化工安全工程-第9章.ppt
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化工安全工程9化工厂安全设计,2,选择厂址应综合分析与权衡厂址的地形条件以及有关的自然和经济资料,进行多方案的技术经济、安全可行性的比较。
厂址的安全可靠主要涉及工程地质条件的优劣,厂区范围能否适应总平面布置和安全距离的要求;自然灾害的威胁程度及抗御的可能性;能否避免出于邻近企业发外事故时而引起次生灾害;能否便于治理“三废”以及同外部的联系与协作等因素。
3,一、厂址选择的基本原则
(1)厂址选择应当避免自然瘟疫源地。
(2)向大气排放有害物质的工厂应布置在当地夏季最小频率风向的被保护对象的上风侧。
(3)严重产生有毒有害气体、恶臭、粉尘、噪声且尚无有效控制技术的工厂,不得在居住区,医院,学校和其它人口密集的地方建设。
(4)在同一工业区内布置不同卫生特征的工业企业时,应避免不同职业危害因素(物理、化学、生物等)交叉感染。
(5)厂址位置必须符合国家工业布局、城市或地区的规划要求,尽可能靠近城市或城镇原有企业,以便于生产上的协作,生活上的方便。
(6)厂址宜选在原料、燃料供应和产品销售便利的地区,并在贮运、机修、公用工程和生活设施等方面有良好基础和协作条件的地区。
(7)厂址应靠近水量充足、水质良好的水源地。
当有城市供水、地下水和地面水三种供水条件时,应该进行经济技术比较后选用。
(8)厂址应尽可能靠近原有交通线(水运、铁路、公路),即应有便利的交通运输条件,以避免为了新建企业需要修建过长的专用交通线,增加新企业的建厂费用和运营成本。
在有条件的地方要优先采用水运。
对于有超重、超大或超长设备的工厂,还应注意沿途是否具备运输条件。
(9)属于第一、二类开放型同位素放射性企业严禁设置在市内。
4,(10)厂址应尽可能靠近热电供应地。
一般地讲,厂址应该考虑电源的可靠性,并应尽可能利用热电站的蒸汽供应,以减少新建工厂的热力和供电方面的投资。
(11)选厂应注意节约用地。
不占或少占良田、好地、菜园、果园等。
厂区的大小、形状和其他条件应满足工艺流程合理布置的需要,并应有发展的可能性。
(12)选厂应注意当地自然环境条件,并对工厂投产后对于环境可能造成的影响作出预评价。
工厂的生产区、排渣场和居民区的建设地点应同时选定。
(13)厂址应避开低于洪水位或在采取措施后仍不能确保不受水淹的地段。
厂址的自然地形应有利于厂房和管线的布置、内外交通联系和场地的排水。
(14)厂址附近应有生产污水、生活污水排放的可靠排除地,并应保证不因新厂建设致使当地受到新的污染和危害。
(15)厂址应不妨碍或破坏农业水利工程。
应尽量避免拆除民房或建(构)筑物、砍伐果园和拆迁大批墓穴等。
(16)食品工业和电子工业的工厂的地址应选择在环境洁净,绿化条件好、水源清洁的区域。
(17)新建或扩建工程与相邻工厂或设施的防火间距应符合石油化工企业设计防火规范(GB50160-1992)规定,见表9-1。
(18)凡是产生有毒气体、烟尘等有害因素的企业,应将厂址选在工业区的下风侧并与居民区保持一定的防护距离,特别注意避开窝风的地带。
(19)厂址选在沿江、河、海岸的位置时,要使其位于江河、城镇和重要桥梁、港区、船厂、水源等重要建筑物的下游,借以避免废水和废气对居民区造成污染。
5,二、厂址选择的安全原则潜在的危险一级危险直接的危险二级危险典型的一级危险有:
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。
二级危险有:
火灾;爆炸;游离毒性物质的释放;跌伤;倒塌;碰撞。
6,第一道防护线是为了解决一级危险,并防止二级危险的发生(消除隐患)。
