化工安全设计

化工安全设计学院 化学与材料工程学班级学号姓名设计任务书学生姓名（学号） 课程名称 化工安全课程设设计题目 30万吨/年乙酸乙烯酯工厂进行安全设计完成期限 自2016年6月20日至2016年7月10日 共三周1、《建筑设计防火规范》GB50016-20062、《石油化工企业厂区绿化设计规范》SHJ8-89设计依据 3、《石油化工工艺装置布置设计规范》SH3011-2011对化工厂的平面布置，化工工艺，消防系统，建筑安全方面做了综合的设计分析。设计要求：设计要求及主要产条件和经济效益情况并独立完成设计计算绘制设计内容 纸编制课程设计报告书正确阐述设计过程和分析结果。主要内容：1、总平面布置安全设计2、化工装置及设备安全设计3、配套设施及公用工程安全设计4、消防和报警系统安全设计《建设项目环境风险评价技术导则》（HJ/T169-2004）解立峰，防火防爆工程；冶金工业出版社SH3011-2011参考资料

陈声宗杨泽慧化工设计[M:版社2013,259-284李萌中..中国石化出版社，2003GB50016-2006SHJ8-8目录化工厂选址及总平面布置 1乙酸乙烯酯的化学特性 1化工厂选址应当遵循的原则 1化工厂大致布局要求 1工艺装置区 1罐区 2公用设施区 3生产辅助区 3布局要求 3总平面布置的安全要点 4生产工艺流程设计 7主反应方程式： 7主要的副反应方程式： 8生产工艺流程示意图 8主要生产装置危险和可操作性分析 8HAZOP分析的原理是什么？ 8HAZOP的应用范围? 9HAZOP相关术语 9乙酸乙烯酯的特性及安全措施和应急处置原则 9主要设备的工艺设计和选型 11固定床反应器 11板式分离塔 12主要设备一览表 13车间布置设计 145.1概述 145.2车间布置的基本原则和要求[21] 14.公用工程设施 16电气设施 16水和蒸汽设施 17供氧空气和辅助气体设施 18废料处理设施 19消防设施 20消防规范 20消防设备 21参考文献 21附录一： 23化工厂选址及总平面布置乙酸乙烯酯的化学特性（VinylC4H6O2,CH3COOH=CH286.09。在常温下醋酸乙烯是一种无色透明液体，易挥发、稍有毒性、带有特殊的气味，对人的眼睛和皮肤有刺激作用。它的蒸汽为湿麻醉剂，能刺激皮肤及呼吸器官。醋酸乙烯能与水部分互溶，与甲醇、乙醇等形成共沸物，能与苯、水形成三元恒沸物。醋酸乙烯的熔点-92.3℃，沸点72.0.93171.3953-1℃2.6～13.4能溶于乙醇、乙醚、丙酮、氯仿、四氯化碳等有机溶剂，不溶于水。醋酸乙烯是不饱和的羧酸酯，由于分子内存在不饱和双键及羧基，化学性质活泼，能够发生聚合反应、加成反应、水解反应、乙烯基转移反应、氧化反应等化学反应。化工厂选址应当遵循的原则1、厂址宜选在原料、燃料供应和产品销售便利的地区，并在储运、机修、公用工程和生活设施等方面具有良好协作条件的地区。2、厂址应靠近水量充足、水质良好，电力供应充足的地方。3、厂址应选在有便利交通的地方。4满足工艺流程合理布置的需要，并要予留适当的发展余地。5出预评价，工厂的生产区和居民区的建设地点应同时选定。化工厂大致布局要求工艺装置区工艺装置区的布置，应符合GB 50160及SH 3053有关规定。工艺装置宜按其生产类型、开停工特征、火灾危险性类别、污染环境程度、物料运输方式和生产联系紧密程度等因素，合理组合布置。轻油成品罐区及油品装卸设施的全年最小频率风向的下风侧。置间的道路。工艺装置与其相邻系统单元或独立建（构）罐区严格禁火管理;员动用罐区内的管线、阀门、仪表等;完善罐区各岗位的安全生产"一岗一责制"，及时修订《安全技术规程》、《岗位操作法》、《事故预案》并严格执行，特别是要认真做好高温季节"防火防爆防超温防超压防超贮"等安全生产工作，以及冬季防冻防凝防滑工作，避免重大、特大事故的发生;向;制订具体的巡检要求，严格执行岗位巡检制度，规范检查项目;措施;采取措施，严禁随意消除报警。雨季防火堤内积水，要及时排出，排出后立即关闭出水口;罐区仪表及安全设施必须及时维护保养，确保完好。公用设施区公用设施的布置，应靠近其负荷中心。生产辅助区总控制室：位于主风向的上风方向，为全场自动控制的中心，生产区，储罐区及辅助生产设施的运行情况、同时负责与各部门的联系，调整生产指标。消防站：位于厂区的东部，此处交通方便，消防可方便到达厂区各处。消防站不位于生产区的下风方向且各部门的距离适中，能快速到达生产区。若生500m2。维修站：负责设备的维修工作，位于厂区的安全区域。配电站：位于厂区边缘，方便线路的进出。设置在厂区中部西面。