第三章化工厂设计和操作安全

1、2022年5月17日1教师：刘晓芳电话邮：教材：化工安全工程概论，许文编，化学工业出版社第一节 工厂的定位、选址和布局第二节 化工工艺设计第三节 化工单元区域规划第四节 压力容器的设计、制造和检验第五节 化工装置维护第六节 公用工程设施安全工厂的地理位置对于企业的成败有很大的影响。厂址选择的好坏对工厂的建设进度、投资数量、经济效益以及环境保护等方面关系密切，所以它是基本建设的一个重要环节。化工厂大多数化学物质具有易燃，易爆，有毒及腐蚀等特性，对环境和广大人民的生命财产安全有很大的威胁，因此要进行化工厂的选址安全设计，以求在源头上降低对人们的威胁，同时也让企业能更稳定的

2、发展选址不当引起民愤在福建闽东山区，一座亚洲最大的氯酸钾生产基地榕屏联营化工厂由于排放剧毒的氯气、含六价铬的废水和含六价铬的废渣，给当地带来了严重的生态环境灾难，造成长达9年的环境问题。一名村医通过互联网，向外界发出了求救的信息。与此同时，当地1643村民联名控告该化工厂，官司之路艰难而漫长 据村医张长建统计，在这样一个只有2000多人的小村子的死亡人数中：1990年1994年死亡13人，其中癌症1人，占死亡率7.7%，平均寿命68.3岁；1995年1998年死亡14人，其中死于癌症4人，占死亡率28.57%，平均寿命67.8岁（宋虎诗92岁病故）；1999年2001年死亡24人，其中癌症17

3、人，占死亡率70.83%，平均寿命59.7岁。按如此速度计算，再过1020年后，后果是不堪设想的。目前，大范围内的绝大多数居民整天都会出现头晕、脑胀、腹痛、恶心、呕吐、肩背腰痛、胸闷、心烦、干咳、皮肤骚痒、眼酸流泪、记忆力衰退、头发脱落的症状。特别是很多学生，经常发生头晕、腹痛、呕吐，不能正常上学。同时，疑难杂症及癌病大暴发，来找村医问病求医者络绎不绝。在极为严重的污染下，受害人、受害面积仍在不断扩大。 化工厂入驻山村引发冲突化工厂入驻山村引发冲突 废渣横流果园无果废渣横流果园无果(图图) A 不受欢迎的不速之客不受欢迎的不速之客 小村小村“挤挤”进进3家化工厂家化工厂“化工废渣山化工废渣山”

4、高达数十米高达数十米 引发矛盾的化工厂名为“衡阳市宝丰化工有限公司”，原在衡阳市石鼓区第三橡胶厂租赁经营多年，以生产碱式碳酸锌为主。 该公司被省政府列为湘江流域治理工程整体搬迁项目，后选址松山村突然有一天，化工厂的施工队伍就开进了村子，开始进行厂区建造。”当地村民回忆说，在村民毫不知情的情况下，村庄里迎来了这位不速之客。“后来听说是要建化工厂，双方开始不断发生冲突。” 村民对化工企业的厌恶其实由来已久。在“宝丰”之前，村里早已有一家名为“万峰”的化工企业，已经存在了近20年。根据省环保局的相关材料显示，“万峰”现年产碳酸钡2万吨，硫脲3500吨，硫氢化钠3000吨。村民们搞不懂这些名目奇怪的产

5、品为何物，他们最直观的感受是“万峰”给村子带来了一座高达数十米、直径几百米的“黑山”由生产废渣长期堆积而成。松山村面积2.2平方公里，人口1219人，“万峰”占地近200亩，后来又有一家制药企业建在“万峰”厂内，加上“宝丰”的进驻，千余人的小村将出现核心区域近300亩的用地被化工企业吞噬。B恐怖的恐怖的“黑山黑山” 废渣直飘蒸水河桃树园废渣直飘蒸水河桃树园4年没结果年没结果 年纪稍大一点的村民都还记得，这座“黑山”所在地原来是一片深约30多米的洼地，现在，废渣不仅将深洼填平，而且还高出了地面10多米。记者爬上“黑山”发现，“山脚下”就是蒸水河。这条供应全村灌溉用水的河流绵延10多公里，最终汇入

6、湘江。而“黑山”与河流之间完全没有阻隔，风一吹，灰尘直接飘入河内，如遇下雨，则倾泻而下。今年6月中旬，省环境监察总队亲临现场督查，责成县环保局下达限期治理通知，要求在1年内铲除废渣。村民回忆，“万峰”旁原来是一大片杉树林，并夹种着桃子林。“这曾经是全村的主要经济来源。”村民周大星说：“化工企业一开工，杉树渐渐地都死了，我家里的桃树园曾经4年没结过一个果子。”现在，松山村已经看不到杉树和桃树，村民们改挖塘养鱼了。12/105一、危险和防护的一般考虑一、危险和防护的一般考虑危险按潜在或直接的危害分危险按潜在或直接的危害分一级危险和二级危险一级危险和二级危险。1.典型一级危险有典型一级危险有：有易燃

7、物质存在有易燃物质存在有热源存在有热源存在有火源存在有火源存在有富氧存在有富氧存在有压缩物质存在有压缩物质存在有毒性物质存在有毒性物质存在人员失误的可能性人员失误的可能性机械故障的可能性机械故障的可能性人员、物料和车辆在厂区的流动人员、物料和车辆在厂区的流动由于蒸气云降低能见度等。由于蒸气云降低能见度等。对一级危险，在正常条件下不会造成人身或财产的损害，对一级危险，在正常条件下不会造成人身或财产的损害，只有触发事故时才会引起损伤、火灾或爆炸。只有触发事故时才会引起损伤、火灾或爆炸。2022年5月17日第三章 化工厂设计和操作安全2.典型的二级危险有典型的二级危险有火灾火灾爆炸爆炸游离毒性物质的

