应用化工专业毕业论文

【专家解说】：石油化工装置设计与安全 摘　要:针对石油化工装置中存在的危险因素,从工艺设计、装置布置设计、工艺管道设计、设计缺陷防范等多方面 详细介绍保证石油化工装置安全的设计方法和措施,强调了安全设计的重要性。 关键词:石油化工装置;设计;安全 石油化工装置的生产过程复杂,条件苛刻,制约 因素多,装置布置密集,管道纵横交错,加工处理的 原料及产品多属可燃、易爆、有毒介质,还有社会、经 济、管理等原因,装置必然存在潜在的火灾、爆炸和 中毒危险。 说到安全,人们更多想到的是生产领域,更侧重 于生产过程中的防范。实际上,从标本兼治的理念 来看,设计成品的质量对安全生产有着不可忽视的 影响。石油化工装置设计安全是预防火灾爆炸事故 发生,实现安全生产的一项重要工作。 如何保证装置设计安全,首先要严格、正确地执 行相关法规、标准规范,特别是强制性标准。除此而 外,设计人员还应做些什么?下面是自己的一些学 习体会,供关心设计和生产安全的同行参考。 1　装置危险因素 石油化工装置存在的危险因素大致归结如下: 中毒危险、火灾爆炸危险、反应性危险、负压操作、高 温操作、高压操作、低压操作、腐蚀、泄漏、明火源。 2　工艺安全设计 2.1　工艺路线的安全设计 工艺方法安全是装置设计安全的基础。在项目 立项和可行性研究阶段,要充分考虑工艺路线的安 全。 2. 1. 1　尽量选用危险性小的物料 实现产品的原料及辅料不都是唯一的,有选择 余地时,应尽量选用危险性小的物料。 2. 1. 2　尽量降低工艺过程条件的苛刻程度 工艺过程条件的苛刻程度不是不能改变的,如 采用催化剂或选用好的催化剂、改气相进料为液相 进料,都能缓解反应的剧烈程度。 2. 1. 3　尽量使流程简单化 流程越复杂,参数越多,干扰也越大。所以应尽 量使流程简单化,如避开一台设备完成多种功能的 复杂流程,采用多台设备分别完成各自功能的简单 流程。 2. 1. 4　尽量减少危险介质的藏量 危险介质的藏量越大,事故时的损失和影响范 围也越大,所以,应尽量减少危险介质的藏量。 2.2　工艺过程的安全设计 1)原料和产品为易燃易爆介质的生产工艺过 程,工艺设计时必须考虑防火、防爆等安全对策措 施。 2)有危险反应的工艺过程,应设置必要的报 警、自动控制及自动连锁停车的设施。 3)工艺过程设计应提出保证供电、供水、供风 及供汽系统可靠性的措施。 4)生产装置出现紧急情况或发生火灾爆炸事 故需要紧急停车时,应设置必要的自动紧急停车措 施。 5)工艺过程中放空的可燃气体或液体(包括安 全阀排放),应采取必要的安全措施,不得任意排 放。液化烃类设备和管道的放空应进入火炬系统, 并注意若泄放物夹带有液体时,需设分液罐;可燃介 质设备和管道的排净应设密闭收集系统;毒性、腐蚀 性介质排放应进行无害化处理。 6)采用新工艺、新技术进行工艺过程设计时, 必须审查其防火、防爆设计资料,核实其在安全防 火、防爆方面的可靠性,确定所需的防火、防爆设施。 7)引进国外技术自行设计时,工艺过程的防 火、防爆设计,必须满足我国安全防火、防爆法规及 标准的要求;成套引进的项目,其工艺过程的防火、 防爆设计,除必须符合引进合同所规定的条款及确认的标准规范外,应审查国外厂商提供的各种防火、 防爆设计内容,不得低于我国现行防火、防爆规范、 法规及标准的要求。 2.3　工艺流程的安全设计 1)火灾爆炸危险性较大的工艺流程设计,应针 对容易发生火灾爆炸事故的部位和特定时期(如开 车、停车及操作切换等),采取有效的安全措施。 2)工艺流程设计,应考虑正常操作、正常开停 车、异常操作处理及紧急事故处理时的安全措施。 3)工艺安全泄压系统设计,应考虑设备及管道 的设计压力,允许最高工作压力与安全阀、防爆膜的 设定压力的关系,并对火灾时的排放量,停水、停电 及停汽等事故状态下的排放量进行计算及比较,选 用可靠的安全泄压设备,以免发生爆炸。 4)石油化工企业火炬系统的设计,应考虑进入 火炬的物料量、物料性质、物料压力、温度、堵塞、爆 炸等因素的影响。 