此处处于厂区边缘又靠近负荷中心。布局要求满足生产工艺和物料运输流向要求。b、执行国家现行的生产、管理、防火、卫生和安全规范的要求。c、结合地形、地质、气象和周围环境等条件，因地制宜，节约用地。d、避免人流和物流的交叉，确保交通顺畅。e、搞好环境绿化和美化，改善和创造人工空间环境。供水、供电、供气供电由工业园的变压站提供，电先进入工厂配电站，然后送至工厂的车间变电所，之后由变电所为工厂提供用电、变电站位于厂区边缘，同时靠近生产区。供水由工业园的供水网络引入工厂后，通过工厂的给水网络分配到工厂的用水户。总平面布置的安全要点施工基准。施工基准一般与计划地基面一致，计划地基面应不受高为若干区，分别给定施工基准面。距、布置方式所在地段的地形、道路、管线的协调等。建筑物的建筑层次，应根据土壤承载能力来确定，有地下室设施的建、构筑物应布置在地下水位较低的地方。对散发有毒害物质的生产工艺装置及其有关建筑物应布置在厂区的下45°以加速气流的扩散。建筑物的方位应保证室内有良好的自然采光和自然通风，但应防止过度的日晒。最适宜的朝向应根据不同纬度的方位角来确定。为了有利于自然采光，各建筑物之间的距离，应不小于相对两建筑物中最高屋檐的高度。厂区内道路布置。化工厂内道路布置应满足厂内交通运输、消防顺畅，车流、人行安全，维护厂区正常的生产秩序。根据满足工艺流程的需要和避<5m在厂区周围及中间设置的主干道，将全厂划分为几个区域，每个区域的90m×120m1530m6-8m。设置主干道和次干道应不影响消防及地下埋设物的维修，不应有死路。工艺装置区内设备的配置。设备合理的配置既可降低建设和操作费区域规划方法是传统常用方法，这种设备排列方法的主要特点是：设备配置直线的两边都与厂区道路连接。这样，在火灾或其他紧急情把设备配置线与厂区其余部分隔离。钢制框架与道路邻接。热交换器设置在框架上部，冷却水箱设置在框碍物，使得泵和传动装置维修时便于移动。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。原料的接收、产品生产及出厂系统的设计。原料的接收、储存设备及产品的储存、出厂设备等，应充分考虑到利用厂区周围的铁路、船舶、公路等运输条件，各装置之间的原料、中间产品、产品等物料的流动不应交叉，途径应最短。除非绝对必要，铁路支线才引入厂区。当铁路支线引入厂区时，应该提供货车可能脱轨的充分空间。不宜把装卸设备设置在铁路支线终点的延伸方向，以避免货车的过冲、扯脱货车挡与装卸设备碰撞。公用工程及设备的配套性、可靠性。发电设备、变电设备、锅炉、应注意：元的电力系统设置人孔。配管。配置管线是在一些装置中配置回路管线，是一个重要的安全厂的关键点。为了加强安全，特别是在紧急情况下，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构成回路。管线的配置还应注意：3-4m4.5m30%的余量。管架的合而管沟常常是危险液体或蒸气的良好载体。25-30cm，采用地沟或地下埋管。防火间距。设计总平面布置时，留出足够的防火间距，对防止火灾的发近装置、设施的破坏，便于消火及疏散。防火间距一般是指两座建筑物或构筑物之间留出的水平距离。在此距离之装置及设施。防火间距的计算方法，一般是从两座建筑物或构筑物的外墙（壁）在确定防火间距大小时，主要是从热辐射这个因素来考虑。在许多火场上的生产工艺流程设计电石乙炔法合成醋酸乙烯主要包括乙炔气发生及净化、醋酸乙烯的合成及精制等四个部分。在我国主要采用此法生产醋酸乙烯,生产原理如下。主反应方程式：(1)电石制乙炔气体：CaC2+2H2O→ C2H2↑+Ca(OH)2乙炔气体与醋酸蒸汽在一定温度下通过醋酸锌[4]C2H2+CH3COOH→CH3COOCH=CH2主要的副反应方程式：乙醛的生成。醋酸乙烯水解：CH3COOCHCH2+H2O→CH3CHO+CH3COOH巴豆醛(丁烯醛)的生成。由乙醛生成：2CH3CHO→CH3CH=CHCHO+H2Ob.乙炔与乙醛作用：CH≡CH + CH3CHO→ CH3CH=CHCHO生产工艺流程示意图段中进行精馏，制得纯度99.5%的醋酸乙烯目的生成物,该工艺生产醋酸乙烯的工艺流程见图。主要生产装置危险和可操作性分析HAZOP通过确定工艺系统可能发生的有意义的偏离，反向追溯导致偏离的特定初始事件（原因），财产、声誉等方面的后果严重程度。HAZOP在装置的基础设计阶段、详细设计阶段、生产运行阶段、拆除阶段，以及对间歇操作过程，操作规程等都可以进行HAZOP分析HAZOP引导词（Guidewords）是一个简单的词或词组，用来限定或量化意图，并HAZOPIEC6188211（NO、伴随WELLAS）、部分OF）、相反、异常THAN）超前（EARLY）、迟后（LATE）、过先（BEFORE）、过后（AFTER）。