8、释放游离毒性物质的释放跌伤跌伤倒塌倒塌碰撞碰撞二级危险是在一级危险失去控制后发展成二级危险是在一级危险失去控制后发展成的，会造成人身或财产的直接损失。的，会造成人身或财产的直接损失。2022年5月17日第三章 化工厂设计和操作安全14/1053.防护危险的措施防护危险的措施对于所有上述两级危险，可设置三道防护对于所有上述两级危险，可设置三道防护线。线。(1)第一道防护线：为了解决一级危险，并第一道防护线：为了解决一级危险，并防止二级危险的发生。防止二级危险的发生。在工厂的布局和规划中可考虑：在工厂的布局和规划中可考虑：根据主导风的风向，把火源置于易燃物质根据主导风的风向，把火源置于易燃物质可能

9、释放点的上风侧；可能释放点的上风侧；为人员、物料和车辆的流动提供充分的通为人员、物料和车辆的流动提供充分的通道等。道等。2022年5月17日第三章 化工厂设计和操作安全15/105(2)第二道防护线：当二级危险发生时，将第二道防护线：当二级危险发生时，将人身和财产损失降至最小程度。人身和财产损失降至最小程度。在工厂的选址和规划方面可考虑：在工厂的选址和规划方面可考虑：把最危险的区域与人员最常在的区域隔离把最危险的区域与人员最常在的区域隔离开；开；在关键部位安放灭火器材等。在关键部位安放灭火器材等。(3)第三道防护线：发生人身伤害事故时，第三道防护线：发生人身伤害事故时，提供有效的急救和医疗设施

10、，使受到伤害提供有效的急救和医疗设施，使受到伤害的人员得到迅速救治。的人员得到迅速救治。2022年5月17日第三章 化工厂设计和操作安全17/105工厂定位，面对的是一个计划中的工厂和一个工厂定位，面对的是一个计划中的工厂和一个现实的环境，要解决的问题是把工厂建于何处。现实的环境，要解决的问题是把工厂建于何处。化工厂定位，一般遵循以下基本原则：化工厂定位，一般遵循以下基本原则： (1)(1)有原料、燃料供应和产品销售的良好的流有原料、燃料供应和产品销售的良好的流通条件；通条件；(2)(2)有储运、公用工程和生活设施等方面良好有储运、公用工程和生活设施等方面良好的协作环境；的协作环境；(3)(3

11、)靠近水量充足，水质优良的水源；靠近水量充足，水质优良的水源；(4)(4)有便利的交通条件；有便利的交通条件；(5)(5)有良好的工程地址和水文气象条件。有良好的工程地址和水文气象条件。2022年5月17日第三章 化工厂设计和操作安全18/105工厂应避免定位在下列地区：工厂应避免定位在下列地区：(1)(1)震断层地区和基本烈度震断层地区和基本烈度9 9度以上的地震区；度以上的地震区；(2)(2)厚度较大的厚度较大的IIIIII级自重湿陷性黄土地区；级自重湿陷性黄土地区；(3)(3)易遭受洪水、泥石流、滑坡等危害的山区；易遭受洪水、泥石流、滑坡等危害的山区；(4)(4)有开采价值的矿藏地区；有

12、开采价值的矿藏地区；(5)(5)对机场、电台等使用有影响的地区；对机场、电台等使用有影响的地区；(6)(6)国家规定的历史文物、生物保护和风景游国家规定的历史文物、生物保护和风景游览地区；览地区；(7)(7)城镇等人口密集的地区。城镇等人口密集的地区。需注意的是，工厂定位除考虑以上因素外，需注意的是，工厂定位除考虑以上因素外，考虑的更多的是考虑的更多的是经济经济问题。问题。2022年5月17日第三章 化工厂设计和操作安全19/105工厂选址仍然是一种工厂相对于其环境的定位问题。考工厂选址仍然是一种工厂相对于其环境的定位问题。考虑如下方面：虑如下方面：隔开距离，把厂址选择在一个隔开距离，把厂址选

13、择在一个孤立地区孤立地区。如果客观条件。如果客观条件不允许，可以依据主导风，把工厂置于社区的不允许，可以依据主导风，把工厂置于社区的 。工厂的高建、构筑物要留有一定的工厂的高建、构筑物要留有一定的间距间距，防止物体砸伤，防止物体砸伤行人、汽车司乘人员或临近的设施。行人、汽车司乘人员或临近的设施。工厂产生的工厂产生的废液要经处理后排放废液要经处理后排放。工厂的工厂的出入口出入口要格外小心，避免严重的交通事故，或车要格外小心，避免严重的交通事故，或车辆离开高速公路冲入工厂。辆离开高速公路冲入工厂。临近有释放毒性或易燃气体的工厂，则建在其临近有释放毒性或易燃气体的工厂，则建在其 。保证有保证有充足的

14、水源充足的水源。最好附近有河流、湖泊，至少保证。最好附近有河流、湖泊，至少保证有消防管网。有消防管网。地形方面，地形方面，厂区内不应有低洼地厂区内不应有低洼地，否则会形成毒性或易，否则会形成毒性或易燃蒸气或液体的积聚。燃蒸气或液体的积聚。上风侧上风侧下风区下风区1 、化工企业的厂址选择应全面考虑建设地区的自燃环境和社会环境，认真收集拟建、化工企业的厂址选择应全面考虑建设地区的自燃环境和社会环境，认真收集拟建地区的地形测量、工程地质、水文、气象、区域规划等基础资料，进行多方案论证、比地区的地形测量、工程地质、水文、气象、区域规划等基础资料，进行多方案论证、比较，选定技术可靠、经济合理、交通方便、

15、符合环境和安全卫生要求的建设方案。较，选定技术可靠、经济合理、交通方便、符合环境和安全卫生要求的建设方案。2、 选择厂址应充分考虑地震、软地基、湿陷性黄土、膨胀土等地质因素以及飓风、选择厂址应充分考虑地震、软地基、湿陷性黄土、膨胀土等地质因素以及飓风、雷暴、沙暴等气象危害，采取可靠技术方案，避开断层、滑波、泥石流、地下溶洞等比雷暴、沙暴等气象危害，采取可靠技术方案，避开断层、滑波、泥石流、地下溶洞等比较发育的地区。较发育的地区。3、 厂址应不受洪水、潮水和内涝的威胁。凡可能受江、河、湖、海或山洪威胁的化厂址应不受洪水、潮水和内涝的威胁。凡可能受江、河、湖、海或山洪威胁的化工企业场地高程设计，应

