化工丶石油化工機械設(shè)備事故分析與預(yù)防講義

化工丶石油化工機械設(shè)備事故分析與預(yù)防講義化工、石油化工機械設(shè)備事故分析與預(yù)防講義第一章化工、石油化工機械設(shè)備事故分析與預(yù)防概論第一節(jié)化工、石油化工機械設(shè)備安全運行生產(chǎn)中的重要地位一、化工、石油化工（石化）機械設(shè)備在化工、石化生產(chǎn)中的應(yīng)用化工、石化機械設(shè)備包括容器、換熱器、反應(yīng)器、塔器、干燥器、管式爐以及氣體壓縮機、風(fēng)機、泵、離心機等，是化工、石化生產(chǎn)的重要生產(chǎn)工具。將容器、換熱器-、反應(yīng)器、塔器、干燥器、管式爐等稱為靜設(shè)備（簡稱設(shè)備），將氣體壓縮機、風(fēng)機、泵、離心機稱為動設(shè)備（簡稱機器）。設(shè)備在化工、石化生產(chǎn)所有的機械設(shè)備中約占80%。它廣泛用于傳熱、傳質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)和物料貯存等方面。由于生產(chǎn)工藝上的要求，一些化學(xué)反應(yīng)要求在高壓條件下進行，從而有利于合成與聚合。例如，從國外引進的年產(chǎn)18萬噸低密度聚乙烯生產(chǎn)裝置中，乙烯原料氣的聚合反應(yīng)是在壓力為100～150MPa的反應(yīng)釜內(nèi)進行的；在石油煉制中，原料油加氫、脫硫、脫氮和裂化反應(yīng)是在一定壓力的反應(yīng)器中實現(xiàn)的。同時，許多產(chǎn)品的生產(chǎn)也要求在高溫條件下進行。為了維持反應(yīng)溫度和有效地利用廢熱，總是伴隨著各種各樣的傳熱過程，如加熱、冷卻、冷凝、蒸發(fā)。根據(jù)使用目的的不同，所采用的換熱裝置有加熱器、冷卻器、蒸發(fā)器和重沸器等。據(jù)統(tǒng)計，在現(xiàn)代石油煉制中，換熱器的投資占全部工藝設(shè)備投資的40%。在生產(chǎn)中，氣—液、液—液兩相接觸進行傳質(zhì)及傳熱的過程是常見的，如精餾、吸收、萃取、氣體增濕、離子交換等，這些過程大多是在塔設(shè)備內(nèi)進行的。據(jù)粗略統(tǒng)計，在石油煉制工廠中，塔設(shè)備的投資占全廠設(shè)備總投資的10%～20%，塔設(shè)備鋼材消耗量幾乎占全廠設(shè)備總重的25%～30%。氣體、液體的貯存和輸送離不開貯槽和貯罐。例如，低、高壓乙烯氣體受槽、壓縮機級間緩沖器是起緩沖作用的貯罐；用于貯存壓縮空氣或液化氣體的壓縮空氣貯罐、氧氣瓶、氯氣瓶；廣泛用于煉油裝置儲運系統(tǒng)的圓筒貯罐、石油液化氣的球形貯罐以及用于油水分離的分離器、計量用的計量槽等。在生產(chǎn)中，從原料到半成品再到最終產(chǎn)品大多是流體，而流體的輸送和提高流體壓力以及自控儀表裝置的風(fēng)源等都離不開泵和壓縮機。例如，高壓法制聚乙烯需將乙烯氣體由0>.03MPa加壓至反應(yīng)壓力130～250MPa；石油煉制中將碳氫化合物中的重組分裂化為輕組分，要求加氫的壓力為15MPa，這一切都必須由壓縮機來完成；又如，需要通過泵輸送清水、酸堿溶液、液氨、有機溶劑、銅液和石油產(chǎn)品等液體并提高它們的壓力。泵的應(yīng)用廣泛，是僅次于電動機的第二類通用機械。生產(chǎn)中，需要用離心機把液—液、液—固相混合物分離。例如，煉油生產(chǎn)中高級潤滑油、燃料油的提純；合成纖維、聚氯乙烯的脫水等，都需要離心機來實現(xiàn)?；ぁ⑹瘡S中使用的各種離心式壓縮機、風(fēng)機和水泵通常都采用汽輪機作原動機。工廠中帶動各類風(fēng)機和泵的中小型汽輪機為數(shù)也極多。二、化工、石化生產(chǎn)的特點及安全要求化工、石化生產(chǎn)的特點如下：（1）易燃易爆化工、石化生產(chǎn)，從原料到產(chǎn)品，包括半成品、中間體、添加劑、催化劑、各種溶劑和試劑等，絕大多數(shù)是易燃易爆的氣體、液體，在高溫、高壓、深冷、真空條件下極易泄漏或揮發(fā)，甚至達到物質(zhì)的自燃點。如果操作失誤、違反操作規(guī)程或設(shè)備年久失修，發(fā)生燃燒爆炸事故的可能性、破壞性極大。加上有些物質(zhì)還是有腐蝕、有毒的，就更加劇了事故發(fā)生的危險性和危害性。許多生產(chǎn)過程中物料需加熱，日常設(shè)備檢修還必須動用明火，這樣一旦設(shè)備發(fā)生燃燒爆炸事故，不僅會損壞設(shè)備本身，還會毀壞廠房建筑，甚至造成人員傷亡。（2）具有腐蝕性和毒性化工、石化生產(chǎn)處理的物料，有些具有腐蝕性和毒性，如氰化物、硫化物、氟化物、氫氧化物、烴類等。如果這些物質(zhì)泄漏到車間內(nèi)，當(dāng)其濃度超過容許濃度時，就會嚴(yán)重影響工人的身心健康，甚至造成中毒死亡事故。此外，工業(yè)噪聲、高溫、粉塵和射線也會對職工和附近居民帶來嚴(yán)重危害，導(dǎo)致各種職業(yè)性疾病的發(fā)生。（3）高溫高壓化工、石化生產(chǎn)的工藝過程有高溫、低溫、高壓、高真空度、大流量、高轉(zhuǎn)速等各種情況。例如，在高壓聚乙烯生產(chǎn)中反應(yīng)器的壓力為130～250MPa，蒸汽裂解爐管壁溫度高達1100℃；石化的高壓熱裂化壓力為2—7MPa，溫度為450—550℃。如果由于設(shè)計有缺陷，或由于嚴(yán)重腐蝕而沒得到及時檢修或更換，或操作失誤，或超負荷運行，都有可能引起壓力容器爆炸事故。由于壓力容器中的高壓氣體具有極高的能量，而且多為易燃、易爆、有毒的介質(zhì)，一旦發(fā)生破壞，所造成的損壞比常溫、常壓的機械設(shè)備大100～1000倍。因此，世界上對壓力容器的安全運行十分關(guān)注，做了大量的科研工作，從一般的壓力容器失效分析和安全評定，發(fā)展到對提高可靠性、預(yù)測壽命課題的開發(fā)，建立案例庫、先驗概率數(shù)據(jù)庫、專家系統(tǒng)，并向人工智能方向發(fā)展。（4）生產(chǎn)連續(xù)性強化工、石化企業(yè)具有生產(chǎn)連續(xù)性強的特點，設(shè)備一旦發(fā)生事故，停產(chǎn)一天的損失也較大，因此確保裝置長期安全穩(wěn)定運行具有重要意義。如某廠高壓聚乙烯車間一次乙烯壓縮機發(fā)生故障，就使整個系統(tǒng)停車，停車一天損失產(chǎn)量190余噸，當(dāng)時價值約48萬元?；谏鲜鎏攸c，對化工、石化機械設(shè)備的安全運行提出如下要求：（1）足夠的強度為確?；?、石化機械設(shè)備長期安全穩(wěn)定運行，必須保證所有的零部件有足夠的強度。一方面要求設(shè)計和制造單位嚴(yán)把設(shè)計、制造質(zhì)量關(guān)，消除隱患，特別是對于壓力容器，必須嚴(yán)格按照國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)計、制造和檢驗，嚴(yán)禁粗制濫造和任意改造結(jié)構(gòu)及選用代材；另一方面要求操作人員嚴(yán)格履行崗位責(zé)任制，遵守操作規(guī)程，嚴(yán)禁違章指揮、違章操作，嚴(yán)禁超溫、超壓、超負荷運行。同時還要加強維護管理，定期檢查機械設(shè)備的腐蝕、磨損情況，發(fā)現(xiàn)問題及時修復(fù)或更換，特別是化工、石化機械設(shè)備達到使用年限后，應(yīng)及時更新，以防因腐蝕嚴(yán)重或超期服役而發(fā)生重大事故。（2）密封可靠化工、石化廠處理的物料大都是易燃、易爆、有毒和腐蝕性的介質(zhì)，如果由于機械設(shè)備密封不嚴(yán)而造成泄漏，將會引起燃燒爆炸、灼傷、中毒等事故。因此，不管是高壓還是低壓的機械設(shè)備，在設(shè)計、制造、安裝及使用過程中，都必須特別重視化工、石化機械設(shè)備的密封問題。（3）安全保護裝置必須配套現(xiàn)代化工、石化機械設(shè)備大量采用了自動控制、信號報警、安全聯(lián)鎖和工業(yè)電視等一系列安全保護的先進手段，當(dāng)化工、石化機械設(shè)備出現(xiàn)異常時，安全保護裝置會自動發(fā)出警報或自動采取安全措施，以防事故發(fā)生，保證安全生產(chǎn)。例如，安裝在反應(yīng)器上的防爆膜就是設(shè)計時有意識使設(shè)備中的某一部件強度特別低，以避免因設(shè)備過載而使整個設(shè)備報廢；又如兩種氣體混合后進行化學(xué)反應(yīng)，當(dāng)混合氣體的濃度接近爆炸極限時，安裝在氣體輸入管道上的安全保護裝置就會自動中斷氣體的輸入，防止燃燒爆炸事故發(fā)生；氣體壓縮機的油壓過低保護裝置，在出現(xiàn)運轉(zhuǎn)中短時間油量減少或斷油時，就會發(fā)出報警與停機聯(lián)鎖，以確保壓縮機安全運行。（4）適用性強當(dāng)運行的溫度、壓力等條件有變化時，應(yīng)能完全適應(yīng)并維持正常運行。而且一旦由于某種原因發(fā)生事故時，可立即采取措施，防止事態(tài)擴大，并在短時間內(nèi)予以修復(fù)、排除。這除要求安裝有相應(yīng)的安全保護裝置外，還要有方便修復(fù)的合理組織結(jié)構(gòu)，備有標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化的零部件以及技術(shù)熟練、經(jīng)驗豐富的維修隊伍。通過上述分析表明，化工、石化機械設(shè)備運行狀況的好壞，將直接影響化工、石化生產(chǎn)的連續(xù)性、穩(wěn)定性和安全性，而且生產(chǎn)的特殊性使整個機械設(shè)備存在許多不安全因素。因此，強化化工、石化機械設(shè)備的維護管理，提高職工隊伍的安全技術(shù)素質(zhì)，確保化工、石化機械設(shè)備的安全運行，在化工、石化生產(chǎn)中越來越重要。