石油化工裝置設(shè)計(jì)與安全分析

作者簡(jiǎn)介：孔令偉（1976-），男，河北黃驊人，碩士，中國(guó)寰球工程公司，主要從事油氣田地面工程、石油化工設(shè)計(jì)。

摘 要：石油化工是能源領(lǐng)域的重要組成部分，為經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供了能源基礎(chǔ)，而石油化工裝置設(shè)計(jì)與安全會(huì)影響整體的效能，往往低效的設(shè)計(jì)不但會(huì)影響產(chǎn)能，還會(huì)帶來生產(chǎn)隱患。結(jié)合實(shí)際的研究經(jīng)驗(yàn)，分析石油化工裝置的危險(xiǎn)性、工藝安全設(shè)計(jì)、裝置布置、管道布置等方面的內(nèi)容，為提升石油化工的生產(chǎn)水平做出一定的貢獻(xiàn)，相關(guān)論點(diǎn)可做業(yè)內(nèi)研究人士參考之用。

關(guān)鍵詞：石油化工裝置；設(shè)計(jì)；安全；管道

中圖分類號(hào)： TB 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：16723198（2014）17018002

1 引言

石油化工行業(yè)涉及到的領(lǐng)域比較廣泛，其工藝、工作的環(huán)境、條件要求等比較多，因而受到制約的方面也多，尤其是裝置的設(shè)計(jì)優(yōu)劣會(huì)影響到整體功能，裝置、管道等布置，對(duì)生產(chǎn)的影響很大，尤其是安全方面的內(nèi)容非常緊要。如果設(shè)計(jì)中存在不足，必然會(huì)有安全隱患的存在，要杜絕安全隱患，首先要從裝置設(shè)計(jì)出發(fā)，從源頭上將安全危險(xiǎn)因素排除。我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)石油能源的依賴非常大，每年消耗的石油產(chǎn)品居世界前列，因而提升整個(gè)石油化工產(chǎn)業(yè)的水平具有積極的意義，其中的設(shè)計(jì)工作至關(guān)重要，既可以提升產(chǎn)能，又能降低安全風(fēng)險(xiǎn)，相關(guān)研究意義重大，值得深入。

2 石油化工裝置的危險(xiǎn)性分析

石油化工是一項(xiàng)系統(tǒng)性的工程，其中涉及到的危險(xiǎn)因素也非常多，歸結(jié)起來，危險(xiǎn)情況有幾大類，如“反應(yīng)性危險(xiǎn)、中毒危險(xiǎn)、火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)、高溫操作、負(fù)壓操作、高壓操作、低壓操作、泄露、明火和腐蝕危險(xiǎn)等，一旦出現(xiàn)險(xiǎn)情，引發(fā)危險(xiǎn)事情，其損失往往是非常巨大的，因而石油化工的危險(xiǎn)要從源頭上杜絕，降低其發(fā)生的幾率，設(shè)計(jì)作為最初的環(huán)節(jié)，其安全性設(shè)計(jì)是重要一環(huán)。

3 石油化工裝置的工藝安全設(shè)計(jì)

3.1 工藝路線的安全設(shè)計(jì)

（1）物料安全性設(shè)計(jì)：盡量使用安全性好的原料和輔料，產(chǎn)品的物料并不是唯一的，具有較大的選擇余地，因而可以將安全性作為評(píng)估指標(biāo)之一，盡量采用安全性高的物料，降低隱患。

（2）簡(jiǎn)化工藝條件：工藝條件越苛刻，對(duì)工藝設(shè)備的要求越高，工藝裝備的設(shè)計(jì)和制造業(yè)就越復(fù)雜，導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行的壽命短，容易老化等，因而盡量簡(jiǎn)化工藝。

（3）減少危險(xiǎn)性介質(zhì)的藏量：危險(xiǎn)性介質(zhì)的藏量越大，則事故發(fā)生的幾率就越高，事故的損失也越大，因而減少危險(xiǎn)性介質(zhì)的藏量，不但能減小危險(xiǎn)發(fā)生的幾率，還能降低事故發(fā)生后的損失。

3.2 工藝過程的安全設(shè)計(jì)

