第三章化工廠設計和操作安全2/1/20231化工廠安全貫穿于規劃、設計、建廠、試車、投產的全過程。工廠的選地和布局、設備配置和結構材料的微小變化都會對化工安全產生重大影響。本章討論化工廠設計和操作在安全方面的問題。第一節工廠的定位、選址和布局化工廠的建設應根據城市規劃和工業區規劃的要求，按經批準的設計計劃任務書指定的地理位置選擇廠地。危險和防護的一般考慮在工廠的定位、選址和布局中，會有各式各樣的危險。典型的一級危險有：

2/1/20232有易燃物質存在；12345678910二級危險為：①火災②③④⑤⑥2/1/20233對以上二種危險，可設三道防護體。第一道防護體是為了解決一級危險，并防止二級危險的發生。有助于構筑第一道防護體的內容，如：⑴根據主導風的風向⑵為人員對于二級危險，為了把生命和財產的損失降至最小程度，需要實施第二道防護線，在工廠的選址和規劃方面采取一些步驟，如：⑴把最危險的區或與人員最常在的區域隔離開；⑵在關鍵部位安放滅火器材，不管預防措施如何完善，但仍有人身傷害事故發生。第三道防護線是提供有效的急救和醫療設施，使受到傷害的人員得到迅速救治。下面先討論自然的方法：⑴地形是規劃安全時可以利用的一個因素。可適當利用這個地理特征（位置）作為安全工具為我們服務排除這些危險氣體，要有充足的水源。2/1/20234⑵主導風向是另一個重要的自然因素。風并不總是沿著主導的方向吹，但是選址和布局所做的是多重選擇最佳的一種。⑶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。隔開距離實現不同危險之間以及危險和人之間的隔離（如燃燒爐和向大氣排放的釋放閥之間以及高壓容器和操作室之間，都要隔開一段距離）。作為安全工具，可以設計和配置一些物理設施，如救火水系統、安全噴射器、急救站等。以備對付危險之用。工廠的定位問題化工廠的定位，一般遵循以下基本原則：⑴有原料⑵有貯運⑶⑷⑸2/1/20235工廠應避免定位在下列地區：⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺工廠定位時除了謹遵以上禁忌外，考慮德更多的是經濟問題。工廠選址的安全問題廠地的安全可靠主要涉及工程地質條件的優劣，廠區范圍能否避免由于鄰近企業發生事故時而引起火災危害；能否便于治理“三廢”以及同外界的聯系與協作等因素。選擇廠地的基本安全要求是：⒈有良好的工程地質條件。2/1/202362.在沿江河、海岸布置時，應位于臨江河、城鎮和重要橋梁、港區、船廠、水源地等重要建筑物下游。3.避開爆破危險區、采礦崩落區及有洪水威脅的地域。4.有良好的衛生氣象條件，考慮季節風向、臺風強度、雷擊等影響和危害。5.與臨近企業的關系，要趨利避害廠址布置應在火源的下風側，毒性及可燃物質的上風側。6.要便于合理配置供水、排水、供電、運輸系統及其他公用設施。四.工廠布局的安全問題。工廠廠區一般可劃為以下六個區塊：工藝裝置區；罐區；公用設施區；運輸裝卸區；管理區。1.*工藝裝置區（各種工藝裝置、設備、建筑物等）加工單元可能是工廠中最危險的區域。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。（1）.要注意產區內主要的火源和主要的人口密集區，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的下風區。（2）.過程單元除應該集中分布外，還應注意區域不宜太擁擠。因為不同過程單元間可能會有交互危險性，過程單元間要有隔開一定的距離。（3）.對于過程單元本身的安全評價，比較重要的因素有（52頁）：①操作溫度2/1/20237四.工廠布局的安全問題。工廠廠區一般可劃為以下六個區塊：工藝裝置區；罐區；公用設施區；運輸裝卸區；管理區。1.*工藝裝置區（各種工藝裝置、設備、建筑物等）加工單元可能是工廠中最危險的區域。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。（1）.要注意產區內主要的火源和主要的人口密集區，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的下風區。（2）.過程單元除應該集中分布外，還應注意區域不宜太擁擠。因為不同過程單元間可能會有交互危險性，過程單元間要有隔開一定的距離。（3）.對于過程單元本身的安全評價，比較重要的因素有（52頁）：①操作溫度2/1/202382.罐區貯存容器，比如貯罐；是需要特別重視的裝置。因罐區都存在危險，容器能看釋放出大量的毒性或易燃性的物質，所以要遠離車間（人群）和將置于工廠的下風區域。區域為危險區標識。它的布局有以下三個基本問題：⑴⑵⑶以上三個問題密切關系的是貯罐的兩個重要的危險，罐殼可能破裂，很快釋放出全部內容物；當含有水層的貯罐加熱高過水的沸點時會引起物料過沸。罐區和辦公室。輔助生產區之間要保持足夠的安全距離。事故案例：2/1/202393.公用設施區公用設施區應該遠離工藝裝置區、罐區和其他危險區，以便遇到緊急情況時仍保證水、電、汽等的正常供應。ａ、管線布置要合理，ｂ、必須保證這些裝置至少能從兩個方向接近工廠的關節點ｃ、鍋爐設備和配點設備可能會成為引火源，應該設置在易燃體設備設備的上風區域。ｄ、冷卻塔釋放出的煙霧會影響人的視體。也不應靠近鐵路、公路或其他公用設施。4.運輸裝卸區良好的工廠布局不允許鐵路支線通過廠區，可以把鐵路支線規劃在工廠邊緣地區解決這個問題。在裝卸臺上可能會發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域，最好是邊緣地區。(與居民區、公路和鐵路要保持一定的安全距離)。2/1/2023105、輔助生產區(包括機修、鍛壓及熱處理車間、化驗室、電站等)維修車間和研究室要運暢工藝裝置區和罐區。廢水處理裝置工廠各處流出的毒性或易物匯集的終點，應該置于工廠的下風遠程區域。可以把煅燒爐置于工廠的側面風區域。管理區每個工廠都需要一些管理機構。(辦公樓、汽車庫、食堂、浴室等)主要辦事機構盡可能與工廠的危險區隔離(為事沒必要進入廠區，干部不熟悉工廠危險的性質和區域，抽煙會危及工廠的安全)。把管理干部和危險分開會改善工廠的安全狀況。2/1/202311以下幾點值得注意:液體或蒸氣易燃物的源頭從火險考慮不應設置在坡上。鍋爐房、變電站、泵站應該設置在高地;設置物理屏障系統，以防火險擴散。歸納:工藝生產裝置區及儲存區是主要的潛在危險區，必需慎重考慮合理布置、以保證安全。2/1/202312第二節、化工工藝設計工藝流程圖工藝流程圖繪制是化工廠設計初始階段工作。這些流程線圖經過提煉和修改，最后成為管線配置圖、平面圖、設備圖等繪制的基礎。在設計程序中，憑借文獻、實驗室和中試工廠模式的有關資料進行設計是慣常的做法。⑺⑺歸納為以下幾點（P54）：2/1/202313⑴工業原料和不太純的化學品的應用；⑵⑶⑷⑸⑹⑺據具體情況，做更多更詳盡的考慮。在進行工藝流程圖的繪制時，1）過程每一段的設計都必須滿足安全要求，一切可能都必須鑒別估算出來，將其排出或采取預防措施對其進行限制。2）過程的每一步驟都影響著其他步驟的操作（即對每一驅間內部的安全操作及共相互之間的影響要進行分析）。方便的子區間劃分是：⑴反應（決定整個系統的動力學）；⑵分離，⑶貯存2/1/202314工藝流程圖是描述過程的主要文件，它表示出了主要的設備、主要物流路線和控制點。主要設備的設計能力都做出說明。*任何一種工業產品的存在和發展，它的生產必須具備經濟性、可靠性和安全性這三大基本要素。