三、安全運行在化工、石化生產(chǎn)中的重要地位鑒于化工、石化生產(chǎn)的上述特點，化工、石化行業(yè)發(fā)生事故的可能性、危險性及其后果要比其他行業(yè)大得多。一旦發(fā)生事故，將直接威脅人民生命和財產(chǎn)的安全，使經(jīng)濟遭受重大損失，后果慘重。同時，正常的生產(chǎn)也無法維持下去，甚至整套機械設(shè)備、一條或多條生產(chǎn)線將會毀于一旦。例如，1984年12月3日美國聯(lián)合碳化物公司在印度博帕爾市的一座農(nóng)藥廠，發(fā)生了一起液態(tài)甲基異氰酸酯大量泄漏氣化事故，使附近地區(qū)空氣中的這種毒氣濃度超過了安全標(biāo)準(zhǔn)的1000倍以上，在事故發(fā)生后的一周內(nèi)，中毒死亡人數(shù)達2500人。在該市70萬人口中，約有20萬人受到不同程度的影響，其中約5萬人可能因此而雙目失明，其他幸存者的健康狀況也將受到嚴(yán)重危害。此外，博帕爾地區(qū)的大批食物和水源也被污染，大批牲畜和其他動物也同樣遭到威脅而相繼死亡，生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重破壞。我國也發(fā)生多起惡性事故，如1997年6月27日北京東方化工廠罐區(qū)乙烯罐爆炸起火，油泵房和一些貯罐被炸毀，死亡9人，傷39人，直接經(jīng)濟損失1>.17億人民幣。通過上述案例的慘痛教訓(xùn)說明，安全運行在化工、石化生產(chǎn)中具有重要作用。為了確?；?、石化生產(chǎn)的安全，確保人民生命財產(chǎn)的安全，國家采取了一系列措施加強安全生產(chǎn)工作。一是從機構(gòu)上做了重大改革，成立了國務(wù)院安全生產(chǎn)委員會、國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局、國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局；二是從制度上制定了一整套安全生產(chǎn)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)等文件，如《鍋爐壓力容器壓力管道特種設(shè)備事故處理規(guī)定》、《危險化學(xué)品的安全管理條例》、《國務(wù)院關(guān)于特大安全事故行政責(zé)任追究的規(guī)定》和《中華人民共和國職業(yè)病防治法》等；三是從1991年起，每年在全國范圍內(nèi)開展“安全生產(chǎn)周”活動，即組織開展安全生產(chǎn)大檢查活動，在各地、各行業(yè)、各單位進行自查的同時，國務(wù)院責(zé)成有關(guān)部委組織若干個檢查組，對省級政府、國務(wù)院有關(guān)部門和中央大型企業(yè)進行檢查，消除化工、石化生產(chǎn)中的安全隱患和漏洞，落實整改措施；四是結(jié)合安全生產(chǎn)萬里行活動，組織新聞單位進行明察暗訪，對發(fā)現(xiàn)的問題及時揭露和曝光，各單位針對查找出來的突出問題，指定專人負責(zé)，采取有效措施，及時消除事故隱患，檢查與整改相結(jié)合，對檢查出來的問題，按照《國務(wù)院關(guān)于特大安全事故行政責(zé)任追究的規(guī)定》厲行責(zé)任追究；五是為提高全民族的安全意識，強化對安全生產(chǎn)重要意義的認識，組織各種宣傳咨詢活動，大力宣傳黨和國家安全生產(chǎn)的方針、法律、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)，使企業(yè)的各級領(lǐng)導(dǎo)、管理干部、工程技術(shù)人員和操作工人牢固樹立“安全第一，預(yù)防為主”、“責(zé)任重于泰山”、“安全生產(chǎn)是企業(yè)各方效益的根本保證”的思想，對安全生產(chǎn)形勢的嚴(yán)峻性保持清醒的頭腦，深刻認識到安全生產(chǎn)工作任重道遠，安全運行是化工、石化生產(chǎn)的前提和關(guān)鍵，沒有安全作保障，生產(chǎn)就不能順利進行；此外，要認真分析國內(nèi)外典型事故案例，吸取教訓(xùn)，學(xué)習(xí)國內(nèi)外先進的安全生產(chǎn)技術(shù)、管理觀念、方式和方法，認真研究探討化工、石化生產(chǎn)中可能會發(fā)生的事故和預(yù)防措施，盡可能杜絕事故的發(fā)生和使事故造成的損失減少到最小程度。第二節(jié)化工、石化機械設(shè)備的材料選擇在安全運行中的重要作用（1）合理選擇材料的重要性材料的正確選擇是設(shè)備與機器連續(xù)安全運行的保證。因選材不當(dāng)、材料本身存在缺陷或?qū)Σ牧喜贿m當(dāng)處理而引起的事故頗多。壓力容器如選材不當(dāng)，即使容器具有足夠壁厚，在正常使用條件下也可能因材質(zhì)韌性降低而發(fā)生爆裂、斷開或因工作介質(zhì)對材料腐蝕而導(dǎo)致腐蝕破裂，甚至發(fā)生火災(zāi)和爆炸事故；如果機器的零部件選材不當(dāng)，或材料本身有缺陷等，將會使運動部件出現(xiàn)裂紋、斷裂或脫落飛出而擊傷構(gòu)件，甚至發(fā)生燃燒爆炸事故；管道，特別是高溫、低溫或腐蝕環(huán)境中使用的管道，如果材料本身有缺陷或選材不當(dāng)，將會引起疲勞裂紋、金屬材質(zhì)脆化等事故。例如，1991年4月26日凌晨，山東省某化肥廠合成塔與廢熱鍋爐連接管（φ127×24）突然爆裂斷開，大量高壓合成氣噴出起火，燒死7名職工。經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，該連接管按規(guī)定應(yīng)采用材質(zhì)為1Crl8Ni9Ti的無縫鋼管，但實際用15CrMo材質(zhì)代替，并用20號鋼彎頭與15CrMo鋼管道焊接。而發(fā)生爆裂的部位正是20號鋼彎頭處，斷口呈脆性斷裂。由于合成塔出口溫度由210℃提高到280℃，使碳鋼彎頭內(nèi)壁遭到嚴(yán)重氫蝕，內(nèi)壁脫碳深達8mm，使其機械強度和沖擊韌性大大下降，致使彎頭在運行中爆裂。1991年9月25日，遼寧省某化肥廠低壓泵房熱水循環(huán)泵的泵體爆裂，大量過熱水噴出并汽化，燙死傷5人，經(jīng)濟損失達50>.8萬元。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)泵體材料為硬度與強度是所有牌號灰口鑄鐵中最低的灰口鑄鐵。雖然該泵的運行工況和泵體材料均符合產(chǎn)品說明書的要求，但事故發(fā)生說明采用此種材料做泵體是不合適的。1989年12月5日，黑龍江省某化肥廠冷凝塔爆炸，造成3人死傷和一些設(shè)施破壞。事后調(diào)查發(fā)現(xiàn)設(shè)備運行工況正常，經(jīng)檢查分析，發(fā)生事故的原因是未按設(shè)計要求對設(shè)備進行防腐處理，致使冷凝塔壁嚴(yán)重腐蝕減薄而受不了正常操作壓力，造成使用不到三年的設(shè)備因腐蝕嚴(yán)重而發(fā)生物理爆炸。二、選材中應(yīng)注意的問題（1）必須全面考慮機械設(shè)備的使用場合、結(jié)構(gòu)形式、工作特點、介質(zhì)性質(zhì)、材料使用性能、工藝性和經(jīng)濟合理性。（2）材料選用應(yīng)符合原中國石油化工總公司、原化學(xué)工業(yè)部、原機械工業(yè)部頒布的《鋼制石油化工壓力容器設(shè)計規(guī)定》等技術(shù)文件及原機械工業(yè)部頒布的國家級、部級的各項標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)定、規(guī)范和技術(shù)條件。國家尚沒有正式標(biāo)準(zhǔn)的，如離心式壓縮機，其主要零部件材料可參照美、日、荷型離心式壓縮機有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進行選用。（3）選用材料的化學(xué)成分、金相組織、機械性能、物理性能、熱處理和焊接方法應(yīng)符合有關(guān)的材料標(biāo)準(zhǔn)，與之相應(yīng)的材料試驗和鑒定應(yīng)由用戶和制造廠商定。（4）由制造廠提供的其他材料，經(jīng)試驗、技術(shù)鑒定后，確能保證設(shè)計要求的，用戶方可使用。（5）處理、輸送和分離易燃易爆、有毒和強化學(xué)腐蝕介質(zhì)時，其材料的選用應(yīng)尤其填重，應(yīng)嚴(yán)格遵守有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。（6）與化工設(shè)備與機器所用材料相匹配的焊接材料應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)定。（7）技術(shù)革新、設(shè)備改造時使用代材料時，要有嚴(yán)格的審批手續(xù)。（8）嚴(yán)格執(zhí)行進廠設(shè)備、配件、材料的質(zhì)量檢查驗收制度，防止不合格設(shè)備、配件、材料進入石油化工裝置投入生產(chǎn)，消除設(shè)備本身的不安全因素。（9）在設(shè)計、材料分類和加工等各個階段，都有可能發(fā)生材料誤用問題，因此要嚴(yán)格管理制度，嚴(yán)把設(shè)備采購關(guān)，防止低劣產(chǎn)品進廠。第三節(jié)化工、石化機械設(shè)備的分類與典型結(jié)構(gòu)一、設(shè)備分類與典型結(jié)構(gòu)設(shè)備種類繁多，形式多種多樣。按工藝用途不同，可分為塔槽（罐）類、換熱設(shè)備、反應(yīng)器、干燥設(shè)備、分離器、加熱爐和廢熱鍋爐等。