第三章 化工廠設計和操作安全

2023年2月1日1第三章化工廠設計和操作安全教師：劉曉芳電話郵：sdjclxf@教材：化工安全工程概論，許文編，化學工業(yè)出版社授課內容第一節(jié)工廠的定位、選址和布局第二節(jié)化工工藝設計第三節(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)公用工程設施安全工廠的地理位置對于企業(yè)的成敗有很大的影響。廠址選擇的好壞對工廠的建設進度、投資數(shù)量、經(jīng)濟效益以及環(huán)境保護等方面關系密切，所以它是基本建設的一個重要環(huán)節(jié)。化工廠大多數(shù)化學物質具有易燃，易爆，有毒及腐蝕等特性，對環(huán)境和廣大人民的生命財產(chǎn)安全有很大的威脅，因此要進行化工廠的選址安全設計，以求在源頭上降低對人們的威脅，同時也讓企業(yè)能更穩(wěn)定的發(fā)展第一節(jié)工廠的定位、選址和布局選址不當引起民憤1643名村民為保護環(huán)境控告亞洲最大的氯酸鉀生產(chǎn)廠在福建閩東山區(qū)，一座亞洲最大的氯酸鉀生產(chǎn)基地——榕屏聯(lián)營化工廠由于排放劇毒的氯氣、含六價鉻的廢水和含六價鉻的廢渣，給當?shù)貛砹藝乐氐纳鷳B(tài)環(huán)境災難，造成長達9年的環(huán)境問題。一名村醫(yī)通過互聯(lián)網(wǎng)，向外界發(fā)出了求救的信息。與此同時，當?shù)?643村民聯(lián)名控告該化工廠，官司之路艱難而漫長……

工廠就建在村民民房的旁邊毒氣、毒水、毒渣在村子里蔓延據(jù)村醫(yī)張長建統(tǒng)計，在這樣一個只有2000多人的小村子的死亡人數(shù)中：1990年~1994年死亡13人，其中癌癥1人，占死亡率7.7%，平均壽命68.3歲；1995年~1998年死亡14人，其中死于癌癥4人，占死亡率28.57%，平均壽命67.8歲（宋虎詩92歲病故）；1999年~2001年死亡24人，其中癌癥17人，占死亡率70.83%，平均壽命59.7歲。按如此速度計算，再過10~20年后，后果是不堪設想的。目前，大范圍內的絕大多數(shù)居民整天都會出現(xiàn)頭暈、腦脹、腹痛、惡心、嘔吐、肩背腰痛、胸悶、心煩、干咳、皮膚騷癢、眼酸流淚、記憶力衰退、頭發(fā)脫落的癥狀。特別是很多學生，經(jīng)常發(fā)生頭暈、腹痛、嘔吐，不能正常上學。同時，疑難雜癥及癌病大暴發(fā)，來找村醫(yī)問病求醫(yī)者絡繹不絕。在極為嚴重的污染下，受害人、受害面積仍在不斷擴大。整個山地的樹木都變得滿目蒼痍化工廠入駐山村引發(fā)沖突廢渣橫流果園無果(圖)

A不受歡迎的不速之客小村“擠”進3家化工廠“化工廢渣山”高達數(shù)十米引發(fā)矛盾的化工廠名為“衡陽市寶豐化工有限公司”，原在衡陽市石鼓區(qū)第三橡膠廠租賃經(jīng)營多年，以生產(chǎn)堿式碳酸鋅為主。該公司被省政府列為湘江流域治理工程整體搬遷項目，后選址松山村突然有一天，化工廠的施工隊伍就開進了村子，開始進行廠區(qū)建造?！碑?shù)卮迕窕貞浾f，在村民毫不知情的情況下，村莊里迎來了這位不速之客?！昂髞砺犝f是要建化工廠，雙方開始不斷發(fā)生沖突?！贝迕駥て髽I(yè)的厭惡其實由來已久。在“寶豐”之前，村里早已有一家名為“萬峰”的化工企業(yè)，已經(jīng)存在了近20年。根據(jù)省環(huán)保局的相關材料顯示，“萬峰”現(xiàn)年產(chǎn)碳酸鋇2萬噸，硫脲3500噸，硫氫化鈉3000噸。村民們搞不懂這些名目奇怪的產(chǎn)品為何物，他們最直觀的感受是——“萬峰”給村子帶來了一座高達數(shù)十米、直徑幾百米的“黑山”——由生產(chǎn)廢渣長期堆積而成。松山村面積2.2平方公里，人口1219人，“萬峰”占地近200畝，后來又有一家制藥企業(yè)建在“萬峰”廠內，加上“寶豐”的進駐，千余人的小村將出現(xiàn)核心區(qū)域近300畝的用地被化工企業(yè)吞噬。

B恐怖的“黑山”廢渣直飄蒸水河桃樹園4年沒結果年紀稍大一點的村民都還記得，這座“黑山”所在地原來是一片深約30多米的洼地，現(xiàn)在，廢渣不僅將深洼填平，而且還高出了地面10多米。記者爬上“黑山”發(fā)現(xiàn)，“山腳下”就是蒸水河。這條供應全村灌溉用水的河流綿延10多公里，最終匯入湘江。而“黑山”與河流之間完全沒有阻隔，風一吹，灰塵直接飄入河內，如遇下雨，則傾瀉而下。今年6月中旬，省環(huán)境監(jiān)察總隊親臨現(xiàn)場督查，責成縣環(huán)保局下達限期治理通知，要求在1年內鏟除廢渣。村民回憶，“萬峰”旁原來是一大片杉樹林，并夾種著桃子林?！斑@曾經(jīng)是全村的主要經(jīng)濟來源?！贝迕裰艽笮钦f：“化工企業(yè)一開工，杉樹漸漸地都死了，我家里的桃樹園曾經(jīng)4年沒結過一個果子?！爆F(xiàn)在，松山村已經(jīng)看不到杉樹和桃樹，村民們改挖塘養(yǎng)魚了。