参数（Parameters）与过程有关的物理和化学特性，参数的类型可以分（或过程参数）温度、压力、流量、液位、组成等，概念性参数：如泄漏、仪表、压力分界、布置位置、维护、启动停止、反应、混合、浓度、PH值等偏离（Deviation）指偏离所期望的设计意图。例如储罐在常温常压下储300希望的储存状态。“引导词NO（无）＋＋参数＝偏离”＝无流量压力高FLOW（流量）MORE（过多）＋PRESSURE（压力）乙酸乙烯酯的特性及安全措施和应急处置原则特别警示特别警示理化特性可疑致癌物，高度易燃液体。86.09，-93.2℃，71.8～73℃，=1)0.93，相对蒸气密度(空气=1)3.0，15.33kPa(25℃)，1953.6kJ/mol，4.25Mpa，辛醇/水分配系数0.73，闪点-8℃13.4％（体积比）。，引燃温度402℃，爆炸极限2.6％～主要用途：用于有机合成，主要用于合成维尼纶，也用于粘结剂和涂料工业等。危 【一般要求】害 操作人员必须经过专门培训，持证上岗，严格遵守操作规程。信 练掌握操作技能，具备乙酸乙烯酯应急处置知识。息 严加密闭防止泄漏工作场所提供充分的局部排风和全面通风、换气。工作现场严禁烟火。DCS，DCSUPS控制系统外的安全联锁系统，使用防爆型的通风系统和设备。穿戴防静电作业服，佩戴化学安全防护眼镜和口罩，可能接触其蒸气时，应该佩戴过滤式防毒面具（半面）。紧急事态抢救或撤离时，佩戴正压自给式空气呼吸器。戴橡胶耐酸手套。戴化学安全防护眼镜。戴安全帽。严格控制工艺参数，关键参数设置温度、压力、液位上下限报警装置，防止发生自聚反应。生产装置设置放空系统，自动联锁保护装置，装置内所有带压设备及管道设安全阀及备阀，装置内关键转动设备设有备台，生产仪表按所处区域的防爆等级选用防爆型号。主要设备的裙座均设置防火层，对高温设备和管道均进行隔热保温，加热炉设置阻火器及长明灯，安装防爆门，并设置灭火蒸汽管。设立应急氮气装置直送各工序，保证事故状态下的氮气使用。避免与氧化剂、酸类、碱类接触。灌装时应注意流速（3m/s），湿作业方法导除静电，防止静电积聚。搬运时轻装轻卸，防止包装及容器损坏。配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应急处理设备。【储存安全】（1）通常加有阻聚剂。储存于阴凉、通风库房内。库房内温度不宜超过37℃。远离火种、热源。包装要求密封，不可与空气接触。不宜大量或久存。（2）配备相应品种和数量的消防器材。储存间内的照明、通风等设施应采仓库内设置乙酸乙烯酯检测报警仪。应 【急救措施】急 吸入：迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸处 难，给氧。如呼吸停止，立即进行人工呼吸。就医。置 食入：饮足量温水，催吐。就医。原 皮肤接触：脱去污染的衣着，用肥皂水和清水彻底冲洗皮肤则 眼睛接触：提起眼睑，用流动清水或生理盐水冲洗。就医。【灭火方法】遇大火，消防人员须在有防护掩蔽处操作。用水灭火无效，但须用水保持火场容器冷却。灭火剂：抗溶性泡沫、二氧化碳、干粉、砂土。【泄漏应急处置】区，无关人员从侧风、上风向撤离至安全区。建议应急处理人员戴正压自给式空气呼吸器，穿防静电服。作业时使用的所有设备应接地。禁止接触或跨越泄漏物。尽可能切断泄漏源。防止泄漏物进入水体、下水道、地下室或密闭性空间。小量泄漏：用砂土或其它不燃材料吸收。使用洁净的无火花工具收集吸收材料。大量泄漏：构筑围堤或挖坑收容。用石灰粉吸收大量液体。用抗溶性泡沫覆盖，减少蒸发。喷水雾能减少蒸发，但不能降低泄漏物在受限制空间内的易燃性。用防爆泵转移至槽车或专用收集器内。喷雾状水驱散蒸气、稀释液体泄漏物。收。使用洁净的无火花工具收集吸收材料。大量泄漏：构筑围堤或挖坑收容。用石灰粉吸收大量液体。用抗溶性泡沫覆盖，减少蒸发。喷水雾能减少蒸发，但不能降低泄漏物在受限制空间内的易燃性。用防爆泵转移至槽车或专用收集器内。喷雾状水驱散蒸气、稀释液体泄漏物。50m300m。主要设备的工艺设计和选型固定床反应器乙炔气相法合成乙酸乙烯酯·的反应器主要有固定床反应器和流化床反应命等几个方面因素选择。固定床反应器被广泛应用于流－固相催化和非催化反（1）体积的计算依一般经验看来固定床反应器进口气体的初始浓度C0=1.89kg/m325617.7027752.51V体积流量h