而化肥、化工、煉油廠中使用的化工設(shè)備大多數(shù)是壓力容器，對壓力容器進行分類也有許多種方法。按工作壓力不同，可分為低壓、中壓、高壓和超高壓四個等級，具體劃分見表1-1。表1-1壓力容器分級22等級壓力／Mpa（kgf/cm）等級壓力/Mpa（kgf/cm低壓容器0>.098（1）≤p＜1>.57（16）高壓容器9>.8（100）≤p＜98（1000）中壓容器1>.57（16）≤p＜9>.8（100）超高壓容器p≤98（1000）１>.貯槽與塔器貯槽（或貯罐）是指用于貯存各種介質(zhì)，維持穩(wěn)定壓力，起到緩沖、持續(xù)進行生產(chǎn)和運輸物料作用的容器，貯槽的種類很多，按容積大小可分為小型貯罐和大型貯罐。貯罐的結(jié)構(gòu)一般有以下三種。（1）中小型貯罐由圓筒體和兩個封頭焊接而成，通常器內(nèi)為低壓，其結(jié)構(gòu)比較簡單，如圖1-1所示。（2）大型貯罐主要用于貯存不帶壓力、腐蝕性較小的液體和煤氣。其罐頂形式有三種，即錐頂、拱頂和浮頂?shù)?，如圖1-2所示。（3）球形罐其結(jié)構(gòu)如圖1-3所示。它也屬于大型貯罐，在相同容積下表面積最小。在相同壓力下，球形罐比圓筒形罐的壁厚要薄，其殼體應(yīng)力為圓筒形罐殼體應(yīng)力的1/2，但制造加工復(fù)雜，造價較高。它主要用于大型液化氣體貯罐，例如丙烷、丁烷、石油液化氣以液態(tài)貯存時一般采用球形貯罐。不論是哪種形式的貯槽或貯罐，其故障主要發(fā)生在殼體本身，通常為燃燒爆炸、嚴(yán)重腐蝕、侵蝕以及嚴(yán)重泄漏等。在化工、石化生產(chǎn)中，經(jīng)常會遇到物質(zhì)從一相轉(zhuǎn)移到另一相的過程。例如用水吸收氣態(tài)氯化氫制鹽酸時，氯化氫由氣相轉(zhuǎn)移到液相（水）中去，這種過程稱為物質(zhì)的傳遞過程。氣體吸收、液體的蒸餾、固體的干燥、溶劑的萃取都屬于傳質(zhì)過程。為其工藝過程服務(wù)的相應(yīng)設(shè)備，如吸收塔、蒸餾塔、反應(yīng)塔（作為反應(yīng)設(shè)備使用）、萃取塔等都屬于塔設(shè)備。塔設(shè)備通常按照內(nèi)部構(gòu)件的結(jié)構(gòu)特點進行分類，可分為板式塔和填料塔兩大類。（１）板式塔塔體多用多用鋼板焊接而成，若用鑄鐵制造，則塔間用法蘭連接。板式塔內(nèi)件主要有塔盤、降液管、受液盤、除沫器等。按塔盤結(jié)構(gòu)不同又分為泡罩塔、篩板塔等，典型的泡罩塔如圖1-4所示。（２）填料塔填料塔的結(jié)構(gòu)如圖1-5所示。填料塔結(jié)構(gòu)簡單，塔內(nèi)組件較少，機械故障相對減小。但塔內(nèi)污染、腐蝕和泄漏故障仍是必須引起注意的問題。特別是在檢修前未作置換、置換不徹底、置換方法不正確或設(shè)備本身制造缺陷以及檢修中違章動火等，都將會引起爆炸事故。在化工、石化廠中塔爆炸事故時有發(fā)生。2>.換熱器換熱器是用來完成各種傳熱過程的設(shè)備。列管式換熱器是化肥、化工、煉油廠中應(yīng)用最廣、效率較高的一種傳統(tǒng)的傳熱設(shè)備，如圖1-6所示，它還是高溫、高壓和大型換熱器的主要結(jié)構(gòu)形式。換熱器的分類見表1-2。管束、封頭失效，管子脹口泄漏、腐蝕以及因換熱器材料疲勞、零部件破壞而引起的燃燒爆炸事故，會使生產(chǎn)遭到損失，甚至威脅人身安全，因此必須給予足夠的重視。表1-2換熱器的分類熱量傳遞方間壁形狀結(jié)構(gòu)形式管束與殼體結(jié)構(gòu)形適用范圍式式固定管板式管殼溫差≤50℃，殼程承受較低壓力列管式浮頭式高溫高壓場合管殼式Ｕ形管式管內(nèi)外承受高壓填料函式壓差較小場合薄管板式中壓、大直徑（2000mm以下）間壁式套管式逆流操作，傳熱面較小的冷卻器、冷凝器或預(yù)熱器蛇管式用于管內(nèi)流體的冷卻或冷凝板式用于黏性較大的液體間換熱螺旋板式逆流操作，回收低溫?zé)崮芫o湊式板翅式主要用于制氧傘板式通道較小，易堵，要求流體干凈板殼式壓力不能太高直接接觸式允許換熱流體之間直接接觸蓄熱式高溫爐氣中回收熱量3>.反應(yīng)設(shè)備反應(yīng)設(shè)備是進行化學(xué)反應(yīng)過程的設(shè)備。反應(yīng)設(shè)備在化工、石油化工中應(yīng)用極為廣泛。反應(yīng)設(shè)備與工藝過程密切相關(guān)，其結(jié)構(gòu)形式繁多，大型化肥、化工、煉油廠使用較多的有三種，即反應(yīng)鍋、固定床催化反應(yīng)設(shè)備和流化（或沸騰）床催化反應(yīng)設(shè)備，其性能特點、適用范圍如表1-3所示。表1-3各類反應(yīng)設(shè)備性能比較類型特點適用范圍應(yīng)用舉例反應(yīng)鍋適應(yīng)性強，操作彈性大，連續(xù)操作時溫度和染料、制藥、涂料、液相、液－液相、（一級或多濃度容易控制，產(chǎn)品質(zhì)量均一；但轉(zhuǎn)化率高時，制燒堿等反應(yīng)鍋、反液－固相、氣－固相級串聯(lián)）反應(yīng)鍋尺寸較大應(yīng)桶固定床催化返混小，高轉(zhuǎn)化率時催化劑用量少，催化劑化肥工業(yè)的甲烷、反應(yīng)設(shè)備不易磨損；操作時溫度不易控制，流體速度較氣－固（非催化劑氨合成塔，基本有機低，流體與固體接觸面小，合成效率較低，一與催化劑）相合成的甲醛、醋酸合般為10%～12%，催化劑裝卸困難成塔流體與固體接觸面積大，傳熱好，傳質(zhì)傳熱氣－固或氣－液系數(shù)大，催化劑有效系數(shù)大，溫度均勻，易控硫鐵礦的焙燒，活流化床催（非催化劑與催化制，固體顆粒容易加入和取出，流動容易；顆性炭的制造，化肥工化反應(yīng)設(shè)備劑）相，特別是催化粒和器壁易磨損，固定床的高度與直徑比較業(yè)的氨合成塔劑失活很快的反應(yīng)小，返混大，影響轉(zhuǎn)化率，操作條件限制大反應(yīng)釜（或反應(yīng)鍋）的結(jié)構(gòu)如圖1-7所示。反應(yīng)釜、合成塔、流化床中的反應(yīng)介質(zhì)絕大多數(shù)是易燃易爆的氣體或粉末狀固體物料，因檢修中未進行徹底置換、違章動火、物料性能不清楚、開車程序不嚴(yán)格、操作中超壓和泄漏而造成的爆炸事故極多，因泄漏嚴(yán)重、違章進入釜內(nèi)作業(yè)造成的中毒事故也頗多。觸媒中毒、冷管失效也是常見事故之一。４>.干燥設(shè)備干燥是將熱量加于濕物料中并排除揮發(fā)性成分（大多數(shù)情況下是水），從而獲得一定濕含量的固體產(chǎn)品。干燥過程所需的設(shè)備為干燥設(shè)備。干燥技術(shù)是一種古老而通用的單元操作技術(shù)，然而它又是復(fù)雜、人類對其了解最淺的技術(shù)。因此，大多數(shù)干燥設(shè)備設(shè)計仍然依賴于小規(guī)模試驗和實際操作經(jīng)驗，換句話說，干燥器設(shè)計尚屬非標(biāo)設(shè)計。干燥設(shè)備易發(fā)生的故障有黏性物料、易結(jié)塊物料粘壁或堵塞，高溫擊穿損壞元件等。5>.廢熱鍋爐廢熱鍋爐（或稱余熱鍋爐）既是回收熱量生產(chǎn)低中壓蒸汽的動力鍋爐，又是有化工介質(zhì)的工藝設(shè)備。由于它主要完成熱量傳遞，因此，其基本結(jié)構(gòu)是一個具有一定傳熱面積的傳熱設(shè)備。廢熱鍋爐的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，其分類方法見表1-4?；?、化工、煉油廠用的最多的是固定平管板式火管廢熱鍋爐和撓性管板式、碟式管板式、煙道式廢熱鍋爐等。表1-4廢熱鍋爐的分類分類方法類型適用范圍分類方法類型適用范圍爐管內(nèi)流動水管式蒸汽壓力高、蒸發(fā)量大結(jié)構(gòu)形式列管中小型氨廠轉(zhuǎn)化氣、介質(zhì)的大型工廠式乙烯、制氫、硫酸等火管式中小型低壓鍋爐Ｕ形管式高溫高壓爐管的位置臥式中小型廢熱鍋爐刺刀管式立式回收熱負荷大、蒸汽壓壓力較高、管殼之間力較高的大型化工裝置螺旋盤管式熱膨脹差較大、重油裂操作壓力低壓P＜1>.3化氣的廢熱回收Mpa（132kgf/cm）雙套管式急冷高溫裂解氣中壓P=1>.4～3>.9MPa（14～239kgf/cm工藝用途重油汽化高壓P=4～10MPa（40～100乙烯生產(chǎn)裂解急冷2kgf/cm甲烷－氫轉(zhuǎn)化氣汽水循環(huán)系自然循環(huán)式化工廠中的廢熱鍋爐合成氨（前、中、后）統(tǒng)工作特性置式強制循環(huán)式這里只介紹臥式固定平管板式火管廢熱鍋爐。它類似于管殼式換熱器，管板直接焊在殼體上，其結(jié)構(gòu)如圖1-9所示。這種鍋爐除用作中、小型氨廠轉(zhuǎn)化氣的廢熱鍋爐外，也可用于乙烯、制氫、硫酸、焦化等廠的廢熱回收。廢熱鍋爐的爐管爆破（即加熱部件管子的破裂）、爐體損壞、管束失效事故是大量發(fā)生的，包括從國外引進的廢熱鍋爐，也曾多次發(fā)生類似事故，直接影響生產(chǎn)和安全，必須引起足夠的重視。6>.加熱爐加熱爐（或稱工業(yè)爐）是指用燃料燃燒的方式將工藝介質(zhì)加熱到相當(dāng)高溫度的設(shè)備。在化肥、化工、煉油生產(chǎn)中，加熱爐的應(yīng)用也是相當(dāng)廣泛的，其種類也多種多樣。按加熱爐的形狀及熱物料的狀態(tài)不同，可將其分類，見表1-5。加熱爐的結(jié)構(gòu)形式很多，不論是哪種形式，加熱爐的結(jié)構(gòu)一般由四部分組成，即燃燒裝置、燃燒室（或爐膛）、余熱回收室和通風(fēng)裝置。