石油化工生产安全防护知识

  核心提示: 石油、化工生产是危险性较大的行业,所处理的物料(原料、中间产物及成品等)大多具有易燃、易爆、毒性和腐蚀性的特性;工艺过程复杂,工艺条件苛刻;作业方式多样化;生产装置规模大型化、连续化、自动化。这些特点决定了化工生产具有较高的危险性。 石油、化工生产的潜在的主要危险是火灾、爆炸、致人中毒、化学灼伤等。石油、化工生产一旦发生事故,往往会带来严重的后果,造成众多人员伤亡、巨额的财产损失,还会严重污染环境。 

  典型设备安全技术与车间布置 

  石油、化工生产是危险性较大的行业,所处理的物料(原料、中间产物及成品等)大多具有易燃、易爆、毒性和腐蚀性的特性;工艺过程复杂,工艺条件苛刻;作业方式多样化;生产装置规模大型化、连续化、自动化。这些特点决定了化工生产具有较高的危险性。

  石油、化工生产的潜在的主要危险是火灾、爆炸、致人中毒、化学灼伤等。石油、化工生产一旦发生事故,往往会带来严重的后果,造成众多人员伤亡、巨额的财产损失,还会严重污染环境。

  (一)典型设备工艺安全分析

  设备运行设计的基本内容主要是在满足安全运行的条件下,对定型(或标准)设备的选择和非定型(非标准)设备的工艺计算等。定型设备的选择除了要符合基本要求外,还要注意根据设计项目规定的生产能力和生产周期确定设备的台数。运转设备要按其负荷和规定的工艺条件进行选型;静止设备则要计算其主要参数,如传热面积、蒸发面积等,再结合工艺条件进行选型。

  l.泵

  泵是化学工业等流程工业运行中的主要流体机械。泵的安全运行涉及流体的平衡、压力的平衡和物系的正常流动。选用泵要依据流体的物理化学特性,一般溶液可选用任何类型泵输送;悬浮液可选用隔膜式往复泵或离心泵输送;黏度大的液体、胶体溶液、膏状物和糊状物时可选用齿轮泵、螺杆泵或高黏度泵;毒性或腐蚀性较强的可选用屏蔽泵;输送易燃易爆的有机液体可选用防爆型电机驱动的离心式油泵等。

  2.换热器

  换热器的运行涉及工艺过程中的热量交换、热量传递和热量变化,过程中如果热量积累,造成超温就会发生事故。化工生产中换热器是应用最广泛的设备之一。选择换热器形式时,要根据热负荷、流量的大小,流体的流动特性和污浊程度,操作压力和温度,允许的压力损失等因素,结合各种换热器的特征与使用场所的客观条件来合理选择。

  目前,国内使用的管壳交换热器系列标准有:固定管板式换热器、立式热虹吸式再沸器、钢制固定式薄管板列管换热器、浮头式换热器、冷凝器、U形管式换热器。

  3.精蒸馏塔

  精馏过程涉及热源加热、液体沸腾、气液分离、冷却冷凝等过程,热平衡安全问题和相态变化安全问题是精馏过程安全的关键。

  精馏设备是应用最广泛的非定型设备。由于用途不同,操作原理不同,所以塔的结构形式、操作条件差异很大。精馏设备的安全运行主要决定于精馏过程的加热载体、热量平衡、气液平衡、压力平衡以及被分离物料的热稳定性以及填料选择的安全性。精馏设备的形式很多,按塔内部主要部件不同可以分为板式塔与填料塔两大类型。板式塔又有筛板塔、浮阀塔、泡罩塔、浮动喷射塔等多种形式,而填料塔也有多种填料方式。在精馏设备选型时应满足生产能力大,分离效率高,体积小:可靠性高,满足工艺要求,结构简单,塔板压力较小的要求。

  4.反应器

  反应器安全问题最为复杂,涉及反应器物系配置、投料速度、投料量、升温冷却系统、检测、显示、控制系统以及反应器结构、搅拌、安全装置、泄压系统等。反应器是化工生、产中的关键设备,合理选择设计好的反应器能够有效利用原料,提高效率,减少分离装置的负荷,节省分离所需的能量。

