淺析我國石油化工裝置的布置與設(shè)計

馮振堂

(淄博職業(yè)學(xué)院，山東 淄博 255314)

0 引言

裝置是石油化工廠生產(chǎn)的主體，裝置內(nèi)介質(zhì)危險性大，操作條件苛刻，影響因素復(fù)雜，可能泄漏點多，加之，裝置內(nèi)單位面積資產(chǎn)密度高，人員相對集中。裝置布置設(shè)計是裝置設(shè)計安全的重要組成部分。裝置布置設(shè)計安全的目的是合理、安全、經(jīng)濟(jì)地確立裝置界區(qū)內(nèi)設(shè)備和設(shè)施的位置，確保工藝過程安全順利實施。操作、維修和消防作業(yè)有可接近性和可操作性，萬一發(fā)生事故，方便撲救并有利于減少資產(chǎn)損失和人員傷亡。

1 裝置危險因素

石油化工裝置類型甚多，由于技術(shù)路線、原料、產(chǎn)品、工藝條件的差異，存在的危險因素不盡相同，大致歸納如下：

1.1 中毒危險

石油化工生產(chǎn)過程中，以原料、成品、半成品、中間體、反應(yīng)副產(chǎn)物和雜質(zhì)等形式存在的職業(yè)性接觸毒物，工人在操作時，可經(jīng)過口、鼻、皮膚進(jìn)入人體生理功能和正常結(jié)構(gòu)的病理改變，輕則擾亂人體的正常反應(yīng)，降低人在生產(chǎn)中作出正確判斷、采取恰當(dāng)措施的能力，重則致人死亡。

1.2 火災(zāi)爆炸危險

可燃?xì)怏w、油氣、粉塵與空氣形成的混合物，當(dāng)其濃度達(dá)到爆炸極限時，一旦被引燃，就會發(fā)生火災(zāi)爆炸，火災(zāi)的輻射熱和爆炸產(chǎn)生的沖擊波可能對人、設(shè)備和建筑物造成殺傷和破壞。

1.3 反應(yīng)性危險

化學(xué)反應(yīng)過程分吸熱和放熱兩類。通常，放熱反應(yīng)較吸熱反應(yīng)更具危險性，特別是使用強(qiáng)氧化劑的氧化反應(yīng);有機(jī)分子上引入鹵原子的鹵化反應(yīng);用硝基取代化合物中氫原子的硝化反應(yīng);一旦失控可能產(chǎn)生嚴(yán)重后果。此外，石油化工過程中使用的某些原材料具有很強(qiáng)的反應(yīng)活性，稍有不慎同樣會對安全造成威協(xié)。

1.4 負(fù)壓操作

負(fù)壓操作易使空氣和濕氣進(jìn)入系統(tǒng)，或是形成爆炸性氣體混合物，或是空氣中的氧和水蒸汽引發(fā)對氧、水敏感物料的危險反應(yīng)。

2 石油化工裝置管道工藝技術(shù)

2.1 塔和容器的管線設(shè)計

依據(jù)工藝原理合理布置。分餾塔與汽提塔之間的管線布置。通常分餾塔到汽提塔有調(diào)節(jié)閥組，調(diào)節(jié)閥組應(yīng)靠近汽提塔安裝，以保證調(diào)節(jié)閥前有足夠離的液柱。分餾塔與回餾罐之間的管線布置。當(dāng)分餾塔的塔頂壓力用熱旁路控制時，熱旁路應(yīng)盡量短且不得出現(xiàn)袋形，調(diào)節(jié)閥應(yīng)設(shè)在回流罐的上部。汽液兩相流的管道布置時，管道上的調(diào)節(jié)閥應(yīng)盡量靠近接收介質(zhì)的容器布置，減少管道壓降，避免管道震動。由此可見，管線不可隨意布放。

2.2 泵的管線設(shè)計

泵入口偏心異徑管的使用。泵吸人管道設(shè)計是確保泵經(jīng)常處于正常工作狀態(tài)的關(guān)鍵。當(dāng)泵人口管系統(tǒng)有變徑時，要采用偏心大小頭以防變徑處氣體積聚，偏心異徑管的安裝方式如下：一般采用項平安裝，當(dāng)異徑管與向上彎的彎頭直連的情況下可以采用底平安裝。這種安裝方式可以省去低點排液。布置泵的人口管線時要考慮到幾個方面的因素：

①泵的人口管支架的設(shè)置

如泵的進(jìn)口在一側(cè)，則泵的入口管支架應(yīng)是可調(diào)式，且人口管及閥門位置在泵的側(cè)前方。

②氣阻

進(jìn)泵管線不得有氣阻，這一點很容易被忽視，某些布置雖符合工藝流程圖，但在局部會產(chǎn)生氣阻現(xiàn)象，從而嚴(yán)重影響泵的運(yùn)行。

③管道柔性

泵是同轉(zhuǎn)機(jī)械，管道推力作用在管嘴上會使轉(zhuǎn)軸的定位偏移，因此管道設(shè)計要保證泵嘴受力在允許數(shù)值內(nèi)。塔底進(jìn)泵的高溫管線尤其需要考慮熱補(bǔ)償。

2.3 冷換設(shè)備的管線設(shè)計逆流換熱

①冷換設(shè)備冷水走管程由下部進(jìn)入，上部排出

這樣供水發(fā)生故障時，換熱器內(nèi)有存水，不致排空。如作為加熱器時用蒸汽加熱，蒸汽從上部引入，凝結(jié)水由下部排出。

②安裝凈距

為了方便檢修，換熱器進(jìn)出口管線及閥門法蘭。均應(yīng)與設(shè)備封頭蓋法蘭保持一定距離，為方便拆卸螺栓凈距一般為300mm。

③熱應(yīng)力

換熱器的固定點一般是在管箱端，凡連接封頭端管嘴的管道必須考慮因換熱器熱脹而位移的影響。重沸器返回線各段管線長度的分配要恰當(dāng)，可以防止設(shè)備管嘴受力過大?；鼐€各段管線長度的分配要恰當(dāng)，可以防止設(shè)備管嘴受力過大。

