。 抗拉強(qiáng)度是指材料在拉伸試驗(yàn)中所能承受的最大表觀應(yīng)力抗拉強(qiáng)度是指材料在拉伸試驗(yàn)中所能承受的最大表觀應(yīng)力。其數(shù)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(qiáng)度屈服強(qiáng)度又稱為屈服極限，是指材料在拉伸實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)屈服現(xiàn)象時(shí)的應(yīng)力值。所謂屈服是指材料在拉伸實(shí)驗(yàn)中，載荷不再增加甚至有所減少時(shí)仍繼續(xù)塑性變形的現(xiàn)象。 疲勞極限是指材料經(jīng)一千萬次循環(huán)而承發(fā)生破壞的最大應(yīng)力值疲勞極限是指材料經(jīng)一千萬次循環(huán)而承發(fā)生破壞的最大應(yīng)力值。一般作校核數(shù)據(jù)。 屈強(qiáng)比是指屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的比值屈強(qiáng)比是指屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的比值。屈強(qiáng)比

48、是表征材料機(jī)械性能的特征參數(shù)。屈強(qiáng)比越小，發(fā)生脆性破壞的可能性越小。但屈強(qiáng)比太小材料的強(qiáng)度水平就不能充分發(fā)揮。屈強(qiáng)比越大承載能力越強(qiáng)，但塑性下降，容器易發(fā)生脆性破壞。 2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全56/105 (2)(2)塑性：塑性是指材料在外力作用下產(chǎn)生塑性塑性：塑性是指材料在外力作用下產(chǎn)生塑性形變的能力形變的能力。代表塑性指標(biāo)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(biāo)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百分比。2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全57/105(3)韌性：又稱沖擊韌性，是指材料抵抗沖擊

49、載荷的能力。從能量觀點(diǎn)認(rèn)為材料在變形過程中，當(dāng)吸收的能量達(dá)到某一數(shù)值時(shí)便發(fā)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(biāo)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(shù)：安全系數(shù)是承壓設(shè)備設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)基本因素，是為了在設(shè)備使用期間對(duì)可能損害設(shè)備安全的各種閑素提供適當(dāng)?shù)陌踩６取?2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全58/105二、壓力容器設(shè)計(jì)二、壓力容器設(shè)計(jì)1.設(shè)計(jì)的一般要求(1)設(shè)計(jì)單位資格為確保壓力容器的設(shè)計(jì)質(zhì)量，國家規(guī)定凡設(shè)計(jì)鍋爐、壓力容器的專業(yè)單位，須經(jīng)主

50、管部門和勞動(dòng)部門的審查、批準(zhǔn)。發(fā)給設(shè)計(jì)許可證書設(shè)計(jì)許可證書，方可承擔(dān)設(shè)計(jì)任務(wù)。無證單位不得自行設(shè)計(jì)壓力容器。 壓力容器設(shè)計(jì)，應(yīng)由設(shè)計(jì)單位技術(shù)負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)。壓力容器設(shè)計(jì)，應(yīng)由設(shè)計(jì)單位技術(shù)負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)。設(shè)計(jì)圖紙上應(yīng)該有設(shè)計(jì)、校對(duì)和審批人員三級(jí)簽字。設(shè)計(jì)總圖除上述要求外，還必須有單位技術(shù)負(fù)責(zé)人簽字和壓力容器設(shè)計(jì)單位批準(zhǔn)書的編號(hào)和批準(zhǔn)日期。沒有設(shè)計(jì)單位批準(zhǔn)書的編號(hào)和批準(zhǔn)日期的圖紙不得在社會(huì)上流通，制造單位可以拒絕加工。 全國性鍋爐定型設(shè)計(jì)，須經(jīng)國務(wù)院主管部門和國家勞動(dòng)全國性鍋爐定型設(shè)計(jì)，須經(jīng)國務(wù)院主管部門和國家勞動(dòng)人事部門審批。人事部門審批。非全國性鍋爐定型設(shè)計(jì)則要經(jīng)過省、自治區(qū)、直轄市主管部門和同級(jí)勞動(dòng)