5)工艺流程设计,应全面考虑操作参数的监测 仪表、自动控制回路,设计应正确可靠,吹扫应考虑 周全,应尽量减少工艺流程中火灾爆炸危险物料的 存量。 6)控制室的设计,应考虑事故状态下不致受到 破坏或倒塌,并能实施紧急停车、减少事故的蔓延和 扩大。 7)工艺操作的计算机控制设计,应考虑分散控 制系统、计算机备用系统及计算机安全系统,确保发 生火灾爆炸事故时能正常操作。 8)对工艺生产装置的供电、供水、供风、供汽等 公用设施的设计,必须满足正常生产和事故状态下 的要求(如仪表的供电应有事故电源,供气应有贮 气罐,容量应能保证停电、停气后维持15min以上的 用量;供水中断时,冷却系统应能维持正常冷却10 分钟以上;燃料也应考虑事故储备量),并符合有关 防火、防爆法规、标准的规定。 9)应尽量消除产生静电和静电积聚的各种因 素,采取静电接地等各种防静电措施。静电接地设 计应遵守有关静电接地设计规程的要求。 10)工艺流程设计中,应设置各种自控检测仪 表、报警信号系统及自动和手动紧急泄压排放安全 连锁设施。非常危险的部位,应设置常规检测系统 和异常检测系统的双重检测体系。 2.4　物料的安全设计 1)对生产过程中所用的易发生火灾爆炸危险 的原材料、中间物料及成品,应列出其火灾危险特 性,如闪点、自燃点、引燃温度、沸点、熔点、爆炸极 限、相对密度、水溶性等,综合分析研究介质的火灾 危险性(分类见GB50160、GBJ16)、工作场所最高允 许浓度(见TJ36)、急性中毒(LC50或LD50)及发病 情况、慢性中毒患病症状及后果、致癌性(毒物危害 程度分级见GB5044)、反应危险性、储运要求等,在 设计时采取有效的控制或预防措施。 2)可燃气体和可燃液体的生产和使用应尽量 在密闭系统中进行,气相空间的可燃气体和可燃蒸 气的浓度应控制在爆炸极限浓度之外。 3　装置布置的安全设计 1)装置的平面布置,除应按工艺流程进行设计 外,还应考虑符合有关防火、防爆规范的要求,并方 便操作、维修和消防作业,有利于人员疏散。 2)装置中处理同类火灾爆炸危险物料的设备 或厂房,应尽量集中布置,便于统筹安排防火防爆设 施。 3)装置内的设备,应尽量布置在露天、敞开或 半敞开式的建筑物、构筑物内,以减少火灾爆炸时造 成的损坏。 4)有爆炸危险的生产部位应布置在单层厂房 内,并应靠近厂房的外墙。若布置在多层厂房内,易 燃易爆的生产部位应布置在最上一层靠外墙处。在 有爆炸危险的厂房内,不应设置办公室、休息室等管 理设施。 5)有火灾爆炸危险的生产厂房,靠近易燃易爆 部位应设置必要的泄压面积,泄压部位不应布置在 邻近人员集中或交通要道处,以减小对邻近生产装 置和建筑物的影响。必要时可设防护挡板或防护空 地。有火灾爆炸危险的生产设备、建筑物、构筑物应 布置在一端,也可设在防爆构筑物内,如爆炸危险性 大的反应器与其他设备之间应设防爆墙隔离;若多 个反应器,其间也应设防爆墙相互隔离。明火设备 的布置应远离可能泄漏易燃液化气、可燃气体、可燃 蒸气的工艺设备及贮罐。 6)装置内露天布置的设备、贮罐、建筑物及构 筑物,宜按生产流程分区集中布置。 7)装置的集中控制室、变配电室、分析化验室 等辅助建筑物,应布置在非防火防爆危险区。 8)装置各类设备、建筑物、构筑物的布置间距, 应满足防火、防爆距离的要求,合理设置消防通道, 不能使消防作业出现死角,重视设备联合平台和框 架安全疏散通道的连接性,最大限度的方便作业人 员操作和检修。 4　工艺管道的安全设计 1)工艺管道必须安全可靠,且便于操作。设计 中所选用的管道、管件及阀门的材料,应保证有足够 的机械强度及使用期限。管道的设计、制造、安装及 试压等技术条件应符合国家现行标准和规范。 2)工艺管道的设计应考虑抗震和管道振动、脆 性破裂、温度应力、失稳、高温蠕变、腐蚀破裂及密封 泄漏等因素,并采取相应的安全措施加以控制。 3)工艺管道上安装的安全阀、防爆膜、泄压设 施、自控检测仪表、报警系统、安全连锁装置及卫生 检测设施,应设计合理且安全可靠。 4)工艺管道的防雷电、暴雨、洪水、冰雹等自然 灾害以及防静电等安全措施,应符合有关法规的要 求。 