1.89 28238.20，即是固定床反应器每小时需要处理的物料量，反应器采用连续式操作。空速（每m3催化剂每h通过的标准气体量）U=315h-1[25]，则催化剂床层c理论体积Vc

VhU=28238.20/315=89.65m3。0.40]，则0

=89.65Vp=Vc+V0=149.42m3。63mm，8m，VL=28.268=226.08m3，37.36m3。固定床反应器体积不仅包括Vp，还包括原料分布体积空间和物料分离空间这部分空间占据的体积 Vw=(12-8)28.26+20=133.04m3.那么反应器的体积V=VL+Vw=359.12m3，圆整取360m3。（2）反应器的技术参数表5-1 乙酸乙烯酯合成反应器的技术参数项目壳程管程设计压力/MPa0.080.08设计温度/℃140~225140~225工作介质蒸汽冷凝水CHHAc、VAc材料16MnR2216MnR+316L腐蚀裕度/mm1.01.0换热面积/m285.00设备重量/kg90000乙酸乙烯酯合成反应器的结构特点分析可知，该设备由六大部件组成，即上封头法兰组合件、上部简体短节组件、下部简体组合件、下锥体组合件、中16MnR20R、20、Q235A、00Crl7Nil4Mo2、1Crl8Ni9Ti、00Crl7Nil2Mo2板式分离塔气液传质设备种类繁多，逐级接触式主要以板式塔为代表，微分接触式主要以填料塔为代表。醋酸乙烯分离装置中采取的是逐级分离方式，故而这次设计操作弹性大、结构简单制造成本低五项标准进行综合评价，结合设计具体情况，溢流堰的型式和高度的选择溢流堰是平顶的，堰上液高how6mm，度hw对板上泡沫层高度和液层阻力有很大影响，据《化工原理》[31]再结合这次设计实际情况溢流堰高度hw33mm。降液管和受液盘的结构和有关尺寸的选择[23]弓形降夜管提供的降夜面积和两相分离空间都很大，这次设计采用弓形=0降夜管，垂直型式的。旨在保证液封，降夜管底部与塔板的间隙h=02.840

Lh2l

，式中L

是冷凝水量。带入数据解得h =26.25mm，h 小于溢0 0 w hw流堰高度h 符合设计要求。受液盘使用凹形受液盘，液体进入塔板时更平稳防止漏液问题的出现。w孔径和开孔率的选择[23]筛孔直径对筛板堵塞、筛板漏液、操作弹性有重大影响，这次设计的筛0孔直径d =5mm。开孔率与板压降直接有关，故对板的性能有重大影响，筛孔0直径d