16、符合国家工企业场地高程设计，应符合国家防洪标准防洪标准的有关规定，并采取有效的防洪、排涝的有关规定，并采取有效的防洪、排涝措施。措施。4、 厂址应避开新旧矿产采掘区、水坝（或大堤）溃决后可能淹设地区、地方病严重厂址应避开新旧矿产采掘区、水坝（或大堤）溃决后可能淹设地区、地方病严重流行区、国家及省市级文物保护区，并与航空站、气象站、体育中心、文化中心保持有流行区、国家及省市级文物保护区，并与航空站、气象站、体育中心、文化中心保持有关标准或规范所规定的安全距离。关标准或规范所规定的安全距离。5、 化工企业之间、化工企业与其它工矿企业、交通线站、港埠之间的距化工企业之间、化工企业与其它工矿企业、交通

17、线站、港埠之间的距离应符合安全卫生、防火规定。离应符合安全卫生、防火规定。6、 化工企业的厂址应符合当地城乡规划，按工厂生产类型及安全卫生要化工企业的厂址应符合当地城乡规划，按工厂生产类型及安全卫生要求与城镇、村庄和工厂居住区保持足够的间距。求与城镇、村庄和工厂居住区保持足够的间距。7 、工厂的居住区、水源地等环境质量要求较高的设施与各种有害或危险、工厂的居住区、水源地等环境质量要求较高的设施与各种有害或危险场所应按有关标准规范设置防护距离，并应位于附近不洁水体、废渣堆场所应按有关标准规范设置防护距离，并应位于附近不洁水体、废渣堆场的上风、上游位置。场的上风、上游位置。8 、化工企业厂址必须考

18、虑当地风向因素，一般应位于城镇、工厂居住区、化工企业厂址必须考虑当地风向因素，一般应位于城镇、工厂居住区全年最小频率风向的上风方向。全年最小频率风向的上风方向。9、 厂区具体定位应与当地现有和规划的交通线路、车站、港口进行顺捷厂区具体定位应与当地现有和规划的交通线路、车站、港口进行顺捷合理的联结。厂前区尽量临靠公路干道；铁路、索道和码头应在厂后、合理的联结。厂前区尽量临靠公路干道；铁路、索道和码头应在厂后、侧部位，避免不同方式的交通线路平面交叉。侧部位，避免不同方式的交通线路平面交叉。10、 集中建设的工厂居住区不宜分散在铁路或公路干道两侧，邻近居住集中建设的工厂居住区不宜分散在铁路或公路干道

19、两侧，邻近居住区的线路应保持有关规范所规定的距离。区的线路应保持有关规范所规定的距离。 石油化工企石油化工企 业生产业生产相邻工厂和设施相邻工厂和设施 液化烃液化烃罐组罐组 可能携带可能携带可燃液体的可燃液体的高架火炬高架火炬甲、乙类甲、乙类工艺装置工艺装置或设施或设施居民区、公共福利设施、村庄居民区、公共福利设施、村庄相邻工厂（围墙）相邻工厂（围墙）国家铁路线（中心线）国家铁路线（中心线）厂外企业铁路线（中心线）厂外企业铁路线（中心线）国家或工业区铁路编组站（铁国家或工业区铁路编组站（铁路中心线或建筑物）路中心线或建筑物）厂外公路（路边）厂外公路（路边）变配电站（围墙）变配电站（围墙）架空电

20、力线路（中心线）架空电力线路（中心线）、级国家架空通信线路级国家架空通信线路（中心线）（中心线）通航江、河、海岸边通航江、河、海岸边 12012055455525801.5倍塔杆高度倍塔杆高度5025 12012080808060120808080 1005045354520501.5倍塔杆高度倍塔杆高度4020 全封闭式污水处理场的卫生防护距离可减少60%，部分封闭式的可能减少30%；*为二甲基甲酰胺纺丝工艺的卫生防护距离。2022年5月17日第三章 化工厂设计和操作安全24/105工厂布局是一种工厂内部组件之间相对位工厂布局是一种工厂内部组件之间相对位置的定位问题，其基本任务是结合厂区的置

21、的定位问题，其基本任务是结合厂区的内外条件确定生产过程中各种机器设备的内外条件确定生产过程中各种机器设备的空间位置获得最合空间位置获得最合 理的物料和人员的流理的物料和人员的流动路线。动路线。化工厂布局普遍采用留有一定间距的区块化工厂布局普遍采用留有一定间距的区块化的化的 方法。工厂厂区一般可划分为以下六方法。工厂厂区一般可划分为以下六个区块：个区块：工艺装置区；罐区；公用设施工艺装置区；罐区；公用设施 区；区；运输装卸区；辅助生产区；管理区运输装卸区；辅助生产区；管理区。对各对各个区块的安全要求如下。个区块的安全要求如下。 2022年5月17日第三章 化工厂设计和操作安全25/1051 1工

22、艺装置区工艺装置区 加工单元可能是工厂中最危险的区域。首先应该汇集这加工单元可能是工厂中最危险的区域。首先应该汇集这个区域的一级危个区域的一级危 险，找出毒性或易燃物质、高温、高压、险，找出毒性或易燃物质、高温、高压、火源等。这些地方有很多机械设火源等。这些地方有很多机械设 备，容易发生故障，加备，容易发生故障，加上人员可能的失误而使其充满危险。在安全方面惟一可上人员可能的失误而使其充满危险。在安全方面惟一可取之处是取之处是通常过程单元人员较少通常过程单元人员较少。加工单元应该离开工厂边界一定的距离，应该是集中而加工单元应该离开工厂边界一定的距离，应该是集中而不是分散的分布。不是分散的分布。后