5)工艺管道的取样、废液排放、废气排放等设 计,必须安全可靠,且应设置有效的安全设施。 6)输送火灾危险性为甲、乙类介质或有毒、腐 蚀性介质的管道,不应穿过与其无关的建筑物、构筑 物。集中敷设于同一管架上的各种介质管道必须留 有规定的间距。多层管架中的热料管道应布置在最 上层,腐蚀性介质管道应布置在最下层;易燃液体及 液化石油气体管道严禁与蒸汽、热料管道相邻布置; 助燃与可燃介质管道之间,宜用不燃物料管道隔开 或保持不低于250mm的间距。 7)根据输送介质的性质、温度、压力等因素正 确选择管材,不可随意选用代材或误用,不得使用存 有缺陷的管材,如输送极度危害介质、高度危害介质 及液化烃的压力管道应采用优质钢制造;输送可燃 介质的管道不得用沸腾钢制造;含碳量大于0. 24% 的材料,不宜用于焊制管子及管件。 8)严格按照工艺条件要求设计。管道的连接 方式要合理,除必要的法兰连接外,应尽量采用焊 接;除另有规定外,活接头不宜用于有毒介质管道; 管道上小口径分支管应采用加强管接头与主管连 接;连接不同压力等级管道的阀门、法兰等管道组成 件,应按苛刻条件选用。 9)无论是单一的危险介质,还是包含足以造成 危害的危险介质的物料,有关的管道、管件、阀门、垫 片等均应根据危险介质的危害程度选用材料和类 型。 10)工艺管道的绝热保温、保冷设计,应符合设 计规范的要求。 11)腐蚀是导致设备、管道破坏引起火灾的重 要原因,应根据输送物料的腐蚀性合理选择耐腐蚀 材料和腐蚀余量。 5　设计缺陷的防范 5.1　增强设计与安全相关联的意识 设计是项目的源头,只有设计安全才能保证项 目本质安全。作为设计人员,首先要有很强的责任 心、使命感,敬业爱岗。“不伤害别人、不伤害自己、 不被别人伤害”,这段话最有力的保障就是自己的 设计成品本质安全。 5.2　做好设计的组织工作 有些设计项目由于要求的工期很紧,或人员配 备、项目组织、时间安排不合理(如前松后紧),致使 加班加点工作都很难保证按要求的工期完成设计, 在这种情况下,赶工期的思想会占上风,导致违反工 作程序,使设计的严谨性受到影响,给设计带来风 险。 5.3　提高设计人员的素质 人是设计的主体,人的素质影响着设计的质量。 一方面设计者要有创造性思维,不能总是习惯于用 已有的方式方法去解决问题,要重视自身知识水平 的提高。另一方面,在设计过程中,要严格执行规 范,设计要详尽。有些问题就是由于设计交代不清 楚,施工单位无所适从简单了事造成的。 5.4　正确使用设计经验 首先,经历多、阅历丰富是好事,但过于依赖它, 经常根据以往的经历感性地或定性地做出选择或判 断,而不作更深层次的研究,就可能一时麻痹,留下 不安全的隐患;另外,缺乏经验,对可能会发生的问 题缺乏预见,考虑不周全,即使存在偏差,一时也无 能力察觉,也可能造成设计缺陷,埋下长期的不安全 隐患。 5.5　提高设计工作的管理水平 建立完善的技术管理程序,配备准确齐全的设 计基础资料及设计标准、规范,各专业人员要紧密配 合,减少边缘错误,校核、审核要严格,将差错降到最 低程度。 5.6　加强信息反馈工作 有了大量的反馈信息,才能不断地做出调整,使 设计更科学合理,更加完善。一方面要对自身设计 的工程项目进行充分的调查了解,另一方面还应更 多地了解已建各类工程项目,取长补短。反馈工作 做扎实了,一些失误就不会重演。(下转第37页) 5.7　采用先进的设计方法和手段 设计方法和手段的不断进步能有效地提高设计 质量。作为设计者,会受生理和心理等因素的影响, 容易出现偏差,技术的进步,极大地补偿了人的缺 陷。当前,计算机辅助设计CAD正在广泛应用,它 使设计工作更高效、更优质,使一些易出差错的环节 不复存在。掌握CAD设计手段是现阶段设计者的 基本要求,也是设计者知识水平不断更新提高的体 现。 参考文献: [1]　王怀义.石油化工管道安装设计[M].北京:中国石化 出版社. [2]　化工工艺设计手册[M].北京:化学工业出版社. [3]　石油化工企业设计防火规范[G].中国石油化工总公 司. [4]　石油化工设计手册[M].北京:化学工业出版社. 37