Ⅰ 生產技術輔導：化工安全技術
第二節化工安全技術
石油、化工生產是危險性較大的行業，所處理的物料(原料、中間產物及成品等)大多具有易燃、易爆、毒性和腐蝕性的特性；工藝過程復雜，工藝條件苛刻；作業方式多樣化；生產裝置規模大型化、連續化、自動化。這些特點決定了化工生產具有較高的危險性。
石油、化工生產的潛在的主要危險是火災、爆炸、致人中毒、化學灼傷等。石油、化工生產一旦發生事故，往往會帶來嚴重的後果，造成眾多人員傷亡、巨額的財產損失，還會嚴重污染環境。
一、典型設備安全技術與車間布置
(一)典型設備工藝安全分析
設備運行設計的基本內容主要是在滿足安全運行的條件下，對定型(或標准)設備的選擇和非定型(非標准)設備的工藝計算等。定型設備的選擇除了要符合基本要求外，還要注意根據設計項目規定的生產能力和生產周期確定設備的台數。運轉設備要按其負荷和規定的工藝條件進行選型；靜止設備則要計算其主要參數，如傳熱面積、蒸發面積等，再結合工藝條件進行選型。
l. 泵
泵是化學工業等流程工業運行中的主要流體機械。泵的安全運行涉及流體的平衡、壓力的平衡和物系的正常流動。選用泵要依據流體的物理化學特性，一般溶液可選用任何類型泵輸送；懸浮液可選用隔膜式往復泵或離心泵輸送；黏度大的液體、膠體溶液、膏狀物和糊狀物時可選用齒輪泵、螺桿泵或高黏度泵；毒性或腐蝕性較強的可選用屏蔽泵；輸送易燃易爆的有機液體可選用防爆型電機驅動的離心式油泵等。
2.換熱器
換熱器的運行涉及工藝過程中的熱量交換、熱量傳遞和熱量變化，過程中如果熱量積累，造成超溫就會發生事故。化工生產中換熱器是應用最廣泛的設備之一。選擇換熱器形式時，要根據熱負荷、流量的大小，流體的流動特性和污濁程度，操作壓力和溫度，允許的壓力損失等因素，結合各種換熱器的特徵與使用場所的客觀條件來合理選擇。
目前，國內使用的管殼交換熱器系列標准有：固定管板式換熱器、立式熱虹吸式再沸器、鋼制固定式薄管板列管換熱器、浮頭式換熱器、冷凝器、U形管式換熱器。
3.精蒸餾塔
精餾過程涉及熱源加熱、液體沸騰、氣液分離、冷卻冷凝等過程，熱平衡安全問題和相態變化安全問題是精餾過程安全的關鍵。
精餾設備是應用最廣泛的非定型設備。由於用途不同，操作原理不同，所以塔的結構形式、操作條件差異很大。精餾設備的安全運行主要決定於精餾過程的加熱載體、熱量平衡、氣液平衡、壓力平衡以及被分離物料的熱穩定性以及填料選擇的安全性。精餾設備的形式很多，按塔內部主要部件不同可以分為板式塔與填料塔兩大類型。板式塔又有篩板塔、浮閥塔、泡罩塔、浮動噴射塔等多種形式，而填料塔也有多種填料方式。在精餾設備選型時應滿足生產能力大，分離效率高，體積小：可靠性高，滿脊侍枯足工藝要求，結構櫻洞簡單，塔板壓力較小的要求。
4.反應器
反應器安全問題最為復雜，涉及反應器物系配置、投料速度談虛、投料量、升溫冷卻系統、檢測、顯示、控制系統以及反應器結構、攪拌、安全裝置、泄壓系統等。反應器是化工生、產中的關鍵設備，合理選擇設計好的反應器能夠有效利用原料，提高效率，減少分離裝置的負荷，節省分離所需的能量。
反應器應該滿足反應動力學要求、熱量傳遞的要求、質量傳遞過程與流體動力學過程的要求、工程式控制制的要求、機械工程的要求、安全運行要求。
反應器的種類很多，按基本結構可分為：管式反應器、釜式反應器、固定床反應器和流化床反應器。
5．攪拌器