工藝過程的安全設(shè)計(jì)包含多個(gè)方面的內(nèi)容：其一，對(duì)于有危險(xiǎn)反應(yīng)的工藝過程，要設(shè)置報(bào)警裝置，以便危險(xiǎn)發(fā)生后可以自動(dòng)連鎖停車或自動(dòng)控制；其二，對(duì)于物料是易燃易爆的情況，要設(shè)置防爆、防火措施，如消防設(shè)備配備到位；其三，當(dāng)出現(xiàn)緊急事故或爆炸、火災(zāi)等情況時(shí)，裝置能有自動(dòng)緊急停車；其四，工藝過程設(shè)計(jì)必須考慮供電、供水、供風(fēng)和供汽等裝置，提高系統(tǒng)的可靠性供應(yīng)，減少額外鋪設(shè)裝置的情況，簡(jiǎn)化布置；其五，工藝過程中放空的液體或可燃?xì)怏w，不能隨意的排放，而是要經(jīng)過安全處理，如毒性、腐蝕性的介質(zhì)進(jìn)行無害化的處理，液化烴類管道和設(shè)備的放空要進(jìn)入火炬系統(tǒng)；其六，在采用新技術(shù)和新工藝時(shí)，必須審查防爆、防火設(shè)計(jì)資料，核實(shí)防爆、防火方面的安全性，配套相關(guān)的防爆、防火設(shè)備；最后，在引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)時(shí)，要考慮我國(guó)安全防火、防爆的現(xiàn)狀，要符合我國(guó)的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，其設(shè)計(jì)和應(yīng)用要滿足相關(guān)的條款和認(rèn)證，并且還要審查國(guó)外相關(guān)供應(yīng)商的資質(zhì)。

3.3 工藝流程的安全設(shè)計(jì)

工藝流程的安全設(shè)計(jì)同樣需要從石油化工裝置的整體設(shè)計(jì)去考慮，包含多個(gè)方面的內(nèi)容：其一，要考慮正常操作、異常操作和緊急事故處理的安全措施；其二，對(duì)于火災(zāi)爆炸可能性高的工藝流程，要在特定的時(shí)期和部位進(jìn)行檢查，并采取安全應(yīng)對(duì)措施，減少危險(xiǎn)發(fā)生額的可能性；其三，工藝安全的泄壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，要考慮管道、閥門、防爆膜等壓力值的設(shè)計(jì)，允許最高的安全壓力，并對(duì)火災(zāi)時(shí)的排放量、停水、停電、停汽等事故狀態(tài)下的排放量進(jìn)行控制，選擇比較可靠的泄壓設(shè)備，減少火災(zāi)爆炸發(fā)生的可能性；其四，全面考慮操作參數(shù)的監(jiān)控儀表、自動(dòng)控制回路等，設(shè)計(jì)時(shí)減少危險(xiǎn)物料的存放；其五，火炬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要考慮物料性質(zhì)、物料量、物料壓力、堵塞、溫度、爆炸等因素的影響；其六，控制室的設(shè)計(jì)，要做到在事故發(fā)生后不受到破壞，能夠進(jìn)行控制操作，減少事故的蔓延；其七，供水、供電、供汽等公用設(shè)施的設(shè)計(jì)要滿足正常的生產(chǎn)要求，并且能保證在停電后的15min以內(nèi)，供氣正常維持，供水中斷后，冷卻系統(tǒng)能正常工作10min；其八，盡量減小和消除靜電積聚，減少靜電積聚的因素，相關(guān)的靜電設(shè)計(jì)要符合設(shè)計(jì)規(guī)程；最后，報(bào)警信號(hào)系統(tǒng)、自控檢測(cè)儀表、自動(dòng)和手動(dòng)緊急泄壓排放安全設(shè)施進(jìn)行連鎖，對(duì)于非常關(guān)鍵的部位，則設(shè)置常規(guī)檢測(cè)和異常檢測(cè)的雙重檢測(cè)系統(tǒng)，確保萬無一失。

3.4 物料的安全設(shè)計(jì)

物料的安全設(shè)計(jì)主要從兩個(gè)方面著手：其一，可燃性氣體和液體應(yīng)盡量在密閉系統(tǒng)中運(yùn)行，氣象空間的可燃?xì)怏w和蒸汽的濃度要控制到最低；其二，對(duì)于可燃性或能夠引起爆炸的原料、半成品或成品應(yīng)該列出火災(zāi)危險(xiǎn)性特性，此外，物料的安全性分析還可以考慮其致癌、重度等危險(xiǎn)性，進(jìn)行及時(shí)有效的防護(hù)。

4 裝置布置的安全設(shè)計(jì)