工藝過程安全是指在化工單元過程中，所進行的氧化、還原、硝化、裂化、聚合等過程；以及化工單元操作蒸餾、冷凝、干燥、粉碎、等操作過程的安全；生產裝置的安全是構成裝置的各種機器設備、塔罐、槽泵等的耐腐蝕、耐疲勞等有關材質和強度等方面的安全。2/1/202315無數事故告訴人們，如果不從安全技術角度來分析、評價生產技術及其設備，從工廠設計之初就做好安全關，那么，這個工廠的安全生產是很難進行的，設計不當會給以后的生產帶來難以醫治的后患，要消除這些隱患，將要付出極大的代價。對生產危險性極大的化工生產來講，尤為突出。設計安全的基本程序見圖2/1/202316首先是保障工藝過程的安全。

⑴主要是防止火災爆炸事故，對工藝參數尤其是溫度、壓力、流量組分進行控制。以及設置隔斷火源及安全檢測與控制系統。

⑵在發生異常情況時，設置防止事故及機器設備的破壞的裝置，如安全泄壓裝置和抑制爆炸裝置等。

⑶考慮當不能有效阻止事故發生的情況下，設置防止事故擴大的局限設施，如防火墻、防爆墻、防護堤等。二、管線配置圖管線配置圖是指管路和儀表的線路圖，又稱為工程線路圖。一般包括：（p55）⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾2/1/202317在化工生產中，幾乎所有的化工設備與機械之間都是用管道相連接的，用以輸送和控制流體介質。化工廠管線的布置，應綜合考慮平面與豎向的合理。對可燃氣體管線、有毒性液體及氣體管線，有腐蝕性的酸堿管線，應盡可能采用地上架設。地下管線埋沒設深度，除具有特殊防護設施外，均不少于0.7米，對寒冷地區，尚需考慮土壤凍結的因素。各種管線集中布置在同一管架上，必須保持各管線間的允許距離，并要滿足管架與其他建、構筑物的防護、安裝及檢修要求。等。2/1/202318三、過程物料的安全評價過程物抖的選擇，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聊做總體考慮。過程物料可分為二類：ａ）過程內物料是指從原料到產品的整個工藝流程體上的物料，如原料、催化劑、中間體、產物、副產品、溶劑、添加劑等。ｂ）過程輔助物料是指實現過程條件所用的物料，如傳熱流體、重復循環物、冷凍劑、滅火劑等。過程物料所需的典型資料如下：p552/1/202319一般性說明資料物料名稱和別名。基礎物性資料蒸汽密度、相對密度、熔點、沸點易燃性資料閃點、著火點、燃燒極限、自熱、反應性資料高速量熱、差熱分析、撞擊實驗、熱穩定性、毒性資料毒性危險等級、衛生標準、最大允許濃度、半致死濃度或半致死劑量等。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。發射性資料

放射性測試，α、β、γ、中子射線暴露及其危險等。2/1/202320過程路線選擇過程路線的選擇是在工藝設計的最初階段完成的。1.有潛在危險的過程有一些化學過程具有潛在的危險。如發生火災、爆炸或毒性物質的釋放等。具體如下：P56⑴爆炸

⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻2/1/2023212.反映過程的安全分析實現物質轉化是化工生產的基本任務。物質轉化反應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。（P56~P57）

⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻2/1/2023223.有潛在危險的操作完成每一過程都要實施一些具體的操作，有些操作具有潛在的危險。下面列出了一些常見的有潛在危險的操作。P57⑴⑵⑶⑷⑸⑹2/1/2023234.間歇過程和連續過程比較在工藝設計中，需要在間歇過程和連續過程之間做出選擇。下面就間歇和連續兩種過程方式進行具體比較。（P57）