攪拌器的安全可靠是許多放熱反應、聚合過程等安全運行的必需條件。攪拌器的中斷或突然失效可以造成物料反應停滯、分層、局部過熱等。攪拌器的形式有槳式、渦輪式、推進式、框式(或錨式)、螺桿式及螺帶式等。選擇時，首先根據攪拌器形式與釜內物料容積及黏度的關系進行大致的選擇，攪拌器的材質可根據物料的腐蝕性、黏度及轉數等確定。
6.軸密封裝置
防止反應釜的跑、冒、滴、漏，特別是防止有毒害、易燃介質的泄漏，選擇合理的密封裝置非常重要。密封填料可能選擇錯誤，與反應物反應導致反應器爆炸；機械密封由於安裝缺陷，大量溶劑泄漏發生爆炸。密封裝置主要有如下兩種。
(1)填料密封。優點是結構簡單，填料拆裝方便，造價低。但使用壽命短，密封可靠性差。
(2)機械密封。優點是密封可靠，使用壽命長，適用范圍廣、功率消耗少。但其造價高．安裝精度要求高。
7．蒸發設備
蒸發設備的選型主要考慮被蒸發溶液的性質，如黏度、發泡性、腐蝕性、熱敏性和是否容易結晶或析出結晶等因素。
蒸發熱敏性物料時，應選用膜式蒸發器，以防止物料分解；蒸發黏度大的溶液，為保證物料流速應選用強制循環回轉薄膜式或降膜式蒸發器；蒸發易結垢或析出結晶的物料，可採用標準式或懸筐式蒸發器或管外沸騰式和強制循環型蒸發器；蒸發發泡性溶液時，應選用強制循環型和長管薄膜式蒸發器；蒸發腐蝕性物料時應考慮設備用材；如蒸發廢酸等物料應選用浸沒燃燒蒸發器；處理量小的或採用間歇操作時，可選用夾套或鍋爐蒸發器，以便製造、操作和節約投資。
8.存儲設備
化工生產中需要存儲的有原料、中間產品、成品、副產品以及廢液和廢氣等。常見的存儲設備有罐、桶、池等。有敞口的也有密封的；有常壓的也有高壓的；可根據存儲物的性質，數量和工藝要求選用。
一般固體物料，不受天氣影響的，可以露天存放。大量液體的存儲一般使用圓形或球形儲槽；易揮發的液體，為防物料揮發損失，而選用浮頂儲罐；蒸氣壓高於大氣壓的液體，要視其蒸氣壓大小專門設計儲槽；可燃液體的存儲，要在存儲設備的開口處設置防火裝置。容易液化的氣體，一般經過加壓液化後存儲於壓力儲罐或承壓鋼瓶中，近些年，用低溫法將液化後的物料儲存於常壓低溫儲罐中也得到了應用；難於液化的氣體，大多數經過加壓後存儲於氣櫃高壓球形儲槽或柱形容器中。易受空氣和濕度影響的物料應存儲於密閉的容器內。
(二)車間設備布置的安全分析
l.設備布置
車間設備布置是確定各個設備在車間中的位置；確定場地與建築物的尺寸；確定管理、生產儀表管線、採暖通風管線的走向和位置。
的設備布置應做到：經濟合理，節約投資，操作維修方便、安全，設備排列緊湊，整齊美觀。
設備布置時一般採用流程式布置，以滿足工藝流程路徑，保證工藝流程在水平和垂直方向的連續性。在不影響工藝流程路徑的原則下，將同類型的設備或操作性質相似的有關設備集中布置，可以有效地利用建築面積，便於管理、操作與維修。還可以減少備用設備或互為備用。如塔體集中布置在塔架上，換熱器、泵組成布置在一處等。充分利用位能，盡可能使物料自動流送，一般可將計量設備、高位槽布置在層，主要設備(如反應器等)布置在中層，儲槽、傳動設備等布置在底層。考慮合適的設備間距。設備間距過大會增加建築面積，拉長管道，從而增加建築和管道投資；設備間距過小導致操作、安裝與維修的困難，甚至發生事故。設備間距的確定主要取決於設備管道的安裝、檢修、安全生產以及節約投資等幾個因素。
2.設備布置的安全技術要求設備布置應盡量做到工人背光操作，高大設備避免靠近窗戶布置，以免影響門窗的開啟、通風與採光。