23、者有助于加工单元作为危险区的识后者有助于加工单元作为危险区的识别，杜绝或减少无关车辆的通过。要注意厂区内主要的别，杜绝或减少无关车辆的通过。要注意厂区内主要的火源和主要的人口密集区，由于易燃或毒性物质释放的火源和主要的人口密集区，由于易燃或毒性物质释放的可能性，加工单元应该置于上述两者的可能性，加工单元应该置于上述两者的下风区下风区。过程区。过程区和主要罐区有交互危险性，两者最好保持相当的距离。和主要罐区有交互危险性，两者最好保持相当的距离。2022年5月17日第三章 化工厂设计和操作安全26/105过程单元除应该集中分布外，还应注意区域不宜太拥挤。过程单元除应该集中分布外，还应注意区域不宜太

24、拥挤。因为不同过程单元间可能会有交互危险性。过程单元间因为不同过程单元间可能会有交互危险性。过程单元间要隔开一定的距离。特别是对于各单元不是一体化过程要隔开一定的距离。特别是对于各单元不是一体化过程的情形，完全有可能一个单元满负荷运转，而邻近的另的情形，完全有可能一个单元满负荷运转，而邻近的另一个单元正在停车大修，从而使潜在危险增加。危险区一个单元正在停车大修，从而使潜在危险增加。危险区的火源、大型作业、机器的移动、人员的密集等都是应的火源、大型作业、机器的移动、人员的密集等都是应该特别注意的事项。该特别注意的事项。目前在化学工业中，目前在化学工业中，过程单元间的间距过程单元间的间距仍然是安全

25、评价仍然是安全评价的重要内容。对于的重要内容。对于过程单元本身的安全评价，比较重要过程单元本身的安全评价，比较重要的因素有：操作温度；操作压力；单元中物料的的因素有：操作温度；操作压力；单元中物料的类型；单元中物料的量；单元中设备的类型；单类型；单元中物料的量；单元中设备的类型；单元的相对投资额；救火或其它紧急操作需要的空间。元的相对投资额；救火或其它紧急操作需要的空间。2022年5月17日第三章 化工厂设计和操作安全27/105贮存容器，比如贮罐，是需要特别重视的装置。每个这贮存容器，比如贮罐，是需要特别重视的装置。每个这样的容器都是巨样的容器都是巨 大的能量或毒性物质的贮存器。大的能量或毒

26、性物质的贮存器。容器能够释放出大量的毒性或易燃性的物质，需置于工容器能够释放出大量的毒性或易燃性的物质，需置于工厂的下风区域。厂的下风区域。贮罐应该安置在工厂中的专贮罐应该安置在工厂中的专 用区域，加强其作为危险区用区域，加强其作为危险区的标识，使通过该区域的无关车辆降至最低限的标识，使通过该区域的无关车辆降至最低限 度。度。 罐区和办公室、辅助生产区之间要保持足够的安全距离。罐区和办公室、辅助生产区之间要保持足够的安全距离。罐区和工艺装罐区和工艺装 置区、公路之间要留出有效的间距。置区、公路之间要留出有效的间距。罐区应设在地势比工艺装置区略低的区罐区应设在地势比工艺装置区略低的区 域，决不能

27、设在域，决不能设在高坡上。高坡上。通路问题。每一罐体至少可以在一边由通路到通路问题。每一罐体至少可以在一边由通路到 达，最好达，最好是可以在相反的两边由通路到达。是可以在相反的两边由通路到达。 2022年5月17日第三章 化工厂设计和操作安全28/105公用设施区应该远离工艺装置区、罐区和其他危险区，公用设施区应该远离工艺装置区、罐区和其他危险区，以以便遇到紧急情便遇到紧急情 况时仍能保证水、电、汽等的正常供应。况时仍能保证水、电、汽等的正常供应。由厂外进入厂区的公用工程干管，由厂外进入厂区的公用工程干管， 也不应该通过危险区也不应该通过危险区，如果难以避免，则应该采取必要的保护措施。如果难以

28、避免，则应该采取必要的保护措施。工厂布局应该尽量减少地面管线穿越道路。工厂布局应该尽量减少地面管线穿越道路。管线配置的一管线配置的一个重要特点是在一些装置中个重要特点是在一些装置中配置回路管线配置回路管线。回路系统的任。回路系统的任何一点出现故障即可关闭阀门将其隔离开何一点出现故障即可关闭阀门将其隔离开 并把装置与并把装置与系统的其余部分接通。要做到这一点，就必须保证这些装系统的其余部分接通。要做到这一点，就必须保证这些装置至少置至少 能从两个方向接近工厂的关节点。为了加强安全。能从两个方向接近工厂的关节点。为了加强安全。特别是在紧急情况下，特别是在紧急情况下， 这些装置的管线对于如消防用水、

29、这些装置的管线对于如消防用水、电力或加热用蒸汽等的传输必须是回电力或加热用蒸汽等的传输必须是回 路的。路的。 锅炉设备和配电设备应该设置在易燃液体设备的上风区域。锅炉设备和配电设备应该设置在易燃液体设备的上风区域。2022年5月17日第三章 化工厂设计和操作安全29/105锅炉房和泵站应该设置在工厂中其他设施的火灾或爆炸不锅炉房和泵站应该设置在工厂中其他设施的火灾或爆炸不会危及的会危及的 地区。地区。管线在道路上方穿过要引起特别注意。高架的间隙应留有管线在道路上方穿过要引起特别注意。高架的间隙应留有如起重机等如起重机等 重型设备的方便通路，减少碰到的危险。重型设备的方便通路，减少碰到的危险。管

30、路一定不能穿过围堰区，管路一定不能穿过围堰区， 围堰区的火灾有可能毁坏管围堰区的火灾有可能毁坏管路。路。 冷却塔释放出的烟雾会影响人的视线，冷却塔不宜靠近铁冷却塔释放出的烟雾会影响人的视线，冷却塔不宜靠近铁路、公路或路、公路或 其他公用设施。大型冷却塔会产生很大噪声，其他公用设施。大型冷却塔会产生很大噪声，应该与居民区有较大的应该与居民区有较大的 距离。距离。 2022年5月17日第三章 化工厂设计和操作安全30/105良好的工厂布局不允许铁路支线通过厂区，可以把良好的工厂布局不允许铁路支线通过厂区，可以把铁路支线规铁路支线规划在工厂边缘地区划在工厂边缘地区解决这个问题。对于罐车和罐车的装卸设