⑴⑵⑶⑷⑸工藝設計安全校核工藝設計必須滿足安全要求。為做好安全可靠和經濟合理的設計，在設計工作以及時設計的檢查與校核中，都應根據過程和裝置的危險性，以及發生危險的各種條件，逐項地研究，建立可靠的安全防護體系，以免由于考慮不周而形成設計缺陷。2/1/2023241.物料和反應的安全校核。P58⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿2/1/2023252.過程安全的總體規范

⑴過程的規模、類型和整體性是否恰當。

⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽3.非正常操作的安全問題P59⑴—（11）2/1/202326第三節化工單元區域規劃化工單元規劃是定出各單元邊界內不同設備的相對物理位置。為充分保證安全區域規劃比較難，盡量做到：單元排列、配管、泵送要合理，盡可能為救火或其他緊急操作留有一定的空間；加工單元區域的規劃設備的直線排列區域規劃方法為：單元中大多數塔器、筒體、換熱器、泵和主要管線成直線狹長排列。具體如下：P602/1/202327

⑴設備配置直線的兩邊與廠區道路連接。易于救大，也可起隔離作用

⑵鋼制框架與道路鄰接。設備安裝維修方便、又節約地盤。

⑶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。易于安裝、維修、也對易燃或毒性溢流物可以起截流的作用等。

⑷管架也設置在設備配置直線上。即可消除過頂間距太小或是僅敷設在平坡上的管速，也可避免管溝。

⑸泵排設置在設備配置直線的旁邊，與道路臨接。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。

2/1/202328⑹簡體、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入設備，按序定在設備上。從而把相關危險操作集中在一起。設備認定安裝在地平面上為宜如蒸餾。立式反應器，需要提供重力自流或泵的負擔壓頭的設備等，設備提升是不可避免的。重的設備應盡量避高位安裝，最好和其他設備在同一水平線上或者堅定的基座。各過程單元的其余組件分布在這些直線簇相鄰的區域，沿著配置直線的立端點向外延伸。非直線排列設施的配置2/1/202329⑴從操作本身考慮，似乎應該把控制室置于單元區域的中心做到控制塞離各操作觀測點的距離最短。控制是應該和高溫和高壓容器，盛有相當的易燃或毒性液體的容器隔離。（2）把加熱爐設計在側面風區域，應盡量保持加熱爐與其他危險設備的適度分離。（3）壓縮機容易泄漏氣體，應該置于單元的下風區域。（4）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。非直線排列設備的配置還包括諸多的公用工程設施。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設置人孔。其次消防火栓或監控器必須與危險足夠近，但也不能離的太近，危機時無法靠近。在完成區域規劃時，應該充分考慮將來發展擴建添加設備的可能性，如在泵區中會為一些附加的泵，甚至是一兩個附加的簡體，找到合適的充足空間。2/1/2023303、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常觀察的情形，必須把加工單元的部分或全部置于室內。室內釋放的毒性或易燃蒸汽會留存在建筑物內，但有必要采取如物理屏障等，實現室內裝置的隔離。火源和易燃物源隔離墻的門或開口，易燃蒸汽或液體能夠從中通過接近火源，應該保持在最小數量。容易經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，以便在避開人員或其他設施的方向卸掉爆炸力。如前所述，危險的集中有助于確定特別危險區的界限。

2/1/202331可以提供的安全設施有：高容量的通風系統；高容量的排水系統，很快排除泄漏的液體；遙控操作加工裝置；自動滅火裝置，如水噴霧、蒸汽覆蓋、泡沫或惰性氣體系統這些裝置，由于其與人或其他裝置的靠近，還必須考慮它們復合的危險作用。在室內，很難過分強調精細設計的平臺、扶梯、人行道、出入口或滑運道系統的需要。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。2/1/202332在室內，很難過分強調精細設計的平臺、扶梯、人行道、出入口或滑運道系統的需要。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。塔器的人孔平臺應該有塔內安全維護的充分的空間，打開人孔的方向應該避開從平臺向下的扶梯。二、單元區域的管理配置1、管線配置的防泄漏設計工廠化學的主要泄漏與以下各項成比例：管線的長度；排放口的數量；管線的復雜性。設備間隙的增加和危險組件的隔離都會強化安全，但這都需要增加管體的總量或增加管體的長度，從而也增加了泄漏的可能性和工程費用。減少管件泄漏的簡單的設計規則如下：見P163（1）~（12）減少分支和死角的數量；2/1/202333

2、軟管系統的配置對于油船、罐車等的液體的裝卸，軟管的選擇和應用需格外謹慎。應考慮的是：軟管的適用性，并結合有關軟管的標準；（2）（3）（4）（5）3、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鋼性板支撐。a)聚四氟乙烯波紋管不能用來連接不同心的管道；b)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；c)對于氣體和液體，其設計應該考慮沿與設定相反方向流動的可能性。在化工案例中，有大量回流的情形，如：P642/1/202334(1)貯罐或下游管體回流進入已關閉的設備；(2)(3)(4)

在設備管線配置中

a)

對于只是間歇使用的設備，推薦應用不用時斷開的軟管與過程設備連接。

b)

對于常設的設備管線，如低于或高于正常壓力都有應有低壓或高壓報警。

c)

在設備管線上應該安裝止逆閥，以防止管線中流體的回流。

d)