化工污染12/105第一節(jié)工廠的定位、選址和布局一、危險和防護的一般考慮危險按潛在或直接的危害分一級危險和二級危險。1.典型一級危險有：有易燃物質存在有熱源存在有火源存在有富氧存在有壓縮物質存在有毒性物質存在人員失誤的可能性機械故障的可能性人員、物料和車輛在廠區(qū)的流動由于蒸氣云降低能見度等。對一級危險，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、火災或爆炸。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全2.典型的二級危險有火災爆炸游離毒性物質的釋放跌傷倒塌碰撞二級危險是在一級危險失去控制后發(fā)展成的，會造成人身或財產(chǎn)的直接損失。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全14/1053.防護危險的措施對于所有上述兩級危險，可設置三道防護線。(1)第一道防護線：為了解決一級危險，并防止二級危險的發(fā)生。在工廠的布局和規(guī)劃中可考慮：根據(jù)主導風的風向，把火源置于易燃物質可能釋放點的上風側；為人員、物料和車輛的流動提供充分的通道等。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全15/105(2)第二道防護線：當二級危險發(fā)生時，將人身和財產(chǎn)損失降至最小程度。在工廠的選址和規(guī)劃方面可考慮：把最危險的區(qū)域與人員最常在的區(qū)域隔離開；在關鍵部位安放滅火器材等。(3)第三道防護線：發(fā)生人身傷害事故時，提供有效的急救和醫(yī)療設施，使受到傷害的人員得到迅速救治?；S廠址選擇的影響因素2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全17/105二、工廠的定位問題工廠定位，面對的是一個計劃中的工廠和一個現(xiàn)實的環(huán)境，要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、燃料供應和產(chǎn)品銷售的良好的流通條件；(2)有儲運、公用工程和生活設施等方面良好的協(xié)作環(huán)境；(3)靠近水量充足，水質優(yōu)良的水源；(4)有便利的交通條件；(5)有良好的工程地址和水文氣象條件。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全18/105工廠應避免定位在下列地區(qū)：(1)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、生物保護和風景游覽地區(qū)；(7)城鎮(zhèn)等人口密集的地區(qū)。需注意的是，工廠定位除考慮以上因素外，考慮的更多的是經(jīng)濟問題。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全19/105三、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?？紤]如下方面：隔開距離，把廠址選擇在一個孤立地區(qū)。如果客觀條件不允許，可以依據(jù)主導風，把工廠置于社區(qū)的。工廠的高建、構筑物要留有一定的間距，防止物體砸傷行人、汽車司乘人員或臨近的設施。工廠產(chǎn)生的廢液要經(jīng)處理后排放。工廠的出入口要格外小心，避免嚴重的交通事故，或車輛離開高速公路沖入工廠。臨近有釋放毒性或易燃氣體的工廠，則建在其。保證有充足的水源。最好附近有河流、湖泊，至少保證有消防管網(wǎng)。地形方面，廠區(qū)內不應有低洼地，否則會形成毒性或易燃蒸氣或液體的積聚。上風側下風區(qū)

1、化工企業(yè)的廠址選擇應全面考慮建設地區(qū)的自燃環(huán)境和社會環(huán)境，認真收集擬建地區(qū)的地形測量、工程地質、水文、氣象、區(qū)域規(guī)劃等基礎資料，進行多方案論證、比較，選定技術可靠、經(jīng)濟合理、交通方便、符合環(huán)境和安全衛(wèi)生要求的建設方案。

2、選擇廠址應充分考慮地震、軟地基、濕陷性黃土、膨脹土等地質因素以及颶風、雷暴、沙暴等氣象危害，采取可靠技術方案，避開斷層、滑波、泥石流、地下溶洞等比較發(fā)育的地區(qū)。

3、廠址應不受洪水、潮水和內澇的威脅。凡可能受江、河、湖、海或山洪威脅的化工企業(yè)場地高程設計，應符合國家《防洪標準》的有關規(guī)定，并采取有效的防洪、排澇措施。

4、廠址應避開新舊礦產(chǎn)采掘區(qū)、水壩（或大堤）潰決后可能淹設地區(qū)、地方病嚴重流行區(qū)、國家及省市級文物保護區(qū)，并與航空站、氣象站、體育中心、文化中心保持有關標準或規(guī)范所規(guī)定的安全距離。

化工企業(yè)安全衛(wèi)生設計規(guī)定（HG20571-95）中

廠址選擇的基本要求5、化工企業(yè)之間、化工企業(yè)與其它工礦企業(yè)、交通線站、港埠之間的距離應符合安全衛(wèi)生、防火規(guī)定。6、化工企業(yè)的廠址應符合當?shù)爻青l(xiāng)規(guī)劃，按工廠生產(chǎn)類型及安全衛(wèi)生要求與城鎮(zhèn)、村莊和工廠居住區(qū)保持足夠的間距。7、工廠的居住區(qū)、水源地等環(huán)境質量要求較高的設施與各種有害或危險場所應按有關標準規(guī)范設置防護距離，并應位于附近不潔水體、廢渣堆場的上風、上游位置。8、化工企業(yè)廠址必須考慮當?shù)仫L向因素，一般應位于城鎮(zhèn)、工廠居住區(qū)全年最小頻率風向的上風方向。9、廠區(qū)具體定位應與當?shù)噩F(xiàn)有和規(guī)劃的交通線路、車站、港口進行順捷合理的聯(lián)結。廠前區(qū)盡量臨靠公路干道；鐵路、索道和碼頭應在廠后、側部位，避免不同方式的交通線路平面交叉。10、集中建設的工廠居住區(qū)不宜分散在鐵路或公路干道兩側，鄰近居住區(qū)的線路應保持有關規(guī)范所規(guī)定的距離?！妒突て髽I(yè)設計防火規(guī)范》中規(guī)定石油化工企業(yè)與相鄰工廠或設施的防火間距不小于下表

石油化工企業(yè)與相鄰工廠或設施的防火間距/m

石油化工企

業(yè)生產(chǎn)相鄰工廠和設施液化烴罐組可能攜帶可燃液體的高架火炬甲、乙類工藝裝置或設施居民區(qū)、公共福利設施、村莊相鄰工廠（圍墻）國家鐵路線（中心線）廠外企業(yè)鐵路線（中心線）國家或工業(yè)區(qū)鐵路編組站（鐵路中心線或建筑物）廠外公路（路邊）變配電站（圍墻）架空電力線路（中心線）Ⅰ、Ⅱ級國家架空通信線路（中心線）通航江、河、海岸邊12012055455525801.5倍塔桿高度5025120120808080601208080801005045354520501.5倍塔桿高度4020《石油化工企業(yè)衛(wèi)生防護距離》SH3093-1999中

