【文章內容簡介】 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。把直線排列的原理用于集成化過程單元的規(guī)劃，可以把前述的區(qū)域規(guī)劃發(fā)展成為一系列平行的、并排的設 備配置直線。各過程單元的其余組件分布在這些直線簇相鄰的區(qū)域，沿著設備配置直線的端點向外延伸。管線配置也分成了兩部分：整個過程區(qū)的主管線以及由主管線引出的各條設備配置線的支管線。 2．非直線排列設施的配置 直線排列的設備構成了單元區(qū)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(guī)劃。 控制室是單元的神經中樞，是單元中最重要的部位。從操作本身考慮，似乎應該把控制室置于單元區(qū)域的中心，做到控制室離各操作觀測點的距離最短。但是 這樣設置，控制室會有較大的潛在危險：單元中一旦發(fā)生重大事故，極易波及控制室。所以，最好是把控制室設置在單元的周邊區(qū)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(qū)域。最后，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。 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(qū)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(qū)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(qū)域。在現(xiàn)代工業(yè)實踐中，由于泄漏的原因，很少把壓縮機或泵安裝在室內。即使在必須預防風雨的極少數(shù)情況下，這些設備也只是安裝在只有屋頂而無側墻的亭閣式建筑物中。 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諸多的公用工程設施。電力線路必須從地下進入加工單元，適當安排人口點，避免在整個單元的電力系統(tǒng)設置人孔。如果單元裝配有緊 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(qū)域。消防火栓或監(jiān)控器必須與危險點足夠近，從而能有效發(fā)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障礙物，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。 除非絕對必要，鐵路支線才引入單元區(qū)。當鐵路支線引入單元區(qū)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(qū)域規(guī)劃時，應該充分考慮將來發(fā)展擴建添加設備的可能性。在建設 時一個完美排列的單元，硬擠進一些附加的設備，由于沒有充足的空間而變得壅塞。應用成直線排列，在泵區(qū)中會為二些附加的泵，甚至是二兩個附加的簡體，找到合適的充足的空間。但是對于換熱器、塔器、加熱爐、反應器等，需要在工廠設計時為這些裝置的添加留有一定的裕度。 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。對于室內裝置，主導風和隔開距離這兩個工具的重要性大大降低。在室內無主導風；隔開距離會增加建筑物的建筑面積而使財政負擔加重。即使隔開距離不會增加建筑費用，在室 內距離的作用也會降低。在室內釋放出的毒性或易燃蒸氣會留存在建筑物內，而不會像室外那樣迅速擴散。然而仍然可以采用其他一些方法，如物理屏障等，實現(xiàn)室內裝置的隔離。如果火源和易燃物源兩者都必須設在室內，最好把它們分置在建筑物的分隔間內。火源和易燃物源隔離墻的門或開口，易燃蒸氣或液體能夠從中通過接近火源，應該保持在最小數(shù)量。特別易于起火、爆炸或釋放毒物的設施，如高溫、高壓或大容量的容器，應該與像控制中心這樣的經常有人員的區(qū)域隔離開。實現(xiàn)隔離目的的墻壁也應該有最小數(shù)量的開口，同時這些墻壁還應該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，以便在避開人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特有的地勢問題。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。 如前所述，危險的集中有助于確定特別危險區(qū)的界限。此外，危險的集中會增進提供具體安全設施的可行性。可以提供的安全設施有： (1)高容量的通風系統(tǒng)，有助于保持空氣 蒸氣或空氣 粉塵混合物在其爆炸極限之下； (2)高容量的排水系統(tǒng)，很快排除泄漏的液體； (3)遙控操 作加工裝置； (4)自動滅火裝置，如水噴霧、蒸氣覆蓋、泡沫或惰性氣體系統(tǒng)。對于幾個危險裝置集中于室內某個區(qū)域或分隔間的情形，只有上述安全設施是不夠的。這些裝置，由于其與人或其他裝置的靠近，還必須考慮它們復合的危險作用。 與室外設施相比，需要更加嚴格地規(guī)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(tǒng)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(tài)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。 二、單元區(qū)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(shù)量； (3)管線的復雜性。 設備間隙的增加和危險組件的隔離都會強化安全，但這卻需要增加管件的總量或增加管線的長度，從而也增加了泄漏的可能性和工程建設費用。上述幾方面之間需要建立恰當?shù)钠胶怅P系。管 線的復雜性，一般反映在連接的泵的數(shù)量以及再循環(huán)物流的數(shù)量兩個方面。減少管件泄漏的簡單的設計規(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?shù)嘏渲貌y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人固體沉積物。 (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(tǒng)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(shù)量。 (8)在閥式取樣點應該配置可移動的插頭。 (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。 2．軟管系統(tǒng)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(tài)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(tǒng)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。 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。支撐板、墊片和管接頭的材料性能，制造說明書會有確切的說明。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(wěn)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。 對于氣體和液體，其設計應該考慮沿與設定相反方向流動的可能性。在化工案例中，有大量回流的情形，如： (1)從貯罐或下游管線 回流進入已關閉的設備； (2)從設備回流進入有壓力降的輔助設備的管線； (3)泵的故障引起回流； (4)反應物沿副反應物的物料管線回流。在設備管線配置中，對于只是間歇使用的設備，推薦應用不用時斷開的軟管與過程設備連接。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。在設備管線上應該安裝止逆閥，以防止管線中流體的回流。過程管線上的止逆閥發(fā)生故障會造成嚴重的后果，因此，建議安裝兩個不同類型的止逆閥，盡可能把相同形式的損壞減至最小程度。 如果回流的結果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(tǒng)。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。對于操作的情形，遙控隔離閥應用于充氣管線、加料管線，比普通隔離閥有明顯的優(yōu)勢。 三、單元裝置和設施的安全設計 1．裝置的安全設計裝置、儀表和輔助設施是用來完成各種化學過程或單元操作的，組合在一起構成了一個完整的制造單元。設計時的許多決定對工廠安全 有著重要的作用。在設計階段廣泛采用的兩個重要概念是“故障自動保險”和“二次概率設計”。故障自動保險要求，當裝置、儀表或過程控制回路出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)恢復到最小危險狀態(tài)。二次概率設計是指，當操作失誤或設備出現(xiàn)故障時會啟動備用設備，預防危險出現(xiàn)或降低危險的作用。這方面的典型例子有： (1)容器的壓力釋放裝置； (2)設備或建筑物的爆炸卸荷設施； (3)貯罐周圍的圍墻防護； (4)緊急關閉系統(tǒng)； (5)過程參數(shù)高限或低限啟動的關閉裝置； (6)報警裝置，例如火險、過程參數(shù)高限或低限的報警。 2．輔助工程設施安全 電氣設備在 易燃氣氛中應該作為火源處理。除電力外，化工廠操作還需要以下輔助工程款項： (1)蒸汽； (2)過程用水和鍋爐用水； (3)消防用水； (4)冷卻水； (5)壓縮空氣；(6)惰性氣體。 對于上述款項的主要考慮是要有充足的供應量以滿足預期的最大量的需要；其次是這些設施的可靠性，以及關閉時備用設備或緊急貯存器的提供。 排水系統(tǒng)的恰當設計是必要的。易燃液體，有時是與救火消防水的混合物的排放不暢，在有關易燃液體泄漏的大量損失中，是起重要作用的因素。排水系統(tǒng)的優(yōu)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。地面水和污水也必須隔離排放。對于惰性氣體，既要保證日常操作和緊急狀態(tài)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(qū)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(qū)域。第四節(jié)壓 力容器的設計、制造和檢驗 一、壓力容器概述 1．壓力容器規(guī)范化 早在 19 世紀末就有了對鍋爐和壓力容器規(guī)范化的要求。 20 世紀最初的十年，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。這些血的教訓使人們對壓力容器制造和安裝的規(guī)范化有了更清醒的認識。 1907 年，美國 Massachusetts 州繼 1905 年和 1906 年兩次災難性的鍋爐爆炸之后，提出了世界上第一部鍋爐制造和安裝的法規(guī)。循著Massachusetts 州的范例，美國其他州和城市也制定出了蒸氣鍋爐制造、安裝和檢驗的不同形式的法規(guī)或條例。 不同州的技術規(guī)范缺乏一致性，使得制造者無法制造出其他州可以接受的標準鍋爐。制造出的鍋爐不能運出州界，一個州的有資格的鍋爐檢驗員也得不到其他州的承認。要求訂出蒸氣鍋爐和壓力容器制造的標準規(guī)范的呼聲越來越強烈，為解決這個問題，美國機械工程師協(xié)會于 1911 年成立了一個專門委員會，后來被稱為鍋爐規(guī)范委員會。 美國機械工程師協(xié)會非燃火壓力容器規(guī)范對壓力容器沒有給出定義。壓力容器一般是指裝有加壓流體用于完成某項過程的封閉容器，例如貯罐、熱交換器、蒸發(fā)器和反應器等。規(guī)范規(guī)定壓力容器的范圍還包括容器外的管線，終止于管線端焊 連接的第一條焊縫、螺栓連接的第一個法蘭面、或類似連接的第一個有連接跡象的點或面。 美國非燃火壓力容器規(guī)范的短評 U1 列出了超出規(guī)范權限的一些例外。這些例外是必須的還是已被解除，不同地區(qū)有很大的不同。有關這方面的細節(jié)，需要查閱“鍋爐和壓力容器的法規(guī)和條例說明書”，或向有管轄權的地方管理機構咨詢。 非規(guī)范壓力容器是指不能滿足設計、制造、檢驗和鑒定規(guī)范的最低要求的容器。這些容器不打印規(guī)范代號，除非有特殊的裁定，不得在接受美國機械工程師協(xié)會規(guī)范的區(qū)域安裝。目前，許多國家都設置了壓力容器規(guī)范的立法和管理機構，頒布了各 自的壓力容器規(guī)范。在我國，原國家勞動總局 1979 年頒布了《氣瓶安全監(jiān)察規(guī)程》； 1980 年頒布了《