31、施解决这个问题。对于罐车和罐车的装卸设施常做类似的考虑。常做类似的考虑。在装卸台上可能会发生毒性或易燃物的溅洒，在装卸台上可能会发生毒性或易燃物的溅洒，装卸设施应该设装卸设施应该设置在工厂的下风区置在工厂的下风区 域域，最好是在边缘地区。，最好是在边缘地区。 原料库、成品库和装卸站原料库、成品库和装卸站等机动车辆进出频繁的设施，等机动车辆进出频繁的设施，不得设不得设在必须通在必须通 过工艺装置区和罐区的地带，与居民区、公路和铁过工艺装置区和罐区的地带，与居民区、公路和铁路要保持一定的安全路要保持一定的安全 距离。距离。 2022年5月17日第三章 化工厂设计和操作安全31/105维修车间和研究

32、室要远离工艺装置区和罐区。维修车间和研究室要远离工艺装置区和罐区。维修车间是重要的火源，维修车间是重要的火源， 同时人员密集，应该同时人员密集，应该置于工厂的上风区域。置于工厂的上风区域。研究室与其他管理研究室与其他管理 机构，直接连接是不恰当的。机构，直接连接是不恰当的。 废水处理装置是工厂各处流出的毒性或易燃物汇废水处理装置是工厂各处流出的毒性或易燃物汇集的终点，应该置于工集的终点，应该置于工 厂的下风远程区域。厂的下风远程区域。 高温煅烧炉的安全考虑呈现出矛盾。作为火源，高温煅烧炉的安全考虑呈现出矛盾。作为火源，应将其置于工厂的上风应将其置于工厂的上风 区，但是严重的操作失区，但是严重的

33、操作失误会使煅烧炉喷射出相当量的易燃物，对此则应误会使煅烧炉喷射出相当量的易燃物，对此则应将其将其 置于工厂的下风区。作为折中方案，可以置于工厂的下风区。作为折中方案，可以把锻烧炉置于工厂的侧面风区域。把锻烧炉置于工厂的侧面风区域。 与其他设施与其他设施隔开一定的距离也是可行的方案。隔开一定的距离也是可行的方案。 2022年5月17日第三章 化工厂设计和操作安全32/105主要办事机构应该设置主要办事机构应该设置 在工厂的边缘区域，并尽可能与在工厂的边缘区域，并尽可能与工厂的危险区隔离。工厂的危险区隔离。这样做有以下理由：首这样做有以下理由：首 先，销售和先，销售和供应人员以及必须到工厂办理业

34、务的其他人员，没有必要供应人员以及必须到工厂办理业务的其他人员，没有必要进入厂区。因为这些人员不熟悉工厂危险的性质和区域，进入厂区。因为这些人员不熟悉工厂危险的性质和区域，而他们的普通习惯如在危而他们的普通习惯如在危 险区无意中吸烟，就有可能危险区无意中吸烟，就有可能危及工厂的安全。其次，办公室人员的密度在全厂可能是最及工厂的安全。其次，办公室人员的密度在全厂可能是最大的，把这些人员和危险分开会改善工厂的安全状况。大的，把这些人员和危险分开会改善工厂的安全状况。2022年5月17日第三章 化工厂设计和操作安全33/105一、工艺流程图一、工艺流程图 工艺流程图绘制是化工厂设计初始阶段的工作。这

35、些工艺流程图绘制是化工厂设计初始阶段的工作。这些流程图经过提炼流程图经过提炼 和修改，最后成为绘制管线配置图、和修改，最后成为绘制管线配置图、平面图、设备图等的基础。因为早期阶平面图、设备图等的基础。因为早期阶 段做出的决定段做出的决定严重影响着后续阶段，在流程图绘制中始终都要对安严重影响着后续阶段，在流程图绘制中始终都要对安全给予充全给予充 分注意。分注意。在设计程序中，凭借文献、实验室实验和中试工厂模在设计程序中，凭借文献、实验室实验和中试工厂模试的有关资料进行设计是惯常的做法。试的有关资料进行设计是惯常的做法。 2022年5月17日第三章 化工厂设计和操作安全34/105 工艺流程图的绘

36、制是从基本的过程计算开始的。由于工艺流程图的绘制是从基本的过程计算开始的。由于过程是高度整体化的，过程的每一步骤都影响着其他步过程是高度整体化的，过程的每一步骤都影响着其他步骤的操作。所以，过程可以划分为若干个子区间，对每骤的操作。所以，过程可以划分为若干个子区间，对每一子区一子区 间内部的安全操作及其对其他子区间安全的影响间内部的安全操作及其对其他子区间安全的影响都要进行分析。方便的子区都要进行分析。方便的子区 间划分是：间划分是： (1)(1)反应反应( (决定整个系统的动力学决定整个系统的动力学) )； (2)(2)分离，分离，如蒸馏、吸收、吸附、液体萃取、如蒸馏、吸收、吸附、液体萃取、

37、 (3)(3)贮存贮存，如固体、液体和气体物料的贮存。，如固体、液体和气体物料的贮存。 工艺流程图是描述过程的主要文件，它表示出了主要工艺流程图是描述过程的主要文件，它表示出了主要设备、主要物流路线和控制点。对于正常操作预期的主设备、主要物流路线和控制点。对于正常操作预期的主要温度和压力，物料的流动和组成以及主要设备的设计要温度和压力，物料的流动和组成以及主要设备的设计能力都做了说明。能力都做了说明。 2022年5月17日第三章 化工厂设计和操作安全35/105管线配置图是指管路和仪表的线路图，又称工程线路图，管线配置图是指管路和仪表的线路图，又称工程线路图，是设计和施工的基本工作文件，一般包