石油化工裝置（設施）與居住區(qū)之間的衛(wèi)生防護距離（m）②全封閉式污水處理場的衛(wèi)生防護距離可減少60%，部分封閉式的可能減少30%；③*為二甲基甲酰胺紡絲工藝的衛(wèi)生防護距離。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全24/105四、工廠布局的安全問題工廠布局是一種工廠內部組件之間相對位置的定位問題，其基本任務是結合廠區(qū)的內外條件確定生產(chǎn)過程中各種機器設備的空間位置．獲得最合理的物料和人員的流動路線?；S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)；公用設施區(qū)；運輸裝卸區(qū)；輔助生產(chǎn)區(qū)；管理區(qū)。對各個區(qū)塊的安全要求如下。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全25/1051．工藝裝置區(qū)加工單元可能是工廠中最危險的區(qū)域。首先應該匯集這個區(qū)域的一級危險，找出毒性或易燃物質、高溫、高壓、火源等。這些地方有很多機械設備，容易發(fā)生故障，加上人員可能的失誤而使其充滿危險。在安全方面惟一可取之處是通常過程單元人員較少。加工單元應該離開工廠邊界一定的距離，應該是集中而不是分散的分布。后者有助于加工單元作為危險區(qū)的識別，杜絕或減少無關車輛的通過。要注意廠區(qū)內主要的火源和主要的人口密集區(qū)，由于易燃或毒性物質釋放的可能性，加工單元應該置于上述兩者的下風區(qū)。過程區(qū)和主要罐區(qū)有交互危險性，兩者最好保持相當?shù)木嚯x。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全26/105過程單元除應該集中分布外，還應注意區(qū)域不宜太擁擠。因為不同過程單元間可能會有交互危險性。過程單元間要隔開一定的距離。特別是對于各單元不是一體化過程的情形，完全有可能一個單元滿負荷運轉，而鄰近的另一個單元正在停車大修，從而使?jié)撛谖ｋU增加。危險區(qū)的火源、大型作業(yè)、機器的移動、人員的密集等都是應該特別注意的事項。目前在化學工業(yè)中，過程單元間的間距仍然是安全評價的重要內容。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；②操作壓力；③單元中物料的類型；④單元中物料的量；⑤單元中設備的類型；⑥單元的相對投資額；⑦救火或其它緊急操作需要的空間。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全27/1052.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的貯存器。容器能夠釋放出大量的毒性或易燃性的物質，需置于工廠的下風區(qū)域。貯罐應該安置在工廠中的專用區(qū)域，加強其作為危險區(qū)的標識，使通過該區(qū)域的無關車輛降至最低限度。罐區(qū)和辦公室、輔助生產(chǎn)區(qū)之間要保持足夠的安全距離。罐區(qū)和工藝裝置區(qū)、公路之間要留出有效的間距。罐區(qū)應設在地勢比工藝裝置區(qū)略低的區(qū)域，決不能設在高坡上。通路問題。每一罐體至少可以在一邊由通路到達，最好是可以在相反的兩邊由通路到達。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全28/1053．公用設施區(qū)公用設施區(qū)應該遠離工藝裝置區(qū)、罐區(qū)和其他危險區(qū)，以便遇到緊急情況時仍能保證水、電、汽等的正常供應。由廠外進入廠區(qū)的公用工程干管，也不應該通過危險區(qū)，如果難以避免，則應該采取必要的保護措施。工廠布局應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。鍋爐設備和配電設備應該設置在易燃液體設備的上風區(qū)域。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全29/105鍋爐房和泵站應該設置在工廠中其他設施的火災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。高架的間隙應留有如起重機等重型設備的方便通路，減少碰到的危險。管路一定不能穿過圍堰區(qū)，圍堰區(qū)的火災有可能毀壞管路。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、公路或其他公用設施。大型冷卻塔會產(chǎn)生很大噪聲，應該與居民區(qū)有較大的距離。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全30/1054．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，裝卸設施應該設置在工廠的下風區(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施，不得設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。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全31/1055.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，應該置于工廠的上風區(qū)域。研究室與其他管理機構，直接連接是不恰當?shù)?。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，應該置于工

廠的下風遠程區(qū)域。高溫煅燒爐的安全考慮呈現(xiàn)出矛盾。作為火源，應將其置于工廠的上風區(qū)，但是嚴重的操作失誤會使煅燒爐噴射出相當量的易燃物，對此則應將其置于工廠的下風區(qū)。作為折中方案，可以把鍛燒爐置于工廠的側面風區(qū)域。與其他設施隔開一定的距離也是可行的方案。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全32/1056．管理區(qū)主要辦事機構應該設置在工廠的邊緣區(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，銷售和供應人員以及必須到工廠辦理業(yè)務的其他人員，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和區(qū)域，而他們的普通習慣如在危險區(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。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全33/105第二節(jié)化工工藝設計一、工藝流程圖工藝流程圖繪制是化工廠設計初始階段的工作。這些流程圖經(jīng)過提煉和修改，最后成為繪制管線配置圖、平面圖、設備圖等的基礎。因為早期階段做出的決定嚴重影響著后續(xù)階段，在流程圖繪制中始終都要對安全給予充分注意。在設計程序中，憑借文獻、實驗室實驗和中試工廠模試的有關資料進行設計是慣常的做法。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全34/105工藝流程圖的繪制是從基本的過程計算開始的。由于過程是高度整體化的，過程的每一步驟都影響著其他步驟的操作。所以，過程可以劃分為若干個子區(qū)間，對每一子區(qū)間內部的安全操作及其對其他子區(qū)間安全的影響都要進行分析。方便的子區(qū)間劃分是：(1)反應(決定整個系統(tǒng)的動力學)；(2)分離，如蒸餾、吸收、吸附、液體萃取、(3)貯存，如固體、液體和氣體物料的貯存。工藝流程圖是描述過程的主要文件，它表示出了主要設備、主要物流路線和控制點。對于正常操作預期的主要溫度和壓力，物料的流動和組成以及主要設備的設計能力都做了說明。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全35/105二、管線配置圖管線配置圖是指管路和儀表的線路圖，又稱工程線路圖，是設計和施工的基本工作文件，一般包括：(1)開啟、關閉、緊急和普通操作需要的所有過程設施，如閥門、盲板、可移動的柱塞等；(2)施工材料的鑒定序號和鑒定人，每條管路的直徑和絕熱要求(3)物流的方向；(4)主要過程和起始管路的識別；(5)所有儀表、控制點和有儀表失靈顯示功能的連鎖裝置；2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全36/105(6)所有設備的主要尺寸和負荷；(7)容器、反應器的操作和設計溫度(8)裝置的標高；(9)釋放閥、安全膜等的設定壓力；(10)排水要求；(11)必要時要有管路配置的特殊備忘錄2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全37/105三、過程物料的安全評價過程物料的選擇，應該就物料的物性和危險性進行詳細地評估，對一切可能的過程物料做總體考慮。過程物料可以劃分為過程內物料和過程輔助物料兩大類型。過程內物料是指從原料到產(chǎn)品的整個工藝流程線上的物料，如原料、催化劑、中間體、產(chǎn)物、副產(chǎn)物、溶劑、添加劑等。過程輔助物料是指實現(xiàn)過程條件所用的物料，如傳熱流體、重復循環(huán)物、冷凍劑、滅火劑等。在過程設計中，需要匯編出過程物料的目錄，記錄下過程物料在全部過程條件范圍內的有關性質資料，作為過程危險評價和安全設計的重要依據(jù)。過程物料所需的典型資料如下。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全38/105(1)一般性說明資料物料名稱和別名、分子結構式和相對分子質量、物理狀態(tài)、純度、外觀、氣味或味道、腐蝕性、主要用途、危險性和防護措施、污染因素等(2)基礎物性資料蒸氣密度、相對密度、熔點、沸點、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、Joule-Thompson系數(shù)等。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全39/105(3)易燃性資料閃點、著火點、燃燒極限、自熱、蒸氣壓、介電常數(shù)、電阻、粉塵爆炸性質、火災中的毒性熱分解產(chǎn)物等。(4)反應性資料高速量熱、差熱分析、撞擊實驗、熱穩(wěn)定性、熱分析試驗、爆炸引起的爆炸擴散、自燃性等。(5)毒性資料毒性危險等級、衛(wèi)生標準、最大允許濃度、半致死濃度或半致死劑量等。(6)暴露作用吸入或食入危險、呼吸刺激、皮膚刺激、眼睛刺激、皮膚或呼吸的敏感度等。(7)放射性資料放射性測試，。α、β、γ、中子射線暴露及其危害等‘