（1）對(duì)于石油化工裝置中處理同類或類似危險(xiǎn)品的設(shè)備，盡量集中布置，以便當(dāng)險(xiǎn)情發(fā)生后可以迅速的尋找到，也便于統(tǒng)籌管理，提高險(xiǎn)情處理的效率。

（2）裝置的平面布置，要按照工藝流程進(jìn)行設(shè)計(jì)，考慮防爆和防火相關(guān)的規(guī)范要求，并方便操作、維修和消防疏散等方面的操作。

（3）裝置內(nèi)的設(shè)備，要盡量布置在敞開或半敞開的建筑物內(nèi)，減少火災(zāi)爆炸時(shí)造成的損壞。

（4）裝置內(nèi)露天布置的貯罐、設(shè)備要按照生產(chǎn)流程分區(qū)集中布置。

（5）有爆炸危險(xiǎn)的生產(chǎn)部位要單獨(dú)布置在廠房?jī)?nèi)，并且盡量靠近廠房的外墻，如布置在多層廠房?jī)?nèi)，一旦出現(xiàn)爆炸或火災(zāi)情況，容易發(fā)生連帶的事故，易燃易爆的生產(chǎn)部位應(yīng)該布置在最上一層，并且靠外墻，在有爆炸危險(xiǎn)的廠房?jī)?nèi)，不應(yīng)設(shè)置在休息室或辦公室等設(shè)施內(nèi)。

（6）有火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)的生產(chǎn)廠房?jī)?nèi)，液壓部位不應(yīng)布置在人員集中的區(qū)域，靠近易燃易爆部位應(yīng)當(dāng)設(shè)置泄壓面積，要減小對(duì)臨近生產(chǎn)裝置和建筑物的影響。有火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)的建筑物、生產(chǎn)設(shè)備、構(gòu)筑物應(yīng)布置在一端，也可設(shè)在防爆構(gòu)筑物內(nèi)，如爆炸危險(xiǎn)性大的反應(yīng)器和其他設(shè)備之間應(yīng)布置防爆隔離墻。如果存在多個(gè)反應(yīng)器，多個(gè)反應(yīng)器之間要設(shè)置防爆隔離墻，明火設(shè)備的布設(shè)盡量遠(yuǎn)離可燃?xì)怏w、易燃液化氣、可燃蒸汽等工藝設(shè)備。

（7）裝置的變配電室、集中控制室、分析化驗(yàn)室等輔助建筑物，應(yīng)布置在非防爆防火危險(xiǎn)區(qū)。

（8）裝置各類建筑物、設(shè)備和構(gòu)筑物的布置間距，應(yīng)滿足防爆、防火的距離要求，合理布置消防通道，不能出現(xiàn)消防作業(yè)的死角，重視設(shè)備聯(lián)合平臺(tái)和框架安全疏散通道的連接性，最大限度的方便作業(yè)人員的進(jìn)入或撤離。

5 工藝管道的安全設(shè)計(jì)

（1）工藝管道的防雷電、洪水、暴雨、冰雹等自然災(zāi)害以及方靜電安全措施，要符合相關(guān)的規(guī)范要求。

（2）工藝管道必須安全可靠，且操作具有簡(jiǎn)易性，設(shè)計(jì)中所選用的閥門、管件、管道的材料，要保證足夠機(jī)械強(qiáng)度和使用的壽命，管道的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、安裝和調(diào)試等條件要符合國(guó)家的規(guī)范要求和現(xiàn)行的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

（3）工藝管道上的防爆膜、安全閥、液壓設(shè)施、自控檢測(cè)儀表、安全連鎖裝置和報(bào)警系統(tǒng)及衛(wèi)生檢測(cè)設(shè)施要設(shè)計(jì)合理且安全可靠。

（4）工藝管道的取樣、廢氣排放、廢液排放等設(shè)計(jì)，必須安全可靠，且應(yīng)設(shè)置有效的安全設(shè)施。

（5）嚴(yán)格按照工藝條件要求，管道的連接方式要合理，或接頭不宜用于有毒介質(zhì)管道，除必要的法蘭連接之外，應(yīng)盡量采用焊接，管道上小口徑分支管應(yīng)采用加強(qiáng)管接頭與主管連接，法蘭、閥門等管道組成要按不同的壓力等級(jí)選用。

