化工設(shè)計(jì)第7章化工過程分析,安全工程與生態(tài)工業(yè)系統(tǒng)

王靜康教授第7章化工過程分析,安全工程與生態(tài)工業(yè)系統(tǒng)

教材依據(jù)本“化工設(shè)計(jì)”教材(496頁)：是高等教育‘十五’、‘十二.五’國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材,希望同學(xué)課下參考教材學(xué)習(xí)。第一節(jié)系統(tǒng)可靠性與可靠度分析

第二節(jié)安全性與損失的預(yù)防

第三節(jié)風(fēng)險(xiǎn)性分析與評(píng)估

第四節(jié)工業(yè)系統(tǒng)安全工程

第五節(jié)化工廠安全設(shè)計(jì)概述

第六節(jié)

單元操作的綠色環(huán)保措施

第七節(jié)

工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)

第八節(jié)

產(chǎn)品生命周期分析與評(píng)價(jià)第五節(jié)化工廠安全設(shè)計(jì)概述一、工廠的定位、選址和布局二、化工工藝設(shè)計(jì)三、化工單元區(qū)域規(guī)劃四、壓力容器的設(shè)計(jì)、制造和檢驗(yàn)五、化工裝置維護(hù)六、公用工程設(shè)施安全（四）、設(shè)備的維護(hù)

1．設(shè)備的試壓有多種儀表可以用來精確測(cè)定容器選定區(qū)域的壁厚，但這并不能保證未測(cè)定的區(qū)域沒有薄弱環(huán)節(jié)。所以，儀表測(cè)定無法完全取代定期的液壓試驗(yàn)。液壓試驗(yàn)是在超過正常操作壓力下測(cè)定容器的耐壓能力。通常試驗(yàn)的壓力是正常工作壓力的1.5倍。對(duì)容器壁變薄速率的分析、由鉆孔或插入物的冶金學(xué)研究測(cè)定容器壁厚或應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，可以確定定期液壓試驗(yàn)的頻率。液壓試驗(yàn)一般是用水進(jìn)行。如果水與容器的應(yīng)用互相排斥，可以應(yīng)用其他無危險(xiǎn)情性液體，但是應(yīng)該盡量避免應(yīng)用空氣成其他氣體。只有壓力試驗(yàn)不適于應(yīng)用液體，并且容器設(shè)有隔墻，使人員和財(cái)產(chǎn)可以預(yù)防容器破裂的發(fā)射物和沖擊力，才謹(jǐn)慎地選擇應(yīng)用某些氣體。除非容易破損使人員遭受傷害，從安全的觀點(diǎn)出發(fā)，管道和非極需維護(hù)的設(shè)備無需進(jìn)行液壓試驗(yàn)。（四）、設(shè)備的維護(hù)（四）、設(shè)備的維護(hù)

事先關(guān)閉或切斷動(dòng)力源后，人員才能在電力或機(jī)械驅(qū)動(dòng)的設(shè)備上作業(yè)。為實(shí)現(xiàn)上述要求，可以鎖定電開關(guān)于“關(guān)”的位置；切斷電力或機(jī)械馬達(dá)；拆卸皮帶傳動(dòng)裝置；鎖定主推進(jìn)器的料閥于“關(guān)”的位置；停止活塞、曲柄或飛輪的運(yùn)動(dòng)。任何例外，如調(diào)節(jié)壓蓋和密封墊等，都要獲得監(jiān)察的批準(zhǔn)。應(yīng)該制定書面程序并對(duì)程序的應(yīng)用進(jìn)行嚴(yán)格培訓(xùn)。（五）、化學(xué)污染設(shè)備的處理離開操作區(qū)的所有設(shè)備都應(yīng)該是清潔的，從而在移至沒有受過物料危險(xiǎn)性嚴(yán)格訓(xùn)練的維修人員處，可以安全作業(yè)。所有設(shè)備一旦停止運(yùn)行就應(yīng)該立即貼上有關(guān)化學(xué)品污染狀況的標(biāo)志，污染狀況標(biāo)志要隨著污染條件的變化及時(shí)修正。在許多情況下，設(shè)備拆卸之前就清除設(shè)備的污染是不現(xiàn)實(shí)的。遇有這種情況，應(yīng)當(dāng)盡可能在設(shè)備搬動(dòng)之前完成設(shè)備的清洗和凈化。如果不能在操作區(qū)清除設(shè)備的污染，就得把設(shè)備移至能夠進(jìn)行清理工作的有充分消防條件的區(qū)域，有計(jì)劃地個(gè)別處理。