2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全40/105四、過程路線的選擇過程路線的選擇是在工藝設計的最初階段完成的。過程路線的安全評價，應該考慮過程本身是否具有潛在危險，以及為了特定目的把物料加入過程，是否會增加危險。1．有潛在危險的過程這些過程一旦失去控制就有可能造成災難性的后果，如發(fā)生火災、爆炸或毒性物質的釋放等。有潛在危險的過程有：(1)爆炸、爆燃或強放熱過程；(2)有粉塵或煙霧生成的過程；(3)在物料的爆炸范圍或近區(qū)操作的過程；(4)在高溫、高壓或冷凍條件下操作的過程(5)含有易燃物料的過程；(6)含有不穩(wěn)定化合物的過程；(7)含有高毒性物料的過程；(8)有大量貯存壓力負荷能的過程2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全41/1052．反應過程的安全分析反應過程常因反應條件的微小變化而偏離預期的反應途徑，化學反應過程有較多的危險性。充分評估反應過程的危險性，有助于改善過程的安全。(1)對潛在的不穩(wěn)定的反應和副反應，如自燃或聚合等進行考察，考慮改變反應物的相對濃度或其他操作條件是否會使反應的危險程度減小。(2)考慮混合、反應物和熱源的低效配置、操作故障、設計失誤、發(fā)生不需要的副反應、熱量、反應器失控、結垢等引起的危險。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全42/105(3)評價副反應是否生成毒性或爆炸性物質，是否會有危險垢層形成。(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。(5)確定所有雜質對化學反應和過程混合物性質的影響。(6)確保結構材料彼此相容并與過程物料相容。(7)考慮過程中危險物質的積累，如可燃物、毒性中間體。(8)考慮催化劑行為的各個方面，如老化、中毒、粉碎、活化、再生等。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全43/1053．有潛在危險的操作有些操作本身具有潛在危險。分析和確定這些操作的危險件，是過程安全評價的重要內容。常見的有潛在危險的操作。(1)易燃或毒性液體或氣體的蒸發(fā)和擴散；(2)可燃或毒性固體的粉碎和分散；(3)易燃物質或強氧化劑的霧化；(4)易燃物質和強氧化劑的混合；(5)危險化學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。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全44/1054．間歇過程和連續(xù)過程比較工藝設計中，需要在間歇過程和連續(xù)過程之間做出選擇。大批量的操作，從經(jīng)濟上考慮，連續(xù)過程更具有優(yōu)勢。間歇和連續(xù)兩種過程方式的比較。(1)間歇過程各操作單元之間易于隔絕，單元設備過程物料持有量較大。連續(xù)過程各操作單元連通，過程物料持有量較少。(2)間歇過程勞動強度較大，緊急情況下操作者有較多的機會介入。連續(xù)過程更多地依靠自動控制；2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全45/105(3)間歇過程產(chǎn)物純度容易控制，過程物料易于識別。連續(xù)過程不穩(wěn)狀態(tài)或周期性波動（如開車或停車）較少；(4)間歇過程有詳盡的指令和操作規(guī)程，可以減少操作失誤或設備的損壞。連續(xù)過程的容器或設備很少需要清洗，不穩(wěn)態(tài)的物料輸入也較少；(5)間歇過程有較長的暴露時間。在連續(xù)過程中，有潛在危險的中間體無須貯存加工。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全46/105五、工藝設計安全校核機械設計、過程和布局的微小變化都有可能出現(xiàn)預想不到的問題。工廠和其中的各項設備是為了維持操作參數(shù)允許范圍內的正常操作設計的，在開車、試車或停車操作中會有不同的條件，因而會產(chǎn)生與正常操作的偏離。為了確保過程安全，有必要對設計和操作的每一細節(jié)逐一枚核。1．物料和反應的安全校核。如查詢過程物料的毒性，確定過程物料在所有過程條件下的有關物性，鑒別一切可能的化學反應，對預期的和意外的化學反應都要考慮。2．過程安全的總體規(guī)范。如過程的規(guī)模、類型和整體性是否恰當。過程的放大是否正確。3．非正常操作的安全問題。如考慮偏離正常操作會發(fā)生什么情況，對于這些情況是否采取了適當?shù)念A防措施。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全47/105第三節(jié)化工單元區(qū)域規(guī)劃化工單元區(qū)域規(guī)劃是定出各單元邊界內不同設備的相對物理位置。一般來說，單元排列越緊密，配管、泵送和地皮不動產(chǎn)的費用越低。但是出于安全考慮，需要把危險隔開，單元排列應該比較分散，同時也為救火或其他緊急操作留有充分的空間。綜合考慮表明，留有自由活動空間的開放的區(qū)域規(guī)劃更合理一些。過分擁擠嚴重影響施工和維修效率，會增加初始的和繼續(xù)的投資費用。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全48/105一、加工單元區(qū)域的規(guī)劃1．設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排列。這種設備排列方法的主要特征是；(1)設備配置直線的兩邊都與廠區(qū)道路連接。這樣，在救火或其他緊急情況時，設備配置線的主要部分的兩邊都有方便的通路。連接道路可以作為阻火堤，把設備配置線與廠區(qū)其余部分隔離。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全49/105(2)鋼制框架與道路鄰接。熱交換器設置在框架上部，冷卻水箱設置在框架下部。吊車可以方便地駛入，安全裝運熱交換器的管束、管件和較重的組件。冷卻水箱設置在框架上使得整個冷卻水系統(tǒng)的維修極為方便，而不必挖掘裝置周圍和裝置之下的地基。(3)設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，一般采用框架結構平坡式布局方式?？蚣芙Y構在精餾塔旁邊提供了開放區(qū)域，塔板和其他塔內件易于拆卸裝車運至維修區(qū)。在線的塔器、回流筒、熱交換器之下的平坡低洼部分，對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散至單元的其他區(qū)域。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全50/105(4)管架也設置在設備配置直線上。管架的合理排布可以消除過頂間距太小或是僅敷設在平坡上的管束，而且可以避免管溝，而管溝常常是危險液體或蒸氣的良好的載體。(5)泵排設置在設備配置直線的旁邊，與道路鄰接。泵排上面不得有任何障礙物，使得泵和傳動裝置維修時便于移動。(6)筒體、泵、裝配有觀測平臺的蒸餾塔以及需要橋式吊車鋼梁導軌吊人的設備，按序定在設備配置線上，從而把相關的危險操作集中在一起。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全51/105設備以安裝在地平面上為宜。但是由于過程原因，如蒸餾或吸收塔，噴霧干燥塔或立式反應器，需要提供重力自流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。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全52/1052.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?？刂剖沂菃卧纳窠?jīng)中樞，是單元中最重要的部位。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。此外，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。