  反应器应该满足*力学要求、热量传递的要求、质量传递过程与流体动力学过程的要求、工程控制的要求、机械工程的要求、安全运行要求。

  反应器的种类很多,按基本结构可分为:管式反应器、釜式反应器、固定床反应器和流化床反应器。

  5.搅拌器

  搅拌器的安全可靠是许多放热反应、聚合过程等安全运行的必需条件。搅拌器的中断或突然失效可以造成物料反应停滞、分层、局部过热等。搅拌器的形式有桨式、涡轮式、推进式、框式(或锚式)、螺杆式及螺带式等。选择时,首先根据搅拌器形式与釜内物料容积及黏度的关系进行大致的选择,搅拌器的材质可根据物料的腐蚀性、黏度及转数等确定。

  6.轴密封装置

  防止反应釜的跑、冒、滴、漏,特别是防止有毒害、易燃介质的泄漏,选择合理的密封装置非常重要。密封填料可能选择错误,与反应物反应导致反应器爆炸;机械密封由于安装缺陷,大量溶剂泄漏发生爆炸。密封装置主要有如下两种。

  (1)填料密封。优点是结构简单,填料拆装方便,造价低。但使用寿命短,密封可靠性差。

  (2)机械密封。优点是密封可靠,使用寿命长,适用范围广、功率消耗少。但其造价高.安装精度要求高。

  7.蒸发设备

  蒸发设备的选型主要考虑被蒸发溶液的性质,如黏度、发泡性、腐蚀性、热敏性和是否容易结晶或析出结晶等因素。

  蒸发热敏性物料时,应选用膜式蒸发器,以防止物料分解;蒸发黏度大的溶液,为保证物料流速应选用强制循环回转薄膜式或降膜式蒸发器;蒸发易结垢或析出结晶的物料,可采用标准式或悬筐式蒸发器或管外沸腾式和强制循环型蒸发器;蒸发发泡性溶液时,应选用强制循环型和长管薄膜式蒸发器;蒸发腐蚀性物料时应考虑设备用材;如蒸发废酸等物料应选用浸没燃烧蒸发器;处理量小的或采用间歇操作时,可选用夹套或锅炉蒸发器,以便制造、操作和节约投资。

  8.存储设备

  化工生产中需要存储的有原料、中间产品、成品、副产品以及废液和废气等。常见的存储设备有罐、桶、池等。有敞口的也有密封的;有常压的也有高压的;可根据存储物的性质,数量和工艺要求选用。

  一般固体物料,不受天气影响的,可以露天存放。大量液体的存储一般使用圆形或球形储槽;易挥发的液体,为防物料挥发损失,而选用浮顶储罐;蒸气压高于大气压的液体,要视其蒸气压大小专门设计储槽;可燃液体的存储,要在存储设备的开口处设置防火装置。容易液化的气体,一般经过加压液化后存储于压力储罐或承压钢瓶中,近些年,用低温法将液化后的物料储存于常压低温储罐中也得到了应用;难于液化的气体,大多数经过加压后存储于气柜高压球形储槽或柱形容器中。易受空气和湿度影响的物料应存储于密闭的容器内。

  (二)车间设备布置的安全分析

  l.设备布置

  车间设备布置是确定各个设备在车间中的位置;确定场地与建筑物的尺寸;确定管理、生产仪表管线、采暖通风管线的走向和位置。

  最佳的设备布置应做到:经济合理,节约投资,操作维修方便、安全,设备排列紧凑,整齐美观。

  设备布置时一般采用流程式布置,以满足工艺流程路径,保证工艺流程在水平和垂直方向的连续性。在不影响工艺流程路径的原则下,将同类型的设备或操作性质相似的有关设备集中布置,可以有效地利用建筑面积,便于管理、操作与维修。还可以减少备用设备或互为备用。如塔体集中布置在塔架上,换热器、泵组成布置在一处等。充分利用位能,尽可能使物料自动流送,一般可将计量设备、高位槽布置在最高层,主要设备(如反应器等)布置在中层,储槽、传动设备等布置在底层。考虑合适的设备间距。设备间距过大会增加建筑面积,拉长管道,从而增加建筑和管道投资;设备间距过小导致操作、安装与维修的困难,甚至发生事故。设备间距的确定主要取决于设备管道的安装、检修、安全生产以及节约投资等几个因素。