表1-5加熱爐的分類爐型結(jié)構(gòu)形式應(yīng)用爐型結(jié)構(gòu)形式應(yīng)用釜式爐焦油蒸餾釜式爐煤氣發(fā)生爐、水煤氣發(fā)生爐加熱流體型精萘蒸餾釜式爐發(fā)生爐型魯奇加壓煤氣發(fā)生爐移動層爐型油頁巖干餾爐煉油管式加熱爐熔礦爐型鈣、鎂、磷肥高爐管式爐烴類裂解管式爐重油加壓汽化爐烴類蒸汽轉(zhuǎn)化管式爐硫磺焚燒爐可燃氣體的各種管式爐氣流反應(yīng)爐型重油制炭黑爐熔融固體型反射爐型硅酸鈉制造爐天然氣制炭黑爐天然氣部分燃燒制乙炔爐由于種種原因?qū)е录訜釥t爐管泄漏、嚴(yán)重損壞、爆炸、爐嘴環(huán)隙堵塞和整個爐體爆炸是常見的事故。二、機器分類與典型結(jié)構(gòu)化肥、化工、煉油廠使用較廣的有氣體壓縮機（包括風(fēng)機）、汽輪機、離心機和泵（簡稱三機一泵）。由于氣體壓縮機、汽輪機和泵都是以流體作為工作介質(zhì)進行能量轉(zhuǎn)換的機械，所以統(tǒng)稱為流體機械。１>.壓縮機壓縮機是一種用于壓縮氣體、提高氣體壓力和輸送氣體的機械。按照壓縮氣體的原理、能量轉(zhuǎn)換方式的不同，壓縮機可分為容積式和速度式（或稱透平式）兩種基本類型。容積式壓縮機是依靠氣缸工作容積的周期性變化來壓縮氣體，以提高氣體壓力的機械。按照活塞在氣缸中運動方式的不同，可分為往復(fù)活塞式（簡稱往復(fù)式或活塞式）壓縮機和回轉(zhuǎn)式壓縮機。透平式壓縮機的工作原理與容積式截然不同，它是一種葉片旋轉(zhuǎn)式機械。它依靠高速回轉(zhuǎn)的葉輪，使氣體在離心力作用下以很高的速度甩出，從而獲得速度能和壓力能，然后通過擴壓元件將速度能轉(zhuǎn)化為壓力能。透平式壓縮機按照流體方向的不同，又有離心式、軸流式和混流式三種結(jié)構(gòu)形式。按排氣壓力大小，壓縮機又可分為通風(fēng)機、鼓風(fēng)機和壓縮機。壓縮機的分類見表1-6。表1-6壓縮機的分類風(fēng)機壓縮機類別通風(fēng)機鼓風(fēng)機2＞0>.294MPa（3kgf/cm）29>.8～14>.7kPa（0>.1～＜0>.294MPa（3kgf/cm）20>.15kgf/cm）往復(fù)式活塞式壓縮機容滑片式壓縮機積回轉(zhuǎn)式羅茨鼓風(fēng)機螺桿式壓縮機式液環(huán)式壓縮機多葉片通風(fēng)機離心式鼓風(fēng)機離心式壓縮機速度（透平）式透平式通風(fēng)機軸流式鼓風(fēng)機軸流式壓縮機軸流式通風(fēng)機活塞式壓縮機是容積式壓縮機的典型代表，其結(jié)構(gòu)及特點見表1-7。（１）活塞式壓縮機活塞式壓縮機包括主機和輔機兩部分。主機部分如圖1-10所示。曲軸、連桿、連桿螺栓、活塞桿斷裂是活塞式壓縮機常見的事故。氣缸和活塞是實現(xiàn)氣體壓縮的主要零部件，而氣缸發(fā)熱、導(dǎo)常振動、開裂和活塞斷裂事故，在活塞式壓縮機工作中是屢見不鮮的?；钊h(huán)、氣閥閥片與彈簧和填料是易損件，而它們的壽命長短與可靠性將直接影響壓縮機運行的穩(wěn)定性運行周期。輔機部分包括濾清器、緩沖器、氣液分離器、中間冷卻器、注油器、油泵和管路系統(tǒng)。其中緩沖器、中間冷卻器、氣液分離器的燃燒爆炸事故多為常見。（２）螺桿壓縮機螺桿壓縮機按螺桿的數(shù)目不同，可分為單螺桿和雙螺桿壓縮機。按運行的方式不同，可分為噴油（濕式）和無油（干式）螺桿壓縮機。雙螺桿壓縮機的結(jié)構(gòu)如圖1-11所示。它主要由一對轉(zhuǎn)子、機體（或稱氣缸）、軸承、同步齒輪及軸封等零部件組成。因螺桿壓縮機無磨損件，可實現(xiàn)無油潤滑，故適用于中、低壓及中、小排量3（＜10m/min）動力用空氣壓縮、工業(yè)氣體壓縮、制冷工業(yè)或允許氣體帶有液體以及粉塵微粒的使用場合。抱軸、燒瓦、軸承損壞是螺桿壓縮機覺見的事故。（３）液環(huán)式壓縮機液環(huán)式壓縮機和液環(huán)式真空泵統(tǒng)稱為液環(huán)泵，它既可作真空泵使用，也可單獨作壓縮機用，在少數(shù)情況下，也可輸送液體。液環(huán)泵是回轉(zhuǎn)式容積泵的一種，因其通過旋轉(zhuǎn)的液體來傳遞能量，故叫液環(huán)泵，如果工作介質(zhì)是水則稱水環(huán)泵。根據(jù)工作性能要求，液環(huán)泵有多種結(jié)構(gòu)形式。常用的有單級作用液環(huán)泵、單級雙作用液環(huán)泵。YLJ型液環(huán)式氯氣泵是我國目前生產(chǎn)較多的一種液環(huán)泵產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)和工作原理如圖1-12所示。它主要由泵體（包括錐形分配套、大蓋、橢圓形殼體）、工作輪、軸承支座和密封裝置構(gòu)成。泵體、軸承發(fā)熱、振動和嚴(yán)重泄漏是液環(huán)式壓縮機常見的事故。（４）離心式壓縮機大型化肥、化工、煉油生產(chǎn)用離心式壓縮機一般分為幾段進行壓縮，段與段之間設(shè)置冷卻器。每一個段一般又由一個或幾個壓縮級組成。而每一個級是離心式壓縮機升壓的基本單元，它主要由一個葉輪及與其相配合的固定元件構(gòu)成。葉輪是離心式壓縮機中惟一做功部件，大部分壓力（約65%～70%）是在葉輪中形成的，所以單級壓縮所能產(chǎn)生的壓力是有限的，對于較高壓力，要靠采用多級壓縮的方法得到。由于氣體在壓縮機中流動方向與主軸線垂直，故稱離心式壓縮機，它和軸流式（氣體在壓縮機中流動方向與主軸線平行）壓縮機統(tǒng)稱為透平式壓縮機。離心式壓縮機按其結(jié)構(gòu)特點分為水平剖分型和垂直剖分型兩種。圖1-13為水平剖分型離心式壓縮機。用于不同介質(zhì)的離心式壓縮機見表1-8。離心式壓縮機的轉(zhuǎn)速很高，一般是每分鐘幾千或上萬轉(zhuǎn)，對動平衡要求極高。由于種種原因，轉(zhuǎn)子不平衡就會引起葉輪飛裂、葉片斷裂、轉(zhuǎn)子損壞、軸承與軸瓦燒壞以及異常振動。表1-8離心式壓縮機的應(yīng)用排氣壓力產(chǎn)品介質(zhì)裝置容量2/MPa（kgf/cm）丙烯腈空氣700～900噸／年0>.17><96（２）丙烯1>.862（19）氨合成氣20>.58（210）氫氣800～1500噸／日3>.43（35）氨1>.47（15）乙烯裂解氣體3>.626（37）丙烯300000～500000噸／年1>.666（17）乙烯1>.862（19）甲醇合成氣體1000～2000噸／日4>.9（50）循環(huán)氣體4>.9（50）尿素二氧化碳1000～1500噸／日14>.7（150）天然氣液丙烷1000000噸／年1>.862（19）化混合制冷劑4>.214（43）石油精制重油間接脫硫1>.4～6萬桶／日6>.86（70）催化重整3>.5～5萬桶／日2>.548（26）重油直接脫硫2>.7～7萬桶／日10>.78（110）催化裂化約6萬桶／日1>.568（16）（５）軸流式壓縮機軸流式壓縮機是利用外界提供的機械能連續(xù)不斷地使氣體壓縮并輸送出去的機械。它首先是使氣體分子獲得很高的速度，然后讓氣體停滯下來，將動能轉(zhuǎn)化為壓力能，即將速度轉(zhuǎn)化為壓力，因此它是速度式壓縮機主要類型之一。它與離心式壓縮機最大的區(qū)別是氣體流動的方向不同，不像離心式壓縮機那樣從軸向到徑向的急轉(zhuǎn)變，而是氣體從軸向進入高速旋轉(zhuǎn)的葉片，然后被葉片推到導(dǎo)葉中擴壓，最后沿軸向排出。因此，軸流式壓縮機的最高效率可達到90%。依據(jù)它的工作原理，單級壓力比不可能像離心式機械那么高，故一般都采用多級形式。對于總壓力比較大的軸流式壓縮機而言，有不少是十級以上的。多級軸流式壓縮機如圖1-14所示。軸流式壓縮機的轉(zhuǎn)速很高，一般大于4000r/min，宜采用高轉(zhuǎn)速的驅(qū)動機直接驅(qū)動壓縮機，避免使用高速、大負荷的齒輪箱傳動。軸流式壓縮機運行中出現(xiàn)的故障有旋轉(zhuǎn)失速，即在小流量區(qū)運行時，氣流流入葉柵時正沖角增大，使葉片背面氣流產(chǎn)生脫離，從而相繼影響相鄰的葉片，使脫流現(xiàn)象逐漸向葉片背弧方向傳播，形成旋轉(zhuǎn)失速，導(dǎo)致葉片在交變應(yīng)力下發(fā)生疲勞破壞。其次是喘振，即旋轉(zhuǎn)失速進一步發(fā)展，使葉片背弧氣流嚴(yán)重脫離，氣流通道堵塞，機組發(fā)生喘振。發(fā)生喘振時，機組產(chǎn)生劇烈振動，如不及時采取有效措施可導(dǎo)致某些零件損壞。２>.風(fēng)機風(fēng)機是輸送氣體，將原動機的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的動能和壓力能的機械。按照輸送氣體的壓力不同，風(fēng)機可分為通風(fēng)機（9>.8～14>.7kPa）和鼓風(fēng)機（＜0>.294Mpa）兩種類型。按照介質(zhì)在風(fēng)機內(nèi)部流動的方向不同，風(fēng)機可分為離心式風(fēng)機、軸流式風(fēng)機和混流式風(fēng)機。按照工作原理不同，風(fēng)機可分為回轉(zhuǎn)式（羅茨鼓風(fēng)機）、速度式（離心式、軸流式、混流式風(fēng)機）和其他類型風(fēng)機，如再生式鼓風(fēng)機（或稱旋渦風(fēng)機）。（１）離心式風(fēng)機離心式風(fēng)機主要由葉片、葉輪前后盤、機殼、截流板、支架和吸入口等部件構(gòu)成，如圖1-15所示。機殼內(nèi)的葉輪固裝在原動機拖動的轉(zhuǎn)軸上，葉片與葉輪前后盤連接成一體。當(dāng)葉輪隨原動機拖動轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，葉片間的氣體也隨葉輪一起旋轉(zhuǎn)而獲得離心力，并使氣體從葉片之間的開口處甩出，被甩出的氣體擠入機殼，于是機殼內(nèi)的氣體壓強增高，最后被導(dǎo)向出口排出。氣體被甩出后，葉輪中心部位的壓強降低，從而外界氣體就能從風(fēng)機吸入口通過葉輪前盤中央的孔口吸入，源源不斷地輸送氣體。