2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全53/105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。壓縮機或泵一般安裝在室外。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全54/105

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許多的公用工程設施。電力線路必須從地下進入加工單元，適當安排入口點，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隨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。

2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全55/105除非絕對必要，鐵路支線才引入單元區(qū)。當鐵路支線引人單元區(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。

2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全56/1053．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(jīng)常觀察的情形，必須把加工單元的部分或全部置于室內。對可能釋放出毒性或易燃蒸氣的情形，設置物理屏障等方法?；鹪春鸵兹嘉镌锤綦x墻的門或開口，保持在最小數(shù)量。并與像控制中心這樣的經(jīng)常有人員的區(qū)域隔離開。墻壁進行強度和耐火設計。容易經(jīng)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，以便在避開入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持有的地勢問題。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。

2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全57/105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。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全58/105二、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。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。

2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全59/105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入固體沉積物。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全60/105(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。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全61/105(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。。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全62/1052．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。

2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全63/1053．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。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。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全64/105在設備管線上應該安裝止逆閥，以防止管線中流體的回流。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。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全65/105三、單元裝置和設施的安全設計考慮設施的可靠性，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。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。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全66/105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。

2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全67/105第四節(jié)壓力容器的設計、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2月1日第三章化工廠設計和操作安全68/1052．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)反應容器：主要用來完成物料的化學轉化。如反應器、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或流體力學的組元或相的分離。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2月1日第三章化工廠設計和操作安全69/105壓力容器按照其設計壓力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，0.1MP3≤p＜1.6MPa；(2)中壓容器：1.6MPa≤p＜10MPa(3)高壓容器：10MPa≤p＜100MPa，(4)超高壓容器：p＞100MPa。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全70/105壓力容器按照設計壓力p和容積V，結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：非易燃或無毒介質的低壓容器；易燃或有毒介質的低壓換熱容器和低壓分離容器。(2)第二類容器：pV＜196.2kJ劇毒介質的低壓容器;易燃或有毒介質的低壓反應容器和低壓貯運容器；內徑＜1m的低壓廢熱鍋爐；一般介質的中壓容器。(3)第三類容器：pV≥l96.2kJ、劇毒介質的低壓容器；內徑＞1m的低壓廢熱鍋爐；中壓廢熱鍋爐；pV≥490.5kJ、易燃或有毒介質的中壓反

應容器；pV≥490.5kJ

、易燃或有毒介質的低壓貯運容器；劇毒介質的中壓容器；高壓或超高壓容器。

2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全71/1053．結構材料的機械性能結構材料在受到外力作用時，會有抵抗變形和斷裂的能力,稱為結構材料的機械性能。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2月1日第三章化工廠設計和操作安全72/105

(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2月1日第三章化工廠設計和操作安全73/105(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)是承壓設備設計中的一項基本因素，是為了在設備使用期間對可能損害設備安全的各種閑素提供適當?shù)陌踩６?。第三章化工廠設計和操作安全74/105二、壓力容器設計1.設計的一般要求(1)設計單位資格為確保壓力容器的設計質量，國家規(guī)定凡設計鍋爐、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)給設計許可證書，方可承擔設計任務。無證單位不得自行設計壓力容器。壓力容器設計，應由設計單位技術負責人批準。設計圖紙上應該有設計、校對和審批人員三級簽字。設計總圖除上述要求外，還必須有單位技術負責人簽字和《壓力容器設計單位批準書》的編號和批準日期。沒有設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。全國性鍋爐定型設計，須經(jīng)國務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。鍋爐總圖上應該有勞動部門鍋爐壓力容器安全監(jiān)察機構的審批標記，無審批標記的總圖不得流通。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全75/105(2)壓力容器結構壓力容器設計應該盡可能避免應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構上的不連續(xù)．都會產(chǎn)生較高的不連續(xù)應力。因此，應該力求結構上的形狀變化平緩，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力較高或對部件強度有所削弱的結構，如開孔、轉角、焊縫等部位。能夠引起應力集中或削弱強度的結構應該互相錯開。

2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全76/105壓力容器封頭從力學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力，故應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，一般應為圓形、橢圓形或長圓形。殼體上所有開孔都應與焊縫錯開。容器開孔，受壓殼體因結構不連續(xù)而引起應力集中，在孔的邊緣產(chǎn)生很高的局部應力。為了降低殼體開孔邊緣的局部應力．在開孔處應進行補強。

2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全77/105(3)材料的選用材料的質量和規(guī)格應該符合國標、部標和有關的技術要求。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)，極易在鋼錠內形成小氣泡，成為鋼材內部缺陷。而鎮(zhèn)靜鋼脫氧完全，組織均勻，沖擊韌性也較好。