  2.设备布置的安全技术要求设备布置应尽量做到工人背光操作,高大设备避免靠近窗户布置,以免影响门窗的开启、通风与采光。

  有爆炸危险的设备应露天或半露天布置,室内布置时要加强通风,防止爆炸性气体的聚集;危险等级相同的设备或厂房应集中在一个区域,这样可以减少防爆电器的数量和减少防火、防爆建筑的面积;将有爆炸危险的设备布置在单层厂房或多层厂房的顶层或厂房的边沿都有利于防爆泄压和消防。

  加热炉、明火设备与产生易燃易爆气体的设备应保持一定的距离(一般不小于18m),易燃易爆车间要采取防止引起静电现象和着火的措施。

  处理酸碱等腐蚀性介质的设备,如泵、池、罐等分别集中布置在底层有耐蚀铺砌的围堤中,不宜放在地下室或楼上。

  产生有毒气体的设备应布置在下风向,储有毒物料的设备不能放在厂房的死角处;有毒、有粉尘和有气体腐蚀的设备要集中布置并做通风、排毒或防腐处理,通风措施应根据生产过程中有害物质、易燃易爆气体的浓度和爆炸极限及厂房的温度而定。

  笨重设备或运转时产生很大振动的设备,如压缩机、离心机、真空泵等,应尽可能布置在厂房底层,以减少厂房的荷载与振动。有剧烈振动的设备,其操作台和基础不得与建筑物的柱、墙连在一起,以免影响建筑物的安全。厂房内操作平台必须统一考虑,以免平台支柱零乱重复。

  3典型设备的布置

  (1)塔。塔的布置形式很多,常在室外集中布置,在满足工艺流程的前提下,可把高度相近的塔相邻布置。

  单塔或特别高大的塔可采用独立布置,利用塔身设操作平台,供工作人员进出人孔、操作、维修仪表及阀门之用。塔或塔群布置在设备区外侧,其操作侧面对道路,配管侧面对管廊,以便施工安装、维修与配管。塔顶部常设有吊杆,用以吊装塔盘等零件。填料塔常在装料人孔的上方设吊车粱,供吊装填料。

  装几个塔的中心排列一条直线,高度相近的塔相邻布置,通过适当调整安装高度和操作点就可以采用联合平台,既方便操作,又节省投资。采用联合平台时应考虑各塔有不同的伸长量,以防止拉坏平台。相邻小塔间的距离一般为塔径的3~4倍。

  数量不多、结构与大小相似的塔可成组布置,将四个塔合为一个整体,利用操作台集中布置:如果塔的高度不同,只要求将第一层操作平台取齐,其他各层可另行考虑。这样,几个塔组成一个空间体系,增加了塔群的刚度。塔的壁厚就可适当降低。

  塔通常安装在高位换热器和容器的建筑物或框架旁,利用容器或换热器的平台作为塔的人孔、仪表和阀门的操作与维修的通道。将细而高的或负压塔的侧面固定在建筑物或框架的适当高度,这样可以增加刚度,减少壁厚。

  直径较小(1m以下)的塔常安装在室内或框架中,平台和管道都支承在建筑物上,冷凝器可装在屋顶上或吊在屋顶梁下,利用位差重力回流。

  (2)换热器。换热器的热量平衡由于涉及到传热效果,换热面积、流动温差、流动强度等一系列问题,因此,换热器在运行过程中由于热量积累、局部过热、流体结焦或气化而引起的事故比较多。