51、部門審批。鍋爐總圖上應(yīng)該有勞動(dòng)部門鍋爐壓力容器安全監(jiān)察機(jī)構(gòu)的審批標(biāo)記，無審批標(biāo)記的總圖不得流通。 2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全59/105(2)壓力容器結(jié)構(gòu) 壓力容器設(shè)計(jì)應(yīng)該盡可能避免應(yīng)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(jié)構(gòu)上的不連續(xù)都會(huì)產(chǎn)生較高的不連續(xù)應(yīng)力。因此，應(yīng)該力求結(jié)構(gòu)上的形狀變化平緩，力求結(jié)構(gòu)上的形狀變化平緩，避免不連續(xù)性。 在壓力容器中，總是不可避免地存在一些局部應(yīng)力較高或?qū)Σ考?qiáng)度有所削弱的結(jié)構(gòu)，如開孔、轉(zhuǎn)角、焊縫等部位。能夠引起應(yīng)力集中或削弱強(qiáng)度的能夠引起應(yīng)力集中或削弱強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)應(yīng)該互相錯(cuò)開。結(jié)構(gòu)應(yīng)該互相錯(cuò)開。 2022年5月17日第

52、三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全60/105壓力容器封頭從力學(xué)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(yīng)力，故應(yīng)盡量少采用碟形封頭。盡量少采用碟形封頭。無折邊球形封頭無折邊球形封頭使筒體產(chǎn)生較大的附加彎曲應(yīng)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。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(shí)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孔壓力容器殼體上的開孔，

53、如人孔、手孔和檢查孔等，一如人孔、手孔和檢查孔等，一般應(yīng)為圓形、橢圓形或長圓形。般應(yīng)為圓形、橢圓形或長圓形。殼體上所有開孔都應(yīng)與焊縫錯(cuò)開。容器開孔，受壓殼體因結(jié)構(gòu)不連續(xù)而引起應(yīng)力集中，在孔的邊緣產(chǎn)生很高的局部應(yīng)力。為了降低殼體開孔邊緣的局部應(yīng)力在開孔處應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。 2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全61/105 (3)材料的選用 材料的質(zhì)量和規(guī)格應(yīng)該符合國標(biāo)、部標(biāo)和有關(guān)的技術(shù)要材料的質(zhì)量和規(guī)格應(yīng)該符合國標(biāo)、部標(biāo)和有關(guān)的技術(shù)要求。求。選用的鋼材要有良好的機(jī)械性能，即強(qiáng)度高、塑性和韌性好、冷脆傾向較低、缺口和時(shí)效敏感性不明顯。鋼板的分層和夾渣等缺陷較少，無白點(diǎn)和裂紋。 承壓承壓元件必

54、須采用鎮(zhèn)靜鋼必須采用鎮(zhèn)靜鋼，不宜采用沸騰鋼。由于沸騰鋼是在不完全脫氧的條件下煉得的，含氧量較高，硫、磷等雜質(zhì)分布不均勻。焊接時(shí)裂紋傾向較大，厚板焊接時(shí)有層狀撕裂傾向。同時(shí)沸騰鋼在鋼水澆模時(shí)殘留氧與鋼中的碳化合為一氧化碳，氣體排出時(shí)使鋼呈沸騰狀態(tài)，極易在鋼錠內(nèi)形成小氣泡，成為鋼材內(nèi)部缺陷。而鎮(zhèn)靜鋼脫氧完全，組織均勻，沖擊韌性也較好。 2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全62/105選用的鋼材要有良好的工藝性能，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(duì)介質(zhì)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(qiáng)度是溫度和時(shí)間的

55、函數(shù)。材料的高溫強(qiáng)度指標(biāo)主要是蠕變限和持久強(qiáng)度。蠕變限是指材料在某確定的高溫下工作十萬個(gè)小時(shí)引起允許的總變形的應(yīng)力。持久強(qiáng)度是指在一定的工作溫度下經(jīng)歷指定工作期限后，不引起蠕變破壞的最大應(yīng)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年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全63/1052 2設(shè)計(jì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(1)設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度 對(duì)于非旋轉(zhuǎn)容器，設(shè)計(jì)壓力一般要高出操作壓力對(duì)于非旋轉(zhuǎn)容器，設(shè)計(jì)壓力一般要高出操作壓力0.1MPa0.1MPa或或1010；而旋轉(zhuǎn)容器的設(shè)計(jì)壓力則要高出預(yù)；而旋轉(zhuǎn)容器的設(shè)計(jì)壓力則要高出預(yù)期的最高壓力的期的最高壓力的5 5一一1010。設(shè)計(jì)溫度通常要

