【正文】 1 化工安全工程 主講：洪景萍 Tel: 13554398647 Email: 教材：化工安全工程概論，許文、張毅民主編， 化學(xué)工業(yè)出版社 中南民族大學(xué)化工系 2 第三章 化工廠設(shè)計和操作安全 ? 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 ? 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、制造和檢驗 ? 第五節(jié) 化工裝置維護 ? 第六節(jié) 公用工程設(shè)施安全 3 ? 一、危險和防護的一般考慮 ? 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。 第一節(jié) 工廠的定位、選址和布局 4 ? 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 三道防護線 。 ? 第一道防護線 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。 5 ? 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 （實驗室氣瓶） ； ? (2) 在關(guān)鍵部位安放滅火器材 （不僅要有、還要會用） 。 ? 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。 ? 考慮完成上述防護線的工具和方法，其中一些自然界可以提供，一些則只能由人給出。 6 ? 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。 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。 ? 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。 7 ? 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。 ? 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。 ? 壞處： 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。 ? 經(jīng)驗： 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。 8 ? 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。 9 ? 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、生物保護和風(fēng)景區(qū)； ? (7) 城鎮(zhèn)等人口密集的地區(qū)。 10 ? 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 ，如： ? 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。 11 ? 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。 20220603日本東京板橋區(qū)一棟公寓施工現(xiàn)場發(fā)生起重機倒塌事故，造成 2人受傷，其中 1名重傷。 12 ? 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入工廠的危險 。（學(xué)校、工廠） 13 ? 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。 ? 地形 也是一個要考慮的因素。 ? 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。 14 ? 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 。為保障安全，在總平面布置中應(yīng) 遵循以下原則 ： ? 1．從全面出發(fā)合理布局，正確處理生產(chǎn)與安全、局部與整體、重點和一般、近期與遠(yuǎn)期的關(guān)系，把生產(chǎn)、安全、衛(wèi)生、適用、技術(shù)、先進(jìn)、經(jīng)濟合理和盡可能的美觀等因素作出統(tǒng)籌安排。 ? 2．總平面布置應(yīng)符合 防火、防爆 的基本要求，體現(xiàn) 以防為主、以消為輔 的方針，并有疏散和滅火的設(shè)施。 （防火分隔、防煙分區(qū)） 15 ? 3．應(yīng)滿足安全、防火、衛(wèi)生等設(shè)計規(guī)范、規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)的要求，合理布置 間距、朝向及方位 。 ? 4．合理布置 交通 運輸和管網(wǎng)線路及進(jìn)行綠化布置和環(huán)境保護。 ? 5．合理考慮 發(fā)展 和 改建、擴建 的要求 。（學(xué)校賣地） ? 化工廠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)；運輸裝卸區(qū) （原料庫、成品庫、裝卸站） ；輔助生產(chǎn)區(qū) （配電室、化驗室、維修車間、研究室）； 公用設(shè)施區(qū) （宿舍、醫(yī)院）；管理區(qū) （辦公樓）。 16 ? 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，找出毒性成易燃物質(zhì)、高溫、高壓、火源等，機械設(shè)備多，易發(fā)故障；有利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。 17 ? 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 （ 10℃ 、 1000℃ ）； ? ②操作壓力 （ 100Pa、 100MPa）； ? ③單元中物料的類型 （ H2 ＞ CH4（爆炸極限 5－ 15％） ＞ NH3）； ? ④單元中物料的量 （ H2 （ － 75％） ） ； ? 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。 18 ? 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。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。 19 ? 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 。實際空間方面，化學(xué)工業(yè)還沒有具體的依據(jù)。 ? 罐區(qū)設(shè)計應(yīng)考慮： ? 1）和辦公室、輔助生產(chǎn)區(qū)要保持足夠的安全距離 。（蔓延） ? 2）和工藝裝置區(qū)、公路之間要留出有效的間距 。（被波及） ? 3）設(shè)在比工藝裝置區(qū)略低的區(qū)域 （高坡度，勢能大）。 ? 4） 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) 。（方便救災(zāi)、疏散） 20 ? 3．公用設(shè)施區(qū) ? 應(yīng) 遠(yuǎn)離 工藝裝置區(qū)、罐區(qū)和其他危險區(qū)，以保證水、電、汽等的正常供應(yīng)。 ? 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。 21 ? 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。 22 ? 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 。 23 ? 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) 。 ? 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。 24 ? 6．管理區(qū) ? 出于安全考慮，主要辦事機構(gòu)應(yīng)