  化工厂中使用最多的是列管换热器和再沸器,其布置原理也适用于其他形式的换热器。

  设备布置的主要任务是将换热器布量在适当的位置,确定支座、安装结构和管口方位等。必要时在不影响工艺要求的前提下调整原换热器的尺寸及安装方式(立式或卧式)。

  换热器的布置原则是顺应流程和缩小管道长度,其位置取决于它密切联系的设备布置。塔的再沸器及冷凝器因与塔以大口径的管道连接,故应采取近塔布置,通常将它们布置在塔的两侧。热虹吸式再沸器直接固定在塔上,还要靠近回流罐和回流泵。自容器(或塔底)经换热器抽出液体时,换热器要靠近容器(或塔底),使泵的吸入管道最短,以改善吸入条件。

  (3)容器(罐,槽)。容器按用途可以分为原料储罐、中间储罐和成品储罐;按安装形式可以分为立式和卧式。容器布置时一般要注意以下事项。

  立式储罐布置时,按罐外壁取齐,卧式储罐按封头切线取齐。在室外布置易挥发液体储罐时,应设置喷淋冷却设施;易燃、可燃液体储罐周围应按规定设置防火堤坝;储存腐蚀性物料罐区除设围堰外,其地坪应作防腐处理。液位计、进出料接管、仪表尽可能集中在储罐的一侧,另一侧供通道与检修用。罐与罐之间的距离应符合国家标准的有关规定,以便操作、安装与检修。储罐的安装高度应根据安管需要和输送泵的净正吸人压头的要求决定。同时,多台大小不同的卧式储罐,其底部宣布置在同一标高上。原料储罐和成品储罐一般集中布置在储罐区,而中间储罐要按流程顺序布置在有关设备附近或厂房附近。

  (4)反应器。反应器形式很多,可以根据结构形式按类似的设备布置。塔式反应器可按塔的方式布置;固定床催化反应器与容器相类似;火焰加热的反应器则近似于工业炉:搅拌釜式反应器实质上是设有搅拌器和传热夹套的立式容器。

  釜式反应器一般用挂耳支承在建(构)筑物上或操作台的梁上;对于体积大、质量大或振动大的设备,要用文脚直接支承在地面或楼板上。两台以上相同的反应器应尽可能排成一直线。反应器之间的距离,根据设备的大小、附属设备和管道具体情况而定。管道阀门应尽可能集中布置在反应器一侧,以便操作。

  间歇操作的釜式反应器布置时要考虑便于加料和出料。液体物料通常是经高位槽计量后靠压差加入釜中;固体物料大多是用吊车从人孔或加料口加入釜内,因此,人孔或加料口离地面、楼面或操作平台面的高度以800mm为宜。

  因多数釜式反应器带有搅拌器,所以上部要设置安装及检修用的起吊设备,并考虑足够的高度,以便抽出搅拌器轴等。

  连接操作釜式反应器有单台和多台串联式,布置时除考虑前述要求外,由于进料、出料都是连接的,因此在多台串联时必须特别注意物料进、出口问的压差和流体流动的阻力损失。

  (5)泵与压缩机。泵应尽量靠近供料设备以保证良好的吸人条件。它们常集中布置在室外、建筑物底层或泵房。室外布置的泵一般在路旁或管廊下排成一行或两行,电机端对齐排在中心通道两侧,吸入与排出端对着工艺罐。泵的排列次序由相关的设备与管道的布置所决定。当面积受限制或泵较小时,可成对布置,使两泵共用一个基础,在一根支柱上装两个开关。

  离心压缩机的布置原理与离心泵相似,但较为庞大、复杂,特别是一些附属设备(润滑油与密封油槽、控制台、冷却器等)要占据很大的空间。为电动机或背压透平带动的离心压缩机的常用布置方案。

  管道从顶部连接的压缩机可以安装在接近地面的基础上.在拆卸上盖时要同时拆去上部接管。管道从底部连接的压缩机拆卸上盖时比较方便,这种压缩机要装在抬高的框架上,支柱靠近机器,环绕机器设悬壁平台,压缩机的基础要与建筑物的基础分离。离心压缩机常布置在敞开式的框架结构(有顶)或压缩机室内,顶部要设吊车粱或行车以供检修时起吊零部件。

  往复压缩机的工作原理与往复泵相似,但机器复杂很多,振动及噪声都很大。往复式压缩机结构复杂、拆装时间长,所以都布置在压缩机室内,并配有起重装置,其周围要留出足够大的空地

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