56、高出。設(shè)計(jì)溫度通常要高出不會(huì)引起規(guī)范許可應(yīng)力減少的最高溫度不會(huì)引起規(guī)范許可應(yīng)力減少的最高溫度3030。比如，在180操作的碳鋼容器，其設(shè)計(jì)溫度為350而不是210。容器設(shè)計(jì)壓力應(yīng)該標(biāo)記基于部件最小壁厚的最大允許工作壓力，而不能標(biāo)記用于計(jì)算最小壁厚的壓力。 2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全64/105(2)最小板材厚度 設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，大直徑壓力容器的板材厚度不應(yīng)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，大直徑壓力容器的板材厚度不應(yīng)小于小于( (D D2.54)2.54)10001000，其中，D是筒體的最小直徑(單位m)，焊接結(jié)構(gòu)的最小板厚度許多組織規(guī)定為5mm或6mm。 2022年5月17日第三章 化工廠

57、設(shè)計(jì)和操作安全65/105 (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(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定規(guī)范容器，偶爾承受0.1MPa及其以下的外壓，無需考慮外壓結(jié)構(gòu)的規(guī)范要求。在應(yīng)用這項(xiàng)規(guī)范時(shí)，應(yīng)該充分考慮到各種可能的后果，如罐體破裂時(shí)的人員危險(xiǎn)，更換容器的費(fèi)用，內(nèi)容物泄出的財(cái)產(chǎn)損失和危險(xiǎn)等。 2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全66/105(4)材料選擇 材料在設(shè)計(jì)壓力和溫度下的允許應(yīng)力并不需要過量的壁材料在設(shè)計(jì)壓力和溫度下的允許應(yīng)力并不需要過量的壁厚。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(jié)構(gòu)材料預(yù)期的腐蝕阻力腐蝕阻力，可以在容器操作

58、同樣的條件下近似測出。高純度高純度的需要可能會(huì)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(dāng)壓力和溫度條件允許時(shí)，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。 要求制造商提出替代建議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年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全67/105 (5)非壓力負(fù)荷 容器及其支架的設(shè)計(jì)必須與以下各項(xiàng)負(fù)荷匹配：容器及其內(nèi)容物的重量；料盤、隔板、蛇管等內(nèi)件的重量；裝置、攪拌器、交換器、轉(zhuǎn)筒等外件的重量；建筑物、扶梯、平臺(tái)、配管等外部設(shè)施的重量；固定負(fù)載和移動(dòng)負(fù)載的重量；隔離板和防火墻的重量

59、；風(fēng)力和地震負(fù)荷；支撐耳柄、環(huán)形加強(qiáng)肋以及熱梯度的作用。這些負(fù)荷都可以引起過量的局部應(yīng)力。 2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全68/105 (6)支架 立式容器船用立柱和耳柄支撐，有時(shí)還會(huì)用到環(huán)形槽鋼或折邊。大型臥式容器常用三個(gè)或更多的鞍形托架支撐。對(duì)于小型容器，不管是臥式的還是立式的，其支架的設(shè)計(jì)由于支撐附件造成的二次應(yīng)力、扭矩和剪切力，可能會(huì)比大型容器復(fù)雜得多。 2022年5月17日第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全69/105 (7)封頭 壓力容器封頭有半球形、橢球形、錐形、準(zhǔn)球形、平板壓力容器封頭有半球形、橢球形、錐形、準(zhǔn)球形、平板形等幾種類型。在材料、直徑和壓力負(fù)荷都相同的條

60、件下，形等幾種類型。在材料、直徑和壓力負(fù)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(jì)算關(guān)系。沒有簡單的計(jì)算關(guān)系。 半球形封頭在各種類型封頭中應(yīng)力分布最好、而且一定半球形封頭在各種類型封頭中應(yīng)力分布最好、而且一定的容積所需要的材料最少。的容積所需要的材料最少。但是球形封頭會(huì)使筒體產(chǎn)生較大的附加彎曲應(yīng)力，因而只適用于直徑較小、壓力較低的無毒、非易燃介質(zhì)的容器。 長短軸之比為長短軸之比為2 2的橢球形封頭與準(zhǔn)球形封頭比較，前者的的橢球形封頭與準(zhǔn)球形封頭比較，前者的應(yīng)力分布要好一些；直徑超過應(yīng)力分布要好一些；直徑超過