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。2/1/202335*配管道常是管子、閥門和法蘭等管件的總稱。化工廠需用的配管的數量很大，但由于腐蝕造成泄漏而引起火災和爆炸的事例在化工廠中是眾所周知的事實。有關配管的安全措施要查閱有關資料手冊，應按照相應標準的有關規定。如：應力腐蝕造成的破壞，措施：采用滲鋁鋼。高溫氧化腐蝕，措施：要用奧氏體不銹鋼管、5Cr或9Cr鋼管。防止由于雜質或夾雜物造成事故，措施：在泵和閥門的進口裝設管道過濾器。2/1/202336三、單元裝置和設施的安全設計1、裝置安全設計裝置、儀表和輔助設施是用來完成各種化學過程或單元操作的，組合在一起構成了一個完整的制造單元。在設計階段廣泛采用的兩個重要概念是“故障自動保險”和“二次概率設計”。故障自動保險要求，當裝置、儀表或過程控制回路出現故障時，系統恢復到最小危險狀態。二次概率設計是指，當操作失誤或設備出現故障時會啟動備用設備，預防危險出現或降低危險的作用。典型例子有：P65

（1）（2）（3）（4）（5）（6）2/1/202337

2、輔助工程設施安全電氣設備在易燃氣氛中應該作為火源處理。化工廠操作還需要以下輔助工程款項：（1）（2）（3）（4）（5）（6）對上述款項的主要考慮是：要有充足的供應量以及關閉時備用設備或緊急貯存器的提供。排水系統的優化設計應該是，一旦易燃液體泄漏出來，就立即排離加工單元，導入蓄污池。2/1/202338裝置的抗污也是重要的。例如，壓縮空氣的過程污染可以應用物理隔離的方法避免。對于惰性氣體，既要保證日常操作和緊急狀態下充足的供應量，又要防止被污染。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域。總之，在設計中一定要按生產工藝狀況，確定防爆場所級別，按爆炸介質的性質，正確選擇場所中所需要的防爆電氣設備，對保證安全生產是至為重要的。壓力電機、線纜、變、配電設備以及電氣儀表、照明等，因過負荷、絕緣破壞、接觸不良、漏電等，都可能造成爆炸性混合物的引爆能源，如處理不當，將會造成嚴重后果。2/1/202339第四節.壓力容器的設計、制造和檢驗一、壓力容器概述壓力容器規范化在化工生產過程中使用的容器中，壓力容器的數量多，工作條件復雜，危險性很大，因此，壓力容器狀況的好壞對實現化工安全生產至關重要。案例1：2001年7月14日16時左右，浙江溫州瑞安市天宏鞋業有限公司發生壓力容器爆炸事故，造成1人死亡。經初步調查，該公司硫化罐操作工人在膠鞋入罐后，由于工作疏忽，在硫化罐壓力作用下，快開門突然爆炸打開，沖擊1人，后經搶救無效死亡。2/1/202340案例2：1992年3月20日武漢石油化工廠催化裝置因液態烴脫硫醇系統液態烴串入非凈化風系統，并使液態烴和非凈化風一起進入再生器，當與高溫催化劑接觸后，引起非凈化風罐體爆裂長900mm；裝置被迫切斷進料。事故主要原因是：塔—603、容—602設計無安全閥，單向閥受堿液腐蝕又失去功能。案例3：1997年6月27日，北京東方化工廠罐區發生大爆炸，大火持續5天的時間，在國內國外引起極大的影響和震驚。2/1/202341案例4：加拿大蒙特利爾市的一座化工廠，因一個液體丁烷球罐液面計發生故障，造成液面失控，液體丁烷外溢并氣化，被距該儲罐180m處的供油區的明火點燃，引起火災爆炸事故。事故損失額約1183萬美元這樣的例子還很多，這些血的教訓使人們對壓力容器制造和安裝的規范化有了更清醒的認識。在我國，1981年頒布了《壓力容器安全技術監察規程》，因此，壓力容器的設計、制造、安裝、維修、改造、檢驗或使用，都必須遵照執行這一規程。2/1/202342*一般情況下，壓力容器是指具備下列條件的容器：(1)最高工作壓力大于或等于0.1Mpa；(2)內直徑（非園形截面指斷面最大尺寸）大于或等于0.15m，且容積（V）大于或等于0.025(3)介質為氣體、液化氣體或最高工作溫度高于或等于標準沸點的液體。2/1/2023432.非燃火壓力容器的分類壓力容器的使用很廣泛，形式也很多，根據不同的需要，其分類方法也多種多樣。照其工藝過程中的作用原理分為反應容器、換熱容器、分離容器、貯存容器。(1)反應容器（代號R）主要用于完成介質的物理、化學反應的壓力容器。如反應釜、分解鍋、高壓釜、蒸壓釜、分介塔等。(2)換熱容器（代號E）主要是用來做介質的熱交換之用。如管殼式廢熱鍋爐、熱交換器、加熱器、預熱鍋、消毒鍋、硫化罐等。2/1/202344(3)分離容器（代號S）主要作用是將介質通過容器內使之吸收、溶解等方式達到濃度變化，如分離器、過濾器、集油器、緩沖器、洗滌器、吸收塔、除氧器等。(4)貯運容器（代號C，其中球代號B）主要用于儲存（運輸）介質的，如各種類型的貯罐（計量槽、貯罐）。2/1/202345按工作壓力可以劃分為以下四個類型：（1）低壓容器（代號L）0.1MPa≤p＜1.6MPa；（2）中壓容器（代號M）1.6MPa≤p＜10MPa；

(3）高壓容器（代號H）10MPa≤p＜100MPa；

（4）超高壓容器（代號U）p≥100MPa。*超高壓容器另有專門的安全監察規程。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：P67(1).第一類容器：(2).第二類容器：(3).第三類容器：2/1/202346介質的有毒、劇毒和易燃的界限劃分：

*（1）劇毒介質是指進入人體的量小于50克即會引起肌體嚴重損傷或致死作用的介質，如氟氰酸、氫氰酸、光氣、碳酰氟等。(2)有毒介質是指進入人體≥50克即會引起人體正常功能損傷的物質，如二氧化硫、氦、一氧化碳、氯乙烯、甲醇、環氧乙烷、二硫化碳、硫化氫等。(3)易燃介質是指與空氣混合時，其爆炸極限的下限小于是10%，或其上、下限之差大于20%的介質，如乙烷、乙烯、氫、一甲胺、甲烷、氟甲烷、環丙烷、丁烷、丁二烯等。2/1/2023473.結構材料的機械性能常規機械性能主要包括強度、塑性、韌性、硬度和彈性等。（1）強度常用的強度指標有抗拉強度（σb）、屈服強度（σs）、屈強比和疲勞極值。*設計溫度大于－20℃、小于450℃的壓力容器σb

