【正文】 溶劑、添加劑等。 在過(guò)程設(shè)計(jì)中，需要匯編出過(guò)程物料的目錄，記錄下過(guò)程物料在全部過(guò) 程條件范圍內(nèi)的有關(guān)性質(zhì)資料，作為過(guò)程危險(xiǎn)評(píng)價(jià)和安全設(shè)計(jì)的重要依據(jù) 。 2023年 1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(shuō)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 、 JouleThompson系數(shù)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。 (6)暴露作用 吸入或食入危險(xiǎn)、呼吸刺激、皮膚刺激、眼睛刺激、皮膚或呼吸的敏感度等。 α、 β、 γ、 中子射線暴露及其危害等‘ 2023年 1月 17日 第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全 24/105 四、過(guò)程路線的選擇 過(guò)程路線的選擇是在工藝設(shè)計(jì)的最初階段完成的。 1．有潛在危險(xiǎn)的過(guò)程 這些過(guò)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。充分評(píng)估 反應(yīng)過(guò)程的危險(xiǎn)性，有助于改善過(guò)程的安全。 (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)。 (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。 (6)確保結(jié)構(gòu)材料彼此相容并與過(guò)程物料相容。 (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。分析和確定這些操作的危險(xiǎn)件，是過(guò)程安全評(píng)價(jià)的重要內(nèi)容。 (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。大批量 的操作，從經(jīng)濟(jì)上考慮，連續(xù)過(guò)程更具有優(yōu)勢(shì)。 (1)間歇過(guò)程各操作單元之間易于隔絕，單元設(shè)備過(guò)程物料持有量較大。 (2)間歇過(guò)程勞動(dòng)強(qiáng)度較大，緊急情況下操作者有較多的機(jī)會(huì)介入。連續(xù)過(guò)程不穩(wěn)狀態(tài)或周期性波動(dòng)（如開(kāi)車(chē)或停車(chē)）較少； (4)間歇過(guò)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。在連續(xù)過(guò)程中，有潛在危險(xiǎn)的中間體無(wú)須貯存加工。工廠和其中的各項(xiàng)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(kāi)車(chē)、試車(chē)或停車(chē)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。 1．物料和反應(yīng)的安全校核。 2．過(guò)程安全的總體規(guī)范。過(guò)程的放大是否正確。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。 一 般來(lái)說(shuō)，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。綜合考慮表明，留有自由活動(dòng)空間的開(kāi)放的區(qū)域 規(guī)劃更合理一些。 2023年 1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 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 主要管線成直線狹長(zhǎng)排列 。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。 2023年 1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。吊車(chē)可以方便地駛?cè)耄踩b運(yùn)熱交換器的管束、管件和較重的 組件。 (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。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。管架的合理排布可以消除過(guò)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。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)。 2023年 1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。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。 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。最好是把 控制室設(shè)置在單元的周邊區(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。最好的解決辦法是采取折中方案，把 加熱爐設(shè)置在側(cè)面風(fēng)區(qū)域。 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)或泵一般安裝在室外。 有些高熱運(yùn)轉(zhuǎn)的反應(yīng)器，可以作為火源來(lái)處理。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。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(wú)法靠近。水龍帶拖車(chē)或安全噴射器也作類(lèi)似的配置。 當(dāng)鐵路支線引人單元區(qū)時(shí)，應(yīng)該提供貨車(chē)可能脫軌的充分的空間。 在完成區(qū)域規(guī)劃時(shí)，應(yīng)該充分考慮將來(lái)發(fā)展擴(kuò)建添加設(shè)備的可能性。 對(duì)可能釋放出毒性或易燃蒸氣的情形，設(shè)置物理屏障等方法。并與像控制中心這樣的經(jīng)常有人員的區(qū)域隔離開(kāi)。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(kāi)入員或其他設(shè)施的方向卸掉爆炸力。易燃或毒性液體源不應(yīng)該設(shè)置在火源或人員之上。 2023年 1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 。 永久平臺(tái)應(yīng)該供作單元中所有無(wú)法拾階而上的操作點(diǎn)的進(jìn)出口 ， 所有操作平臺(tái) (塔器平臺(tái)可能例外 )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 。 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 。 2023年 1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 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(zhǎng)度； (2)排放口的數(shù)量； (3)管線的復(fù)雜性。 2023年 1月 17日 第三章 化工廠設(shè)計(jì)和操作安全 43/105 減少管件泄漏的簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)規(guī)則如下。 (2)減少小排放口的數(shù)量。 (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。在短管管架上，需要恰當(dāng)?shù)嘏渲貌y管。 2023年 1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。 (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。 (8)在閥式取樣點(diǎn)應(yīng)該配置可移動(dòng)的插頭。 (10)設(shè)置管道應(yīng)該避免通過(guò)可能使其受到機(jī)械損傷的地方。 (12)緊固承受高溫的大法蘭盤(pán)．應(yīng)該采用高強(qiáng)度的螺栓。 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)。 (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。 (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。柱塞閥的鄰近也需要有支撐物。 管件和閥門(mén)配置的簡(jiǎn)單和易于識(shí)別 ，是安全操作的重要因素。 對(duì)于常設(shè)的設(shè)備管線，如果設(shè)備壓力降低至過(guò)程正常壓力之下，管線應(yīng)該有 低壓報(bào)警 ；如果設(shè)備壓力升高至過(guò)程正常壓力之上，則應(yīng)該有 高壓報(bào)警 。如果回流的結(jié)果導(dǎo)致劇烈的反應(yīng)或設(shè)備的過(guò)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(kāi)或關(guān)閉系統(tǒng)。 液化石油氣容器的所有過(guò)程排放管 線 。 2023年 1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) 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)的優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)該是，一旦易燃液體泄漏出來(lái)，就立即排離加工單元，導(dǎo)入蓄污池。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(kāi)，消除烴類(lèi)泄出物滲入正常蒸汽的任何可能性。 2023年 1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)于加工易燃液體或氣體的區(qū)域，應(yīng)該盡可能采用敞開(kāi)結(jié)構(gòu)。粉塵捕集裝置和過(guò)濾器也應(yīng)該設(shè)置于沒(méi)有其他過(guò)程的敞開(kāi)區(qū)域。20世紀(jì)最初的十年，發(fā)生了近一萬(wàn)起鍋爐爆炸，造成了約一萬(wàn)人的死亡和約一萬(wàn)五千人的傷殘。 1907年，美國(guó) Massachusetts州提出了世界上第一部鍋爐制造和安裝的法規(guī)。規(guī)范壓力容器的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)和鑒定。 2023年 1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(lèi) 壓力容器可以粗分為蒸汽鍋爐和非燃火壓力容器兩大類(lèi)型。 ? 壓力容器按照其工藝功能可以劃分為四個(gè)類(lèi)型。如反應(yīng)器、發(fā)生器、聚合釜、合成塔、變換爐等。如熱交換器、冷卻器、加熱器、蒸發(fā)器、廢熱鍋爐等。如分離器、過(guò)濾器、蒸餾塔、吸收塔、干燥塔、萃取器等。如貯罐、貯槽和槽車(chē)等。 (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。 (2)第二類(lèi)容器： pV＜ 器 。 (3)第三類(lèi)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(yùn)容器；劇毒介質(zhì)的中壓容器；高壓或超高壓容器。主要包括強(qiáng)度、塑性、韌性、硬度等。 ? 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 。 ? 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 。 ? 疲勞極限是指材料經(jīng)一千萬(wàn)次循環(huán)而承發(fā)生破壞的最大應(yīng)力值 。 ? 屈強(qiáng)比是指屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的比值 。屈強(qiáng)比越小，發(fā)生脆性破壞的可能性越小。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。代表塑性指標(biāo)的是延伸率和斷面收縮率。 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。從能量觀點(diǎn)認(rèn)為材料在變形過(guò)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(lái)衡量材料的韌性。由于測(cè)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。 2023年 1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) (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(guó)家規(guī)定凡設(shè)計(jì)鍋爐、壓力容器的專(zhuān)業(yè)單位，須經(jīng)主管部門(mén)和勞動(dòng)部門(mén)的審查、批準(zhǔn)。無(wú)證單位不得自行設(shè)計(jì)壓力容器。 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。沒(méi)有設(shè)計(jì)單位批準(zhǔn)書(shū)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。 非全國(guó)性鍋爐定型設(shè)計(jì)則要經(jīng)過(guò)省、自治區(qū)、直轄市主管部門(mén)和同級(jí)勞動(dòng)部 門(mén)審批。 2023年 1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。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。 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(kāi)。但是由于它的深度太大，加工制造比較困難．一般很少采用。 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。 錐形封頭只在工藝條件確實(shí)需要的情況下才采用。 壓力容器殼體上的開(kāi)孔 ， 如人孔、手孔和檢查孔等，一般應(yīng)為圓形、橢圓形或長(zhǎng)圓形。容器開(kāi)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。 2023年 1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(guó)標(biāo)、部標(biāo)和有關(guān)的技術(shù)要求。鋼板的分層和夾渣等缺陷較少，無(wú)白點(diǎn)和裂紋。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。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。 2023年 1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， 即軋制、成型、鍛造、焊接等冷熱加工件能。 低溫容器用鋼的突出問(wèn)