2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全78/105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。選用的鋼材要有對介質的耐腐蝕性。低溫容器用鋼的突出問題是低溫下的脆性破裂。高溫下材料的強度是溫度和時間的函數(shù)。材料的高溫強度指標主要是蠕變限和持久強度。蠕變限是指材料在某確定的高溫下工作十萬個小時引起允許的總變形的應力。持久強度是指在一定的工作溫度下經(jīng)歷指定工作期限后，不引起蠕變破壞的最大應力。另外，高溫下材料的抗氧化能力和抗腐蝕能力都明顯下降。

2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全79/1052．設計基礎(1)設計壓力和設計溫度對于非旋轉容器，設計壓力一般要高出操作壓力0.1MPa或10％；而旋轉容器的設計壓力則要高出預期的最高壓力的5％一10％。設計溫度通常要高出不會引起規(guī)范許可應力減少的最高溫度30℃。比如，在180℃操作的碳鋼容器，其設計溫度為350℃而不是210℃。容器設計壓力應該標記基于部件最小壁厚的最大允許工作壓力，而不能標記用于計算最小壁厚的壓力。

2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全80/105(2)最小板材厚度設計規(guī)范規(guī)定，大直徑壓力容器的板材厚度不應小于(D－2.54)／1000，其中，D是筒體的最小直徑(單位m)，焊接結構的最小板厚度許多組織規(guī)定為5mm或6mm。

2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全81/105(3)外壓或真空許多過程容器是在外壓或真空下，或偶爾是在這些條件下操作。設計規(guī)范規(guī)定規(guī)范容器，偶爾承受0.1MPa及其以下的外壓，無需考慮外壓結構的規(guī)范要求。在應用這項規(guī)范時，應該充分考慮到各種可能的后果，如罐體破裂時的人員危險，更換容器的費用，內容物泄出的財產(chǎn)損失和危險等。

2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全82/105(4)材料選擇材料在設計壓力和溫度下的允許應力并不需要過量的壁厚。一些材料，如銅、鋁、它們的合金和鑄鐵都有具體的溫度限度。過程容器結構材料預期的腐蝕阻力，可以在容器操作同樣的條件下近似測出。高純度的需要可能會限制材料的選擇，但是這并不意味著最昂貴的材料是最好的。當壓力和溫度條件允許時，可以采用金屬鍍層、玻璃、橡膠、鉛板、塑料襯套等，而不必采用貴重的合金。要求制造商提出替代建議，例如，不銹鋼與鋁比較以及金屬包層材料與固體合金比較等。

2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全83/105(5)非壓力負荷容器及其支架的設計必須與以下各項負荷匹配：容器及其內容物的重量；料盤、隔板、蛇管等內件的重量；裝置、攪拌器、交換器、轉筒等外件的重量；建筑物、扶梯、平臺、配管等外部設施的重量；固定負載和移動負載的重量；隔離板和防火墻的重量；風力和地震負荷；支撐耳柄、環(huán)形加強肋以及熱梯度的作用。這些負荷都可以引起過量的局部應力。

2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全84/105(6)支架立式容器—船用立柱和耳柄支撐，有時還會用到環(huán)形槽鋼或折邊。大型臥式容器常用三個或更多的鞍形托架支撐。對于小型容器，不管是臥式的還是立式的，其支架的設計由于支撐附件造成的二次應力、扭矩和剪切力，可能會比大型容器復雜得多。

2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全85/105(7)封頭壓力容器封頭有半球形、橢球形、錐形、準球形、平板形等幾種類型。在材料、直徑和壓力負荷都相同的條件下，前四種類型封頭的壁厚按序增加，而平板形封頭的壁厚還沒有簡單的計算關系。

半球形封頭在各種類型封頭中應力分布最好、而且一定的容積所需要的材料最少。但是球形封頭會使筒體產(chǎn)生較大的附加彎曲應力，因而只適用于直徑較小、壓力較低的無毒、非易燃介質的容器。長短軸之比為2的橢球形封頭與準球形封頭比較，前者的應力分布要好一些；直徑超過1。5m、壓力負荷在1MPa以上，前者的制造也要經(jīng)濟一些。與凸面形和碟形封頭一樣，橢球形封頭的大小也是由其內徑而不是由其外徑來決定。

2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全86/105錐形封頭一般是沖壓、而不是滾壓或旋壓制造．其制造費用相當高。錐形封頭常用于蒸煮或提煉容器，有時用于排除固體或濃稠物料。截頭錐形封頭常用做容器直徑不同的兩部分之間的過渡段。設計規(guī)范允許在某些情況下，可以應用無過渡轉向節(jié)的錐形封頭，但這些封頭只能在低溫、低壓條件下使用。標準折邊碟形封頭的碟形曲面半徑應該等于或小于封頭折邊的外徑，但凸面和折邊間的過渡轉向節(jié)的半徑應不小于封頭折邊外徑的6％，而且不小于封頭壁厚的三倍。平板焊接封頭除小型低壓容器密封外，一般壓力容器不宜采用。平板封頭會把嚴重不連續(xù)的應力引入圓柱形殼體，如確需應用，殼體和封頭應該有足夠的厚度，而且要采用全焊透的焊接結構。

2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全87/105三、壓力容器的制造和安裝1．壓力容器制造為了確保壓力容器的制造質量，國家規(guī)定凡制造鍋爐、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)給制造許可證書，無證單位不準制造承壓設備。非專業(yè)單位若自制自用壓力容器，須辦理申請、審查和批準手續(xù)。

2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全88/1052．壓力容器安裝鍋爐和壓力容器的專業(yè)安裝單位須經(jīng)勞動部門審核批準方可從事承壓設備的安裝工作。安裝作業(yè)必須嚴格執(zhí)行國家規(guī)范，按安裝規(guī)程的要求施工。安裝過程應該對安裝質量分段驗收和總體驗收。驗收由使用單位和安裝單位共同進行，總體驗收應有上級主管部門和勞動部門參加。

2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全89/105四、壓力容器定期檢驗壓力容器的定期檢驗，由當?shù)劐仩t和壓力容器安全監(jiān)察機構授權或批準的檢驗單位進行。從事檢驗的人員應經(jīng)當?shù)貏趧尤耸虏块T考核批準。1．檢驗周期壓力容器的定期檢驗周期，可分為外部檢查、內外部檢驗和全面檢驗三個類型的周期。檢驗周期內使用單位根據(jù)容器的技術狀況和使用條件自行確定。但至少每年作一次外部檢查，每二年作一次內外部檢驗，每六年作一次全面檢驗。