離心式風(fēng)機常見故障是煤氣倒流入風(fēng)機內(nèi)引起爆炸；葉輪、軸承、軸瓦燒壞；壓力偏高或偏低；風(fēng)機不規(guī)則振動和風(fēng)機與電機一起振動等。（3）羅茨鼓風(fēng)機羅茨鼓風(fēng)機是最早制造的兩轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)式壓縮機之一，其結(jié)構(gòu)如圖1-19所示。它由一截面呈“8”字形、外形近似橢圓形的氣缸和缸內(nèi)配置的一對相同截面（也呈“8”字形）彼此嚙合的葉輪（又稱轉(zhuǎn)子）組成。在轉(zhuǎn)子之間以及轉(zhuǎn)子與氣缸之間都留有0>．15—0>．35mm的微小的嚙合間隙，以避免相互接觸。兩個轉(zhuǎn)子的軸由原動機軸通過齒輪驅(qū)動，且相互以相反的方向旋轉(zhuǎn)。氣缸的兩側(cè)面分別設(shè)置與吸、排氣管道相連通的吸、排氣口。羅茨鼓風(fēng)機在運行中常見的故障有因抽負壓，空氣進入系統(tǒng)，形成爆炸性混合氣體而發(fā)生爆炸；鼓風(fēng)機內(nèi)帶水，轉(zhuǎn)子損壞，盤車盤不動，機殼發(fā)燙、振動、噪聲大；電機電流超高或跳閘；出口壓力波動大和泄漏中毒等。３>.泵泵是把原動機的機械能轉(zhuǎn)變成被抽送液體的壓力能和動能的機械。泵的種類極多，分類方法也多種多樣。按泵的作用原理不同可分為三種類型：動力式泵、容積式泵、其他類型泵。（1）動力式泵利用高速回轉(zhuǎn)的葉輪將能量連續(xù)地施加給液體，使其提高壓力能和速度能，隨后通過擴壓元件將大部分速度能轉(zhuǎn)化為壓力能，如離心泵、旋渦泵、混流泵和軸流泵等。由于它們都具有葉片，又稱葉片泵。（２）容積式泵利用泵的工作容積周期性變化，將能量施加給液體，使其提高壓力能并強行排出，如活塞泵、柱塞泵、齒輪泵、螺桿泵和水環(huán)泵等。（３）其他類型泵利用液體的能量（定能、動能等）來輸送液體，如射流泵?；省⒒?、煉油廠中大量使用的是離心泵、容積式泵。離心泵的結(jié)構(gòu)如圖1-20所示。它主要由包括葉輪與軸在內(nèi)的運轉(zhuǎn)部件（即轉(zhuǎn)子）和由殼體、填料函和軸承等組成的靜止部件兩大部分構(gòu)成。在泵體內(nèi)的葉輪人口處有吸液室，葉輪出口有壓液室。為保證離心泵的正常運行，還需具有必要的附屬設(shè)備，如進水過濾器、底座、閘閥、排出閥、壓力表和真空表等。葉輪是傳遞原動機能量對液體做功的惟一部件。由于葉輪旋轉(zhuǎn)時將能量施加給液體，所以在離心泵中形成了高、低壓區(qū)。為了減小液體由高壓區(qū)流人低壓區(qū)，在泵體和葉輪互相摩擦的地方裝有密封環(huán)；由于泵軸伸出泵體，為減少有壓力的液體流出泵外和防止空氣進入泵內(nèi)，在旋轉(zhuǎn)的泵軸和固定的泵體之間裝有軸封機構(gòu)；泵在運行中由于作用在轉(zhuǎn)子上的力不對稱，會產(chǎn)生軸向力，此力得不到平衡時，會造成振動和軸承發(fā)熱，因此，泵裝置中還設(shè)有軸向力平衡機構(gòu)。離心泵的結(jié)構(gòu)形式甚多，按泵軸的位置可分臥式和立式兩大類；按葉輪的數(shù)目不同可分為單級泵和多級泵；按葉輪吸人方式不同又有單吸泵和雙吸泵之分；按泵的用途和輸送液體的性質(zhì)，可分為水泵、酸泵、堿泵、油泵、低溫泵、高溫泵、液氨泵和屏蔽泵等。據(jù)國內(nèi)外資料統(tǒng)計，離心泵的產(chǎn)量占泵總產(chǎn)量的75%，由于它具有流量范圍廣（5～320000m／h）、揚程范圍寬（8—2800m）、適應(yīng)性強、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、質(zhì)量輕、操作維修簡單和運轉(zhuǎn)平穩(wěn)等特點，化肥、乙烯及三大合成工業(yè)和石油煉制工業(yè)所需要的各種油泵、耐腐泵、計量泵等都采用離心泵。此泵啟動前必須灌泵，輸送高黏度液體時效率較低，甚至無法工作。泵軸燒壞斷裂，軸承、軸瓦嚴(yán)重磨損，軸封嚴(yán)重泄漏及其他零部件損壞，泵電機燒壞而停產(chǎn)及由此而引起的燃燒爆炸、灼傷事故等是離心泵常見的事故。容積式泵包括往復(fù)泵、柱塞泵（如圖1—21所示）、齒輪泵、隔膜泵和水環(huán)泵等。其中柱塞泵在化肥、化工、煉油廠中應(yīng)用較多。容積式泵由于不論排出壓力高低，其排液量大致都相同，因此，關(guān)閉出口閥時，泵的流量并不減小，反而使壓力劇烈上升，致使驅(qū)動機和不耐壓部件損壞，為此，在靠近泵體處設(shè)置安全泄壓裝置（一般采用安全閥）。4>．離心機離心機是利用離心力來分離液-固相（懸浮液）、液-液相（乳濁液）非均一系混合物的一種典型的化工機器。離心機的結(jié)構(gòu)形式很多，分類的方法也多種多樣。按照分離原理不同，可分為過濾式和沉降式兩類。過濾式是指分離過程是在有孔的轉(zhuǎn)鼓上進行的，如圖1-22所示。過濾式離心機主要用于分離固體含量較多、固體顆粒較大的懸浮液。沉降式是指分離過程是在無孔的轉(zhuǎn)鼓上進行的，如圖1-23所示。沉降式離心機主要用于分離含固體量少、固體顆粒較細的懸浮液。目前在化肥、化工、煉油企業(yè)中使用最多的是刮刀卸料離心機和活塞推料式離心機，用以處理硫銨、碳銨、硫酸銅、尿素、聚氯乙烯、硝酸鹽和焦油副產(chǎn)品等物料。轉(zhuǎn)鼓振動、機身振動和分離易燃易爆液體時發(fā)生的燃燒爆炸事故是離心機常見的事故。5>.汽輪機汽輪機是通過噴嘴或靜葉片的膨脹過程，使壓力蒸氣的熱能轉(zhuǎn)化為動能，從而推動動葉片做機械功的一種原動機。按汽輪機的工作原理不同，可分為沖動式和反動式兩類。沖動式是指蒸汽壓力降出現(xiàn)在噴嘴中，利用噴出蒸汽的沖動力的汽輪機。反動式是指蒸汽壓力降不僅出現(xiàn)在噴嘴中，而且也出現(xiàn)在轉(zhuǎn)子葉片中，利用蒸汽對葉片的反動力的汽輪機。在從國外引進的大型氨廠使用的工業(yè)汽輪機中，美國機組全部是沖動式汽輪機，法國、日本機組為反動式汽輪機。按熱力過程分類，可分為凝汽式、抽汽式和背壓式三種。凝汽式汽輪機是指蒸汽在汽輪機中做功以后，排至冷凝器中并全部冷凝為冷凝水的汽輪機。煉油廠的大型汽輪機大多采用這種形式。抽汽式汽輪機是指在汽輪機工作中，從它的某一中間級或幾個中間級后抽出一定量的蒸汽供其他設(shè)備（如供暖和工藝加熱）用，其余蒸汽在機內(nèi)做功后仍排至冷凝器中冷凝。背壓式汽輪機是指排汽壓力大于一個大氣壓，排汽既提供低壓蒸汽又產(chǎn)生動力用于供暖或工業(yè)加熱等用汽設(shè)備的汽輪機。大型合成氨廠使用的汽輪機中就有不少是背壓式汽輪機，煉油廠的小型汽輪機幾乎全部采用這種形式。按蒸汽的初參數(shù)分類，又可分為低壓、中壓、高壓、超高壓和超臨界壓力汽輪機，其分類方法如表l-10所示。表1-10按初參數(shù)分類表參數(shù)范圍分類2壓力（絕壓）／MPa（kgf／cm）溫度／℃低壓＜1>.<96（20）＜350中壓1>.<96～3>.2（20～40）350～450高壓4>.9～14>.7（50～150）450～560超高壓16>.66（170）550超臨界壓力＞22>.11（225>.65）580～650沖動式汽輪機的結(jié)構(gòu)如圖1-25所示，它主要由軸、葉輪、葉片、噴嘴、汽缸和排汽管組成。沖動式汽輪機的級數(shù)一般較少，動葉片內(nèi)無壓強，軸向推力較小，故適用于大、中、小型汽輪機的使用場合，比如用于驅(qū)動輔助設(shè)備。反動式汽輪機的結(jié)構(gòu)如圖1-26所示。它主要由轉(zhuǎn)鼓、動葉片、靜葉片、汽缸、進汽的環(huán)形室、平衡活塞和蒸汽聯(lián)絡(luò)管等部件構(gòu)成。反動式汽輪機一般為多級。動葉片直接安裝在轉(zhuǎn)鼓上，在兩列動葉片之間有靜葉片（相當(dāng)于沖動式汽輪機的噴嘴）安裝在汽缸內(nèi)壁上。動靜葉片的截面形狀完全相同。汽輪機的做功原理主要是經(jīng)過兩次能量轉(zhuǎn)換過程。一次是熱能轉(zhuǎn)變成為動能，它是在噴管中實現(xiàn)的，噴管做成靜止的零件，并采用各種不同的方法將其固定在汽缸內(nèi)，構(gòu)成汽輪機的靜止部件（簡稱靜子）；二次是汽流對動葉做功，將汽流的動能轉(zhuǎn)換成機械能，它是在動葉柵內(nèi)進行的。動葉柵以不同的方式安裝在轉(zhuǎn)子上，構(gòu)成汽輪機的轉(zhuǎn)動部件（簡稱轉(zhuǎn)子）。轉(zhuǎn)子與靜子是汽輪機的主要組成部件。此外，還有支撐轉(zhuǎn)子的軸承與供油潤滑系統(tǒng)。為了調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速與功率，還配有調(diào)節(jié)系統(tǒng)和防止超速的保安裝置（如危急遮斷裝置、報警裝置），還有其他特殊裝置，如盤車機構(gòu)等。汽輪機轉(zhuǎn)子由主軸、葉輪、葉片等零件構(gòu)成，并通過聯(lián)軸器或減速器與被驅(qū)動機械（如離心式壓縮機、風(fēng)機和泵等）的軸相連。葉輪用來安裝工作葉片，將葉片上所受的力矩傳遞到軸上，拖動被驅(qū)動機械運行。工業(yè)汽輪機轉(zhuǎn)速一般很高（n=12000～20000r/ain），在高轉(zhuǎn)速下，除動葉片外，葉輪在汽輪機中是承受負荷最大的零件，而葉輪飛裂、葉片折斷是汽輪機多發(fā)事故。動葉片是汽輪機惟一做功零件，它又是汽輪機中最薄弱的環(huán)節(jié)。動葉片通常與圍帶或拉筋連接在一起。圍帶是防止流經(jīng)葉片的汽流由于離心力的作用而飛離葉片的通道。拉筋是為了減少離心力對長葉片的影響。長葉片一般不采用圍帶而用比較細的拉筋來增加葉片的剛性，從而改善抗彎性能。