【文章內(nèi)容簡介】 數(shù)量兩個 方 面。 2023年 1月 17日 第三章 化工廠設(shè)計和操作安全 43/105 減少管件泄漏的簡單的設(shè)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(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(dāng)?shù)嘏渲貌y管。這些波紋管應(yīng)該只是做軸向移動，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。 2023年 1月 17日 第三章 化工廠設(shè)計和操作安全 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)對這些排放口應(yīng)該進行定期核查和報告。 (6) 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)在閥式取樣點應(yīng)該配置可移動的插頭。 2023年 1月 17日 第三章 化工廠設(shè)計和操作安全 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)該采用高強度的螺栓。 2023年 1月 17日 第三章 化工廠設(shè)計和操作安全 46/105 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(yīng)用需格外謹慎。 應(yīng)考慮的是： (1)軟管的適用性，并結(jié)合有關(guān)軟管的標準。 (2)設(shè)置緊急狀態(tài)下迅速隔離的設(shè)施，如對于油船卸貨，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)用時要有充分的保護和支撐設(shè)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(yīng)設(shè)置排空閥，以便降壓時防止軟管的折斷。 2023年 1月 17日 第三章 化工廠設(shè)計和操作安全 47/105 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(shè)備，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(yīng)該防止液體靜止在運轉(zhuǎn)的泵中。 對于常設(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 高壓報警 。 2023年 1月 17日 第三章 化工廠設(shè)計和操作安全 48/105 在設(shè)備管線上應(yīng)該 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)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(guān)閉系統(tǒng)。 對于泵體或設(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 。 2023年 1月 17日 第三章 化工廠設(shè)計和操作安全 49/105 三、單元裝置和設(shè)施的安全設(shè)計 考慮設(shè)施的可靠性，以及關(guān)閉時備用設(shè)備或緊急貯存器的提供。 排水系統(tǒng) 的恰當(dāng)設(shè)計是必要的。排水系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計應(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 也是重要的。例如，應(yīng)用蒸汽滅火一般是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。 2023年 1月 17日 第三章 化工廠設(shè)計和操作安全 50/105 地面水和污水也必須隔離排放。對于情性氣體，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。 2023年 1月 17日 第三章 化工廠設(shè)計和操作安全 51/105 第四節(jié) 壓力容器的設(shè)計、制造和檢驗 一、壓力容器械述 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(xùn)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年美國機械工程師協(xié)會成立了一個專門委員會，后來被稱為鍋爐規(guī)范委員會。規(guī)范壓力容器的設(shè)計、制造、檢驗和鑒定。 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《蒸汽鍋爐安全監(jiān)察規(guī)程》； 1981年頒布了《壓力容 器安全監(jiān)察規(guī)程》。 2023年 1月 17日 第三章 化工廠設(shè)計和操作安全 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)貯運容器：主要用來完成流體物料的盛裝、貯存或運輸。如貯罐、貯槽和槽車等。 2023年 1月 17日 第三章 化工廠設(shè)計和操作安全 53/105 ?壓力容器按照其設(shè)計壓力 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類型。 (1)低壓容器， ≤p＜ ； (2)中壓容器： ≤p＜ 10 MPa (3)高壓容器： 10 MPa ≤p＜ 100 MPa， (4)超高壓容器： p＞ 100MPa。 2023年 1月 17日 第三章 化工廠設(shè)計和操作安全 54/105 ?壓力容器按照設(shè)計壓力 p和容積 V， 結(jié)合容器的工藝功能和其中物料的危險性 ,劃分為以下三個類型： (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。 (2)第二類容器： pV＜ 器 。易燃或有毒介質(zhì)的低壓反應(yīng)容器和低壓貯運容器；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： pV≥ 、 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； pV≥ 、 易燃或有毒介質(zhì)的中壓反 應(yīng)容器； pV≥ 、 易燃或有毒介質(zhì)的低壓貯運容器；劇毒介質(zhì)的中壓容器；高壓或超高壓容器。 2023年 1月 17日 第三章 化工廠設(shè)計和操作安全 55/105 3．結(jié)構(gòu)材料的機械性能 結(jié)構(gòu)材料在受到外力作用時，會有抵抗變形和斷裂的能力 ,稱為結(jié)構(gòu)材料的機械性能。主要包括強度、塑性、韌性、硬度等。 (1)強度 :常用的強度指標有抗拉強度、屈服強度、疲勞極限和屈強比。 ? 抗拉強度是指材料在拉伸試驗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。 ? 屈服強度 又稱為屈服極限，是 指材料在拉伸實驗中出現(xiàn)屈服現(xiàn)象時的應(yīng)力值 。所謂屈服是指材料在拉伸實驗中，載荷不再增加甚至有所減少時仍繼續(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 。一般作校核數(shù)據(jù)。 ? 屈強比是指屈服強度與抗拉強度的比值 。屈強比是表征材料機械性能的特征參數(shù)。屈強比越小，發(fā)生脆性破壞的可能性越小。但屈強比太?。牧系膹姸人骄筒荒艹浞职l(fā)揮。屈強比越大．承載能力越強，但塑性下降，容器易發(fā)生脆性破壞。 2023年 1月 17日 第三章 化工廠設(shè)計和操作安全 56/105 (2)塑性：塑性是指材料在外力作用下產(chǎn)生塑性形變的能力 。代表塑性指標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。 2023年 1月 17日 第三章 化工廠設(shè)計和操作安全 57/105 (3)韌性：又稱沖擊韌性，是指材料抵抗沖擊載荷的能力。從能量觀點認為材料在變形過程中，當(dāng)吸收的能量達到某一數(shù)值時便發(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)計中的一項基本因素，是為了在設(shè)備使用期間對可能損害設(shè)備安全的各種閑素提供適當(dāng)?shù)陌踩６取? 2023年 1月 17日 第三章 化工廠設(shè)計和操作安全 58/105 二、壓力容器設(shè)計 (1)設(shè)計單位資格 為確保壓力容器的設(shè)計質(zhì)量，國家規(guī)定凡設(shè)計鍋爐、壓力容器的專業(yè)單位，須經(jīng)主管部門和勞動部門的審查、批準。發(fā)給 設(shè)計許可證書 ，方可承擔(dān)設(shè)計任務(wù)。無證單位不得自行設(shè)計壓力容器。 壓力容器設(shè)計，應(yīng)由設(shè)計單位技術(shù)負責(zé)人批準。 設(shè)計圖紙上應(yīng)該有設(shè)計、校對和審批人員三級簽字。設(shè)計總圖除上述要求外，還必須有單位技術(shù)負責(zé)人簽字和《壓力容器設(shè)計單位批準書》的編號和批準日期。沒有設(shè)計單位批準書的編號和批準日期的圖紙不得在社會上流通，制造單位可以拒絕加工。 全國性鍋爐定型設(shè)計，須經(jīng)國務(wù)院主管部門和國家勞動人事部門審批。 非全國性鍋爐定型設(shè)計則要經(jīng)過省、自治區(qū)、直轄市主管部門和同級勞動部 門審批。鍋爐總圖上應(yīng)該有勞動部門鍋爐壓力容器安全監(jiān)察機構(gòu)的審批標記，無審批標記的總圖不得流通。 2023年 1月 17日 第三章 化工廠設(shè)計和操作安全 59/105 (2)壓力容器結(jié)構(gòu) 壓力容器設(shè)計應(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， 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姸扔兴魅醯慕Y(jié)構(gòu)，如開孔 、 轉(zhuǎn)角、焊縫等部位。 能夠引起應(yīng)力集中或削弱強度的結(jié)構(gòu)應(yīng)該互相錯開。 2023年 1月 17日 第三章 化工廠設(shè)計和操作安全 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。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。 錐形封頭只在工藝條件確實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 ， 如人孔、手孔和檢查孔等，一般應(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)進行補強。 2023年 1月 17日 第三章 化工廠設(shè)計和操作安全 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、部標和有關(guān)的技術(shù)要求。 選用的鋼材要有良好的機械性能，即強度高、塑性和韌性好、冷脆傾向較低、缺口和時效敏感性不明顯。鋼板的分層和夾渣等缺陷較少，無白點和裂紋。 承壓 元件 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。焊接時裂紋傾向較大，厚板焊接時有層狀撕裂傾向。同時沸騰鋼在鋼水澆模時殘留氧與鋼中的碳化合為一氧化碳，氣體排出時使鋼呈沸騰狀態(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