有爆炸危險的設備應露天或半露天布置，室內布置時要加強通風，防止爆炸性氣體的聚集；危險等級相同的設備或廠房應集中在一個區域，這樣可以減少防爆電器的數量和減少防火、防爆建築的面積；將有爆炸危險的設備布置在單層廠房或多層廠房的頂層或廠房的邊沿都有利於防爆泄壓和消防。
加熱爐、明火設備與產生易燃易爆氣體的設備應保持一定的距離(一般不小於18m)，易燃易爆車間要採取防止引起靜電現象和著火的措施。
處理酸鹼等腐蝕性介質的設備，如泵、池、罐等分別集中布置在底層有耐蝕鋪砌的圍堤中，不宜放在地下室或樓上。
產生有毒氣體的設備應布置在下風向，儲有毒物料的設備不能放在廠房的死角處；有毒、有粉塵和有氣體腐蝕的設備要集中布置並做通風、排毒或防腐處理，通風措施應根據生產過程中有害物質、易燃易爆氣體的濃度和爆炸極限及廠房的溫度而定。
笨重設備或運轉時產生很大振動的設備，如壓縮機、離心機、真空泵等，應盡可能布置在廠房底層，以減少廠房的荷載與振動。有劇烈振動的設備，其操作台和基礎不得與建築物的柱、牆連在一起，以免影響建築物的安全。廠房內操作平台必須統一考慮，以免平台支柱零亂重復。
3典型設備的布置
(1)塔。塔的布置形式很多，常在室外集中布置，在滿足工藝流程的前提下，可把高度相近的塔相鄰布置。
單塔或特別高大的塔可採用獨立布置，利用塔身設操作平台，供工作人員進出人孔、操作、維修儀表及閥門之用。塔或塔群布置在設備區外側，其操作側面對道路，配管側面對管廊，以便施工安裝、維修與配管。塔頂部常設有吊桿，用以吊裝塔盤等零件。填料塔常在裝料人孔的上方設吊車粱，供吊裝填料。
裝幾個塔的中心排列一條直線，高度相近的塔相鄰布置，通過適當調整安裝高度和操作點就可以採用聯合平台，既方便操作，又節省投資。採用聯合平台時應考慮各塔有不同的伸長量，以防止拉壞平台。相鄰小塔間的距離一般為塔徑的3～4倍。
數量不多、結構與大小相似的塔可成組布置，將四個塔合為一個整體，利用操作台集中布置：如果塔的高度不同，只要求將第一層操作平台取齊，其他各層可另行考慮。這樣，幾個塔組成一個空間體系，增加了塔群的剛度。塔的壁厚就可適當降低。
塔通常安裝在高位換熱器和容器的建築物或框架旁，利用容器或換熱器的平台作為塔的人孔、儀表和閥門的操作與維修的通道。將細而高的或負壓塔的側面固定在建築物或框架的適當高度，這樣可以增加剛度，減少壁厚。
直徑較小(1m以下)的塔常安裝在室內或框架中，平台和管道都支承在建築物上，冷凝器可裝在屋頂上或吊在屋頂梁下，利用位差重力迴流。
(2)換熱器。換熱器的熱量平衡由於涉及到傳熱效果，換熱面積、流動溫差、流動強度等一系列問題，因此，換熱器在運行過程中由於熱量積累、局部過熱、流體結焦或氣化而引起的事故比較多。
化工廠中使用最多的是列管換熱器和再沸器，其布置原理也適用於其他形式的換熱器。
設備布置的主要任務是將換熱器布量在適當的位置，確定支座、安裝結構和管口方位等。必要時在不影響工藝要求的前提下調整原換熱器的尺寸及安裝方式(立式或卧式)。
換熱器的布置原則是順應流程和縮小管道長度，其位置取決於它密切聯系的設備布置。塔的再沸器及冷凝器因與塔以大口徑的管道連接，故應採取近塔布置，通常將它們布置在塔的兩側。熱虹吸式再沸器直接固定在塔上，還要靠近迴流罐和迴流泵。自容器(或塔底)經換熱器抽出液體時，換熱器要靠近容器(或塔底)，使泵的吸入管道最短，以改善吸入條件。