（d00与孔间距t比值

）决定。对压降和操作弹性作全盘考虑，孔间距dt=12mm，塔板开孔率

02t =15.75%。主要设备一览表表5-1序号合成VAc装置的设备一览表设备名称材质台数1乙炔发生器Q-32542次氯酸钠洗涤塔B1衬胶13乙酸加料槽316L14乙酸加料泵316L25乙酸蒸发器316L46换热器316L87蒸汽发生器316L48固定床反应器18-949气体分离塔316L410分离塔冷凝器Q-235811排气洗涤塔18-9112精馏塔316L813精馏塔再沸器316L614精馏塔冷凝器18-9915精馏塔加热器316L2车间布置设计概述车间布置设计是完成设备工艺设计和初步设计工艺流程之后的设计内容。绿化等几个方面的要求。车间布置设计开始，设计进入各专业间共同协作阶段，工艺专业在此阶段除工艺设计本身外，还需要了解和考虑总图、土建、设备、仪表、电气、供排水等专业及机械、安装、操作等各方面的要求。上述非工艺专业[21]车间布置涉及面较广，但大致可以归纳为以下几个方面[22]。1．厂房建筑厂房平面力求简单化，以利用建筑定型化和施工机械化。常用形式有直线TL（GB16-1987）和工业企业设计卫生标准（GBZ1-2002）的前提下综合考虑。工业厂房有单层、多层或单层和多层结合的形式，主要根据工艺流程、安4m～6m，2.6m，尽量符合建筑模数（标准化）的要求。于通风采光、防爆、放毒等安全需要。投资。笨重设备和震动设备尽量布置底楼的地面。同类设备可尽量集中。设备穿孔必须避开主梁。厂房出入口、交通道、楼梯等都需精心安排。一般厂房大门宽度要比通过0.2m0.6m～1.0m，900mm，1200mm1500mm1800mm，45º～60º，45º2．生产操作一般从高层到低层设备布置槽→反应设备→贮槽、重型设备和震动设备。相互有联系的设备尽量靠近，但要考虑操作、送料及半成品堆放等空地。相同、相似设备尽可能对称、集中，以利操作管理及水、电、气等供应。考虑进出料、取样、观察等方便。4、设备之间及设备与建筑物之间的一般安全距离。所列设备之间的安全距离仅供这次设计使用。6-1设备安全距离序号1项目往复运动部分离墙（m）1.52回旋运动部分离墙0.8～1.03回旋机械之间0.8～1.24吊动物与设备最高点0.45换热器与换热器之间1.0～2.06塔与塔的间距1.57泵与泵的间距0.78反应罐底部与人行通道的间距1.8～2.09设备盖上转动装置离天花板0.810通廊、操作通行部分净高2.011设备与墙之间一人操作1.012设备与墙之间无人操作0.513二设备间二人操作小车通过3.114二设备间一人操作小车通过1.915二设备间二人操作偶有人过1.816二设备间二人操作常有人过2.417二设备间一人操作偶有人过1.2公用工程设施电气设施电是化工过程中热能、机械能和光能的重要供应源，电气设施在化工生产中6m发，过去禁用的闪光信号灯有从非危险区扩展应用到危险区的倾向。某些人员所戴的助听器能够产生可以点燃易燃蒸气的足够能量的火花，因应该尽量安装和使用防爆电话。无线电传系统和对讲电话装置对易燃蒸气暴露时，也呈现电的危险。许多电气仪表如果使用不当都有可能成为火源。应该按照电器规范选择和安2.4m水和蒸汽设施57℃的水与皮肤接触一般会引起至少是一度的须坚持进行定期检验。许多化工厂的冷却或其他过程目的使用的是非饮用水。在有些情况下，非饮0.1MPa0.1MPa2.1m足够的警惕。供氧空气和辅助气体设施等污染物隔离，氧、氮和二氧化碳的比例必须适当。因为连续操作会产生高温，润滑油有可能裂解污染空气，普通的油润滑空气1MPa废料处理设施性物质，沉降池可以有效地清除夹带的固体。的水稀释。消防设施消防规范具有爆炸危险场所的电气装置的设计应符合国家标准。设备及储槽,并应布置在这类设备的上风向。场所中的危险物质的浓度不超过有关规定,并设计必要的检测和自动报警系统。爆要求。相应的仪表、电气设备。化工生产装置的露天设备、设施及建筑物均应有可靠的防雷电保护措施、防10应向外开,通道和出入口