（6）輸送火災(zāi)危險(xiǎn)性為有毒、腐蝕性介質(zhì)或甲、乙類介質(zhì)的管道，不能穿過無關(guān)的建筑物，集中敷設(shè)于同一管架上的各種介質(zhì)管道要保留一定的間距，液化石油氣體和易燃液體管道嚴(yán)謹(jǐn)與熱料、蒸汽管道相鄰布置，多層管架中的熱料管道應(yīng)布置在最上層，可燃介質(zhì)與助燃管道之間宜用不燃管道隔開，并且之間的距離保持300mm左右。

（7）根據(jù)輸送介質(zhì)的溫度、壓力和性質(zhì)等因素選擇管材，不能隨意選擇或替代，不得使用存在缺陷的管材，如果輸送高度危害的介質(zhì)，或者是液化烴的壓力管道，應(yīng)當(dāng)采用優(yōu)質(zhì)鋼材制造的管道，不能用沸騰鋼制造，含碳量要大于024%。

6 設(shè)計(jì)缺陷的防范

6.1 增強(qiáng)設(shè)計(jì)與安全相關(guān)聯(lián)的意識(shí)

設(shè)計(jì)是項(xiàng)目的源頭，設(shè)計(jì)的安全能夠保證項(xiàng)目本質(zhì)的安全，作為設(shè)計(jì)人員首先要考慮到裝置的安全性要求，設(shè)計(jì)與安全相關(guān)聯(lián)的意識(shí)是設(shè)計(jì)需要具備的意識(shí)，只有設(shè)計(jì)人員具有基本的安全意識(shí)，才能從源頭上控制安全性，減少事故發(fā)生的可能性。

6.2 做好設(shè)計(jì)的組織工作

設(shè)計(jì)的組織工作如果到位，則各工作的部門能夠協(xié)調(diào)一致，共同應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)中的難題，保證設(shè)計(jì)工作按期、按質(zhì)、按量的完成。組織工作的到位是設(shè)計(jì)工作不可或缺的一環(huán)，良好的組織工作保證工作有效、穩(wěn)定的推進(jìn)，并且能減少紕漏，使設(shè)計(jì)更趨完善。

6.3 提高設(shè)計(jì)人員的素質(zhì)

設(shè)計(jì)人員的綜合素質(zhì)往往關(guān)乎到整體設(shè)計(jì)的水平，因而提高設(shè)計(jì)人員的素質(zhì)可以獲取高質(zhì)量的圖紙，提高人員的素質(zhì)從兩個(gè)方面進(jìn)行：其一，組織設(shè)計(jì)人員參與技術(shù)培訓(xùn)，提高技能；其二，提高設(shè)計(jì)人員的安全意識(shí)和責(zé)任意識(shí)。

6.4 正確使用設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)

設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)是石油化工裝置設(shè)計(jì)的一個(gè)重要知識(shí)來源，經(jīng)歷多、閱歷豐富能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)工作提供參考，使設(shè)計(jì)人員更加周全、細(xì)致的考慮設(shè)計(jì)的各項(xiàng)內(nèi)容，盡量少走彎路，此外，設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)豐富可以預(yù)見可能存在的問題，洞察危險(xiǎn)因素，減少安全隱患。

6.5 提高設(shè)計(jì)工作的管理水平

完善的管理工作可以組織好設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)，如資料的準(zhǔn)備、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、各專業(yè)人員的密切配合、審核、校核等程序，可以從各個(gè)方面保障設(shè)計(jì)工作的順利進(jìn)行。管理水平的提高還需要引進(jìn)先進(jìn)的管理人才，提高整體的管理水平。

6.6 加強(qiáng)信息反饋工作

大量的反饋信息能夠促進(jìn)設(shè)計(jì)工作不斷得到改善，使設(shè)計(jì)更加合理、全面。反饋工作是設(shè)計(jì)中的重要部分，加強(qiáng)信息反饋可以通過問卷調(diào)查、實(shí)地考察等來進(jìn)行，通過各個(gè)途徑來了解設(shè)計(jì)中存在的不足，以便進(jìn)行改善。

7 結(jié)語

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)的石油化工產(chǎn)業(yè)對(duì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展發(fā)揮著重要的作用，但石油化工中存在著一定的危險(xiǎn)性，所造成的安全事故帶來的損失也是非常巨大的，因而需要從設(shè)計(jì)源頭進(jìn)行改進(jìn)，研究石油化工的設(shè)計(jì)工作，如管道布置、工藝路線等，對(duì)危險(xiǎn)因素進(jìn)行分析探討，以為提升設(shè)計(jì)水平做出一定的貢獻(xiàn)，相關(guān)研究值得深入。

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