(3)容器(罐，槽)。容器按用途可以分為原料儲罐、中間儲罐和成品儲罐；按安裝形式可以分為立式和卧式。容器布置時一般要注意以下事項。
立式儲罐布置時，按罐外壁取齊，卧式儲罐按封頭切線取齊。在室外布置易揮發液體儲罐時，應設置噴淋冷卻設施；易燃、可燃液體儲罐周圍應按規定設置防火堤壩；儲存腐蝕性物料罐區除設圍堰外，其地坪應作防腐處理。液位計、進出料接管、儀表盡可能集中在儲罐的一側，另一側供通道與檢修用。罐與罐之間的距離應符合國家標準的有關規定，以便操作、安裝與檢修。儲罐的安裝高度應根據安管需要和輸送泵的凈正吸人壓頭的要求決定。同時，多台大小不同的卧式儲罐，其底部宣布置在同一標高上。原料儲罐和成品儲罐一般集中布置在儲罐區，而中間儲罐要按流程順序布置在有關設備附近或廠房附近。
(4)反應器。反應器形式很多，可以根據結構形式按類似的設備布置。塔式反應器可按塔的方式布置；固定床催化反應器與容器相類似；火焰加熱的反應器則近似於工業爐：攪拌釜式反應器實質上是設有攪拌器和傳熱夾套的立式容器。
釜式反應器一般用掛耳支承在建(構)築物上或操作台的樑上；對於體積大、質量大或振動大的設備，要用文腳直接支承在地面或樓板上。兩台以上相同的反應器應盡可能排成一直線。反應器之間的距離，根據設備的大小、附屬設備和管道具體情況而定。管道閥門應盡可能集中布置在反應器一側，以便操作。
間歇操作的釜式反應器布置時要考慮便於加料和出料。液體物料通常是經高位槽計量後靠壓差加入釜中；固體物料大多是用吊車從人孔或加料口加入釜內，因此，人孔或加料口離地面、樓面或操作平檯面的高度以800mm為宜。
因多數釜式反應器帶有攪拌器，所以上部要設置安裝及檢修用的起吊設備，並考慮足夠的高度，以便抽出攪拌器軸等。
連接操作釜式反應器有單台和多台串聯式，布置時除考慮前述要求外，由於進料、出料都是連接的，因此在多台串聯時必須特別注意物料進、出口問的壓差和流體流動的阻力損失。
(5)泵與壓縮機。泵應盡量靠近供料設備以保證良好的吸人條件。它們常集中布置在室外、建築物底層或泵房。室外布置的泵一般在路旁或管廊下排成一行或兩行，電機端對齊排在中心通道兩側，吸入與排出端對著工藝罐。泵的排列次序由相關的設備與管道的布置所決定。當面積受限制或泵較小時，可成對布置，使兩泵共用一個基礎，在一根支柱上裝兩個開關。
離心壓縮機的布置原理與離心泵相似，但較為龐大、復雜，特別是一些附屬設備(潤滑油與密封油槽、控制台、冷卻器等)要佔據很大的空間。為電動機或背壓透平帶動的離心壓縮機的常用布置方案。
管道從頂部連接的壓縮機可以安裝在接近地面的基礎上．在拆卸上蓋時要同時拆去上部接管。管道從底部連接的壓縮機拆卸上蓋時比較方便，這種壓縮機要裝在抬高的框架上，支柱靠近機器，環繞機器設懸壁平台，壓縮機的基礎要與建築物的基礎分離。離心壓縮機常布置在敞開式的框架結構(有頂)或壓縮機室內，頂部要設吊車粱或行車以供檢修時起吊零部件。
往復壓縮機的工作原理與往復泵相似，但機器復雜很多，振動及雜訊都很大。往復式壓縮機結構復雜、拆裝時間長，所以都布置在壓縮機室內，並配有起重裝置，其周圍要留出足夠大的空地。
(三)化工生產管路與管系安全技術