和σs

是決定許用應力的基本依據。顯然，強度越高，同樣設計壓力下容器的壁厚可減少，不僅節省材料，而且容器輕巧，溫度應力也小。(2)一般中、低壓容器可選用屈服強度為25、30、35公斤力/m㎡的鋼材；屈強比越小，發生脆性破壞的可能性也越小。但屈強比太低，鋼材的強度水平就不能充分發揮。(3)塑性塑性是鋼材在外力作用下產生塑性變化的能力，代表塑性指標的是延伸率（σ）和端（斷）面收縮率（ψ），當試樣的基準長度與其直徑比為5時，其延伸率以σs表示。若是焊接鋼瓶，碳素鋼板的σs應大于或等于19%；若是無縫鋼瓶，瓶材為碳素鋼時σs≥14%，合金鋼則σs≥10%。2/1/202348（3）韌性又叫沖擊韌性，它是指材料低抗沖擊載荷的能力。材料的韌性用錘擊一定形狀的缺口試樣的沖擊功來表示。常用的缺口形式有U型和V型缺口兩種。因此對壓力容器月用鋼還有韌性要求。一般要求U型缺口（又稱梅氏）沖擊值不低于6公斤??火米/厘米，用作高壓無縫鋼瓶碳素鋼的沖擊值要求≥4公斤。米/厘米。(4)硬度硬度是指材料抵抗硬物侵入的能力。如用金剛石壓入法，稱為洛氏硬度；用剛球壓入法，稱布氏硬度。(5)安全系數安全系數是承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因素提供適當的安全裕度。2/1/202349二、壓力容器設計1.設計的一般要求壓力容器的正確設計是保證容器安全運行的第一環節。(1)設計單位資格壓力容器的設計單位，必須持有省級以上（全省級）主管部門批準，同級勞動部門備案的壓力容器設計單位批準書。無證單位不準自行設計壓力容器。全國性鍋爐定型設計，須經國務院主管部門和國家勞動人事部門審批。(2)壓力容器結構容器設計的結構上必須盡可能防止應力集中或局部受力狀況的惡化。要力求截面變化平緩，避免不連續性，為此，壓力容器大多數設計成筒形或球形。一般由筒體、封頭、法蘭、密封元件、開孔與接管、安全附件及支座等到部分組成。2/1/202350

要防止因結構不合理而引起的破壞事故，壓力容器受壓元件的結構設計應符合以下原則：A.防止結構上的形狀突變。例如，在容器結構上禁止采用平板封頭或錐角過大的錐形封頭；受壓元件截面變化應力求平緩，避免不連續性。B.避免局部應力疊加。在受元件中總是不可避免地存在一些局部應力集中或部件強度受到削弱的結構，如開孔、轉角、焊縫等部位。設計時應使這些結構在位置上相互錯開，以防局部應力疊加，產生更高應力。C.避免產生過大焊接應力或附加應力的剛性結構。剛性結構，既可能因焊接時脹縮受到約束而引起較大的焊接應力，也可能使殼體在壓力或溫度變化時因變形受到過分約束而產生附加彎曲應力，設計受壓元件時應采取措施，避免剛性過大的結構。E.對開孔的形狀、大小及位置的限制。受壓殼體（包括筒體與封頭）上的開孔應為園、橢圓或長園形；大小應符合規定；位置應避開焊縫和凸形封頭的過度區等，并在開孔處補強。2/1/202351材料的選用材料大多數是鋼制的，鋼材的選用是否合適是設計中的一個關鍵問題。如果選材不當，就會由于材料韌性降低而發生脆性斷裂，或者由于工作介質對材料產生腐蝕而導致腐蝕破壞等。所采用的鋼材應符合《鋼制壓力容器》的規定，含碳量大于0.24%的材料，不得用于焊制容器。*壓力容器用鋼的一般要求：1)主要承壓元件必須采用鎮靜鋼（此鋼脫氧完全，組織比沸騰鋼均勻，沖擊韌性比沸騰鋼好）。2)要求鋼板分層，夾渣等缺陷盡量少，不允許有白點及裂紋。3)良好的綜合機械性能。即要求鋼材強度高，塑性和韌性好，較低的冷脆傾向，較低的缺口和時效敏感性。4)具有良好的工藝性能。如軋制、成型、鍛造和焊接性能。5)具有對介質的耐腐性。具體用鋼板的選用可參見手冊或有關書。2/1/2023522、設計基礎

（1）設計壓力和設計溫度壓力容器的設計壓力應大于或等于最高工壓力。當容器裝有安全泄放裝置（如安全閥、爆破片）時，設計壓力不得小于安全閥的初始起跳壓力或爆破片的設計爆破壓力；若工藝系統裝有安全匯方裝置，單個容器不再裝設時，則取系統最高工作壓力增加適當裕度后，作為容器的設計壓力。設計溫度決定了承壓設備強度計算壁溫，一般應采取正常操作時相應的設計壓力下殼壁可能達到的最高或最低壁溫。

（2）最小板材厚度P71

大直徑低壓容器的板材厚度常是任選的而不是基于設計壓力計算出來的。設計規定，2/1/202353（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。在應用這項規范棄權時，應該充分考慮到各種可能的后果，如罐體破裂時人員危險、財產損失和危險等。外壓設計是一項在許多徒然花費的容器中反復試驗的工作。幾乎在所有情況下，真空設施和密封管的使用費用都比真空設計費用低。

