化工廠設(shè)計和操作安全

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)化工裝置維護

第五節(jié)公用工程設(shè)施安全

1/13/2023選擇廠址應(yīng)綜合分析與權(quán)衡廠址的地形條件以及有關(guān)的自然和經(jīng)濟資料，進行多方案的技術(shù)經(jīng)濟、安全可行性的比較。廠址的安全可靠主要涉及工程地質(zhì)條件的優(yōu)劣，廠區(qū)范圍能否適應(yīng)總平面布置和安全距離的要求；自然災(zāi)害的威脅程度及抗御的可能性；能否避免出于鄰近企業(yè)發(fā)外事故時而引起次生災(zāi)害；能否便于治理“三廢”以及同外部的聯(lián)系與協(xié)作等因素。1/13/2023一、危險和防護的一般考慮潛在的危險一級危險直接的危險

二級危險典型的一級危險有：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。二級危險有：①火災(zāi)；②爆炸；⑤游離毒性物質(zhì)的釋放；④跌傷；⑤倒塌；⑥碰撞。1/13/2023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（消除隱患）。(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。1/13/2023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（限制蔓延、減小損失）。(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）。第三道防護線（補救措施、救死扶傷）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。1/13/2023

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。可以適當(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。（在山上建廠、減小爆炸損失）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。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入口稠密區(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。1/13/2023

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，高壓容器和操作室之間隔開一段距離。類似的方法是用物理屏障隔離。例如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。

（臥式油罐組圍堰高度不應(yīng)低于0.5m）（立式油罐組防火堤的計算高度應(yīng)保證堤內(nèi)的有效容積需要。防火堤實際高度應(yīng)比計算高度高出0.2m。防火堤實際高度不應(yīng)低于1.0m，且不應(yīng)高于2.2m(均以防火堤外側(cè)路面或地坪算起)。<石油天然氣工程設(shè)計防火規(guī)范>1/13/2023

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?？紤]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：使值班人以外的人員都遠離危險區(qū)；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。1/13/2023二、工廠的定位問題

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；（05年11月13日吉林石化公司雙苯廠爆炸事故引起松花江水環(huán)境污染，100噸左右的苯

）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。爆炸事故發(fā)生后，監(jiān)測發(fā)現(xiàn)苯類污染物流入第二松花江，造成水質(zhì)污染。苯類污染物是對人體健康有危害的有機物。國家環(huán)保總局23日向媒體通報，受中石油吉林石化公司爆炸事故影響，松花江發(fā)生重大水污染事件。1/13/2023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)；（西安）(7)城鎮(zhèn)等人口密集的地區(qū)。1/13/2023三、工廠選址的安全問題

從工廠飄逸出的有毒或有害氣體會進入居民區(qū)或其他人口稠密的地區(qū)；易燃氣體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（舜泰化工）。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。1/13/2023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。（2009-06-03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。）1/13/202309-06-03日本東京發(fā)生起重機倒塌事故1/13/2023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。可能含有爆炸混合物的日常排污管道務(wù)必不可穿越公共的或私人的地界。對工廠的主要進出口點要格外小心。上下班時進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。1/13/2023

毗鄰的工廠可能會釋放出毒性或易燃氣體飄入工廠，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。（滅火、不是排污、GDP、招商引資）

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、易燃蒸氣、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。1/13/2023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。但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)牡刂贰Ｐ枰鎸徍颂岢龅膸в泄芫€、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。1/13/2023四、工廠布局的安全問題工廠布局的基本任務(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、近期與遠期的關(guān)系，把生產(chǎn)、安全、衛(wèi)生、適用、技術(shù)、先進、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)）1/13/20233．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。（淮化、淮河新城）4．合理布置交通運輸和管網(wǎng)線路及進行綠化布置和環(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)；輔助生產(chǎn)區(qū)（配電室、化驗室）；公用設(shè)施區(qū)（宿舍、醫(yī)院）；管理區(qū)（辦公樓）。

1/13/20231/13/2023

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，集中分布，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)。

1/13/2023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

（4.1－75％））；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。1/13/2023

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。1/13/2023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。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×，勢能大）。4）通路問題：每一罐體至少可以在一邊有通路到達，最好是可以在相反的兩邊有通路到達。（方便救災(zāi)、疏散）1/13/2023

3．公用設(shè)施區(qū)

應(yīng)遠離工藝裝置區(qū)、罐區(qū)和其他危險區(qū)，以保證水、電、汽等的正常供應(yīng)。由廠外進入廠區(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?；芈废到y(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。1/13/2023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。1/13/20234．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。1/13/2023

5．輔助生產(chǎn)區(qū)維修車間和研究室要遠離工藝裝置區(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?/p>

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。1/13/2023

6．管理區(qū)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。1/13/2023

第二節(jié)化工工藝設(shè)計第二節(jié)化工單元區(qū)域規(guī)劃1/13/2023第四節(jié)化工裝置維護

一、化工維護的必要性Ex：1、自行車日子久了不維護----關(guān)鍵時刻掉鏈子2、F1賽車----關(guān)鍵比賽掉輪子起火化工事故：1、管線誤接、管路錯連----窒息、中毒；火災(zāi)、爆炸2、管道泄露酸3、RS+酸----H2S設(shè)備多、復(fù)雜—高質(zhì)量維護—避免成次級危險源—事故1/13/2023

二、預(yù)防維護

按照明確計劃的時間表檢驗、維修和更換設(shè)備，可以防止許多事故。（高壓鍋8年、燃氣熱水器8年、燃氣灶具8年、發(fā)達國家規(guī)定彩電為8年至12年、電熱毯為8年、電冰箱為13年至16年）。預(yù)防維護實質(zhì)上指的是一個系統(tǒng)，它的功能是確定裝置或設(shè)施故障的可能頻率，在其失效前就進行檢驗、維修或更換。1/13/2023