應(yīng)該特別注意預(yù)防管道和閥門排出夾在其中的物料，這可能會(huì)成為危險(xiǎn)的爆炸源。所有閥門都應(yīng)該是清潔的，閥帽應(yīng)該是松開的。排放前務(wù)必要打開閥門。動(dòng)火區(qū)的管道有可能被加熱。易燃廢液不得進(jìn)入排水槽或下水道。玻璃制品和其他廢料必須分別處理。如果詳細(xì)考慮還會(huì)發(fā)現(xiàn)其他一些具體問題。重要的是不能讓這類維護(hù)工作聽其自然。（五）、化學(xué)污染設(shè)備的處理六、公用工程設(shè)施安全公用工程設(shè)施是指水、電、汽的供應(yīng)設(shè)施以及其他輔助設(shè)施，公用工程設(shè)施的充分設(shè)計(jì)和配置直接關(guān)系化工廠運(yùn)行和操作的安全。公用工程設(shè)施的各個(gè)款項(xiàng)不僅對(duì)于化工廠人員的健康和安全極為重要，而且這些款項(xiàng)的失誤常是化工廠事故或傷害的淵源。（一）、電氣設(shè)施由于化工生產(chǎn)本身所閉有的易燃、易爆、易腐蝕等危險(xiǎn)性以及高溫或深冷、高壓或真空等苛刻的操作條件，化工廠對(duì)電氣設(shè)施有很高的要求。在所有電氣設(shè)施的裝配中，都應(yīng)該考慮至少是最低安全限度的防護(hù)措施。電氣線路、設(shè)備和照明設(shè)施的配置，必須滿足易燃液體或氣體泄漏形成爆炸性混合物的防護(hù)要求。需要采取的防護(hù)措施包括，防蒸汽的照明設(shè)施、全封閉的電動(dòng)機(jī)、油浸式或部分封閉的開關(guān)、火花放電設(shè)施的完全隔離等。由于人員不允許在爆炸性氣氛中作業(yè)，防止爆炸性氣氛的形成比采用防爆設(shè)備更安全、更經(jīng)濟(jì)。當(dāng)爆炸性氣氛通過密封或控制易燃液體、氣體和粉塵仍不能避免時(shí)，所涉及的空間應(yīng)該限制或隔離在防護(hù)罩下或通風(fēng)櫥中。設(shè)置在高過地面6m以上露天構(gòu)架上的電氣設(shè)備，一般可以認(rèn)為不受近于泄漏點(diǎn)的臨時(shí)的、局部的爆炸性混合物暴露的影響。（一）、電氣設(shè)施所有的建筑鋼筋和露天構(gòu)架，所有的罐、鼓、管線和罐車，所有的處理或應(yīng)用或在處理或應(yīng)用易燃液體或氣體區(qū)的化工設(shè)備，都應(yīng)該接地消除靜電。松軟接地最好與大的水管道連接，打入地內(nèi)或嵌入接地鋼板，但務(wù)必不得與電纜管線、噴水支路管道，氣體、蒸汽或過程管線連接。對(duì)于接地應(yīng)該適當(dāng)維護(hù)，定期檢驗(yàn)損壞情況并測(cè)定接地電阻。（一）、電氣設(shè)施為了避免控制儀表和設(shè)備的使用失誤，被控制設(shè)備的電壓、名稱和序號(hào)應(yīng)該明顯標(biāo)示在開關(guān)盒、補(bǔ)償器和啟動(dòng)器上。所有延伸電纜都應(yīng)該是三相的，而且限定在一定的長(zhǎng)度。在易爆炸區(qū)域，禁止使用助聽器、普通電話、打印機(jī)、無線電傳系統(tǒng)和對(duì)講電話裝置等。按照電器規(guī)范選擇和安裝電氣儀表，謹(jǐn)慎操作，避免失誤。（一）、電氣設(shè)施（二）、水和蒸汽設(shè)施溫度高于57℃的水與皮膚接觸一般會(huì)引起至少是一度的灼傷，因此，洗浴或沖洗皮膚使用的熱水，務(wù)必不得由蒸汽和水直接混合產(chǎn)生，只能使用有熱交換的水加熱器。熱水加熱器不僅應(yīng)該有過壓壓力釋放閥，而且還應(yīng)該有過熱釋放熔斷塞。在處理腐蝕性或毒性物料的區(qū)域應(yīng)該安裝安全淋浴器。以撲滅身體上的火焰。所有安全淋浴器的閥門應(yīng)該設(shè)置在相同的高度，與噴頭的相對(duì)位置也應(yīng)該相同。這些閥門應(yīng)該沿著相同的方向以完全類似的方式操作。對(duì)于每個(gè)淋浴器，都必須堅(jiān)持進(jìn)行定期檢驗(yàn)。飲用水，一般采用市政的或其他公共的水源。應(yīng)注意，防止可能被污染的水回流至飲用水系統(tǒng)。不能單純依靠止逆閩，還必須應(yīng)用附加的設(shè)施，防止供應(yīng)管線壓力損失時(shí)水的虹吸回流。非飲用水。在所有供應(yīng)非飲用水的水出口，張貼警戒條款，向工作人員警示水是不安全的。非飲用水可以洗滌其他用具，只是要求其不含有化學(xué)品以及構(gòu)成不衛(wèi)生條件或?qū)θ藛T有害的其他物質(zhì)。（二）、水和蒸汽設(shè)施盡管有不少過程或動(dòng)力供應(yīng)需要高壓蒸汽，但只有0.1MPa或更低壓力的低壓蒸汽適合于室內(nèi)加熱裝置。蒸汽的疏水器和泄放閥應(yīng)該安裝在人員可以避開的區(qū)域。如果蒸汽冷凝液排放至污水管線，應(yīng)該配置專門設(shè)施，防止疏水器故障使蒸汽泄放時(shí)造成壓力的累計(jì)。

