【正文】 化工廠設(shè)計和操作安全 第一篇：化工廠設(shè)計和操作安全 化工廠設(shè)計和操作安全 化工廠設(shè)計和操作安全 化工廠安全貫穿于規(guī)劃、設(shè)計、建廠、試車、投產(chǎn)的全過程。工廠的選址和布局、設(shè)備配置和結(jié)構(gòu)材料的微小變化都會對化工安全產(chǎn)生重大影響。安全問題在工廠設(shè)計的初始階段就應(yīng)該考慮到。否則，到了設(shè)計后期，投資和時限的緊迫有可能忽略這項內(nèi)容。本章敘述了化工廠設(shè)計和操作在安全方面的考慮，至于設(shè)計和操作本身的詳細(xì)知識，請參閱有關(guān)的專門書籍。第一節(jié)工廠的定位、選址和布局工廠所在的地區(qū)，工廠和環(huán)境以及工廠內(nèi)部組件之間的相對位置，對化工廠的安全是至關(guān)重要的問題。這包括化工廠的定位、選址、布局和單元區(qū)域規(guī)劃四方面的內(nèi)容。本節(jié)只介紹前三 者，而單元區(qū)域規(guī)劃將另處給出。 一、危險和防護(hù)的一般考慮 在工廠的定位、選址和布局中，會有各式各樣的危險。為便于討論，可以把它們劃分為潛在的和直接的兩種類型。前者稱為一級危險，后者稱為二級危險。對于一級危險，在正常條件下不會造成人身或財產(chǎn)的損害，只有觸發(fā)事故時才會引起損傷、火災(zāi)或爆炸。典型的一級危險有：①有易燃物質(zhì)存在；②有熱源存在；③有火源存在；④有富氧存在；⑤有壓縮物質(zhì)存在；⑥有毒性物質(zhì)存在；⑦人員失誤的可能性；⑧機械故障的可能性；⑨人員、物料和車輛在廠區(qū)的流動；⑩由于蒸氣云降低能見度等。 一級危險失去 控制就會發(fā)展成為二級危險，造成對人身或財產(chǎn)的直接損害。二級危險為：①火災(zāi)；②爆炸；③游離毒性物質(zhì)的釋放；④跌傷；⑤倒塌；⑥碰撞。 對于所有上述兩級危險，可以設(shè)置三道防護(hù)線。第一道防護(hù)線是為了解決一級危險，并防止二級危險的發(fā)生。第一道防護(hù)線的成功主要取決于所使用設(shè)備的精細(xì)制造工藝，如無破損、無泄漏等。在工廠的布局和規(guī)劃中也有有助于構(gòu)筑第一道防護(hù)線的內(nèi)容，如： (1)根據(jù)主導(dǎo)風(fēng)的風(fēng)向，把火源置于易燃物質(zhì)可能釋放點的上風(fēng)側(cè)； (2)為人員、物料和車輛的流動提供充分的通道。 盡管做出以上努力，但仍時有二級危險例如火災(zāi)發(fā) 生。對于二級危險，為了把生命和財產(chǎn)的損失降至最小程度，需要實施第二道防護(hù)線，在工廠的選址和規(guī)劃方面采取一些步驟，如： (1)把最危險的區(qū)域與人員最常在的區(qū)域隔離開； (2)在關(guān)鍵部位安放滅火器材。不管預(yù)防措施如何完善，但仍時有人身傷害事故發(fā)生。第三道防護(hù)線是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。最后一道防護(hù)線的意義是迅速救治未能防止住的傷害。 考慮完成上述防護(hù)線的工具和方法，其中一些自然界可以提供，而另外一些則只能由人給出。讓我們先討論自然的方法。 地形是規(guī)劃安全時可以利用的一個因素。正如液體 向下流一樣，從運行工廠釋放出的許多易燃或毒性氣體也是如此?？梢赃m當(dāng)利用這個地理特征作為安全工具為我們服務(wù)排除這些危險氣體。 巨大水量的水源滅火時極為重要，水供應(yīng)得充足與否往往決定著滅火的成敗。主導(dǎo)風(fēng)方向是另一個重要的自然因素。從地方氣象資料可以確定刮各個方向風(fēng)的時間的百分率，通過選址和布局使得主導(dǎo)風(fēng)有助于防止易燃物飄向火源，防止蒸氣云或毒性氣體飄過人口稠密區(qū)或穿越道路。很顯然，風(fēng)并不總是沿著主導(dǎo)的方向吹，但是選址和布局所做的是多重選擇中最佳的一種。超出自然方法之外，人工智能也可以提供一些強化安全的要素，隔開 距離就是這樣的一種要素。隔開距離實現(xiàn)不同危險之間以及危險和人之間的隔離，比如，燃燒爐和向大氣排放的釋放閥之間以及高壓容器和操作室之間，都要隔開一段距離。