2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全90/1052．檢驗內容

(1)外部檢查外部檢查的主要內容是：壓力容器及其配管的保溫層、防腐層及設備銘牌是否完好無損；容器外表面有無裂紋、變形、腐蝕和局部鼓包；焊縫、承壓元件及可拆連接部位有無泄漏；容器開孔有無漏液漏氣跡象；安全附件是否完備可靠；緊固螺栓有無松動、腐蝕；設備基礎和管道支撐是否適當，有無下沉、傾斜、裂紋、不能自由脹縮等不良跡象；容器運行是否符合安全技術規(guī)程。

2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全91/105(2)內外部檢驗除外部檢查的各款項外，內外部檢驗還包括以下內容：內外表面的腐蝕、磨損情況；所有焊縫、封頭過渡區(qū)、接管處、人孔附近和其他應力集中部位，有無裂紋；襯里有無突起、開裂、腐蝕或其他破損；高壓容器的主要緊固螺栓應進行宏觀檢查并做表面探傷。(3)全面檢驗全面檢驗除包括內外部檢驗的全部款項外，還應該做焊縫無損探傷和耐壓試驗。

2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全92/1053．壓力試驗壓力容器的耐壓試驗和氣密性試驗，應在內外部檢驗合格后進行。除非規(guī)范設計圖紙要求用氣體代替液體進行耐壓試驗，不得采用氣壓試驗。需要進行氣密性試驗的壓力容器，要在液壓試驗合格后進行。如果壓力容器的設計壓力是p，液壓試驗的壓力為1.25p；氣壓試驗的壓力，低壓容器為1.20p，中壓容器為1.15p。對于高壓或超高壓容器、不采用氣壓試驗。氣密性試驗一般在設計壓力下進行。

2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全93/105耐壓試驗后，壓力容器無泄漏、無明顯變形；返修焊縫經(jīng)無損探傷檢查無超標缺陷，要求測定殘余變形率的，容積殘變率≤10％，或徑向殘變率≤0.03％，即可認為壓力容器耐壓試驗合格。對于氣密性試驗，達到規(guī)定的試驗壓力后保持30min，在焊縫和連接部位涂肥皂水進行試驗。小型容器亦可浸于水中進行試驗。無氣泡即可認為合格。

2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全94/105五、壓力容器安全附件安全附件是承壓設備安全運行的重要組成部分。選用安全附件應滿足兩個基本要求：即安全附件的壓力等級和使用溫度范圍必須滿足承壓設備工作狀況的要求；制造安全附件的材質必須適應承壓設備內介質的要求。鍋爐：安全閥、壓力表和水位計(以上必不可少)、高低水位報警器、引送風連鎖裝置、火焰監(jiān)視器和緊急切斷閥、防爆門和排污裝置以及溫度和流量測量儀表(可選)。壓力容器：安全閥、爆破片、緊急放空閥、液位計、壓力表、單向閥、限流閥、溫度計、噴淋冷卻裝置、緊急切斷裝置、靜電消除裝置、防雷擊裝置等。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全95/105第五節(jié)化工裝置維護一、化工維護的必要性設備的特點所決定。流體及固體的輸送，需要應用許多管線、傳送設備、叉車和其他物料加工設施及罐、鼓或其他形式的封閉容器。過程的性質所決定。包括溫度范圍廣泛的單元操作，設備大小不一，類型各異。化學工業(yè)中的一些問題，如高腐蝕速率、易燃液體、毒性或有害物料是典型的、特有的。操作情況所決定。化工事故案例記錄表明，許多嚴重的傷亡事故都與失誤有關。例如，把惰性或毒性氣體接入供人員呼吸的空氣管線；管路錯連使不恰當物料誤加至反應器引起火災、爆炸或毒性氣體的釋放；總之，化學工業(yè)中的恰當維護對安全顯得格外重要。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全96/105二、預防維護按照明確計劃的時間表檢驗、維修和更換設備，可以防止許多事故。預防維護實質上指的是一個系統(tǒng)，它的功能是確定裝置或設施放障的可能頻率，在其失效前就進行檢驗、維修或更換。設備故障對時間的概率分布符合正態(tài)分布，所以，在故障的可能性達2％或其他某個選定的數(shù)值之前就采取行動。很顯然．這就需要在一定操作條件下的設備損壞之前，預先知悉中位時間方面的信息。確定中位時間的量值比較困難，但可以應用類似操作已有的經(jīng)驗、損壞速率的研究成果以及其他分析方法。設備和系統(tǒng)如何損壞以及損壞的最可能的途徑方面的知識，會有助于故障頻率的確定。預防維護對保護人身安全也有重要的作用。

2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全97/105三、非常規(guī)運行和有關作業(yè)的維護1．停車和開車停車和開車的計劃和執(zhí)行的關鍵是每一步驟都要明確責任。運行設備的停車應該由操作組而非維護或其他輔助組負責。各組必須密切協(xié)調一致。停車應盡可能提前向有關組通告。停車組通知有關組監(jiān)察組監(jiān)察維修組維修開車組通知有關組監(jiān)察組監(jiān)察開車組開車2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全98/1052．容器內作業(yè)容器內破損的維修常需要人員進人容器。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、再加上意外化學品的可能暴露，進入容器需要采取嚴格的防護措施。這些措施如下。(1)容器必須由操作人員徹底清洗。(2)所有連接管線必須斷開并進行必要的封堵。(3)所有電力驅動設施(如攪拌器等)必須在斷路開關處切斷電源。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全99/105(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。上述兩者都需要證明其中含有正常量的氧。(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，并在容器邊貼上標志。(6)進入容器的工人和觀察者必須系上安全帶和繩索。(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，還需要身體隔離的化學品防護服裝。配有空氣供應軟管，提供新鮮呼吸空氣和安全舒適的工作環(huán)境。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全100/105(8)在容器出口要有一個觀察者，一直保持與容器內工人的聯(lián)系。在容器內至少還要另有一個工人，在緊急情況下負責向觀察者呼救。一個工人不得單獨進入容器。(9)當直梯不能應用時，可以應用木制或金屬橫檔連起來的繩梯或鏈梯。但是，應該避免無撤退設施時進入容器。(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。標準開口的直徑為0.56m。工人從有限空間緊急撤退可能會遇到阻礙，也要采取類似的防護措施。任何深度大于1．5m的料槽、坑洞，在頂蓋和塔上進行的任何工作，都存在工人吸收釋放出的有毒煙霧的危險，需要采用特殊的控制程序。

