石油化工裝置設(shè)計(jì)與安全探討

黃維紅

(寧夏寶塔石化集團(tuán)設(shè)計(jì)院（有限公司）, 寧夏 銀川 750002）

石油化工行業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，但同時(shí)也是存在安全隱患最多的行業(yè)之一。石油化工裝置生產(chǎn)工藝復(fù)雜，石油管道縱橫交錯(cuò)，而且受社會(huì)、管理等因素影響，存在潛在危險(xiǎn)，給人民生命財(cái)產(chǎn)帶來了很大的安全隱患。所以，石油化工裝置安全設(shè)計(jì)是一項(xiàng)非常重要的工作，要實(shí)現(xiàn)石油化工裝置的設(shè)計(jì)安全，除了嚴(yán)格執(zhí)行行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，特別是強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，還要重視石油化工裝置線路安全設(shè)計(jì)、工藝流程安全設(shè)計(jì)以及工藝過程安全設(shè)計(jì)等，保障石油化工設(shè)備的安全運(yùn)行。

石油化工管道設(shè)計(jì)

影響石油化工管道安全的因素

物理損傷。管道的物理損傷主要包括低溫脆性斷裂和高溫破壞，其次是疲勞損壞。造成脆性斷裂的主要原因是管道材料溫度較脆性轉(zhuǎn)變溫度低時(shí)，其沖擊韌性的急劇下降。高溫破壞主要是指金屬材料的組織或性能惡化，疲勞破壞主要指材料因交變荷載或溫度周期性變化而導(dǎo)致的變形損傷甚至斷裂。

腐蝕破壞。腐蝕是指管道材料因與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而對(duì)自身的破壞，主要包括均勻腐蝕、應(yīng)力腐蝕、局部腐蝕和大氣腐蝕。均勻腐蝕指材料表面失去金屬，變薄。應(yīng)力腐蝕是由于腐蝕和應(yīng)力的共同作用導(dǎo)致的材料破壞。局部腐蝕多由微電池作用引起。有時(shí)，海洋和工業(yè)大氣也能造成嚴(yán)重的腐蝕。

密封失效。管道密封主要包括管法蘭和閥門密封。法蘭密封需要法蘭、螺栓、墊片(圈)的共同作用，所以密封效果主要受法蘭剛度及封面形式、墊片性能和螺栓預(yù)緊力的影響，其次是管道位移對(duì)法蘭密封的影響。閥門泄漏包括內(nèi)漏和外漏，都是法蘭介質(zhì)的泄漏，可能會(huì)造成嚴(yán)重的后果。閥門和法蘭泄漏約占總量的2/3，嚴(yán)重影響管道安全，必須采取相應(yīng)措施來保證石油化工裝置的安全。

石油化工管道設(shè)計(jì)

塔與容器的管道設(shè)計(jì)。首先是分餾塔與汽提塔之間的管道布置，分餾塔所帶有的調(diào)節(jié)閥組應(yīng)接近汽提塔安裝，才能保證調(diào)節(jié)閥組的液柱合格。然后是分餾塔與回流罐之間的管道布置，熱旁路控制分餾塔塔頂壓力時(shí)，應(yīng)使其盡量短且不能出現(xiàn)袋形。最后是氣液兩相流的管道布置，為降低管道的壓力，調(diào)節(jié)閥要布置在接收介質(zhì)的容器旁，同時(shí)，還能還能防止管線震動(dòng)，設(shè)計(jì)時(shí)也要根據(jù)實(shí)際情況來布置。

冷熱交換設(shè)備的管道設(shè)計(jì)。逆流換熱，為保證出現(xiàn)故障時(shí)，換熱器能有一定存水，冷水流一般從下面進(jìn)入管線，從上面排出。安裝凈距，為方便冷換設(shè)備檢修，一般要使換熱器的進(jìn)出口管線及閥門法蘭距封頭蓋的法蘭有一定距離。熱應(yīng)力，對(duì)于連接封頭端管嘴的管道要考慮換熱器因熱脹而位移的問題，以防管嘴壓力過大，應(yīng)合理分配重沸器返回線管線及回線管線的長度。

泵的管線設(shè)計(jì)。泵入口的偏心異徑管在安裝時(shí)一般采用頂平安裝，此種安裝方式可略去低點(diǎn)排液。其次，在布置泵的入口管線時(shí)要注意如下問題：第一，入口管的支架設(shè)置，泵的入口在一側(cè)時(shí)應(yīng)將入口支架設(shè)為可調(diào)節(jié)的，并且入口管和閥門應(yīng)設(shè)在泵的側(cè)前方。第二，氣阻，在設(shè)計(jì)工藝流程時(shí)，要注意局部氣阻的產(chǎn)生。第三，管道柔性，泵屬于同轉(zhuǎn)機(jī)械，設(shè)計(jì)時(shí)要保證泵嘴受力在允許范圍內(nèi)，以防管道推力的作用使管嘴轉(zhuǎn)軸發(fā)生定位偏移。