在生產(chǎn)中，葉片斷裂、圍帶破裂經(jīng)常發(fā)生，甚至法國進口的蒸汽透平高壓汽缸也多次發(fā)生葉輪葉片折斷、圍帶破裂和鉚釘折斷等事故。第四節(jié)化工、石化安全生產(chǎn)的現(xiàn)狀分析我國的化工、石油化工發(fā)展很快。到目前為止，我國已有約1800多家大中小型氮肥企業(yè)，3000多家化工廠和100多家大中型石油化工基地，幾乎遍及全國。特別是近30年來，我國從國外引進了一大批成套生產(chǎn)裝置，如13套30萬噸／年合成氨、6套30萬噸／年乙烯和6套大型石油化纖生產(chǎn)裝置，現(xiàn)已投產(chǎn)。隨著老廠改造、擴建，新廠的建成投產(chǎn)，以及引進大型生產(chǎn)裝置的開工，結(jié)合行業(yè)生產(chǎn)的特點，安全生產(chǎn)和環(huán)境保護已是擺在我們面前的重要課題。國家有關(guān)部門特別注意了機械設(shè)設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計、科學(xué)管理及設(shè)備改造與更新，并制定了一系列有關(guān)設(shè)計、制造、檢查的法律、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)，還在機構(gòu)改革、強化管理、提高職工安全文化素質(zhì)等方面采取了一系列措施，使安全生產(chǎn)工作在一定時期內(nèi)出現(xiàn)根本性扭轉(zhuǎn)，取得了很大成績。盡管如此，由于行業(yè)本身生產(chǎn)的特殊性，加之裝備技術(shù)相對落后、企業(yè)管理尚存在差距、職工安全意識和法制觀念還沒有牢固建立等，重大事故屢屢發(fā)生，有的甚至是災(zāi)難性的，而且安全生產(chǎn)不穩(wěn)定，有時設(shè)備事故有所減少，有時又有所回升。據(jù)1979—1988年全國28個省市化肥、化工、煉油行業(yè)生產(chǎn)的不完全統(tǒng)計，共發(fā)生重大設(shè)備事故552起，占全部重大事故的51>.7%，造成的直接經(jīng)濟損失達4048>.7萬元；據(jù)1990～1999年全國29個省、自治區(qū)、直轄市化工系統(tǒng)縣以上全民企業(yè)的不完全統(tǒng)計，發(fā)生重大傷亡事故3680起；據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計，1949～1984年，全國石油化工企業(yè)發(fā)生各類事故約5899起，其中因設(shè)備原因發(fā)生的事故占很大比例。從傷亡人數(shù)來說，也是十分驚人的。以小氮肥和煉油生產(chǎn)為例，截止到1989年，小氮肥生產(chǎn)傷亡人數(shù)達3386人，其中死亡1332人；在1983～1987年的5年間，煉油行業(yè)所發(fā)生的647起事故中，死亡人數(shù)達117人。近10年來，全國化工系統(tǒng)縣以上全民企業(yè)死亡人數(shù)2044人，其中因物體打擊、燙傷、物理爆炸、化學(xué)爆炸、中毒窒息死亡人數(shù)為1032人。從1979—1999年全國29個省市自治區(qū)化工系統(tǒng)生產(chǎn)事故統(tǒng)計看，化工設(shè)備中的塔、槽、釜燃燒泄漏爆炸事故為181起，換熱器燃燒爆炸事故40起，煤氣發(fā)生爐爆炸67起，廢熱鍋爐爆炸事故20起，管道破裂事故58起，化工機器中的氣體壓縮機事故237起，鼓風(fēng)機事故41起，石油化工用泵事故50起，離心機事故10起。以上統(tǒng)計均為重大事故。所謂重大事故是指1979～1986年直接經(jīng)濟損失4000元以上者；1987～1999年直接經(jīng)濟損失10000元以上者：通過大量的化工設(shè)備與機器事故統(tǒng)計分析，可看出以下幾個特點。一、爆炸事故屢見不鮮燃燒爆炸是行業(yè)生產(chǎn)多發(fā)事故之一。據(jù)1979—1988年全國28個省市化肥、化工、煉油行業(yè)生產(chǎn)的不完全統(tǒng)計，共發(fā)生化工設(shè)備與機器燃燒爆炸事故252起，占全部設(shè)備重大事故的45>.7%；1983～1987年全國煉油生產(chǎn)發(fā)生的爆炸事故約占事故總數(shù)的40%以上；據(jù)統(tǒng)計，1998年全國發(fā)生鍋爐、壓力容器、氣瓶、壓力管道爆炸事故140起，受傷520人，其中130人死亡，直接經(jīng)濟損失3021>.55萬元；1990～1999年全國29個省、自治區(qū)、直轄市化工系統(tǒng)縣以上全民企業(yè)發(fā)生物理、化學(xué)爆炸事故387起，死亡519人。此類事故年年不斷。其原因主要是由于行業(yè)生產(chǎn)特點決定的，加之違章指揮，違章作業(yè)，違反操作規(guī)程；設(shè)備、工具、附件有缺陷；管理上有漏洞，如規(guī)章制度不健全、勞動組織不合理；不懂操作技術(shù)知識，操作人員安全文化素質(zhì)不高，從而導(dǎo)致燃燒爆炸事故屢屢發(fā)生。二、泄漏事故普遍發(fā)生泄漏中毒灼傷事故是石油化工生產(chǎn)普遍發(fā)生的事故，是小氮肥行業(yè)發(fā)生最頻繁的事故之一，是導(dǎo)致職業(yè)病發(fā)病的主要渠道之一。據(jù)1990～1999年全國29個省、自治區(qū)、直轄市化工廳（局）統(tǒng)計，化工系統(tǒng)縣以上全民企業(yè)因化工裝置泄漏而引起的中毒、窒息事故253起，其中死亡309人，占全部死亡人數(shù)的14>.98%；重傷40人，占全部重傷人數(shù)的1>.77%。近30年來，小氮肥企業(yè)因設(shè)備、管道泄漏中毒窒息死亡人數(shù)171人。據(jù)美國環(huán)保局（EPA）對1988～1992年間大約800種有害化學(xué)物質(zhì)發(fā)生的34600起泄漏事故（石油、汽油及其制品發(fā)生的37500起事故除外）的分析，發(fā)現(xiàn)其中約6%的事故造成人員傷亡，大約2／3發(fā)生的事故主要是由15種化學(xué)物質(zhì)泄漏引起。發(fā)生次數(shù)最高的是多氯聯(lián)苯3586起，34人受傷；其后，發(fā)生事故的次數(shù)和受傷人數(shù)依次為：氨3333起、傷389人，硫酸2387起、傷130人，氯氣2099起、傷409人，鹽酸1504起、傷143人；再后發(fā)生泄漏事故的5種化學(xué)產(chǎn)品依次是乙二酸、二氧化硫、放射性物質(zhì)、苯及硫化氫。據(jù)1999年三季度我國有關(guān)部門統(tǒng)計，因化工裝置泄漏引起中毒的化學(xué)物質(zhì)有硫化氫、煤氣、氯氣、氨、氬氣、氯乙烯單體、光氣、苯、氰化鈉、氫氟酸、硝酸、硫酸、濃鹽酸、液氯、硫酸二甲酯、甲醇、氯乙烯、四氯化硅、氰化鉀汞、氮氧化物、二氧化硫等27種有毒化學(xué)品。導(dǎo)致多發(fā)、惡性中毒事故的物質(zhì)主要為硫化氫，硫化氫中毒占總中毒次數(shù)的1／5，造成死亡人數(shù)占總死亡人數(shù)的57>.6%。由于有毒物質(zhì)大多是原料和中間產(chǎn)物，在生產(chǎn)過程中以氣體或液體狀態(tài)存在，在發(fā)生泄漏事故的情況下，有害物質(zhì)迅速外泄并污染作業(yè)環(huán)境，如防護不當(dāng)或處理救助不及時，很容易發(fā)生急性中毒、慢性中毒、職業(yè)性皮炎和化學(xué)灼傷等。分析泄漏中毒事故的原因，主要是設(shè)備密封不嚴(yán)、嚴(yán)重腐蝕穿孔、超壓引起設(shè)備與管道突然斷裂、檢修時未加設(shè)擋板、有毒氣體倒流負壓系統(tǒng)、閥門泄漏、操作失誤、管理混亂和規(guī)章制度不落實等。在小氮肥作業(yè)脫硫工段發(fā)生泄漏中毒的21起事故中，違反操作規(guī)程9起，操作失誤1起，設(shè)備缺陷4起，缺乏安全知識3起，違反勞動紀(jì)律2起，安全措施不當(dāng)2起。從泄漏中毒事故案例分析來看，一是由于人們對有害作業(yè)造成的危害缺乏充分的認識和重視，一些有害作業(yè)場所無通風(fēng)設(shè)備或通風(fēng)設(shè)備運轉(zhuǎn)不正常，造成作業(yè)場所有毒物質(zhì)超過正常標(biāo)準(zhǔn)；二是沒有基本的防護意識，檢修時受害人幾乎無一配帶個人防護用品，在未采用任何防護措施的情況下作業(yè)、操作；三是現(xiàn)場救援組織和初步急救能力不足，更加重了事故的嚴(yán)重性。三、相同事故接連不斷不論是化工設(shè)備還是化工機器，相同事故重復(fù)發(fā)生，有的在一臺設(shè)備上連續(xù)發(fā)生多次。以下是幾類常見事故。（1）煤氣發(fā)生爐水夾套超壓爆炸因水夾套蒸汽出口閥未打開或開得過小或閥芯脫落而引起煤氣發(fā)生爐水夾套超壓爆炸事故，特別是小氮肥企業(yè)尤為嚴(yán)重。（2）未置換或置換不合格引起設(shè)備爆炸在化工設(shè)備與機器停車檢修前，未作置換、清洗或置換不徹底，動火時發(fā)生爆炸。（3）不與生產(chǎn)系統(tǒng)隔絕，動火引起設(shè)備爆炸檢修前后，未按規(guī)定抽堵盲板，或盲板質(zhì)量不合格，或隨意用鋁板、石棉板、閥門等代替盲板，未能有效地與生產(chǎn)系統(tǒng)隔絕引起爆炸，檢修后未及時除掉盲板而造成運行中超壓爆炸。（4）違章動火引起設(shè)備爆炸動火前未作動火分析，動火手續(xù)不齊備、不辦理動火證違章動火切割、補焊引起設(shè)備爆炸居多，如氣柜、鍋爐、塔設(shè)備、管道等，尤其是氮肥企業(yè)的碳化塔螺栓切割。（5）上班睡覺、離崗，致使鍋爐燒干因上班睡覺、離崗或誤操作致使鍋爐、廢熱鍋爐燒干的事故頻繁發(fā)生。