三、非常規(guī)運行和有關(guān)作業(yè)的維護1．停車和開車停車和開車的計劃和執(zhí)行的關(guān)鍵是每一步驟都要明確責(zé)任。運行設(shè)備的停車應(yīng)該由操作組而非維護或其他輔助組負責(zé)（分工越來越細、隔行如隔山）。在把設(shè)備交付維護組之前，操作監(jiān)察必須負責(zé)把設(shè)備排空、沖洗、蒸汽吹除、惰性氣體吹除或采用其他措施，保證設(shè)備維修的安全。在接受設(shè)備之前，維護監(jiān)察應(yīng)該從維修可行性的角度，就是否完成了上述安全處理進行檢驗。重要的是關(guān)閉與設(shè)備連接的管線、適當(dāng)?shù)耐L(fēng)和易燃蒸氣的檢驗。對于用氮氣或其他窒息性氣體吹洗過的容器要進行檢驗并貼上標(biāo)志。1/13/2023在停車和開車時，對于電力器件、運轉(zhuǎn)機械和閥門，應(yīng)該特別注意查看與之相連的關(guān)閉程序（維修人員關(guān)了閥門但沒用隔板，結(jié)果中毒死亡）。無論是意外停車還是正常停車，都要制定書面規(guī)程，供操作人員練習(xí)、遵守和應(yīng)用。對于所有設(shè)備、通風(fēng)系統(tǒng)和排放設(shè)施的狀況，都應(yīng)該有必要的說明條款。如果管道沒有充分的加載防護，不管是排放還是任何其他作業(yè)，人員都不允許穿越管線。1/13/20232．容器內(nèi)作業(yè)容器內(nèi)破損的維修常需要人員進入容器。由于人員無外界幫助無法脫離容器以及難于與外界聯(lián)系，進入容器提出了一個特殊的問題。上述原因、再加上意外化學(xué)品的可能暴露，進入容器需要采取嚴(yán)格的防護措施。這些措施如下：(1)容器必須由操作人員徹底清洗（空間小、難度相對會高）。(2)所有連接管線必須斷開并進行必要的封堵。(3)所有電力驅(qū)動設(shè)施(如攪拌器等)必須在斷路開關(guān)處切斷電源。1/13/2023

(4)采集空氣試樣檢驗證明其中無易燃蒸氣，在某些情況下還需要證明其中不含有毒性或不衛(wèi)生物質(zhì)。(5)操作和維護監(jiān)察簽發(fā)容器進入許可證，證明上述步驟已經(jīng)圓滿完成，并在容器邊貼上標(biāo)志。(6)進入容器的工人和觀察者必須系上安全帶和繩索。（全副武裝）(7)在絕大多數(shù)情況下，進入容器的工人和觀察者都需要空氣面罩和新鮮空氣的供應(yīng)，還需要身體隔離的化學(xué)品防護服裝。1/13/2023(8)在容器出口要有一個觀察者，一直保持與容器內(nèi)工人的聯(lián)系。在容器內(nèi)至少還要另有一個工人，在緊急情況下負責(zé)向觀察者呼救。一個工人不得單獨進入容器。（至少三人）(9)當(dāng)直梯不能應(yīng)用時，可以應(yīng)用木制或金屬橫檔連起來的繩梯或鏈梯。應(yīng)該避免無撤退設(shè)施時進入容器。（留有后路）(10)為防止一旦出現(xiàn)緊急情況無法迅速撤退，不允許工人通過擠縮進入容器。標(biāo)準(zhǔn)開口直徑為0.56m。（手鐲易進難出）工人置于任何有限空間存在類似的問題，從其中緊急撤退可能會遇到阻礙，也要采取類似的防護措施。1/13/20233．緊急維護完善的維護程序固然可以應(yīng)對出現(xiàn)的一般情況，但是，某些特殊問題還是難以避免地發(fā)生，需要附加的應(yīng)對計劃。比如，與氯氣貯罐連接的管接頭斷開，我們將如何應(yīng)對。應(yīng)該事先而不是事后才去維護（事故預(yù)案）。應(yīng)該事先加工好專用的緊管套筒并處于備用狀態(tài)，事故一旦發(fā)生立即投入使用。假如硫酸管道破裂，應(yīng)該事先設(shè)計好關(guān)閉、清洗和維修。意外事故維護的關(guān)鍵是，事先決定好誰應(yīng)該做什么、用什么去做，將其排成序列，一旦事故發(fā)生就按部就班地執(zhí)行和完成。1/13/20234．切割、焊接和其他動火作業(yè)由于化學(xué)工業(yè)加工如此多的易燃或揮發(fā)性物料，由于物料加工迅速變化的工藝，為了防火防爆，火源控制成為頭等重要的問題。因此，有必要建立減少由于熱加工和動火作業(yè)引起的火險的特殊程序。這個程序的要點是：(1)無操作監(jiān)察負責(zé)簽發(fā)的氣割許可證或熱加工許可證獲得準(zhǔn)許，不得在標(biāo)明焊接車間和規(guī)定焊接區(qū)以外進行焊接或氣割作業(yè)。這表示出了工作的性質(zhì)和地點、安全作業(yè)所需要的特殊限制以及允許作業(yè)的時間。許可證的頒布要求在作業(yè)期間，控制操作以防任何危險條件的產(chǎn)生。重要的是許可證訂出的是整個操作線的責(zé)任，而不僅僅是如安全或防火組等輔助或職能組的責(zé)任。在作業(yè)