(1)根据主导风的风向,把火源置于易燃物质可能释放点的上风侧;
(2)为人员、物料和车辆的流动提供充分的通道。
7,对于二级危险,为了把生命和财产的损失降至最小程度,需要实施第二道防护线(限制蔓延、减小损失)。
(1)把最危险的区域与人员最常在的区域隔离开(实验室气瓶)
(2)在关键部位安放灭火器材(不仅要有、还要会用)。
第三道防护线(补救措施、救死扶伤)是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。
最后一道防护线的意义是迅速救治未能防止住的伤害。
8,地形是规划安全时可以利用的一个因素。
正如液体向下流一样,从运行工厂释放出的许多易燃或毒性气体也是如此。
可以适当利用这个地理特征作为安全工具为我们服务排除这些危险气体。
(在山上建厂、减小爆炸损失)巨大水量的水源灭火时极为重要,水供应得充足与否往往决定着灭火的成败。
主导风方向是另一个重要的自然因素。
通过选址和布局使得主导风有助于防止易燃物飘向火源,防止蒸气云或毒性气体飘过入口稠密区或穿越道路。
很显然,风并不总是沿着主导的方向吹,但是选址和布局所做的是多重选择中最佳的一种。
9,超出自然方法之外,人工智能也可以提供一些强化安全的要素,隔开距离就是这样的一种要素。
隔开距离实现不同危险之间以及危险和人之间的隔离。
比如,高压容器和操作室之间隔开一段距离。
类似的方法是用物理屏障隔离。
例如用围堰限制液体的溢流,如围绕贮罐的围堰就是起这种作用。
(卧式油罐组围堰高度不应低于0.5m)(立式油罐组防火堤的计算高度应保证堤内的有效容积需要。
防火堤实际高度应比计算高度高出0.2m。
防火堤实际高度不应低于1.0m,且不应高于2.2m(均以防火堤外侧路面或地坪算起)。
10,两种经常结合应用的方法是危险的集中和危险的标识。
考虑压力贮存容器的定位,最好是把这类装置隔离在工厂的一个特定区域内,使得危险集中易于确定危险区的界限。
好处:
使值班人以外的人员都远离危险区;必须工作在或必须通过危险区的人员,完全熟悉存在的危险情况,可以相对安全。
坏处:
一个容器起火或爆炸有可能波及相邻的容器,造成更大的损失。
经验:
集中的危险会受到更密切的关注,有可能会减少事故,把危险分散至全厂而不为人所注意会更具危险。
11,工厂的定位问题1)有原料、燃料供应和产品销售的良好的流通条件;2)有贮运、公用工程和生活设施等方面良好的协作环境;3)靠近水量充足、水质优良的水源;(05年11月13日吉林石化公司双苯厂爆炸事故引起松花江水环境污染,100吨左右的苯)4)有便利的交通条件;5)有良好的工程地质和水文气象条件。
爆炸事故发生后,监测发现苯类污染物流入第二松花江,造成水质污染。
苯类污染物是对人体健康有危害的有机物。
国家环保总局23日向媒体通报,受中石油吉林石化公司爆炸事故影响,松花江发生重大水污染事件。
12,工厂应避免定位在下列地区:
(1)发震断层地区和基本烈度9度以上的地震区;
(2)厚度较大的级自重湿陷性黄土地区;(3)易遭受洪水、泥石流、滑坡等危害的山区;(4)有开采价值的矿藏地区;(5)对机场、电台等使用有影响的地区;(6)国家规定的历史文物、生物保护和风景区;(西安)(7)城镇等人口密集的地区。
13,从工厂飘逸出的有毒或有害气体会进入居民区或其他人口稠密的地区;易燃气体会飘过如其他工厂的煅烧炉之类的火源;冷却塔的烟雾会飘过交通繁忙的高速公路或道路等等。
隔开距离,把厂址选择在一个孤立地区可以解决上述问题(舜泰化工)。
如果客观条件不允许实现以上举措,可以依据主导风,把工厂置于社区的下风区域。
14,工厂高构筑物可能的坍塌是对社区的另一种潜在的危险。