據(jù)1<967～1979年小氮肥企業(yè)統(tǒng)計，20多年來鍋爐燒干事故共發(fā)生172起，其中因上班睡覺、離崗、誤操作導(dǎo)致的事故占總事故的62>.8%。（6）異徑管錯裝發(fā)生爆炸事故在節(jié)能技術(shù)改造時，將循環(huán)機出口碳鋼異徑管與氨合成塔中置鍋爐進口相同管徑的不銹鋼異徑管對換錯裝，發(fā)生氨合成塔中置鍋爐進口異徑管爆炸。（7）電流過高跳閘、氯氣倒流至負壓系統(tǒng)氯氣泵電機因電流過高而跳閘，導(dǎo)致泵后氯氣倒回至泵前的負壓系統(tǒng)，該壓力沖破設(shè)備頂部封頭及接管而泄漏到空間。（8）帶液造成液擊事故因操作中帶水、帶液造成壓縮機液擊事故，致使活塞桿頂彎、曲柄位移、軸瓦燒壞或曲軸彎曲斷裂。（9）管線泄漏爆炸進管線爆炸或泄漏引起空間爆炸事故頻頻發(fā)生。（10）活塞桿斷裂因制造缺陷（包括材料化學(xué)成分和鍛件質(zhì)量不符合要求）或活塞桿與十字頭連接螺紋處應(yīng)力集中較大，引起活塞桿斷裂次數(shù)頻繁，1983～1986年近4年間竟發(fā)生32起。（11）曲軸斷裂因壓縮機長期運行，致使曲軸疲勞斷裂多起：1988—1991年的4年間，全國6個化肥廠同一臺機型（H22Ⅲ165／320）相繼發(fā)生此類事故。（12）斷油燒瓦磨軸事故因齒輪油泵發(fā)生故障、潤滑油油質(zhì)低劣、安裝時軸瓦間隙不合適等原因而引起壓縮機運行中發(fā)生斷油燒瓦磨軸事故，重者可使主軸報廢。1983～1986年近4年間共發(fā)生12起此類事故。（13）離心式壓縮機、風(fēng)機、蒸汽透平葉片斷裂因設(shè)計缺陷（指球形葉根）和制造缺陷（指焊縫未焊透、氣孔、咬邊以及葉輪材料中存在非金屬夾雜物，且有機械損傷），使葉輪產(chǎn)生局部應(yīng)力集中，致使引進的大化肥合成氣壓縮機、壓縮機驅(qū)動透平、尿素裝置的離心式壓縮機及煉油裝置的涼水塔軸流風(fēng)機等高速旋轉(zhuǎn)機器的葉輪產(chǎn)生疲勞斷裂。（14）離心式壓縮機機組振動據(jù)1977～1988年我國14套大型氮肥裝置五大機組的轉(zhuǎn)子損壞情況分析來看，近90個轉(zhuǎn)子中有46根是離心式壓縮機轉(zhuǎn)子，而且機組的振動是引起轉(zhuǎn)子損壞的主要原因。四、惡性事故沒能遏制從發(fā)生設(shè)備事故的數(shù)量及事故的嚴(yán)重性來看，總的趨勢有所增加和發(fā)展，重大惡性事故沒能遏制?，F(xiàn)舉例如下。1972年4月15日，山西省某縣化肥廠運輸液氨罐車在途中發(fā)生爆炸，死亡21人，重傷56人，輕傷99人。主要原因是自制壓力容器，未經(jīng)技術(shù)鑒定和質(zhì)量檢驗，又未裝安全閥，導(dǎo)致液氨罐車超壓爆炸。1975年8月20日，浙江省某化肥廠合成車間所用的3M16—117／2型原料氣壓縮機（系壓縮焦?fàn)t氣和高爐氣的兩用設(shè)備），停車前曾用于壓縮焦?fàn)t氣，而再次開車前，既沒有校對安全閥的操作票，又未采取置換處理，在未打開高爐氣進口閥和三段卸載閥的情況下啟動，致使壓縮機憋壓，三段閥門墊片在高壓下斷裂，高壓氣體沖出，摩擦產(chǎn)生靜電起火，引起壓縮機爆炸，3人死亡，6人受傷，直接經(jīng)濟損失達12萬元。1984年1月1日，大連石化公司某石油廠催化車間氣體分餾裝置發(fā)生燃燒爆炸事故，2燃燒面積達5760m，爆炸沖擊波波及距廠10km以外的重型機器廠、紡織廠，使721戶居民房遭到不同程度的損壞，傷亡人數(shù)達85人，其中5人死亡，直接經(jīng)濟損失達252萬元。主要原因是氣分裝置脫丙塔與塔底重沸器之間連接管線的變徑管縮口處的焊接質(zhì)量低劣，加上開、停車及試壓中壓力、流量的變化導(dǎo)致低周疲勞，而產(chǎn)生斷裂，使壓力為1>.7MPa、溫度為54℃的丙烷液體噴出，在空間急劇氣化形成爆炸性混合物所致。1984年10月16日，廣州某氮肥廠2AD95／20型冰機因出口調(diào)節(jié)閥制造質(zhì)量差，斷裂后掉進氣缸，造成中體拉斷、連桿彎曲、活塞桿變形、曲軸箱拉裂并變形及頂蓋擊碎事故，整機報廢，損失嚴(yán)重。1988年4月22日，吉林省遼源市某石油化工廠環(huán)氧化物車間皂化崗位環(huán)氧乙烷精餾塔，在壓料過程中，因未打開出料閥，造成憋壓爆炸事故，當(dāng)場死亡4人，傷3人，直接經(jīng)濟損失20萬元。1989年8月29日，遼寧省本溪市某化工廠聚氯乙烯車間聚合工段，因氯乙烯從設(shè)備人孔和軸封處大量泄漏，引起燃燒爆炸，死亡12人，傷5人。1991年4月26日，山東省某縣化肥廠合成車間，合成塔與廢熱鍋爐連接彎管因材質(zhì)代用錯誤發(fā)生突然爆炸，大量高壓合成氣從斷開處噴出起火，烈火撲向斷口正前方20多米處的廠調(diào)度室，致使室內(nèi)7名職工當(dāng)場燒死。1992年6月27日，內(nèi)蒙古通遼油脂化工廠因癸二酸車間水解釜水解生成的“油酸”對碳鋼器壁的腐蝕及沖刷，使器壁減薄，強度降低，致使水解釜發(fā)生爆炸，造成8人死亡，受傷14人。1994年10月19日，某小化肥廠水煤氣發(fā)生爐發(fā)生爆炸，致使數(shù)噸重的爐體傾塌，700kg重的爐條機碎塊飛至距爐體13m遠處，造成4人死亡、5人重傷，直接經(jīng)濟損失達30萬元。1995年6月4日，上海天原化工廠氯氣外泄，致使800名居民不同程度地吸人氯氣，814人被送往醫(yī)院治療，直接經(jīng)濟損失2000多萬元。1997年5月4日，重慶市長壽化工總廠污水處理車間違章動火，引起爆炸，致使12人死亡，6人燒傷，直接經(jīng)濟損失151>.22萬元。1997年6月27日，北京東方化工廠罐區(qū)由于操作工錯開閥門，引起乙烯罐爆炸起火，油泵房和一些貯罐被炸毀，死亡9人，傷39人，直接經(jīng)濟損失達1>.17億元。五、設(shè)備缺陷比例很大在大量的設(shè)備事故中，因設(shè)計制造缺陷而導(dǎo)致的比例很大。例如自制設(shè)備、擅自修改圖紙改裝設(shè)備，材質(zhì)選擇不符合要求、隨意選用代材，鑄造、焊接質(zhì)量低劣（如鑄件存在砂眼、氣孔，焊縫不開坡口、未焊透、焊縫錯邊等），以及管件、閥門質(zhì)量不佳而留下隱患等。截止到1979年，全國大型壓縮機因設(shè)計不周、制造缺陷而發(fā)生的事故占全部壓縮機事故的61>.8%。據(jù)全國55個中型合成氨廠不完全統(tǒng)計，1982—1986年因設(shè)計不周、制造缺陷而發(fā)生的壓縮機事故占全部事故的48%。尤其嚴(yán)重的是，因設(shè)計、制造缺陷原因而發(fā)生氣缸開裂的次數(shù)為最多，占全部開裂事故的64>.2%。據(jù)1990～1999年全國29個省、自治區(qū)、直轄市化工系統(tǒng)縣以上全民企業(yè)不完全統(tǒng)計，因設(shè)備設(shè)計缺陷發(fā)生事故43起，占全部重大事故的3>.7%，因設(shè)備制造缺陷發(fā)生事故3<96起，占全部重大事故的34>.4%。從法國引進的大型尿素裝置中，二氧化碳壓縮機驅(qū)動透平、合成氣壓縮機蒸汽透平的葉輪多次、多地（南京、安慶、廣州）發(fā)生斷葉事故，經(jīng)分析主要是設(shè)計制造缺陷所致。第二章化工、石化機械設(shè)備事故的機理第一節(jié)設(shè)備事故的機理化工、石化設(shè)備是承受高溫、高壓、低溫、高真空度和處理易燃易爆、有腐蝕、有毒介質(zhì)，完成復(fù)雜工藝過程的工具。設(shè)備一旦發(fā)生事故，其后果相當(dāng)嚴(yán)重，輕者會使設(shè)備損壞、失效，影響裝置的正常運行，重者還會引起著火爆炸、窒息中毒和灼傷等人身傷亡的嚴(yán)重惡果。設(shè)備事故主要包括燃燒爆炸、嚴(yán)重泄漏、腐蝕和管束失效等，其中最危險、破壞性最大的是爆炸事故、嚴(yán)重腐蝕和泄漏中毒。下面重點介紹爆炸事故、腐蝕的機理。爆炸是物質(zhì)從一種狀態(tài)迅速轉(zhuǎn)變成另一種狀態(tài)，并在瞬間釋放出巨大能量，具有很大的破壞力，并同時產(chǎn)生巨大聲響的現(xiàn)象。爆炸可分為物理性爆炸和化學(xué)性爆炸兩大類。一、物理爆炸物理爆炸（或物理性爆炸）是指由于物質(zhì)的物理變化即物質(zhì)的狀態(tài)或壓力發(fā)生突變而引起的爆炸現(xiàn)象。其爆炸前后的物質(zhì)種類與化學(xué)成分均不發(fā)生變化。化工、設(shè)備因物理爆炸而破裂通常有兩種情況，一種是在正常操作壓力下發(fā)生的，一種是在超壓情況下發(fā)生的。而正常工作壓力下發(fā)生的設(shè)備破裂，有的是在高應(yīng)力下破壞的，即由于設(shè)計、制造、腐蝕等原因，使設(shè)備在正常操作壓力下器壁的平均應(yīng)力超過材料的屈服點或強度極限而破壞；有的是在低應(yīng)力下破壞的，即由于低溫、材料缺陷、交變載荷和局部應(yīng)力等原因，使設(shè)備在正常操作壓力下器壁的平均應(yīng)力低于或遠低于材料的屈服點而破壞。正常操作壓力下發(fā)生的破壞常見于脆性破裂、疲勞破裂和應(yīng)力腐蝕破裂。設(shè)備在超壓情況下發(fā)生物理爆炸而破裂，一般是由于沒有按規(guī)定裝設(shè)安全泄放裝置或裝置失靈、液化氣體充裝過量且嚴(yán)重受熱膨脹、操作失誤或違章超負荷運行等原因而引起超壓導(dǎo)致爆炸破裂。這種破壞形式一般屬于韌性破裂。發(fā)生物理爆炸時，雖然有時升壓速度比較快，但總有一段增壓過程。例如設(shè)備試壓（不包括違章用氧、可燃性氣體補壓）、石油液化氣瓶在正常操作壓力和超壓下引起的爆炸均屬于物理爆炸。在設(shè)備發(fā)生物理爆炸破裂后，如何判斷破壞是在正常操作壓力還是在超壓情況下發(fā)生的，一般可從以下兩個方面進行分析。一是從破裂的一般特征進行分析。