（4）材料選擇結構材料選擇在多數情況下都屬經驗問題。過去證明滿意的材料，除非有充分的更換理由，在類似情況下很可能又被使用。如當壓力和溫度條件允許時，可以采用金屬鍍層、玻璃、橡膠、塑料襯套，而不必采用貴重的合金。根據具體情況選擇。2/1/202354（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；隔板、蛇管等內件的重量；攪拌器、轉筒待等外件的重量；平臺、配管等外部設施的重量；固定負載和移動負載的重量；風力和地震負荷。（6）支架（支座）立式容器一般用立柱和耳柄支撐有時還會用到環形槽鋼或折邊。對于用立柱或耳柄支撐的大型容器，應該詳細考察支撐物對殼體的作用。大型臥式容器常用三個或更多的鞍形托架支撐。P72

對于小型容器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。2/1/202355（7）封頭封頭是園筒形容器的主要承壓部件，作為容器的封端，與園體組成一個完整的壓力容器。通常把與園筒體焊接成一體的容器的端部結構稱為封頭，而把與筒體由螺栓、法蘭連接的可拆結構稱為端蓋。封頭的形式較多，以它的縱剖曲線形狀來分，有半球形、碟形、橢圓形、無折邊球形等。在壓力作用下，封頭殼壁上的應力大小σ和分布都與它的形式有關。橢圓形封頭在壓力容器中被廣泛采用。2/1/202356三、壓力容器的制造和安裝1.壓力容器制造(1)國家對壓力容器制造（含現場組焊）單位，實行制造資格認可制度，并進行分級管理。沒有制造許可證的單位，一律不得制造或組焊壓力容器。制造單位應嚴格執行國家法規、標準規范、按設計文件制造和電焊壓力容器。（2）壓力容器制造單位應建立壓力容器質量保證體系，編制壓力容器質量保證手冊，制定企業標準（包括管理制度、程序文件、作業指導書、通用工藝及特殊方法標準），保證壓力容器產品的安全質量。2/1/202357（3）壓力容器出廠時，制造單位必須按照《容規》的規定向訂貨單位提供有關技術資料。

*①竣工圖樣。圖樣上應有設計單位資格印章等。

②產品質量保證書及產品名牌的拓印件。

③壓力容器產品安全質量監督檢驗證書。

④提供產品使用說明書，一切附件清單等。

⑤現場組焊的壓力容器竣工并經驗收后，提供所有資料。壓力容器安裝(1)安裝作業必須執行國家有關安裝的規范；安裝過程中應對安裝質量實行分段驗收和總體驗收。(2)壓力容器安裝竣工后，施工單位應將竣工圖、安裝及復驗記錄等技術資料及安裝質量證明書等移交給使用單位。2/1/202358四、壓力容器定期檢驗

通過檢驗，發現容器存在的缺陷，使它們沒有危及容器安全之前即被消除或采取適當的措施進行特殊監護，以防壓力容器的運行中發生事故。⒈檢驗周期一般情況下，壓力容器每年至少作一次外部檢查，每三年作一次內外部檢查，每六年進行一次全面檢查。*檢驗周期根據具體情況可適當延長或縮短。⒉檢驗內容（內外部檢驗和耐壓實驗）（1）外部檢查指專業人員在壓力容器運行中定期在線檢查。主要內容是：壓力容器及其管道的保濕層、防腐層等是否完好；外表面有無裂紋、變形、腐蝕和局部鼓包；所有焊縫及連接部位有無泄漏等；運行參數是否符合安全技術操作規程；運行日志與檢修記錄是否保存完整。2/1/202359

（2）內外部檢驗指停機時的檢驗。檢驗內容除外部檢驗的全部內容外，還包括以下內容的檢驗：腐蝕、磨損、裂紋、襯里情況、壁厚測量、金相檢驗、化學成份分析和硬度測定。

（3）全面檢驗全面檢驗除內、外部檢驗的全部內容外，還包括焊縫無損探傷和耐壓試驗。⒊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。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。對于氣密性試驗，達到規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。2/1/202360五、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。安全閥、壓力表、和水位計是鍋爐必不可少的安全附件。*安全附件的設計、制造，應符合相應的國家標準規定。用于壓力容器的安全附件包括安全閥、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、防雷裝置等。安全附件應實行定期檢驗制度。安全閥一般每年至少校驗一次。爆破片應定期更換。2/1/202361（1）安全閥

運行時，安全閥保持嚴密不漏；當壓力超過設定值時，安全閥在壓力作用下自行開啟，使容器泄壓，以防止容器或管線的破壞；當容器壓力泄至正常值時，它又能自動關閉，停止泄放。安全閥按整體結構和載機構的形式可分為杠桿式、彈簧式和脈沖式三種，最常用的是彈簧式安全閥。優點：結構輕便，緊湊，靈敏度較高。安裝方位不受影響，對振動的靈敏度差，故可安裝在移動式壓力容器上。安全閥的選用應根據容器的工藝條件及工作介質的特性從安全閥的安全泄放量、加載機構、封閉機構、氣體排放、工作壓力范圍等方面考慮。2/1/202362（2）爆破片爆破片又稱防爆片（板、膜），是一和斷裂的安全泄壓裝置。優點：密封性能好，反應動作快以及不易受介質中粘污物的影響等。它是通過膜片的斷裂來卸壓的，所以卸壓后不能繼續使用，因此，只是在不宜安裝的壓力容器上使用。防爆片的結構比較簡單。它的主要零件是一塊很薄的金屬板，用一副特殊的管法蘭夾持著裝入容器引出的短管中，也有把膜片直接與密封墊片一起放入接管法蘭的。它的設計壓力一般為工作壓力的1.25倍，對壓力波動幅度較大的容器，其設計破裂壓力還要相應大一些。2/1/202363（3）壓力表壓力表是用以檢測流體壓力強度的測量儀表，最常見的壓力表有彈簧式和活塞式兩種。

