化工设计中安全装置的设计与选用技巧探析段步岗

化工设计中安全装置的设计与选用技巧探析段步岗

段步岗

1化工工程设计安全的重要性

化工的正常生产要求各工艺参数的相对平衡。任一参数超过范围的变化，平衡就会被打破，就可能导致事故。如何对过程条件进行控制和调节，过程一旦失控时如何紧急处置以减少损失等问题就成为了我们首要解决的问题。各种反应，包括主反应、副反应，以及可能发生的有害反应等，应采取措施进行控制，以防止有害反应的发生。此外，还应采用优化软件对生产过程进行控制和调节。

GB150和《压力容器安全技术监规进程》都要求压力容器设备进行超压保护。正常排量泵和有超压保护要求的设备均应安装安全泄压设施。当介质腐蚀、结焦、凝堵使安全阀失效时，应考虑使用安全阀爆破片组合、蒸气掩护和蒸汽(或电)伴热等方法来缓解。对于有突然超压情况的设备和受热时压力急剧升高的设备，还应设置自动泄压或导爆筒、爆破片组合设施。

2仪表及自动控制设计思路

化工仪表是操作员的眼睛，自控系统是装置调节控制的中枢。因此，仪表和自动控制设计就成了石油化工装置设计的重中之重。

2.1动力系统的设计

动力系统应有事故电源和气源，以保证有较充裕的时间对事故进行处理。

2.2仪表和控制器选型

应采用故障安全型的仪表和控制器，以确保故障时生产系统趋向安全。

自动停车后的仪表回路，应避免未经确认复位的情况下，自动回到正常运行状态。

避免选用可能引起误判的多功能仪表。

2.3联锁和停车系统

（1）重要的操作环节，应设报警、联锁和紧急停车系统。(ESD)

（2）紧急停车可能给生产带来重要影响时，讯号系统应设3取2的表决系统。

（3）控制系统故障可能引起重大事故时，应设n:1甚至1：1冗余控制系统。

（4）生产运行中，仪表及停车回路应能及时检测。

2.4现场仪表

爆炸危险区内的仪表、分析仪表和控制器均应选用相应的防爆结构或正压通风结构。

2.5有害气体深度监测

散发有害气体或蒸汽的场合，应设置监测报警设施。

2.6仪表线缆

火灾爆炸危险区内仪表线缆应采用非燃料材料型或阻燃型。

3化工设备设计方法

化工工艺设备是实现工艺过程的主体，所有单个操作过程都通过特定设备来完成，因此，设备的可靠性对装置安全生产至关重要。

设备设计的主要方面包括制造材料、机械设计、制造工艺和过程控制系统。

3.1材料选用

应熟知工艺过程、外部环境、故障模式和材料加工性能。腐蚀是导致设备破坏和火灾的重要因素，故应合理选用耐蚀材料和腐蚀裕量。

3.2机械设计

机械设计应该能够满足苛刻的温度压力条件下对设备产生的应力的要求。应特别注意的是，容器上的动力装置产生的振动荷载和由于温度压力的周期性改变产生的交变荷载。高温高压热壁反应器要有好的应力分折。大型往复压缩机的管道采用规范压力脉动声学摸似系统进行计算和分折，并采用故障诊断技术等。

3.3设备制造

设计中最重要的是对设备材料的质量控制程序和制造过程的质量控制程序作出正确判断，以证实制造符合设计要求。

4电气设计

电力是装置生产的主要动力源，连续可靠的电力供给是装置安全生产的重要保证。

具体要求如下：

(1)关键性连续生产过程，应采用双电源供电；

(2)突然停电会引发爆炸、火灾、中毒和人员伤亡的关键设备，必须设置保安电源。

(3)大功率电机启动时，应核算启动电流不超过供电系统允许的峰值电流或采用软启动设施（变频技术）。

5装置布置设计

装置布置包括设备、建筑物和通道布置，要确保过程顺利实施，间距符合安全规范，操作维修和消防作业方便，并有利于人员的疏散。

5.1设备布置

要求如下：

（1）应满足工艺对设备布置的要求，如泵灌注头、设备间位差等；

（2）设备间及设备与建筑物间的防火间距应符合GB50160的规定；

（3）应避免连续引燃源(明火加热设备)和危险的释放源邻近布置；

（4）高危险设备与一般危险设备应尽量分开布置；

（5）设备应尽量采用露天或半露天布置，尽量缩小爆炸危险区域范围；

5.2建构筑物布置

可能散发火花和使用明火的建筑物，如控制室、变配电室、化验和维修间、办公楼等，应布置在非爆炸危险区域。若布置在附加二区范围内，应高出室外地坪0.6m。装置竖向处理应有利于泄漏物和消防洒物的排放，缩短其在装置区的滞留时间。如国外控制室的防爆设施。

5.3通道设置

通道设置要求如下：

（1）装置四周应设环形通道；

（2）装置的消防通道应贯通装置区，并有不少于两个的路口与四周道路连接；

（3）装置用道路分隔的区块，应能使消防作业不出现死角；

（4）设备联合平台和框架相邻疏散通道之间不应超过50m。

6管道设计

管道设计包括管道布置、管道器材和管道机械三部分。设计不当和错误都会给安全生产带来隐患，甚至酿成灾害。

管道布置要求如下：

（1）管道连接除必要的法兰连接外，应尽量采用焊接；

（2）管道上的小口径分支管应加强管接头与主管连接；

（3）管桥上输送液化烃、腐蚀介质的管道应布置在下层；

（4）氧气管道应避开油品管道布置；

（5）跨越道路的危险介质管道，除净高应满足要求外，其上方不得安装阀门、法兰、波纹管；

（6）处理事故用的各种阀门，如紧急放空、事故隔离、消防蒸汽、消防竖管等，应布置在安全、明显、易于开启的地点。

参考文献

[1]孙鹏.概述化工机械设备故障与事故管理.城市建设理论研究（电子版）[J].2014(7).

[2]丁献宾.化工机械故障的诊断与预防措施探析.中国石油和化工标准与质量[J].2011(7).

[3]王朝辉,张玉泉.浅谈化工机械故障的诊断措施.中国石油和化工标准与质量[J].2011(7).