以及火灾和爆炸事故的发生最小化.ppt

1、化工设计 第7章 化工过程分析,安全工程与 生态工业系统,王静康 教授,第7章 化工过程分析,安全工程与生态工业系统,教材依据,本“化工设计” 教材(496页)：是高等教育十五、 十二.五国家级规划教材,希望同学课下参考教材学习。,第一节 系统可靠性与可靠度分析 第二节 安全性与损失的预防 第三节 风险性分析与评估 第四节 工业系统安全工程 第五节 化工厂安全设计概述 第六节 单元操作的绿色环保措施 第七节 工业生态系统 第八节 产品生命周期分析与评价,第四节 工业系统安全工程,化工过程设计安全工程的目标,廿一世纪化工过程设计安全工程的目标, 不仅是目前维护生产，使有毒化学品的意外排放、以及火

2、灾和爆炸事故的发生最小化，以保证生产过程的安全、生产者的安全以及环境影响的最小化； 而且要关注实现环境友好以保证长远的大环境安全，如大气环境、地球水体的安全，以及资源与能源减耗等。 我国重视安全生产工作，不但下达了关于建设项目（工程）劳动安全工生监察规定及有关国家规定的标准，而且明确规定建设项目中的劳动安全卫生设施必须与主体工程“同时设计，同时投产和使用”的“三同时”原则。,化工生产过程中不安全的职业危险及危害因素,主要包括六部分： 1. 火灾、爆炸危险； 2. 毒性物质危险； 3. 腐蚀性物料的危害； 4. 噪声危害； 5. 其它危害如雷击、电击、放射性危害，设备、管道气液固物料泄漏等灾害因

3、素; 6. 原料、中间品及产品贮存及输运过程的危阶性; 还关注三废对大气、水体及对生态系统的危害性等。,重大安全事故的分折,一、Flixborough事件 Nypro有限公司Flixborough车间年产70,000 t己内酰胺（生产尼龙的原材料）由于1段管线使用不合适，高压将管线压破，泄漏出大约30 t环己烷并形成一个大汽团,未知的火源,引发汽团爆炸 。 二、博帕事件 博帕位于印度中心，1984年12月3日，发生了甲基异氰酸酯(MIC)的意外泄漏事件，由于劳动纠纷使控制MIC排放的洗涤燃烧系统没有开启,结果蒸汽泄露到环境中毒性很强造成巨大的灾难。 三、中国石油吉林石化公司双苯厂爆炸事件:因为

4、苯胺装置T-102塔发生堵塞，循环不畅，处理不当， 发生着火爆炸事故。. 结论：都与设计与操作、检修不当因素有关，导至的不该发生的灾难。,专门的工程技术安全工程,为什么近代化工安全事故仍陆续发生且有增无减呢？这是因为在现代工业生产中，随着新技术、新能源和新材料的不断涌现，生产过程的大规模化和复杂化，安全保障和技术难度也相应增大,皆需要用新的科学的方法和技术去识别、防止与控制；而且一些已经投入运行的生产装置和设备由于陈旧和老化，它们的潜在危险也日益暴露出来。 由此可见，更加重视化工安全问题已是当务之急。 因此在工程技术领域中出现了这一门专门的工程技术安全工程，安全工程是涉及各种技术领域的一种综合

5、性的交叉性的专门技术。,化学工业安全设计实现安全工程的首要措施,如何解决这些导致灾害的不安全问题呢？ 必须强调的原则是源头防治为本，也就是说解决前述严重安全问题，最根本的方法是进行新的内在更安全的设计： 即通过工艺设计减小固有危害性，而不是仅考虑选用对危害进行防护方案；需进行环境影响最小化的新过程设计，而不是仅仅通过处理废料来实现环境友好。,一、 在安全设计中必须考虑的基本项目(3項),1. 工艺的安全性:工艺必须以下列三项作为达到工艺安全的目标进行研究， 在设计条件下能够安全运转； 即使多少有些偏离设计条件也能将其安全处理并恢复到原来的条件； 确立安全的起动或停车办法。 因此，必须评价化工工

6、艺所具有的各种潜在危险性，例如 原料、化学反应、操作条件的不同，偏离正常运转的变化，工艺设备本身的危险性，研究排除这些危险性，或者用其它适当办法对这些危险性加以限制的方法。,2. 防止运转中的事故 (予警系统-信息化管理的重要性) 应尽力防止由运转中所发生的事故而引起的次生灾害。事故的对象有废物的处理、停止供给动力、混入杂质、误操作、发生异常状态、外因等。 3. 防止扩大受灾范围 万一发生灾害时，应防止灾害扩大，把灾害局限在某一范围内。 以上是安全设计的基本事项，但考虑到工厂厂址、化工装置的特殊性、企业内组织的不同及其它情况，还必须具体问题具体分析。,在安全设计中必须考虑的基本项目,1. 最小

7、化 2. 防止运转中的事故 3. 优化操作条件或设施 4. 简单化 5. 实现过程集成简化 6. 在构建一个生产化学品的过程流程时，希望在设计中及时考察每个单元操作的环境影响,二. 在进行设计或重新设计时必须要领先考虑与解决的问题 (6项),二. 在进行设计或重新设计时必须要领先考虑与解决的问题 (6项),1. 最小化：尽量使用最小量的危害性物质。 是否已经将储罐中与过程相关的危险品存量压缩到最小？ 是否已尽可能减少危险品的储罐数量？ 其它类型的单元操作或设备能够缩减化学品的使用限额吗？（例如，用连续在线混合器代替混合容器）,二. 在进行设计或重新设计时必须要领先考虑与解决的问题,2. 替代工