人員與沒有保溫的蒸汽管線、散熱器接觸會(huì)引起嚴(yán)重的燙傷。高出地面2.1m以下或人員易于接觸的所有蒸汽管線、設(shè)備和散熱器，都應(yīng)該保溫并保持足夠的警惕。（二）、水和蒸汽設(shè)施（三）、供氧空氣和輔助氣體設(shè)施空氣一般是經(jīng)壓縮由管道輸送至各個(gè)區(qū)域，供過程、動(dòng)力或儀表應(yīng)用，有時(shí)與空氣面罩連通，供人員呼吸。由于所需空氣質(zhì)量的差異，任何供氧空氣都應(yīng)該由各自的系統(tǒng)供應(yīng)。供呼吸的空氣必須與一氧化碳、油蒸氣、銹粉末或其他雜質(zhì)等污染物隔離，氧、氮和二氧化碳的比例必須適當(dāng)。壓縮機(jī)最好選用專門設(shè)計(jì)的供氧空氣壓縮機(jī)。若選用普通油潤(rùn)滑，則需配置特殊的裝置。此外，仍需要經(jīng)常檢驗(yàn)空氣中一氧化碳的水平。

供氧空氣在輸送過程中保證不被污染。為此，與供氧空氣連接的設(shè)備、過程或其他設(shè)施不得相互連通。空氣管道與空氣面罩連接時(shí)，過濾器和吸塵護(hù)罩應(yīng)該安裝在靠近出口處，截取或移除雜質(zhì)粒子和濕氣液滴等。過濾器下游管道的材質(zhì)應(yīng)該是非鐵的，最好是鋼的。從呼吸空氣中不必添加或移出濕氣，人體能夠承受相當(dāng)寬的濕度范圍而不至于感到不適或有害。氮、二氧化碳和其他惰性氣體有時(shí)被稱作輔助氣體而非過程氣體。這些氣體的管線一般是在1MPa或略低的壓力下操作，主要的安全問題是氣體的鑒別。在罐內(nèi)或限定的空間內(nèi)工作時(shí)，惰性氣體被錯(cuò)當(dāng)成呼吸氣體通入，會(huì)造成傷亡事故。輔助氣體的所有出口和閥門都應(yīng)該標(biāo)示出氣體的名稱。