類似的方法是用物理屏障隔離。一個典型的例子是用圍堰限制液體的溢流，如圍繞貯罐的圍堰就是起這種作用。兩種經(jīng)常結(jié)合應(yīng)用的方法是危險的集中和危險的標(biāo)識。考慮壓力貯存容器的定位，最好是把這類裝置隔離在工廠的一個特定區(qū)域內(nèi)，使得危險集中易于確定危險區(qū)的界限。這樣做有兩個明顯的好處，首先是使值班人以外的人員都遠(yuǎn)離危險區(qū)；其次是必須工作在或必須通過危險區(qū)的人員完全熟悉存在的危險情況，可以相對安全。同時還應(yīng)該注意到危險集中的不利之處，一個容器起火或爆炸有可能波及相鄰的容器，造成更大的損失。但是經(jīng)驗告訴人們，集中的危險會受到更密切的關(guān)注，有可能會減少事故，把危險分散至全廠而不為人所注意會更具危險。 作為安全工具，可以設(shè)計和配置一些物理設(shè)施，如救火水系統(tǒng)、安全噴射器、急救站等，以備對付危險之用。 二、工廠的定位問題考慮工廠定位，我們面對的是一個計劃中的工廠和一個現(xiàn)實的環(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)有貯運、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)有便利的交通條件， (5)有良好的工程地質(zhì)和水文氣象條件。工廠應(yīng)避免定位在下列地區(qū)： (1)發(fā)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)有開采價值的礦藏地區(qū)； (5)對機場、電臺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)。 工廠定位時除了謹(jǐn)遵以上禁忌外，考慮得更多的是 經(jīng)濟問題。固然，高風(fēng)速、地震、雨雪量、雷電頻發(fā)率等不安全因素，在工廠定位時會給予適度考慮，但這些往往會淹沒在經(jīng)濟考慮之中。比如，世界上多數(shù)大型石油化工企業(yè)都建立在原料產(chǎn)地附近，就是出于原料流通經(jīng)濟上的考慮。對于這方面的內(nèi)容，不再贅述。 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(huán)境的定位問題。化工廠對其所在的社區(qū)可能會有多種危險，從工廠飄逸出的有毒或有害氣體會進(jìn)入居民區(qū)或其他人口稠密的地區(qū)；易燃?xì)怏w會飄過如其他工廠的煅燒爐之類的火源；冷卻塔的煙霧會飄過交通繁忙的高速公路或道路等等。隔開距離，把廠 址選擇在一個孤立地區(qū)可以解決上述問題。如果客觀條件不允許實現(xiàn)以上舉措，可以依據(jù)主導(dǎo)風(fēng)，把工廠置于社區(qū)的下風(fēng)區(qū)域。雖然風(fēng)并不總是沿著主導(dǎo)的方向吹，但這至少可以部分改善上述危險產(chǎn)生的困擾。 工廠高構(gòu)筑物可能的坍塌是對社區(qū)的另一種潛在的危險。在許多城市，建筑法規(guī)要求，高建筑物或構(gòu)筑物都要留有一定的間距，防止落體砸傷行人、汽車司乘人員或砸壞鄰近的設(shè)施。工廠會產(chǎn)生需要排除的廢液。應(yīng)該確保預(yù)期的排污方法不會污染社區(qū)的飲用水。特別是對于漁業(yè)，對海洋生物的毒性作用會成為嚴(yán)重問題?？赡芎斜ɑ旌衔锏娜粘Ｅ盼酃艿绖?wù)必不可穿越 公共的或私人的地界。 對工廠的主要進(jìn)出口點要格外小心。上下班時進(jìn)，出廠的交通車量劇增，如果不適當(dāng)安排或疏散，會引起嚴(yán)重的交通事故。如果工廠鄰近高速公路，會有車輛離開公路沖人工廠的危險。毗鄰的工廠可能會釋放出毒性或易燃?xì)怏w飄入工廠，引起人員中毒或由于火花或加熱面而起火。在這種情況下，如果可能，最好是把工廠建于上風(fēng)區(qū)，或是隔開一定的距離。充足的水源會增強滅火能力。最好是工廠附近有河流或湖泊可用作水源，使得救火水不必從地下泵取。還要考慮地方城市供水系統(tǒng)用作救火水源的可能性。 