3 滿足工藝設(shè)計對設(shè)備布置的要求

裝置布置設(shè)計和其它專業(yè)設(shè)計一樣，滿足工藝設(shè)計和工藝過程操作、控制的要求是裝置布置應(yīng)考慮的首要問題。裝置設(shè)備布置除按照流程順序，單元操作、過程設(shè)備集中布置外，尤其是重視工藝設(shè)計對設(shè)備高差的要求、對溫度降或壓力降的要求、對防止介質(zhì)結(jié)焦、凝堵的要求以及真空、重力流的要求。因為它們關(guān)系到操作的穩(wěn)定性和過程的連續(xù)性，甚至關(guān)系到過程能否實施，這看似生產(chǎn)問題，其實也是安全問題，不說直接造成安全事故，經(jīng)常的故障、不穩(wěn)定和不連續(xù)，事故的幾率也必然增加。

4 設(shè)備布置應(yīng)采用露天或半敞開方式

為防止有害氣體或蒸汽的積聚，設(shè)備采用露天或半敞開式布置，可以利用自然通風(fēng)，使有害物質(zhì)迅速擴(kuò)散，減少滯留時間，防止有害氣體或蒸汽與空氣形成爆炸混合氣體或超過車間最高容許濃度。

由于環(huán)境或特殊工藝要求，可能散發(fā)有害物質(zhì)的設(shè)備布置在封閉或廠房內(nèi)，應(yīng)設(shè)置機(jī)械通風(fēng),其空氣應(yīng)能使可燃?xì)怏w、蒸汽或浮懸物很快稀釋到爆炸下限的25%以下，或最高允許濃度以下。應(yīng)予強(qiáng)調(diào)的是封閉式廠房即使有機(jī)械通風(fēng)設(shè)施,其通風(fēng)效果也不如露天或半敞開布置。

5 道路和通道的設(shè)置

裝置道路的功能主要有二：一是，供緊急救援車輛和機(jī)動檢修設(shè)備通行；二是，作為事故或分區(qū)檢修的隔離帶。為此，裝置道路應(yīng)貫通裝置區(qū)，并與環(huán)裝置道路有不少于兩個出入口，以確保緊急救援活動暢通無阻，裝置道路還應(yīng)將裝置區(qū)分隔成若干個區(qū)，以確保消防作業(yè)沒有死區(qū)，并減少災(zāi)害的影響。

通道主要供日常巡檢、操作和維修，以及緊急情況人員疏散用，通道設(shè)置尤應(yīng)注意，不要有死胡同，相鄰框架平臺有條件時，盡量用過橋連通，框架、平臺長度超過50m，除兩側(cè)的梯子外，應(yīng)在適當(dāng)位置設(shè)直通地面的安全梯，供緊急情況人員撤離危險區(qū)用。

6 不同危險性設(shè)備和設(shè)施分區(qū)集中

設(shè)備和設(shè)施的危險性取決于加工、處理和儲存的物質(zhì)的危險性。物質(zhì)的危險性一般包括對健康的危害，燃燒性危險和反應(yīng)性危險。各種危險或危害又依危害程度分不同類型,石油化工裝置的設(shè)備和設(shè)施要截然按上面的說法分開是困難的。但應(yīng)盡可能做到下列幾點：

1）可能散發(fā)火花或出現(xiàn)明火的設(shè)施應(yīng)布置在非爆炸危險區(qū)；

2）處理有腐蝕性、毒性物料的設(shè)備盡力按物性集中布置；

3）限制和縮小爆炸危險區(qū)域范圍；

4）操作壓力超過3.5MP的中高壓設(shè)備盡力集中布置在裝置一角。

7 控制室、變配電室及辦公室等組成綜合建筑物

裝置控制室、辦公室等，有條件的地方應(yīng)盡力設(shè)在裝置界區(qū)外，實行集中控制、集中管理。控制室、變配電室及辦公室等設(shè)在裝置界區(qū)內(nèi)時，應(yīng)盡力一體化考慮，組成綜合性建筑物，設(shè)在非爆炸危險區(qū)內(nèi)，這既有利于減少占地，也有利于安全。將控制室設(shè)在爆炸危險區(qū)的，采取正壓通風(fēng)的辦法,國內(nèi)外都曾有過。這種做法不應(yīng)提倡，因為它只是解決控制室內(nèi)儀器儀表的防爆，將引燃源與可燃?xì)怏w隔離，卻不能防止室外設(shè)備發(fā)生火災(zāi)爆炸對室內(nèi)人員與設(shè)備的影響。

8 結(jié)束語

設(shè)計方法和手段的不斷進(jìn)步能有效地提高設(shè)計質(zhì)量。作為設(shè)計者，會受生理和心理等因素的影響，容易出現(xiàn)偏差，技術(shù)的進(jìn)步，極大地補(bǔ)償了人的缺陷。當(dāng)前，計算機(jī)輔助設(shè)計CAD正在廣泛應(yīng)用，它使設(shè)計工作更高效、更優(yōu)質(zhì)，使一些易出差錯的環(huán)節(jié)不復(fù)存在。掌握CAD設(shè)計手段是現(xiàn)階段設(shè)計者的基本要求，也是設(shè)計者知識水平不斷更新提高的體現(xiàn)。