在许多城市,建筑法规要求,高建筑物或构筑物都要留有一定的间距,防止落体砸伤行人、汽车司乘人员或砸坏邻近的设施。
(2009-06-03日本东京板桥区一栋公寓施工现场发生起重机倒塌事故,造成2人受伤,其中1名重伤。
),15,日本东京发生起重机倒塌事故,16,工厂会产生需要排除的废液。
应该确保预期的排污方法不会污染社区的饮用水。
特别是对于渔业,对海洋生物的毒性作用会成为严重问题。
可能含有爆炸混合物的日常排污管道务必不可穿越公共的或私人的地界。
对工厂的主要进出口点要格外小心。
上下班时进出厂的交通车量剧增,如果不适当安排或疏散,会引起严重的交通事故。
如果工厂邻近高速公路,会有车辆离开公路冲入工厂的危险。
17,毗邻的工厂可能会释放出毒性或易燃气体飘入工厂,引起人员中毒或由于火花或加热面而起火。
在这种情况下,如果可能,最好是把工厂建于上风区,或是隔开一定的距离。
充足的水源会增强灭火能力。
最好是工厂附近有河流或湖泊可用作水源,使得救火水不必从地下泵取。
还要考虑地方城市供水系统用作救火水源的可能性。
(灭火、不是排污、GDP、招商引资)地形也是一个要考虑的因素。
参加工厂设计的每个人都会同意,厂区应该是一片平地。
厂区内不应该有洼地,否则可能会形成毒性、易燃蒸气、液体的积聚。
相对于周围地区,厂区最好地势较高而不应是低洼地。
18,社区对工厂及其工作人员可能会构成某些确定的危险,即使没有危险,也可能不具有强化工厂安全所必要的设施。
从这个意义上讲,工厂选址在一个孤立地区有利于工厂安全。
但工厂救火时往往需要社区的协助,社区协助的有效与否,有时对救火的成败起着决定作用。
还有,在急救和医疗设施方面,社区也能提供协助。
综上可以看出,在工厂选址中很难找到保证最大安全的恰当的地址。
需要全面审核提出的带有管线、公路、铁路和电力线路敷设权的各种选址方案,综合评定其对工厂存在的或潜在的危险,择优确定较佳的方案。
三、工厂布局的安全问题工厂布局的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空间位置,获得最合理的物料和人员的流动路线。
为保障安全,在总平面布置中应遵循以下原则:
1从全面出发合理布局,正确处理生产与安全、局部与整体、重点和一般、近期与远期的关系,把生产、安全、卫生、适用、技术、先进、经济合理和尽可能的美观等因素作出统筹安排。
2总平面布置应符合防火、防爆的基本要求,体现以防为主、以消为辅的方针,并有疏散和灭火的设施。
(防火分隔、防烟分区),3应满足安全、防火、卫生等设计规范、规定和标准的要求,合理布置间距、朝向及方位。
(淮化、淮河新城)4合理布置交通运输和管网线路及进行绿化布置和环境保护。
5合理考虑发展和改建、扩建的要求。
(学校卖地)化工厂布局普遍采用留有一定间距的区块化的方法。
工厂厂区一般可划分为以下六个区块:
工艺装置区;罐区;运输装卸区;辅助生产区(配电室、化验室);公用设施区(宿舍、医院);管理区(办公楼)。
1工艺装置区加工单元可能是工厂中最危险的区域。
首先应该汇集这个区域的一级危险,找出毒性成易燃物质、高温、高压、火源等,机械设备多,易发故障;有利之处是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,集中分布,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下风区。
在化学工业中,过程单元间的间距仍然是安全评价的重要内容。
对于过程单元本身的安全评价,比较重要的因素有:
操作温度(10、1000);操作压力(100Pa、100MPa);单元中物料的类型(H2CH4(爆炸极限515)NH3);单元中物料的量(H2(4.175);单元中设备的类型;单元的相对投资额;救火或其他紧急操作需要的空间。
2罐区贮存容器,比如贮罐,是需要特别重视的装置。
每个这样的容器都是巨大的能量或毒性物质的贮存器。
在人员、操作单元和贮罐之间保持尽可能远的距离是明智的。
这样的容器能够释放出大量的毒性或易燃性的物质,所以务必将其置于工厂的下风区域。
前面已经提到,贮罐应该安置在工厂中的专用区域,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度。
罐区的布局有以下三个基本问题:
(1)罐与罐之间的间距;
(2)罐与其他装置的间距;(3)设置拦液堤所需要的面积。
贮罐的两个重要的危险,一个是罐壳可能破裂,很快释放出全部内容物;另一个是当含有水层的贮罐加热高过水的沸点时会引起物料过沸。
罐区设计应考虑:
1)和办公室、辅助生产区要保持足够的安全距离。
(蔓延)2)和工艺装置区、公路之间要留出有效的间距。
(被波及)3)设在比工艺装置区略低的区域(高坡,势能大)。
4)通路问题:
每一罐体至少可以在一边有通路到达,最好是可以在相反的两边有通路到达。
(方便救灾、疏散),3公用设施区应远离工艺装置区、罐区和其他危险区,以保证水、电、汽等的正常供应。
由厂外进入厂区的公用工程干管,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。
工厂布局应该尽量减少地面管线穿越道路。
管线配置的一个重要特点是在一些装置中配置回路管线。
回路系统的任何一点出现故障即可关闭阀门将其隔离开,并把装置与系统的其余部分接通。
锅炉设备和配电设备可能会成为引火源,应该设置在易燃液体设备的上风区域。
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。
高架的间隙应留有如起重机等重型设备的方便通路,减少碰撞的危险。
最后,管路一定不能穿过围堰区,围堰区的火灾有可能毁坏管路。
冷却塔释放出的烟雾会影响人的视线,冷却塔不宜靠近铁路、公路或其他公用设施。
大型冷却塔会产生很大噪声,应该与居民区有较大的距离。
4运输装卸区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施常做类似的考虑。
在装卸台上可能会发生毒性或易燃物的溅洒,装卸设施应该设置在工厂的下风区域,最好是在边缘地区。
原料库、成品库和装卸站等机动车辆进出频繁的设施,不得设在必须通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距离。
5辅助生产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,同时人员密集,应该置于工厂的上风区域。
研究室按照职能的观点一般是与其他管理机构比邻,但研究室偶尔会有少量毒性或易燃物释放进入其他管理机构,所以两者之间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集的终点,应该置于工厂的下风远程区域。
高温煅烧炉的安全考虑呈现出矛盾。
作为火源,应将其置于工厂的上风区,但是严重的操作失误会使煅烧炉喷射出相当量的易燃物,对此则应将其置于工厂的下风区。
作为折中方案,可以把煅烧炉置于工厂的侧面风区域。
与其他设施隔开一定的距离也是可行的方案。
6管理区出于安全考虑,主要办事机构应该设置在工厂的边缘区域,并尽可能与工厂的危险区隔离。
这样做有以下理由:
首先,销售和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,而他们的普通习惯如在危险区无意中吸烟,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大的,把这些人员和危险分开会改善工厂的安全状况。
四、建(构)筑物安全工程,1、装置内各工段的安排,
(1)规模较小的车间,各工段联系紧密,生产特点无显著差异时,可将车间的生产、辅助、生活部门集中布置在一幢厂房内,如医药、农药生产车间。
(2)生产规模较大,各工段生产有显著差异,需要严格分开,应采用单体式厂房。
如大型石油化工厂多采用单体式。
厂房的平面布置考虑因素,生产工艺条件工艺流程、生产特点、生产规模等建筑本身的可能性与合理性建筑形式、结构方案、施工条件和经济条件等,2、装置的平面布置,
(1)厂房的平面布置,厂房平面轮廓,I型(长方形):
总图布置、设备布置和管线布置方便,有利自然采光和通风。
缺点:
流程长,车间过长,常用于中小型车间,L型T型,型等,适应地形及生产流程的需要也有采用L型、T型;缺点:
采用L型、T型应充分考虑采光、通风、通道和立面等各方面因素,适用于较复杂的车间。
(2)厂房的柱网布置厂房结构,生产类别为甲、乙类生产,宜采用框架结构,柱网间距一般6m,也有7.5m的。
丙、丁、戊类生产,可采用混合结构或框架结构,开间采用4.5m或6m。
在一幢厂房中不宜采用多种柱距。
柱距要尽可能符合建筑模数的要求(300mm的倍数),便于利用建筑结构上的标准预制构件。
(3)厂房的宽度,单层厂房不宜超过30m,多层厂房不宜超过24m,常用宽度有9m、12m、14.4m、15m、18m、24m、30m等。
单层厂房常为单跨,即跨度等于厂房宽度,厂房内没有柱子。
多层厂房宽度为6m时,可不设柱子,跨度为9m以上时,厂房中间需要立柱,两柱间距离为跨度,常用跨度为6m。
如宽度为12m、14.4m、15m、18m的厂房,常分为6-6、6-2.4-6、6-3-6、6-6-6的形式。
一般车间的短边(即宽度)常为23跨,长边则根据生产规模及工艺要求决定。
车间布置还要考虑厂房安全出入口,一般不应少于两个。
3、装置的立面布置厂房的高度,厂房高度:
考虑设备高低、安装位置、检修要求及安全卫生。
框架或砖混多层厂房,多用5m、6m,最低4.5m,每层尽量相同有高温、有毒气体厂房,应适当加高或设置拔风式气楼(天窗),以利于自然通风,采光及散热。
有爆炸危险车间宜采用单层,在厂房内可设置多层操作台;如必须设在多层厂房内,应布置在厂房顶层。
如整个厂房均有爆炸危险,则在每层楼板上设置一定面积的泄爆孔或泄压面积。
4.安全、卫生和防腐方面的要求尽可能使工人背光操作,高大设备避免靠窗布置,以免影响采光。
有效地利用自然对流通风;对放热量大或产生易燃、易爆、有毒气体或粉尘的工段,尽量采用露天布置;不能露天布置时,须采用机械送、排风装置。
有防火、防爆要求的设备危险等级相同设备尽量集中在一个区域,并设计防爆建筑物、设置防爆墙等措施。
对产生或接触腐蚀性介质的设备,除采用基础防护外,设备周围地面、墙、梁、柱都需采取防护措施。
五、化工单元区域的安全规划,1、泵和压缩机,
(1)泵的布置,泵应尽量靠近供料设备,保证良好的吸入条件。
室外布置的泵一般在路旁或管廊下面排成一行或二行,电机对齐排在中心通道的两侧,吸入与排出端对着工艺罐。
管廊或建筑的跨度由泵的长度与它们本身的要求所决定。
压缩机布置方式:
露天布置或半露天布置适用于可燃气体压缩机,通风良好,如有可燃气体泄漏可快速扩散,有利于防火、防爆。
室内布置适用于严寒或多风沙地区。
(2)压缩机的布置,注:
为了维修方便,压缩机房应靠近室外通道,并要求通道能通到吊装区;为了操作方便,压缩机周围应有不小于2m的操作通道;楼梯应靠近操作通道,并应设置第二楼梯或直梯,以便安全疏散;压缩机和驱动机的全部仪表盘,应布置在靠近驱动机的端部;,3、容器(罐、槽),
(1)立式容器布置立式容器可以安装在地面、楼板或平台上,也可以穿越楼板或平台用支耳支撑在楼板或平台上。
内部带有搅拌器的立式容器,为避免振动,应尽可能在地面设置支承结构。
顶部有开口且需人工加料的立式容器,加料点高度不宜高出楼板或平台1m,如高出1m,应考虑设加料平台或阶梯。
(2)卧式容器的布置卧式容器宜成组布置。
成组卧式容器宜按支座基础中心线对齐或按封头切线对齐,卧式容器之间净空可按0.7m考虑。
容器下方需设通道时,容器底部配管与地面之间的净空不应小于2.2m;,4、换热器布置,化工厂使用最多的是列管式换热器与再沸器。
换热器布置任务将其布置在适当的位置,决定支座等安装结构、管口方位等。
(1)换热器的布置原则:
顺应流程和缩短管道长度塔的再沸器及冷凝器应取近塔布置:
热虹吸式再沸器是直接固定在塔上,采用口对口的直接连接。
塔的回流冷凝器要靠近塔、回流罐及回流泵。
(2)布置空间受限制:
可将长换热器改为短粗换热器(3)换热器常采用成组布置:
水平的换热器可以重叠布置,串联的、非串联的相同的或大小不同的换热器都可重叠。
为了便于抽取管束,上层换热器不能太高,一般管壳的顶部高度不能大于3.6m;将进出口管改成弯管可降低安装高度。
反应器的形式很多,可按类似设备布置:
塔式反应器可按塔来布置;固定床催化反应与容器差不多;火焰加热的反应器则近似于工业炉乙烯裂解炉搅拌釜式反应器是加上搅拌与传热夹套的立式容器。
5、反应器布置,釜式反应器的布置:
(1)一般间歇操作,要考虑加料和出料。
(2)一般用支耳架支撑在建筑物或操作台的梁上。
(3)两台以上相同反应器排成直线。
管道阀门集中布置在一侧。
(4)带搅拌器的反应器,在其上部应设置安装检修用的起吊设备。
(5)跨楼板布置的反应器,要设置出料阀门操作台。
(6)反应器底部出口离地面高度受下游设备的影响。
(7)易燃易爆反应器,尤其是反应剧烈,容易出事故的反应器,要考虑安全措施,包括泄压及排放方向。
6、塔的布置,1)塔的布置要求塔与进料加热器、非明火加热的重沸器、塔顶冷凝冷却器、回流罐和塔底抽出泵等宜按工艺流程顺序,在不违反“防火规范”的条件下尽可能靠近布置,便于操作管理。
应在塔和管廊之间布置管道,在背向管廊的一侧设置检修通道或场地。
塔的人孔、手孔应朝向检修区一侧。
塔和管廊立柱之间没有布置泵时,塔外壁与管廊立柱之间的距离一般为35m,不宜小于3m。
塔和管廊立柱之间布置泵时,泵的基础与塔外壁的间距应按泵的操作、检修和配管要求确定,一般不宜小于2.5m。
两塔之间净距不宜小于2.5m,以便敷设管道和设置平台。
2)塔的布置方式
(1)独立布置单塔或特别高的塔可采用独立布置。
利用塔身设操作平台,供进出人孔、操作、维修仪表及阀门之用。
(2)成列布置有两个或两个以上塔或立式容器时,采用中心线对齐,在塔间设置联合平台,平台间留有缝隙满足塔身的热胀冷缩。
(3)成组布置对结构和大小相似的塔,可采用双排或成三角形布置,这样,可以利用平台将塔联系在一起以提高其稳定性。
(4)沿建筑物或框架布置将塔布置在建筑物或框架的旁边,利用框架提高其稳定性和设置平台、梯子。
(5)室内或框架内布置较小的塔常安装在室内或框架中,平台和管道都支承在建筑物上,冷凝器可装在屋顶上或吊在屋顶梁下,利用位差重力回流。
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