地形也是一個要考慮的因素。參加工廠設(shè)計的每個人都會同意，廠區(qū)應(yīng)該是一片平地。廠區(qū)內(nèi)不應(yīng)該有洼地，否則可能會形成毒性或易燃蒸氣或液體的積聚。相對于周圍地區(qū)，廠區(qū)最好地勢較高而不應(yīng)是低洼地。 社區(qū)對工廠及其工作人員可能會構(gòu)成某些確定的危險，即使沒有危險，也可能不具有強化工廠安全所必要的設(shè)施。從這個意義上講，工廠選址在一個孤立地區(qū)有利于工廠安全。工廠救火時往往需要社區(qū)的協(xié)助，社區(qū)協(xié)助的有效與否，有時對救火的成敗起著決定作用。還有，在急救和醫(yī)療設(shè)施方面，社區(qū)也能提供協(xié)助。綜上可以看出，在工廠選址中很難找到保證最大安 全的恰當(dāng)?shù)牡刂?。需要全面審核提出的帶有管線、公路、鐵路和電力線路敷設(shè)權(quán)的各種選址方案，綜合評定其對工廠存在的或潛在的危險，擇優(yōu)確定較佳的方案。 四、工廠布局的安全問題 工廠布局也是一種工廠內(nèi)部組件之間相對位置的定位問題，其基本任務(wù)是結(jié)合廠區(qū)的內(nèi)外條件確定生產(chǎn)過程中各種機器設(shè)備的空間位置，獲得最合理的物料和人員的流動路線?；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區(qū)塊：工藝裝置區(qū)；罐區(qū)；公用設(shè)施區(qū)；運輸裝卸區(qū)；輔助生產(chǎn)區(qū)；管理區(qū)。對各個區(qū)塊的安全要求如下。 1．工藝裝置區(qū) 加工單 元可能是工廠中最危險的區(qū)域。首先應(yīng)該匯集這個區(qū)域的一級危險，找出毒性或易燃物質(zhì)、高溫、高壓、火源等。這些地方有很多機械設(shè)備，容易發(fā)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(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。后者有助于加工單元作為危險區(qū)的識別，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)和主要灌區(qū)有交互危險性，兩者最好保持相當(dāng)?shù)木嚯x。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(fù)荷運轉(zhuǎn)，而鄰近的另一個單元正在停車大修，從而使?jié)撛谖ｋU增加。危險區(qū)的火源、大型作業(yè)、機器的移動、人員的密集等都是應(yīng)該特別注意的事項。目前在化學(xué)工業(yè)中，過程單元間的間距仍然是安全評價的重要內(nèi)容。對于過程單元本身的安全評價，比較重要的因素有：①操作溫度；②操作壓力；③單元中物料的類型；④單元中物料的量；⑤單元中設(shè)備的類型；⑥單元的相對投資額；⑦ 救火或其他緊急操作需要的空間。 2．罐區(qū) 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(zhì)的貯存器。在人員、操作單元和貯罐之間保持盡可能遠(yuǎn)的距離是明智的。這樣的容器能夠釋放出大量的毒性或易燃性的物質(zhì)，所以務(wù)必將其置于工廠的下風(fēng)區(qū)域。前面已經(jīng)提到，貯罐應(yīng)該安置在工廠中的專用區(qū)域，加強其作為危險區(qū)的標(biāo)識，使通過該區(qū)域的無關(guān)車輛降至最低限度。罐區(qū)的布局有以下三個基本問題： (1)罐與罐之間的間距； (2)罐與其他裝置的間距； (3)設(shè)置攔液堤所需要的面積。 與以上三個問題有密切關(guān)系的是貯罐 的兩個重要的危險，一個是罐殼可能破裂，很快釋放出全部內(nèi)容物；另一個是當(dāng)含有水層的貯罐加熱高過水的沸點時會引起物料過沸。如同加工單元的情形，以上三個問題所需要的實際空間方面，化學(xué)工業(yè)還沒有具體的設(shè)計依據(jù)。 