2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全101/1053.緊急維修完善的維護程序固然可以應對出現(xiàn)的一般情況，但是，某些特殊問題還是難以避免地發(fā)生，需要附加的應對計劃。比如，硫酸管道破裂，應該事先設計好關閉、清洗和維修活動，從容應對這類意外事故，減少其對人員和財產(chǎn)的暴露。意外事故維護的關鍵是，事先決定好推應該做什么、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。

緊急維護遵循的一個原則是，如果通常維護的某個方法是不安全的，在緊急條件下應用這個方法會加倍的不安全。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全102/1054．切割、焊接和其他動火作業(yè)由于化學工業(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)察負責簽發(fā)的氣割許可證或熱加工許可證，不得在標明焊接車間和規(guī)定焊接區(qū)以外進行焊接或氣割作業(yè)。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全103/105(2)進行動火作業(yè)氣割和焊接人員持證上崗，且這些人員必須訓練有素，能夠對周圍易燃物料進行分折和防護、能夠滅火相處理意外事故。(3)所有氣割和焊接人員應該能在自身工作中防火急救。通常還需要水龍帶。熱裂或易燃物料需用不可燃覆蓋物或屏障進行防護。過熱工件必須進行分析，提供充分的防護，防止火星落下。除非在最不尋常和精心控制的條件下，不允許在操作間、實驗室和存貯庫房中放置易燃氣體或氧氣鋼瓶。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全104/105四、設備的維護

1．設備的試壓有多種儀表可以用來精確測定容器選定區(qū)域的壁厚，但這并不能保證未測定的區(qū)域沒有薄弱環(huán)節(jié)。所以，儀表測定無法完全取代定期的液壓試驗。液壓試驗是在超過正常操作壓力下測定容器的耐壓能力。通常試驗的壓力是正常工作壓力的1.5倍。對容器壁變薄速率的分析、由鉆孔或插入物的冶金學研究測定容器壁厚或應用經(jīng)驗，可以確定定期液壓試驗的頻率。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全105/105液壓試驗一般是用水進行。如果水與容器的應用互相排斥，可以應用其他無危險情性液體，但是應該盡量避免應用空氣成其他氣體。只有壓力試驗不適于應用液體，并且容器設有隔墻，使人員和財產(chǎn)可以預防容器破裂的發(fā)射物和沖擊力，才謹慎地選擇應用某些氣體。除非容易破損使人員遭受傷害，從安全的觀點出發(fā)，管道和非極需維護的設備無需進行液壓試驗。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全106/1052．化學污染設備的處理離開操作區(qū)的所有設備都應該是清潔的，從而在移至沒有受過物料危險性嚴格訓練的維修人員處，可以安全作業(yè)。所有設備一旦停止運行就應該立即貼上有關化學品污染狀況的標志，污染狀況標志要隨著污染條件的變化及時修正。在許多情況下，設備拆卸之前就清除設備的污染是不現(xiàn)實的。遇有這種情況，應當盡可能在設備搬動之前完成設備的清洗和凈化。如果不能在操作區(qū)清除設備的污染，就得把設備移至能夠進行清理工作的有充分消防條件的區(qū)域，有計劃地個別處理。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全107/105應該特別注意預防管道和閥門排出夾在其中的物料，這可能會成為危險的爆炸源。所有閥門都應該是清潔的，閥帽應該是松開的。排放前務必要打開閥門。動火區(qū)的管道有可能被加熱。易燃廢液不得進入排水槽或下水道。玻璃制品和其他廢料必須分別處理。如果詳細考慮還會發(fā)現(xiàn)其他一些具體問題。重要的是不能讓這類維護工作聽其自然。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全108/1053．設備作業(yè)維護事先關閉或切斷動力源后，人員才能在電力或機械驅動的設備上作業(yè)。為實現(xiàn)上述要求，可以鎖定電開關于“關”的位置；切斷電力或機械馬達；拆卸皮帶傳動裝置；鎖定主推進器的料閥于“關”的位置；停止活塞、曲柄或飛輪的運動。任何例外，如調節(jié)壓蓋和密封墊等，都要獲得監(jiān)察的批準。應該制定書面程序并對程序的應用進行嚴格培訓。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全109/105第六節(jié)公用工程設施安全公用工程設施是指水、電、汽的供應設施以及其他輔助設施，公用工程設施的充分設計和配置直接關系化工廠運行和操作的安全。公用工程設施的各個款項不僅對于化工廠人員的健康和安全極為重要，而且這些款項的失誤常是化工廠事故或傷害的淵源。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全110/105一、電氣設施電是化工過程中熱能、機械能和光能的重要供應源，電氣設施在化工生

產(chǎn)中起著重要的作用。由于化工生產(chǎn)本身所閉有的易燃、易爆、易腐蝕等危險性以及高溫或深冷、高壓或真空等苛刻的操作條件，化工廠對電氣設施有很高的要求。在所有電氣設施的裝配中，都應該考慮至少是最低安全限度的防護措施。工廠或實驗室的所有電工作業(yè)都必須滿足安全防護的要求，遵循限定的規(guī)則和程序。電氣線路、設備和照明設施的配置，必須滿足易燃液體或氣體泄漏形成爆炸性混合物的防護要求。需要采取的防護措施包括，防蒸汽的照明設施、全封閉的電動機、油浸式或部分封閉的開關、火花放電設施的完全隔離等。

2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全111/105由于人員不允許在爆炸性氣氛中作業(yè)，防止爆炸性氣氛的形成比采用防爆設備更安全、更經(jīng)濟。當爆炸性氣氛通過密封或控制易燃液體、氣體和粉塵仍不能避免時，所涉及的空間應該限制或隔離在防護罩下或通風櫥中。設置在高過地面6m以上露天構架上的電氣設備，一般可以認為不受近于泄漏點的臨時的、局部的爆炸性混合物暴露的影響。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全112/105所有的建筑鋼筋和露天構架，所有的罐、鼓、管線和罐車，所有的處理或應用或在處理或應用易燃液體或氣體區(qū)的化工設備，都應該接地消除靜電。松軟接地最好與大的水管道連接，打入地內或嵌入接地鋼板，但務必不得與電纜管線、噴水支路管道，氣體、蒸汽或過程管線連接。對于接地應該適當維護，定期檢驗損壞情況并測定接地電阻。2023年2月1日第三章化工廠設計和操作安全113/105為了避免控制儀表和設備的使用失誤，被控制設備的電壓、名稱和序號應該明顯標示在開關盒