化工管路主要由管子、管件和閥件構成，也包括一些附屬於管路的管架、管卡、管撐等輔件。化工生產中輸送的流體是多種多樣的，化工管路也各不相同，以適應不同輸送任務的要求。管路及管件的標志是管系安全生產的基本條件。化工管路的標准化是指制定化工管路主要構件，包括管子、管件、閥件(門)、法蘭、墊片等的結構、尺寸、連接、壓力等的標准並實施的過程。其中，壓力標准與直徑標準是制定其他標準的依據，也是選擇管子、管件、閻件(門)、法蘭、墊片等附件的依據，已由國家標准詳細規定。管子標準的參數包括壓力標准(又分公稱壓力、試驗壓力和工作壓力)、直徑(口徑)標准(也稱公稱直徑或通稱直徑)。
1化工管路布置的原則
(1)應合理安排管路，使管路與牆壁、柱子、場地、其他管路等之間應有適當的距離，並盡量採用標准件，以便於安裝、操作、巡查與檢修。
管道盡量架空敷設，平行成列走直線，少拐彎、少交叉以減少管架的數量；並列管線上的閥門應盡量錯開排列；從主管上引出支管時，氣體管從上方引出，液體管從下方引出。
(2)輸送有毒或有腐蝕性介質的管道，不得在人行道上空設置閥體、伸縮器、法蘭等，若與其他管道並列時應在外側或下方安裝；輸送易燃、易爆介質的管道不應敷設在生活間、樓梯和走廊等處；配置安全閥、防爆膜、阻火器、水封等防火防爆安全裝置，並應採取可靠的接地措施；易燃易爆及有毒介質的放空管應引至室外指定地點或高出層面2 m以上。
(3)管道敷設應有坡度，以免管內或設備內積液，坡度方向要根據介質流動方向和生產工藝特點確定。
(4)對於溫度變化較大的管路要採取熱補償措施，有凝液的管路要安排凝液排出裝置，有氣體積聚的管路要設置氣體排放裝置。長距離輸送蒸氣的管道要在一定距離處安裝疏水閻，以排除冷凝水。
2化工管路的連接
管子與管子、管子與管件、管子與閥件、管子與設備之間連接的方式主要有4種，即螺紋連接、法蘭連接、承插式連接及焊接。
3管路的熱補償
化工管路的兩端是固定的，當溫度發生較大的變化時，管路就會因管材的熱脹冷縮而承受壓力或拉力，嚴重時將造成管子彎曲、斷裂或接頭松脫。因此必須採取措施消除這種應力，這就是管路的熱補償。熱補償的主要方法有兩種：其一是依靠彎管的自然補償，通常，當管路轉角不大於150•時，均能起到一定的補償作用；其二是利用補償器進行補償．主要有方形、波形及填料3種補償器。
4化工管路的試壓與吹掃
化工管路在投入運行之前，必須保證其強度與嚴密性符合設計要求，因此，當管路安裝完畢後，必須進行壓力試驗，稱為試壓，試壓主要採用液壓試驗。少數特殊的也可以採用氣壓試驗。另外，為了保證管路系統內部的清潔，必須對管路系統進行吹掃與清洗，以除去鐵銹、焊渣、土及其他污物，稱為吹洗，管路吹洗根據被輸送介質不同，有水沖洗、空氣吹掃、蒸汽吹洗、酸洗、油清洗和脫脂等。
5化工管路的防靜電措施
當粉塵、液體和氣體電解質在管路中流動，或從容器中抽出或注入容器時，都會產生靜電。這些靜電如不及時消除，很容易產生電火花而引起火災或爆炸。管路的抗靜電措施主要是靜電接地和控制流體的流速。
6管道標志
化工廠中的管路是很多的，為了方便操作者區別各種類型的管路，常常在管外(保護層外或保溫層外)塗上不同的顏色，稱為管路的塗色。有兩種方法，其一是整個管路均塗上一種顏色(塗單色)，其二是在底色上每間隔2 m塗上一個50~100 mm的色圈。常見化工管路的顏色可參閱相關手冊。如給水管為綠色，飽和蒸汽為紅色。
【例題】非腐蝕性毒性危險化學品經口引起急性中毒，應迅速用（）的高錳酸鉀溶液或1％～2％的碳酸氫鈉溶液洗胃，然後用硫酸鎂溶液導泄。
A. 1／5000
B. 1／1000
C. 1／500
D. 1／100
【答案】A