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)在地勢比工藝裝置區(qū)略低的區(qū)域，決不能設(shè)在高坡上。還有通路問題。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)。 3．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)和其他危險區(qū)，以便遇到緊急情況時仍能保證水、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，也不應(yīng)該通過危險區(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。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(tǒng)的任何一點出現(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，就必須保證這些裝置至少能從兩個方向接近工廠的關(guān)節(jié)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(shè)備和配電設(shè)備可能會成為引火源，應(yīng)該設(shè)置在易 燃液體設(shè)備的上風(fēng)區(qū)域。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)留有如起重機等重型設(shè)備的方便通路，減少碰撞的危險。最后，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。大型冷卻塔會產(chǎn)生很大噪聲，應(yīng)該與居民區(qū)有較大的距離。 4．運輸裝卸區(qū) 良好的工廠布局不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)解決這個問題。對于罐車和罐車的裝卸設(shè)施常做類似的考慮。在裝 卸臺上可能會發(fā)生毒性或易燃物的濺灑，裝卸設(shè)施應(yīng)該設(shè)置在工廠的下風(fēng)區(qū)域，最好是在邊緣地區(qū)。原料庫、成品庫和裝卸站等機動車輛進(jìn)出頻繁的設(shè)施，不得設(shè)在必須通過工藝裝置區(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距離。 5．輔助生產(chǎn)區(qū) 維修車間和研究室要遠(yuǎn)離工藝裝置區(qū)和罐區(qū)。維修車間是重要的火源，同時人員密集，應(yīng)該置于工廠的上風(fēng)區(qū)域。研究室按照職能的觀點一般是與其他管理機構(gòu)比鄰，但研究室偶爾會有少量毒性或易燃物釋放進(jìn)入其他管理機構(gòu)，所以兩者之間直接連接是不恰當(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，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)重的操作失誤會使煅燒爐噴射出相當(dāng)量的易燃物，對此則應(yīng)將其置于工廠的下風(fēng)區(qū)。作為折中方案，可以把煅燒爐置于工廠的側(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。 6．管理區(qū) 每個工廠都需要一些管理機構(gòu)。出于安全考慮，主要辦事機構(gòu)應(yīng)該設(shè)置在工廠的邊緣區(qū)域，并盡可能與工廠的危險區(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)。因為這些人員不熟悉工廠危險的性質(zhì)和區(qū)域，而他們的普通習(xí)慣如在危險區(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，把這些人員和危險分開會改善工廠的安全狀況。 在工廠布局中，并不總是有理想的平地，有時工廠不得不建在丘陵地區(qū)。有幾點值