（三）、供氧空氣和輔助氣體設(shè)施（四）、廢料處理設(shè)施從排風(fēng)系統(tǒng)或煙囪排放出的有害氣體和懸浮微粒，必須在環(huán)境法規(guī)規(guī)定的允許濃度限度之下。液體或固體廢料的處理也完全類似。排放到公共下水系統(tǒng)的化學(xué)廢液在排放前必須經(jīng)過充分處理，完全清除有害化學(xué)物質(zhì)，確保其在下水道通往河流的出口點(diǎn)處于無害的濃度。分液器和捕集器常用來清除油品或其他非水溶性物質(zhì)，沉降池可以有效地清除夾帶的固體。下水道。加工易燃揮發(fā)性物料，應(yīng)用地下管道系統(tǒng)輸出廢液，在管道內(nèi)空氣的間隙中會(huì)形成爆炸性混合物。所以，重要的是要防止任何易燃揮發(fā)性廢液進(jìn)入封閉的地下下水管線。下水管道清理和維護(hù)時(shí)也應(yīng)該足夠開放。有時(shí)需要應(yīng)用明渠敷設(shè)廢液下水管道，并配置充分的阻火設(shè)施。廢液在進(jìn)入廢液處理系統(tǒng)前，多數(shù)情形都需要用足夠量的水稀釋。釋放到空氣中的氣體和排放到工廠以外的液體，都必須控制在有害濃度之下。粉塵、特殊物質(zhì)、煙霧和蒸氣都不得排放到空氣中。（四）、廢料處理設(shè)施***安全設(shè)計(jì)的分工1.安全措施項(xiàng)目和分工2.系統(tǒng)安全工程3.化工安全技術(shù)的新進(jìn)展安全設(shè)計(jì)的分工關(guān)于安全設(shè)計(jì)，需在設(shè)計(jì)的各階段，事前充分審查與各專業(yè)設(shè)計(jì)有關(guān)的安全性，并制定必要的安全措施。另外，在通常的設(shè)計(jì)階段中，各技術(shù)專業(yè)也要同時(shí)進(jìn)行研究，對(duì)安全設(shè)計(jì)一定要進(jìn)行特別慎重的審查，消除考慮不周和缺陷之處。安全設(shè)計(jì)的分工因進(jìn)行設(shè)計(jì)的專業(yè)或工程公司歸屬關(guān)系及行業(yè)側(cè)重點(diǎn)不同，分工也不盡一致（詳見參考文獻(xiàn))。表9.1安全措施項(xiàng)目和分工1.安全措施項(xiàng)目和分工表9.1安全措施項(xiàng)目和分工1工藝過程的安全表9.1安全措施項(xiàng)目和分工23防止發(fā)生運(yùn)轉(zhuǎn)中的事故防止擴(kuò)大受害者范圍的措施2.系統(tǒng)安全工程系統(tǒng)安全工程可定義為：用系統(tǒng)工程方法創(chuàng)造系統(tǒng)可以接受的條件，使系統(tǒng)可能發(fā)生的事故減少到最低限度，并達(dá)到最佳安全狀態(tài)。系統(tǒng)安全工程的方法可概括為：①系統(tǒng)安全分析；⑦危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)(包括對(duì)物質(zhì)、工藝人機(jī)關(guān)系、環(huán)境等的評(píng)價(jià))；②比較；④綜合評(píng)價(jià)；⑤最佳化計(jì)劃的決策。其中系統(tǒng)分析和評(píng)價(jià)是系統(tǒng)安全工程的核心。系統(tǒng)安全的分析方法現(xiàn)在已發(fā)展到許多種，其中最常用的則有25種．它們各有特點(diǎn)。如果按照從初級(jí)到高級(jí)的不同程度分，則有安全檢查表(cL)、初步危險(xiǎn)性分析(PHA)、故障類型影響分析(FM2A)、致命度分析(cA)、事件樹分析(ETA)、事故樹分析(RA)。如果按照分析的數(shù)理方法劃分，則有定性及定量分析;如果從邏輯的觀點(diǎn)看，則有歸納分析和演繹分析。系統(tǒng)安全工程：系統(tǒng)安全的評(píng)價(jià)方法系統(tǒng)安全的評(píng)價(jià)方法，當(dāng)前主要的有兩種：其一為對(duì)系統(tǒng)的可靠性，安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)；其二為利用生產(chǎn)所需原料．所謂物質(zhì)系數(shù)法，進(jìn)行評(píng)價(jià)。美國(guó)的道化學(xué)公司的火災(zāi)爆炸指數(shù)評(píng)價(jià)法，經(jīng)過不斷修改，現(xiàn)已發(fā)展為第七版。日本的岡山法，正田法都源于此。最近英國(guó)帝國(guó)化學(xué)公司發(fā)展的蒙德法．較大幅度地改善了道化學(xué)公司的方法。使評(píng)價(jià)結(jié)果更接近實(shí)際。日本1976年發(fā)表的化工聯(lián)合企業(yè)評(píng)價(jià)六步驟標(biāo)準(zhǔn)．簡(jiǎn)單易行，易于掌握，有很多可取之處。系統(tǒng)安全工程的方法系統(tǒng)安全工程的方法，不僅適用于工程，而且適用于管理，實(shí)際上現(xiàn)在已形成安全管理系統(tǒng)，兩者結(jié)合才能確保安全。安全工程和系統(tǒng)安全管理兩個(gè)分支，應(yīng)用范圍可歸納為以下方面：①發(fā)現(xiàn)事故隱患；②預(yù)測(cè)由故障引起的危險(xiǎn)；②設(shè)計(jì)和選用安全措施方案；④組織實(shí)現(xiàn)安全措施；⑤對(duì)措施效果做出總結(jié)評(píng)價(jià)；⑥不斷進(jìn)行改善。系統(tǒng)安全工程的方法在化工設(shè)計(jì)及企業(yè)安全領(lǐng)域里引進(jìn)系統(tǒng)安全工程的方法優(yōu)越性很多，它可以使安全工作從過去的憑直觀、經(jīng)驗(yàn)的傳統(tǒng)方法改變成定性定量的方法，它亦屬于是應(yīng)用信息化手段完成安全性分折評(píng)估，進(jìn)而指導(dǎo)安全性設(shè)計(jì)的近代新方法，目前仍處在需要進(jìn)一步研究、發(fā)展與深化的階段。3.化工安全技術(shù)的新進(jìn)展近幾十年來，安全技術(shù)的科學(xué)技術(shù)成果的不斷發(fā)展，使安全技術(shù)已發(fā)展成為一個(gè)獨(dú)立的科學(xué)技術(shù)體系。對(duì)安全的認(rèn)識(shí)不斷深化，實(shí)現(xiàn)實(shí)全生產(chǎn)的方法和手段日趨完善。1．設(shè)備故障診斷技術(shù)和安全評(píng)價(jià)技術(shù)迅速發(fā)展。

隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，高壓技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)壓力容器的安全監(jiān)測(cè)變得極為重要。無損探傷技術(shù)得到迅速發(fā)展，聲發(fā)射技術(shù)和紅外熱像技術(shù)在探測(cè)容器的裂紋方面，斷裂力學(xué)在評(píng)價(jià)壓力容器壽命方而都得到了重要應(yīng)用。

危險(xiǎn)性具有潛在的性質(zhì)，在一定條件下可以發(fā)展成事故，也可以采取措施抑制其發(fā)展。所以危險(xiǎn)性辨識(shí)成為重要問題。目前國(guó)內(nèi)外積極推行的安全評(píng)價(jià)技術(shù)，就是在危險(xiǎn)性辨識(shí)的基礎(chǔ)上，對(duì)危險(xiǎn)性進(jìn)行定性和定量評(píng)價(jià)，并根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果采取優(yōu)化的安全措施。2．監(jiān)測(cè)危險(xiǎn)狀況、消除危險(xiǎn)因素的

新技術(shù)不斷出現(xiàn)危險(xiǎn)狀況測(cè)試、監(jiān)視和報(bào)警的新儀器不斷投入應(yīng)用。不少國(guó)家廣泛采用了煙霧報(bào)警器、火焰監(jiān)視器。感光報(bào)警器、可燃性氣體檢測(cè)報(bào)警儀、有毒氣體濃度測(cè)定儀、噪聲測(cè)定儀、電荷密度測(cè)定儀和嗅敏儀等儀器。消除危險(xiǎn)因素的新技術(shù)、新材料和新裝置的研究不斷深入。橡膠和紡織行業(yè)已有效地采用了放射性同位素靜電中和劑，在烴類燃料和聚合物溶液中，抗靜電添加劑已投入使用。壓力、溫度、流速、液位等工藝參數(shù)自動(dòng)控制與超限保護(hù)裝置被許多化工企業(yè)所采用?；ぐ踩夹g(shù)的新進(jìn)展3.救人滅火技術(shù)有了很大進(jìn)展許多國(guó)家在研制高效能滅火劑、滅火機(jī)和自動(dòng)滅火系統(tǒng)等方面取得了很大進(jìn)展。如美國(guó)研制成功的新滅火搶救設(shè)備空中飛行懸掛機(jī)動(dòng)系統(tǒng)，具有救人救火等多種功能。法國(guó)研制的含有玻璃纖維的彈性軟管