管道支架的設(shè)計(jì)。首先，要減少管道與支架間的相對(duì)位移。然后是彈簧支架的使用，因其價(jià)格昂貴和安裝較麻煩，且彈簧彈性是會(huì)隨時(shí)間改變的，所以要減少彈簧支架的使用，盡量用剛性支架代替。其次是承重支架的布置，沿塔敷設(shè)管線時(shí)，一般只設(shè)置一個(gè)依實(shí)際情況可調(diào)整的承重支架，若承重支架負(fù)荷過重，也可再設(shè)置一個(gè)彈簧支吊架，同時(shí)，要每隔一段距離設(shè)置一個(gè)導(dǎo)向支架且水平管道彎頭處不能加剛性支撐。

石油化工裝置安全設(shè)計(jì)

工藝路線的安全設(shè)計(jì)

首先要保證安全，對(duì)原料和輔料有選擇余地時(shí)，要盡量選擇危險(xiǎn)性較小的物料。還可以改變工藝過程的條件使反應(yīng)劇烈程度降低，工藝更快更好的進(jìn)行。再有，使流程盡量簡單化，這樣干擾也會(huì)變小。值得注意的是，注意危險(xiǎn)介質(zhì)的藏量，量越大，發(fā)生事故時(shí)的危害就會(huì)越大。

工藝流程的安全設(shè)計(jì)

提前考慮好正常操作、異常操作以及緊急事故處理時(shí)安全有效的措施；有火災(zāi)爆炸可能的工藝流程，一定要定期定位的進(jìn)行檢查，并采取一定措施防止危險(xiǎn)的發(fā)生；設(shè)計(jì)火炬系統(tǒng)時(shí)，考慮物料量、物料壓力、物料性質(zhì)、爆炸、堵塞及溫度等問題；流程設(shè)計(jì)要全面考慮檢測儀表、自動(dòng)回路的控制，還要注意危險(xiǎn)物料不要存放過多；對(duì)于泄壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，要全面考慮最高工作壓力與閥門、防爆膜壓力值的關(guān)系，做好火災(zāi)、停電停水等事故時(shí)的排放量計(jì)算，進(jìn)而選擇合適的安全泄壓設(shè)備；對(duì)于供電、供水等設(shè)施的設(shè)計(jì)，不僅要滿足正常狀態(tài)的要求，還要滿足事故狀態(tài)的要求。例如，供水發(fā)生中斷，冷卻系統(tǒng)維持正常冷卻的時(shí)間要在10分鐘以上；控制室的設(shè)計(jì)要盡量保證事故狀態(tài)下也不致受到破壞，而且能控制事故的蔓延；設(shè)置自控檢測儀表、報(bào)警信號(hào)系統(tǒng)及緊急泄壓排放安全設(shè)施，關(guān)鍵部位還應(yīng)設(shè)置常規(guī)和異常雙重檢測系統(tǒng)。

裝置布置的安全設(shè)計(jì)

第一，盡量將設(shè)備布置在露天或?qū)挸ǖ慕ㄖ飪?nèi)，防止事故發(fā)生時(shí)造成嚴(yán)重的損壞；第二，處理同類危險(xiǎn)物料的設(shè)備盡量分區(qū)集中布置，有利于工作的開展；第三，要按照流程設(shè)計(jì)裝置的平面布置，并考慮預(yù)防工作的相關(guān)要求及維修、消防等操作；第四，一些危險(xiǎn)的生產(chǎn)部位要單獨(dú)布置，且要盡量靠近廠房外墻，同時(shí)，休息室、辦公室等不應(yīng)設(shè)置在危險(xiǎn)廠房內(nèi)；第五，危險(xiǎn)的生產(chǎn)廠房還應(yīng)設(shè)置一定的泄壓面積，還可安裝防護(hù)擋板和空地，危險(xiǎn)性大的反應(yīng)器和其它設(shè)備間要布置防爆隔離墻，若是多個(gè)反應(yīng)器，則反應(yīng)器間也要設(shè)置隔離墻；第六，各類設(shè)備的間距布置要滿足防爆距離要求，同時(shí)布置消防通道，消防作業(yè)不能出現(xiàn)死角，為方便人員的操作和撤離，要注意設(shè)備及安全通道間的連接性。

結(jié)語

石油化工管道設(shè)計(jì)是一項(xiàng)重大的工程，不僅需要設(shè)計(jì)者具備專業(yè)知識(shí)，還要求其具有強(qiáng)烈的安全意識(shí)，確保石油化工裝置管線的安全性。石油化工裝置生產(chǎn)過程復(fù)雜，產(chǎn)品多數(shù)屬于易燃易爆品，為了保證石油化工設(shè)備安全運(yùn)行以及人民生命財(cái)產(chǎn)安全，必須重視石油化工裝置的安全設(shè)計(jì)，根據(jù)存在的問題不斷探索創(chuàng)新，促進(jìn)石油化工行業(yè)的不斷進(jìn)步。

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