38、括：是设计和施工的基本工作文件，一般包括： (1)(1)开启、关闭、紧急和普通操作需要的所有过程设施开启、关闭、紧急和普通操作需要的所有过程设施 ，如阀门、盲板、可移动的柱塞等；如阀门、盲板、可移动的柱塞等； (2)(2)施工材料的鉴定序号和鉴定人，每条管路的直径和绝施工材料的鉴定序号和鉴定人，每条管路的直径和绝热要求热要求 (3)(3)物流的方向；物流的方向； (4)(4)主要过程和起始管路的识别；主要过程和起始管路的识别；(5)(5)所有仪表、控制点和有仪表失灵显示功能的连锁装置；所有仪表、控制点和有仪表失灵显示功能的连锁装置；2022年5月17日第三章 化工厂设计和操作安全36/105(

39、6)(6)所有设备的主要尺寸和负荷；所有设备的主要尺寸和负荷； (7)(7)容器、反应器的操作和设计温度容器、反应器的操作和设计温度 (8)(8)装置的标高；装置的标高； (9)(9)释放阀、安全膜等的设定压力；释放阀、安全膜等的设定压力； (10)(10)排水要求；排水要求； (11)(11)必要时要有管路配置的特殊备忘录必要时要有管路配置的特殊备忘录 2022年5月17日第三章 化工厂设计和操作安全37/105过程物料的选择，应该就物料的物性和危险性进行详细过程物料的选择，应该就物料的物性和危险性进行详细地评估，对一切地评估，对一切 可能的过程物料做总体考虑。过程物料可能的过程物料做总体考

40、虑。过程物料可以划分为过程内物料和过程辅助物可以划分为过程内物料和过程辅助物 料两大类型。料两大类型。过程内物料过程内物料是指是指从原料到产品的整个工艺流程线上的物从原料到产品的整个工艺流程线上的物料料，如，如 原料、催化剂、中间体、产物、副产物、溶剂、原料、催化剂、中间体、产物、副产物、溶剂、添加剂等。添加剂等。过程辅助物料过程辅助物料 是指是指实现过程条件所用的物料实现过程条件所用的物料，如传热流，如传热流体、重复循环物、冷冻剂、灭火体、重复循环物、冷冻剂、灭火 剂等。剂等。 在过程设计中，需要汇编出过程物料的目录，记录下过在过程设计中，需要汇编出过程物料的目录，记录下过程物料在全部过程物

41、料在全部过 程条件范围内的有关性质资料，作为过程条件范围内的有关性质资料，作为过程危险评价和安全设计的重要依据程危险评价和安全设计的重要依据。 过程物料所需的典过程物料所需的典型资料如下。型资料如下。2022年5月17日第三章 化工厂设计和操作安全38/105(1)(1)一般性说明资料一般性说明资料 物料名称和别名、分子结构式和相对分子质量、物理状态、物料名称和别名、分子结构式和相对分子质量、物理状态、纯度、外观、气味或味道、腐蚀性、主要用途、危险性和纯度、外观、气味或味道、腐蚀性、主要用途、危险性和防护措施、污染因素等防护措施、污染因素等 (2)(2)基础物性资料基础物性资料 蒸气密度、相对

42、密度、熔点、沸点、溶解度和互溶性、粘蒸气密度、相对密度、熔点、沸点、溶解度和互溶性、粘度、粒度及其分布、临界参数、膨胀系数、表面张力度、粒度及其分布、临界参数、膨胀系数、表面张力 、Joule-ThompsonJoule-Thompson系数等。系数等。 2022年5月17日第三章 化工厂设计和操作安全39/105(3)(3)易燃性资料易燃性资料 闪点、着火点、燃烧极限、自热、蒸气压、介电常数、闪点、着火点、燃烧极限、自热、蒸气压、介电常数、电阻、粉尘爆炸电阻、粉尘爆炸 性质、火灾中的毒性热分解产物等。性质、火灾中的毒性热分解产物等。(4)(4)反应性资料反应性资料 高速量热、差热分析、撞击实

43、验、热稳定性、热分析试高速量热、差热分析、撞击实验、热稳定性、热分析试验、爆炸引起的爆炸扩散、自燃性等。验、爆炸引起的爆炸扩散、自燃性等。 (5)(5)毒性资料毒性资料 毒性危险等级、卫生标准、最大允许浓度、半致死浓度毒性危险等级、卫生标准、最大允许浓度、半致死浓度或半致死剂量等。或半致死剂量等。 (6)(6)暴露作用暴露作用 吸入或食入危险、呼吸刺激、皮肤刺激、眼睛刺激、皮吸入或食入危险、呼吸刺激、皮肤刺激、眼睛刺激、皮肤或呼吸的敏感度等。肤或呼吸的敏感度等。 (7)(7)放射性资料放射性资料 放射性测试，。放射性测试，。 、 、 、中子射线暴露及其危害等中子射线暴露及其危害等 2022年5

44、月17日第三章 化工厂设计和操作安全40/105过程路线的选择是在工艺设计的最初阶段完成的过程路线的选择是在工艺设计的最初阶段完成的。过程。过程路线的安全评价，应该考虑过程本身是否具有潜在危险，路线的安全评价，应该考虑过程本身是否具有潜在危险，以及为了特定目的把物料加入过以及为了特定目的把物料加入过 程，是否会增加危险。程，是否会增加危险。 1 1有潜在危险的过程有潜在危险的过程 这些过程一旦失去控制就有可能造成灾难性的后果，如这些过程一旦失去控制就有可能造成灾难性的后果，如发生火灾、爆炸或毒性物质的释放等。有潜在危险的过发生火灾、爆炸或毒性物质的释放等。有潜在危险的过 程有：程有： (1)(

45、1)爆炸、爆燃或强放热过程；爆炸、爆燃或强放热过程； (2)(2)有粉尘或烟雾生成的过程；有粉尘或烟雾生成的过程；(3)(3)在物料的爆炸范围或近区操作的过程；在物料的爆炸范围或近区操作的过程； (4)(4)在高温、高压或冷冻条件下操作的过程在高温、高压或冷冻条件下操作的过程 (5)(5)含有易燃物料的过程；含有易燃物料的过程； (6)(6)含有不稳定化合物的过程；含有不稳定化合物的过程； (7)(7)含有高毒性物料的过程；含有高毒性物料的过程； (8)(8)有大量贮存压力负荷能的过程有大量贮存压力负荷能的过程 2022年5月17日第三章 化工厂设计和操作安全41/1052 2反应过程的安全分