8、艺或替代品：尽量使用危害性小的工艺和物质代替危害性大的工艺和物质。 有可能通过采用替代工艺而彻底消除危害性原料、过程中间体或副产物？ 能否将原料替换为毒性更小的物质，或能否将易燃或有毒的溶剂替换为非易燃或有毒的溶剂？ 3. 优化操作条件或设施：选用危害性更小的操作条件或设施，使排放物质或能量的危害性最小。 原料的进料压力能否被限制在接近容器的操作压力？ 能否通过使用更优良的催化剂尽可能使反应条件（温度，压力）变得不那么苛刻？,二. 在进行设计或重新设计时必须要领先考虑与解决的问题,4. 简单化： 尽可能简化设计以消除不必要的复杂性，以避免因操作繁复而导致的操作失误的发生。 设计的容器能否承受最

9、坏的情况发生下可能产生的最大压力？ 能否实现过程单元的耦集成，简化与减少高温高压设备与贮的个数？ 在详细地研究过程集成之前，有必要系统地评价和改善过程设计的环境性能的方法,例如，危害和可操作性（HAZ-OP）分析（参见Crowl & Louvar，1990） 其中选择安全的、经济的和环境友好的工艺路线, 是一件非常重要也是较难的工作，因为必须考虑到整个化学品供应链优化。,5.实现过程集成简化-绿色化学工程的准则,二. 在进行设计或重新设计时必须要领先考虑与解决的问题,二. 在进行设计或重新设计时必须要领先考虑与解决的问题,6. 在构建一个生产化学品的过程流程时，希望在设计中及时考察每个单元操作

10、的环境影响，而不是等整个流程设计结束后再进行。 这种“前端”环境评价更有可能形成环境危害小的化工过程。多数情形下，这种考虑化学品生产过程的复杂生产过程集成的网络的环境友好设计方法，形成的过程更为经济，因为设计中要求减少废物以及环境治理成本，从而有更多的原材料转化为可销售的产品。,二. 在进行设计或重新设计时必须要领先考虑与解决的问题,例如，在甲醇生产中，甲醇用一氧化碳制得。一氧化碳由另一过程的现有废物部分氧化制得。另一方面，把CO转变成甲醇需要能量密集型原料H2。 评价一个化学品生产的环境特征应当考察整个化学品的原料供应链，但是实际检验这些供应链, 需要用化学生产工业物质流与能量流的综合、集成

11、模型.(化工过程系统工程的建模) 目前已有些可供参考的模型，但仍在继续研发中。Rudd及其合作者已经建立了与200多种化学品生产相互关联的超过400个化工过程的基本的物质流和能量流模型（Rudd等人，1981），描述了化学品生产过程的复杂生产过程集成的网络。,三、化工过程设计中要预防单元操作的污染与安全，还应着重考虑以下6方面：,原料的选择：许多环境问题可归结为评价原料物性以及优选单元操作和操作条件。每个单元操作中所用的物质应该慎重考虑，以便使任何可能的泄漏对人类健康和环境的危害最小。 废物生成机理：仔细分析过程生成废物的机理，通常可以引导设计者选用环境友好的原料，以及其它的污染预防措施。 操

12、作条件：每个单元设备的操作条件都应优化，以获得最高的反应转化率和分离效率。 物料的储运：应采用最佳的物料储运方案，以使物料向环境的排放最小。 能量消耗：应仔细考察各单元设备的能耗，以实现能耗和公用工程排放的最小化。 生产安全性：必须考察污染预防措施的安全性问题，以确保工作条件的安全。,第五节 化工厂安全设计概述,化工厂设计和操作安全,一、 工厂的定位、选址和布局 二、 化工工艺设计 三、 化工单元区域规划 四、 压力容器的设计、制造和检验 五、 化工装置维护 六、 公用工程设施安全,化工过程初步设计说明书的内容介绍,一、设计依据 二、设计指导思想和设计原则 三、产品方案 四、生产方法和工艺流程

13、 五、车间（装置）组成和生产制度 六、原料、中间产品的主要技术规格 七、工艺计算 八、主要原材料、动力消耗定额及消耗量 九、生产控制分析 十、仪表和自动控制 十一、技术保安、防火及工业卫生 十二、车间布置 十三、公用工程 十四、“三废”治理及综合利用 十五、车间维修 十六、土建 十七、车间装置定员 十八、概算表 十九、技术经济 二十、存在问题及建议 附表1 工艺设备一览表 附表2 自控仪表一览表 附表3 公用工程设备材料表 附图1 带控制点工艺流程图 附图2 车间布置图（平面图及剖面图） 附图3 关键设备总图 附图4 建筑平面、立面、剖面图,一、 工厂的定位、选址和布局,（一）、危险和防护的一

14、般考虑 危险按潜在或直接的危害分一级危险和二级危险。 1.典型一级危险有： 有易燃物质存在 有热源存在 有火源存在 有富氧存在 有压缩物质存在 有毒性物质存在 人员失误的可能性 机械故障的可能性 人员、物料和车辆在厂区的流动 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，只有触发事故时才会引起损伤、火灾或爆炸。,2.典型的二级危险有 火灾 爆炸 游离毒性物质的释放 跌伤 倒塌 碰撞 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。,一、 工厂的定位、选址和布局,课下作业,1. 化工过程设计的绿色化学科学与工程准则包括那些内容？ 2. 简述化工过程系统工程模拟软件主要发展趋势 参考文献： David T. Allen, David R. Shonnard, Green Engineering: E