如果設(shè)備在破壞前沒有超壓跡象和超壓的可能性很小，從破壞的主要特征看基本上是屬于脆性破裂、疲勞破裂和應(yīng)力腐蝕破裂，一般情況下可認為是在正常操作壓力下發(fā)生的。如果有超壓的跡象和可能性，而且屬于韌性破裂，很可能是在超壓情況下發(fā)生的。二是通過破裂壓力驗算和爆炸能量計算來進行分析。如果從破裂特征看，基本上屬于韌性破裂，但經(jīng)破裂壓力的驗算，其結(jié)果與正常操作壓力相差不大，同時計算設(shè)備在正常操作壓力下的爆炸能量又遠遠大于根據(jù)現(xiàn)場破壞情況計算的破壞能量，一般情況下也可判斷為正常操作壓力下的破壞；如果按壁厚驗算的破裂壓力遠遠大于設(shè)備正常操作壓力，而同時按正常操作壓力計算的爆炸能量小于現(xiàn)場破壞的能量，此種情況可判斷為超壓情況下發(fā)生的破壞。二、化學(xué)爆炸化學(xué)爆炸（或化學(xué)性爆炸）又稱化學(xué)反應(yīng)爆炸，它是指在設(shè)備內(nèi)，物質(zhì)發(fā)生極迅速、劇烈的化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生高溫高壓引起的瞬間爆炸現(xiàn)象。發(fā)生化學(xué)爆炸前后，物質(zhì)種類和化學(xué)成分均發(fā)生根本的變化。按化學(xué)爆炸時所發(fā)生化學(xué)變化的不同，一般可分為簡單分解爆炸、復(fù)雜分解爆炸和爆炸性混合物爆炸三類。這三類爆炸除簡單分解的可爆物不一定發(fā)生燃燒反應(yīng)，爆炸時所需熱量是由可爆物本身分解產(chǎn)生的以外，其他類可爆物爆炸時均伴有激烈的燃燒現(xiàn)象。在化工、石化生產(chǎn)中發(fā)生的化學(xué)爆炸事故，絕大部分是爆炸性混合物爆炸。所謂爆炸性混合物爆炸，是指可燃性氣體、蒸氣與空氣混合達到一定的濃度后，遇明火而發(fā)生的異常激烈的燃燒，甚至發(fā)生迅速的爆炸。這種混合物稱爆炸性混合物。爆炸性混合物爆炸必備的條件有以下三個：（1）具有可燃的易爆物質(zhì)，如氮氫混合氣、水煤氣、半水煤氣混合氣體以及氫氣、一氧化碳、乙炔、丙烷、氨、乙醚等與空氣（或氧）的混合物。（2）上述的可燃易爆氣體與空氣（或氧）混合達到一定濃度范圍，如半水煤氣與空氣混合濃度為8>.1%～70>.5%時，便有可能爆炸。（3）有發(fā)火源。該混合物遇到明火或微小發(fā)火能量的激發(fā)，如火焰、焊接時產(chǎn)生的火花、電弧、機械撞擊火花、靜電起火和電器火花等。但需要注意的是，這種爆炸性混合物，在高壓、高溫情況下，在沒有明火或靜電作用時，同樣有可能發(fā)生化學(xué)爆炸，如設(shè)備升壓、卸壓時，由于氣流速度太高，產(chǎn)生高溫引爆或高溫下積炭自燃。通過對爆炸性混合物爆炸必備條件的分析，可知化工、石化生產(chǎn)中發(fā)生爆炸性混合物爆炸的可能性很大。一是處理易燃易爆氣體或蒸氣的設(shè)備到處可見；二是空氣是常見的助燃物質(zhì)，而且大量存在，無孔不入；三是由于設(shè)備運行、安裝、檢修的需要，離不開著火源。因此，在化工、石化工業(yè)生產(chǎn)中，由于密封裝置失效、設(shè)備管道腐蝕或斷裂以及安裝檢修不良、操作失誤等原因，可燃性氣體從石化工藝裝置、設(shè)備、管道內(nèi)泄漏或噴射到廠房或周圍的大氣中，或由于負壓操作、系統(tǒng)串氣、密封不嚴(yán)或失效，空氣竄人到石化裝備內(nèi)，可燃性氣體與空氣（或氧）混合形成爆炸性混合氣體，若遇到明火或高溫就有發(fā)生化學(xué)爆炸的危險。可燃性氣體或蒸氣在空氣中足以使火焰蔓延的濃度有一個從最低到最高的范圍，其中最低濃度稱為該氣體或蒸氣的爆炸下限，而最高濃度稱為該氣體或蒸氣的爆炸上限。上限與下限之間的濃度范圍稱為爆炸極限。顯然，如混合物的濃度在此范圍以外時，一般是不會發(fā)生爆炸的。但若其濃度高于上限時，就要格外小心，一旦補充一點空氣，就有發(fā)生爆炸的危險，因此，安全濃度范圍只能是相對的，幾種常見可燃性氣體的爆炸極限見表2-1。表2-1幾種常見可燃性氣體的爆炸極限爆炸極限／%（體積）爆炸極限／%（體積）爆炸性物質(zhì)名爆炸性物質(zhì)名下限上限下限上限稱稱氫氣4>.075>.0乙炔2>.580>.0一氧化碳12>.574>.2甲烷5>.015>.0硫化氧4>.345>.5汽油1>.06>.0氨15>.527煤氣5>.332>.0水煤氣6>.969>.5甲醇6>.036>.5半水煤氣8>.170>.5苯1>.59>.5發(fā)生化學(xué)爆炸時的主要特征如下：（1）發(fā)生化學(xué)爆炸，一般都在瞬間進行，同時伴有激烈的燃燒反應(yīng)；容器破裂時還會出現(xiàn)火光和閃光現(xiàn)象。（2）爆破后的容器一般多為破裂，裂成許多的碎片，其斷口有脆性破裂的特征。（3）事故后檢查安全閥和壓力表，安全閥有泄壓的跡象，壓力表的指針撞彎或回不到零位。（4）容器爆炸時，一般有二次空間化學(xué)爆炸的跡象，如在容器內(nèi)和室內(nèi)有燃燒痕跡或殘留物，有時還會聽到二次響聲。據(jù)1949～1982年全國化工事故的不完全統(tǒng)計，共發(fā)生設(shè)備與管道爆炸事故295起，其中物理爆炸138起，占46>.7%；化學(xué)爆炸157起，占53>.3%。分析爆炸破壞的主要特征、機理、發(fā)生的主要原因，是探索設(shè)備安全運行常見的分析方法。按金屬材料破裂的現(xiàn)象不同，壓力容器破裂可分為韌性破裂、脆性破裂、疲勞破裂、腐蝕破裂和蠕變破裂等五種形式，其破裂的機理、主要特征及發(fā)生原因如下：1>.韌性破裂韌性破裂是指容器在壓力作用下，器壁上產(chǎn)生的應(yīng)力達到材料的強度極限而發(fā)生斷裂的一種破壞形式。其破裂的機理如下：在制造壓力容器的碳鋼及低合金鋼材料中一般含有脆性夾雜物。容器內(nèi)的壓力使器壁受到拉伸產(chǎn)生塑性變形，材料中的夾雜物處首先破裂或形成微孔，隨著容器內(nèi)壓力的升高，微孔長大、聚集結(jié)果形成裂紋，最后導(dǎo)致韌性斷裂。韌性破裂的主要特征如下：（1）破裂的容器具有明顯變形，即容器的直徑增大和器壁減薄，其最大圓周伸長率常達10%以上，容器體積增大率也往往超過10%，有的甚至達20%。（2）斷口宏觀分析呈暗灰色纖維狀，沒有閃爍的金屬光澤，斷口不齊平。（3）破裂容器一般不產(chǎn)生碎片，只是裂開一個口或偶然發(fā)現(xiàn)有少許碎片。（4）容器發(fā)生韌性破裂時，其實際爆破壓力與計算的爆破壓力相接近。導(dǎo)致韌性破裂的主要原因如下：（1）超壓安全閥失靈，操作失誤（如錯開閥門），檢修前后忘記抽堵盲板，氣體未排出，違章超負荷運行，容器內(nèi)可燃性氣體混入空氣或高溫引起物料分解發(fā)生的化學(xué)燃燒爆炸，液化氣體充裝過量或貯存溫度過高，溫度升高時壓力劇升等，均會引起容器超壓而破裂。（2）器壁厚度不夠或使用中減薄設(shè)計制造不合理或誤用設(shè)備，造成器壁厚度不夠；介質(zhì)的腐蝕沖刷或長期閑置不用又沒有采取有效的防腐措施和妥善保養(yǎng)，導(dǎo)致器壁大面積腐蝕，壁厚嚴(yán)重減薄。2>.脆性破裂脆性破裂是指容器在破裂時沒有明顯塑性變形，器壁平均應(yīng)力遠沒有達到材料的強度極限，有的甚至低于屈服點的一種破壞形式，其破裂現(xiàn)象和脆性材料的破壞很相似。又因它是在較低的應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)生的，故又稱低應(yīng)力破壞或低應(yīng)力脆斷。其破裂的機理如下：發(fā)生低應(yīng)力脆性斷裂的必需條件有三個：一是容器本身存在缺陷或幾何形狀發(fā)生突變，二是存在一定的水平應(yīng)力，三是材料韌性很差。脆性破裂包括開裂和裂紋擴展兩個階段。所謂開裂是指從已經(jīng)存在的缺陷處（韌性較差）開始發(fā)生不穩(wěn)定的裂紋。所謂裂紋擴展，是指開裂后形成的裂紋迅速（接近音速）擴展，以致造成容器在低應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)生脆斷。石化廠用的低溫壓力容器可能發(fā)生的破壞主要是低應(yīng)力脆性斷裂。其破裂的主要特征如下：（1）容器破裂時一般無明顯塑性變形，破裂之前沒有或者只有局部極小的塑性變形。（2）斷口宏觀分析呈金屬晶粒狀并富有光澤，斷口平直。（3）破裂通常瞬間發(fā)生，常有許多碎片飛出。（4）破壞時的名義工作應(yīng)力較低，通常低于或接近于材料的屈服點。（5）破壞一般在較低溫度下發(fā)生，且在此溫度下材料的韌性很差。（6）破裂總是在缺陷處或幾何形狀突變處首先發(fā)生。導(dǎo)致脆性破裂的主要原因如下：（1）低溫很多材料在低溫下工作時，韌性降低，抗沖擊能力下降，易產(chǎn)生脆性破裂。（2）材料存在缺陷通常指夾渣、裂紋（對材料改善韌性的熱處理不當(dāng)會造成裂紋），裂紋處引起高度應(yīng)力集中，在容器水壓試驗和在正常壓力下運行時發(fā)生突然破壞。（3）焊縫有缺陷在設(shè)備制造中，一般焊接區(qū)存在缺陷較多，而且焊接區(qū)的韌性常比母材低，又有殘余應(yīng)力存在，所以裂紋往往沿著焊接區(qū)而擴展。焊縫存在缺陷（通常是指夾渣、未焊透、錯邊和裂紋等），或焊后未作消除應(yīng)力退火處理，或焊接過程中曾中斷預(yù)熱，殘余氫在高殘余拉應(yīng)力區(qū)聚集而產(chǎn)生裂紋擴展等，這些都是導(dǎo)致材料塑性降低而破裂的原因。（4）材料中的磷、硫含量過高及應(yīng)力腐蝕都將會惡化材料的力學(xué)性能，從而引起脆性破裂。3>.疲勞破裂疲勞破裂是指容器在反復(fù)加壓、卸壓過程中，殼體材料長期受到交變載荷作用，由于疲勞而在低應(yīng)力狀態(tài)下突然發(fā)生的破壞形式。其破裂的機理如下：由于構(gòu)件形狀尺寸突變和材料不均勻