46、析反应过程的安全分析 反应过程常因反应条件的反应过程常因反应条件的 微小变化而偏离预期的反应途微小变化而偏离预期的反应途径，化学反应过程有较多的危险性。充分评估径，化学反应过程有较多的危险性。充分评估 反应过程反应过程的危险性，有助于改善过程的安全。的危险性，有助于改善过程的安全。 (1)(1)对潜在的不稳定的反应和副反应，如自燃或聚合等进对潜在的不稳定的反应和副反应，如自燃或聚合等进行考察，考虑行考察，考虑 改变反应物的相对浓度或其他操作条件是改变反应物的相对浓度或其他操作条件是否会使反应的危险程度减小。否会使反应的危险程度减小。 (2)(2)考虑混合、反应物和热源的低效配置、操作故障、设考

47、虑混合、反应物和热源的低效配置、操作故障、设计失误、计失误、 发生不需要的副反应、热量、反应器失控、结发生不需要的副反应、热量、反应器失控、结垢等引起的危险。垢等引起的危险。 2022年5月17日第三章 化工厂设计和操作安全42/105(3)(3)评价副反应是否生成毒性或爆炸性物质，是否会有危评价副反应是否生成毒性或爆炸性物质，是否会有危险垢层形成。险垢层形成。 (4)(4)考察物料是否吸收空气中的水分变潮，表面粘附形成考察物料是否吸收空气中的水分变潮，表面粘附形成毒性或腐蚀性毒性或腐蚀性 液体或气体。液体或气体。 (5)(5)确定所有杂质对化学反应和过程混合物性质的影响。确定所有杂质对化学反

48、应和过程混合物性质的影响。 (6)(6)确保结构材料彼此相容并与过程物料相容。确保结构材料彼此相容并与过程物料相容。 (7)(7)考虑过程中危险物质的积累，如可燃物、毒性中间体。考虑过程中危险物质的积累，如可燃物、毒性中间体。 (8)(8)考虑催化剂行为的各个方面，如老化、中毒、粉碎、考虑催化剂行为的各个方面，如老化、中毒、粉碎、活化、再生等。活化、再生等。 2022年5月17日第三章 化工厂设计和操作安全43/1053 3有潜在危险的操作有潜在危险的操作 有些操作本身具有潜在危险。分析和确定这些操作的危有些操作本身具有潜在危险。分析和确定这些操作的危险件，是过程安全评价的重要内容。险件，是过

49、程安全评价的重要内容。 常见的有潜在危险常见的有潜在危险的操作。的操作。 (1)(1)易燃或毒性液体或气体的蒸发和扩散；易燃或毒性液体或气体的蒸发和扩散； (2)(2)可燃或毒性固体的粉碎和分散；可燃或毒性固体的粉碎和分散； (3)(3)易燃物质或强氧化剂的雾化；易燃物质或强氧化剂的雾化； (4)(4)易燃物质和强氧化剂的混合；易燃物质和强氧化剂的混合； (5)(5)危险化学品与惰性组分或稀释剂的分离危险化学品与惰性组分或稀释剂的分离 (6)(6)不稳定液体的温度或压力的升高。不稳定液体的温度或压力的升高。 2022年5月17日第三章 化工厂设计和操作安全44/1054 4间歇过程和连续过程比

50、较间歇过程和连续过程比较 工艺设计中，需要在间歇过程和连续过程之间做出选择。工艺设计中，需要在间歇过程和连续过程之间做出选择。大批量大批量 的操作，从经济上考虑，连续过程更具有优势。的操作，从经济上考虑，连续过程更具有优势。间歇和连间歇和连 续两种过程方式的比较。续两种过程方式的比较。(1)(1)间歇过程各操作单元之间易于隔绝，单元设备过程物间歇过程各操作单元之间易于隔绝，单元设备过程物料持有量较大。连续过程各操作单元连通，过程物料持料持有量较大。连续过程各操作单元连通，过程物料持有量较少。有量较少。(2)(2)间歇过程劳动强度较大，紧急情况下操作者有较多的间歇过程劳动强度较大，紧急情况下操作

51、者有较多的机会介入。连续过程更多地依靠自动控制；机会介入。连续过程更多地依靠自动控制；2022年5月17日第三章 化工厂设计和操作安全45/105(3)(3)间歇过程产物纯度容易控制，过程物料易于识别。连间歇过程产物纯度容易控制，过程物料易于识别。连续过程不稳状态或周期性波动（如开车或停车）较少；续过程不稳状态或周期性波动（如开车或停车）较少；(4)(4)间歇过程有详尽的指令和操作规程，可以减少操作失间歇过程有详尽的指令和操作规程，可以减少操作失误或设备的损坏。连续过程的容器或设备很少需要清洗，误或设备的损坏。连续过程的容器或设备很少需要清洗，不稳态的物料输入也较少；不稳态的物料输入也较少；(

52、5)(5)间歇过程有较长的暴露时间。在连续过程中，有潜在间歇过程有较长的暴露时间。在连续过程中，有潜在危险的中间体无须贮存加工。危险的中间体无须贮存加工。 2022年5月17日第三章 化工厂设计和操作安全46/105机械设计、过程和布局的微小变化都有可机械设计、过程和布局的微小变化都有可 能出现预想不能出现预想不到的问题。工厂和其中的各项设备是为了维持操作参数到的问题。工厂和其中的各项设备是为了维持操作参数允许范允许范 围内的正常操作设计的，在开车、试车或停车操围内的正常操作设计的，在开车、试车或停车操作中会有不同的条件，因而作中会有不同的条件，因而 会产生与正常操作的偏离。会产生与正常操作的