①：*單彈簧管、多圈螺旋形彈簧管、薄膜式等多種。選用壓力容器表時，應該根據被測壓力的大小、安全位置的高低、介質的性質（如溫度、腐蝕性等）來選擇精度等級、最大量程、表盤大小及隔離裝置。如當工作介質有腐蝕作用時，應選用薄膜式壓力表。低壓容器使用的壓力表精度不應低于2.5級（中壓≥1.5級）。壓力表盤刻度極限值為最高工作壓力的1.5~3.0倍。最好選用2倍。表盤直徑還應大于100mm。

2/1/202364壓力表的校驗和維護應符合國家講師部門的有關規定。對用于水蒸汽介質的壓力表，在壓力表與壓力容器之間應裝有水彎管。對用于具有腐蝕性或高粘度介質的壓力表，在壓力表與壓力容器之間應裝設有隔離介質的緩沖裝置。（4）液位計液位計（液面計）是壓力容器的安全附件。一般壓力容器的液面顯示多用下班玻璃板（管）液位計。應當根據壓力容器的介質、最高工作壓力和濕度正確選用液面計，并應安裝在便于觀察的位置。2/1/202365如寒冷地區室外使用的液面計，應選用夾套型或保溫型結構的液面計；用于易燃、毒性程度為極度、高度危害介質的液體壓力容器上，應采用板式或自動液面指示計并應有防止泄漏的保護裝置。（實行定期檢修）（5）泄壓裝置功能：當容器在正常壓力下運行時保持嚴密不漏；而一旦容器內壓力超過限度，它就能自動地把容器內的氣體排出，即刻恢復原壓。同時，它還有自動報警作用。結構型式可以分為閥型、斷裂型、熔化型和組合型等幾種類型。2/1/202366第五節化工裝置維護一、化工維護的必要性化工生產具有高溫、高壓、腐蝕性強的等物性，因而，化工設備、管道、閥門、儀表等在運行中易于受到腐蝕和磨損。為了維持保養不善，使用不當，必然要發生各種各樣的事故，導致生產停頓，計劃打亂；或由于設備性能和精度不符要求，浪費能源，次品率上升；或因跑、冒、滴、漏損失資源、污染環境、惡化勞動條件；或由于腐蝕、疲勞、蠕變等造成設備破裂、爆炸，人員傷亡，財產損失，所以，設備是實現化工安全生產的物質保證。2/1/202367

案例1：1984年12月3日印度博帕里市一農藥廠的甲基異氰酸酯毒氣外泄事故。12月2日，甲基異氰酸酯貯罐溫度上升，蒸汽壓增大，貯罐上自動安全閥失靈，事故閥未能發揮作用。3日凌晨1點，安全閥破裂，氣體涌向洗滌器，因一個洗滌器不能應付如此大量噴出的氣體。最后一道防線是將排放的氣體燒掉，但火炬又未能點燃。因而導致大量毒氣外泄，毒氣覆蓋了25k㎡，造成2000多人喪生，203人中毒，673人處在毒氣的威脅下，成為世界工業史上罕見的重大傷亡事故。案例2：1986年1月28日，美國“挑戰者”號航天飛機升空721秒后突然爆炸，7名機組人員全部遇難。原因是一個小小的密封圈失效。2/1/202368案例3：2001年8月17日，江蘇省大豐市金龍有限責任公司制冷車間發生氰氣泄漏事故。據公司有關人員介紹，凌晨4時許，制冷車間制冷機突然發生故障，強大的氣流把當班的2名工人擊倒，其中1人死亡，1人重傷。從以上案例可知，化學工業中的恰當維護對安全顯得格外重要，只有及時消除裝置、設備的缺陷和隱患，才能保證生產裝置能夠“安、穩、長、滿、優”運行。2/1/202369二、預防維護由于化工生產的危險性大，決定了生產裝置維修的危險性亦大。實踐證明，街道裝置在停車、檢修施工、復工過程中最容易發生事故。設備沒及時維修的事故更多，因此，要嚴格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。對安全和生產的好處是顯而易見的。什么是預防維護？預防維護實質上指的是一個系統，它的功能是確定裝置或設施故障的可能頻率，在其失效前就進行檢驗、維修或更換。一般故障概率分布曲線呈駝峰形（正態分布），波峰在中位時間。所以需要排定維護時間表，在故障的可能性達2%或其他某個選定的數之前就采取行動。這樣就在事故發生之前就已經采取了維護。2/1/202370這就需要預先知悉中位時間方面的信息，應用類似操作已有的經驗、損壞速率的研究成果以及其他分析方法。制定出最隹維護日程和時間應該與設備的利用率、材料的利用率、應用的維護設施和人力匹配。為完成這個目的，預先計劃、應用日程表和讓每個人都知曉是關鍵。必須做到集中領導、統籌規劃、統一安排，并做好“四定”（定項目、定質量、定進度、定人員）和“八落實”（組織、思想、任務、物質包括材料與備品備件、勞動力、工器具、施工方案、安全措施落實）工作。下面給出化工廠泵的預防維護工作程序的一個典型例子。P78（1）~（7）2/1/202371