53、偏离。为了确保过程安全，有必要对设计和操作的每一为了确保过程安全，有必要对设计和操作的每一 细节逐细节逐一枚核。一枚核。 1 1物料和反应的安全校核。如查询过程物料的毒性，物料和反应的安全校核。如查询过程物料的毒性，确定过程物料在所有过程条件下的有关物性，鉴别一切确定过程物料在所有过程条件下的有关物性，鉴别一切可能的化学反应，对预期的和意外的化学反应都要考虑。可能的化学反应，对预期的和意外的化学反应都要考虑。 2 2过程安全的总体规范。如过程安全的总体规范。如 过程的规模、类型和整体过程的规模、类型和整体性是否恰当。过程的放大是否正确。性是否恰当。过程的放大是否正确。 3 3非正常操作的安全问

54、题非正常操作的安全问题 。如考虑偏离正常操作会发。如考虑偏离正常操作会发生什么情况，对于这些情况是否采取了适当生什么情况，对于这些情况是否采取了适当 的预防措施。的预防措施。2022年5月17日第三章 化工厂设计和操作安全47/105化工单元区域规划是定出各单元边界内不同设备的相对物化工单元区域规划是定出各单元边界内不同设备的相对物理位置。理位置。一一 般来说，单元排列越紧密，配管、泵送和地般来说，单元排列越紧密，配管、泵送和地皮不动产的费用越低。但是出于皮不动产的费用越低。但是出于 安全考虑，需要把危险安全考虑，需要把危险隔开，单元排列应该比较分散隔开，单元排列应该比较分散，同时也为救火或其

55、他同时也为救火或其他 紧紧急操作留有充分的空间。综合考虑表明，留有自由活动空急操作留有充分的空间。综合考虑表明，留有自由活动空间的开放的区域间的开放的区域 规划更合理一些。过分拥挤严重影响施规划更合理一些。过分拥挤严重影响施工和维修效率，会增加初始的和继续工和维修效率，会增加初始的和继续 的投资费用。的投资费用。 2022年5月17日第三章 化工厂设计和操作安全48/1051 1设备配置的直线排列设备配置的直线排列 试图平衡区域规划中互相矛盾的各种因素的多年实践，产试图平衡区域规划中互相矛盾的各种因素的多年实践，产生了一种为加工工业普遍接受的区域规划方法：生了一种为加工工业普遍接受的区域规划方

56、法：单元中大单元中大多数塔器、筒体、换热器、泵和多数塔器、筒体、换热器、泵和 主要管线成直线狭长排主要管线成直线狭长排列列。这种设备排列方法的主要特征是；这种设备排列方法的主要特征是； (1)(1)设备配置直线的两边都与厂区道路连接。这样，在救设备配置直线的两边都与厂区道路连接。这样，在救火或其他紧急情况时，设备配置线的主要部分的两边都有火或其他紧急情况时，设备配置线的主要部分的两边都有方便的通路。连接道路可以作为阻火堤，把设备配置线与方便的通路。连接道路可以作为阻火堤，把设备配置线与厂区其余部分隔离。厂区其余部分隔离。 2022年5月17日第三章 化工厂设计和操作安全49/105(2)(2)

57、钢制框架与道路邻接。热交换器设置在框架上部，冷却水箱设钢制框架与道路邻接。热交换器设置在框架上部，冷却水箱设置在框架下部。吊车可以方便地驶入，安全装运热交换器的管束、置在框架下部。吊车可以方便地驶入，安全装运热交换器的管束、管件和较重的管件和较重的 组件。冷却水箱设置在框架上使得整个冷却水系组件。冷却水箱设置在框架上使得整个冷却水系统的维修极为方便，而不必统的维修极为方便，而不必 挖掘装置周围和装置之下的地基。挖掘装置周围和装置之下的地基。 (3)(3)设备配置直线上的精馏塔、热交换器、馏出液接受器、回流筒设备配置直线上的精馏塔、热交换器、馏出液接受器、回流筒等装等装 置，一般采用框架结构平坡

58、式布局方式。框架结构在精馏置，一般采用框架结构平坡式布局方式。框架结构在精馏塔旁边提供了开放塔旁边提供了开放 区域，塔板和其他塔内件易于拆卸装车运至区域，塔板和其他塔内件易于拆卸装车运至维修区。在线的塔器、回流筒、维修区。在线的塔器、回流筒、 热交换器之下的平坡低洼部分，热交换器之下的平坡低洼部分，对于易燃或毒性溢流物可以起截流的作用，对于易燃或毒性溢流物可以起截流的作用， 防止污水管将其排防止污水管将其排净前扩散至单元的其他区域。净前扩散至单元的其他区域。 2022年5月17日第三章 化工厂设计和操作安全50/105(4)(4)管架也设置在设备配置直线上。管架的合理排布可以消管架也设置在设备

59、配置直线上。管架的合理排布可以消除过顶间距除过顶间距 太小或是仅敷设在平坡上的管束，而且可以避太小或是仅敷设在平坡上的管束，而且可以避免管沟，而管沟常常是危险液免管沟，而管沟常常是危险液 体或蒸气的良好的载体。体或蒸气的良好的载体。 (5)(5)泵排设置在设备配置直线的旁边，与道路邻接。泵排上泵排设置在设备配置直线的旁边，与道路邻接。泵排上面不得有任面不得有任 何障碍物，使得泵和传动装置维修时便于移动。何障碍物，使得泵和传动装置维修时便于移动。 (6)(6)筒体、泵、装配有观测平台的蒸馏塔以及需要桥式吊车筒体、泵、装配有观测平台的蒸馏塔以及需要桥式吊车钢梁导轨吊钢梁导轨吊 人的设备，按序定在设

60、备配置线上，从而把相人的设备，按序定在设备配置线上，从而把相关的危险操作集中在一起。关的危险操作集中在一起。 2022年5月17日第三章 化工厂设计和操作安全51/105设备以安装在地平面上为宜。但是由于过设备以安装在地平面上为宜。但是由于过程原因，如蒸馏或吸收塔，喷雾干燥塔或程原因，如蒸馏或吸收塔，喷雾干燥塔或立式反应器，需要提供重力自流或泵的负立式反应器，需要提供重力自流或泵的负压压头的设备等，设备压压头的设备等，设备 提升是不可避免的。提升是不可避免的。重的设备应尽量避免高位安装，最好和其重的设备应尽量避免高位安装，最好和其他设备在同一他设备在同一 水平线上或者有坚实的基座。水平线上或者