預防事故的適當維護不僅是為了免于設備故障，對于保護人身安全也有重要作用。這可以從以下方面考慮。預防操作人員遭受由維護工作引起的環境危險。預防操作人員遭受由操作條件引起的危險。預防維護人員遭受自己工作引起的危險。補充：*一、化工檢修的準備化工檢修的準備工作一般包括以下幾點：⒈組織領導中修或大修前要成立廠長（經理）為總指揮的機構，下設施工檢修組、質量驗收組、停開車組、物資供應組、安全保衛組、政工宣傳組、后勤服務組等。針對裝置檢修項目及特點，明確分工，分片包干，各司其職，各負其責。每個項目都要有安全負責人。2/1/202372⒉制定安全檢修方案安全檢修方案，按設備檢修任務書中的規定格式認真填寫齊全，其主要內容應包括：檢修時間、設備名稱、檢修內容、質量標準、工作程序、施工方法、超重方案、采取的安全技術措施，并明確施工負責人、檢修項目安全員、安全措施的落實人等。方案編制后，通過一系列的審查并簽字，重大項目或危險性較大項目的檢修方案、安全措施，由主管廠長或總工程師批準，書面公布，嚴格執行。⒊制定檢修安全措施針對檢修作業內容、范圍，制定相應的安全措施；安全部門還應制定教育、檢查、獎罰的管理辦法。2/1/202373⒋進行技術交底，做好安全教育負責人向參加檢修的全體人員進行檢修方案技術交底，使其明確檢修內容及一切程序，達到分工明確、責任到人。進行系統全面的安全技術和安全思想教育，以提高執行各種規章制度的自覺性和落實安全技術措施重要性的認識，使其從思想上、勞動組織上、規章制度上、安全技術措施上進一步落實，從而為安全檢修創造必要的條件。⒌全面檢查，消除隱患檢修工作中，使用的各種工具、器具、設備，特別是超重工具、腳手架、登高用具、通風設備、照明設備、氣體防護器具和消防器材，要有專人進行準備和檢查。2/1/202374三、非常規運行和有關作業的維護⒈停車和開車化工裝置在停車過程中，要進行降溫、降壓、降低進料量，一直支切斷原燃料的進料，然后設備倒空、吹掃、軒換等工作。應嚴格按照停車方案確定的時間、停車步驟、工藝變化幅度等，有秩序地進行。2/1/202375停車操作應注意以下幾點：①降溫降壓的速度應嚴格按照工藝規定執行。如降溫降壓的速度不宜過快，尤其在高溫條件下。易燃易爆介質的泄漏會引起著火爆炸，有毒物質泄漏易引起中毒。②開關閥門的操作一般要緩慢進行。如先打開頭兩扣后要停片刻，然后再逐漸開大，直至達到要求為止。以防產生震動而損壞設備和管道。③裝置停車時，所有設備及管道內的液體（氣體）物料應盡可能倒空，送出裝置，可燃、有毒氣體應排至火炬燒掉。對殘存物料（易燃、有毒）的排放，應采取相應的措施，不得就地排放或排入下水道中。2/1/202376⒉容器作業（1）進入設備作業內容凡是進入塔、釜、罐、爐、器、煙囪、料倉、地坑或其他閉塞場所內進行作業者均為進入設備作業。因為這類設備或設施內可能存在殘存的有毒有害物質和易燃易爆物質，也可能存在令人窒息的物質，在施工中可能發生著火、爆炸、中毒和窒息事故。因此，必須對進入設備作業實行特殊的安全管理，以避免意外事故的發生。*在設備內檢修、動火時，氧含量應為19%~21%，燃燒爆炸物質濃度應低于安全值，有毒物質濃度應低于最高容許濃度。2/1/202377（2）進入設備作業證制度進入設備作業前，必須辦理進入設備作業證。在進入設備內作業期間，生產單位和施工單位應有專人進行監護和救護，并掛上“設備內有人作業”、“有人檢修、禁止合閘”的牌子。（3）進入設備內作業的注意事項（保護措施）

①~⑩P80[案例]不置換、分析，盲目入罐1980年青海省某化肥廠檢驗脫硫塔，檢修時僅打開了人孔蓋，而未進行置換和采樣分析化驗，便派人進入罐內作業。入罐檢修人員又未帶防毒面具，結果入罐8人全部中毒，其中2人死亡。

2/1/202378*罐內作業的安全要點：

①可靠隔離絕不允許其他系統中的介質進入檢修的罐內。

②切斷電源如取下保險絲、拉下閘刀并掛牌。

③空氣置換3、緊急維護由于維護意味著防止緊急維修，此處的緊急維護應該更恰當地稱為緊急維修。比如，與氯氣貯罐連接的管接頭斷開，我們將如何應對。應該事先而不是事后去維護。2/1/202379意外事故維護的關鍵是，事先決定好誰應該做什么、用什么去做、將其排成序列，一旦事故發生就按部就班地執行和完成。a)遇有地下管道破裂的情形，怎樣處理都應事先設計好。b)電線斷路也應該有事前準備。比如，供電轉換線路和配電設施都要事先準備好。這些都是緊急維護的典型問題，問題的解決需要而且應該事先計劃好。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。不安全的作業，應該嚴格禁止。2/1/2023804、切割、焊接和其他動火作業凡是動用明火或可能產生火種的作業都屬于動火作業。例如，電焊、氣焊、切割、熬瀝青、噴燈等明火作業；打墻眼、電氣設備的耐壓試驗、電烙鐵等易產生火花或高溫的作業。因此，凡檢修動火部位和地區，必須按動火要求，采取措施，辦理審批手續。（1）審證在禁火區內動火應辦理動火證。要做到“三不動火”，即沒有動火證不動火，防火措施不落實不動火，監護人不在現場不動火。2/1/202381（2）動火動火應由經安全考核合格的人員擔任，無合格證者不得獨自從事焊接等工作。動火作業出現異常時，監護人員或動火指揮應果斷命令停止動火，待恢復正常，重新分析合格并經批準部門同意后，方可重新動火。

例如：國外一家企業在檢修氣罐時，一名焊工和一名裝配工因鉆孔時所產生的火花引起工作服著火，兩人因火燒傷而死亡。分析原因是罐內含氧量過高（含氧量在30%左右）。（3）善后處理作業人員進入作業地點前穿戴好防護用品，作業時作業人員應選擇合適