化工工艺本质安全设计：设备和布局的优化方案

化工装置的安全设计，以系统科学的分析为基础，定性、定量地考虑装置的危险性，同时以过往事故等所提供的教训和资料来考虑安全措施，以防再次发生类似事故。以法令规则为第一阶段，以有关标准或规范为第二阶段，再以总结或企业经验的标准为第三阶段来制定安全措施。但是，用这种“事故后补式”办法，很难杜绝新事故发生。应彻底研究化工装置发生事故的原因、有系统地采取安全措施，采用“问题发现式”的预测方法，使化工装置的安全运行基于化工装置的设计阶段，实现设计安全。

基于各种原因（例如经济上或技术上的原因），把化工装置的安全全部寄希望于设备和工艺的安全设计是不切实际的，还需要同时依靠工艺和设备的正确运转和适当的维护管理。因此，做好工艺和设备安全设计的同时，还应注重运转或维护管理上的安全。安全设计基本的原则可以归纳如下。

（一）工艺安全性

实现工艺安全必须进行下述研究：①设计条件和设计内容的确定是在系统危险分析、事故模式与机理研究基础上进行的，在设计条件下能够安全运转；②采用现代安全措施和控制技术，实现过程的自适应性和调控作用，即使有些偏离设计条件也能将其安全处理并恢复到原来的条件；③确立安全的启动或停车系统。

因此，必须评价化工工艺所具有的各种潜在危险性，如原料、化学反应、操作条件不同，偏离正常运转的变化，工艺设备本身的危险性，排除这些危险因素，或者用其他适当措施对这些条件性加以限制。化工装置一般是由很多工艺高度集中构成的，有时各工艺的每个阶段也影响其他阶段的操作。一开始就考虑全部工艺过程的安全问题是比较复杂的，有必要将工艺过程进行分类，考虑每类工艺过程对其他工艺过程的影响，以求达到整个工艺的安全。

（二）防止运转中的事故

应防止运转中所发生事故而引起的次生灾害。事故类型有：三废处理、动力供应停止、混入杂质、误操作、异常状态和外因等。

一旦发生爆炸毒物泄漏灾害，应防止灾害扩大。考虑到工厂位置、化工装置特殊性和企业特殊情况，必须具体问题具体分析，采取各种安全措施以确保安全。

1.工艺过程的安全措施

针对工艺过程，须评价物料、反应、操作条件的危险性，研究相应的安全措施，例如：评价由物料特性引起的危险性，包括燃烧危险与有害危险；反应风险；抑制反应的失控；设定数据测定点；判断引起火灾、爆炸的条件；评价操作条件产生的危险性；从材质耐应力性、高低温耐应力性、耐腐蚀性、耐疲劳性、耐电化学腐蚀性、隔音、耐火和耐热性等方面选择合适材质。

选择机器、设备的结构，研究承受负荷时，主要从材质、结构、强度和标准等级等方面考虑。(www.xing528.com)

研究设备机器偏离正常的操作条件及泄漏时的安全措施，主要从以下方面考虑：选择泄压装置的性能、结构、位置，具体包括安全阀、防爆板、密封垫、过流量防止器和阻火器；惰性气体注入设备；爆炸抑制装置；其他控制装置（包括程序控制等）；测量仪表；气体检测报警装置；厂房通风装置；确定危险区和决定电气设备的防爆结构；防静电措施（包括防杂散电流措施）；避雷设备；装置区的动火管理。

2.运转中的安全

要保证工艺运转安全，可采用的安全措施如下：紧急输送设备；放空系统；排水、排油设备（包括室外装置的地面）；保安用电力、保安用蒸汽和保安用冷却水；为防止误操作，可采用阀等的连锁或其他措施；安全仪表；防止混入杂质的措施；防止外因导致断裂的措施。

（三）设备安全选择

根据外部条件进行评价和选择生产工艺时，尤其像炼油装置那样的复合工艺装置，各单元工艺的评价及选择不能单独进行，应作为一个工艺复合体进行评价、选择。各成套设备及装置能力根据今后2～3年的需要而定，一般产能不超过当年产能的2倍。构成装置的设备规模应根据设备情况，有的最初就采用大规模设备，有的适时增加设备规模。

将不同工艺串联，可以省略重复设备（如加热炉等）；如果将同种工艺过程合一，可扩大规模且容易运转；通过不同工艺过程间的换热，可以大幅度提高系统整体热效率。

工艺组合安全上存在的问题有：局部故障将影响系统整体，因此要提高单个设备的可靠性；系统整体的灵活性将受到子系统更强烈的制约，所以各个子系统都需要具备较大的富余能力；启动、停车困难。

（四）设备布置安全原则

设备布置应按照装置的管道及仪表流程图设计出安全的、操作性及经济性最佳的平立面布置。考虑施工作业性和安全性，应留出施工吊车、起重机及装置设备的搬运、安装、组装的作业空地。与有可燃性物质的装置相邻，焊接动火时，应留出足够距离，便于设置临时防护设施；考虑装置运转中的操作、维修、检查的作业性和安全性，应留出足够的操作、维修、检查空间，还需考虑操作区至道路的距离、头顶空间、楼梯位置等。如果装置内存在加热炉等火源设备，应考虑设备占地内的通风情况、与火源之间的安全距离（一般为15 m以上）、防护墙等。应考虑地形及周围有关设备的布置情况，确保邻近设备、附属设备之间的作业性及安全性。为提高装置性能和经济效益，合理布置各设备，减少配管、阀门的尺寸及数量。考虑发生风、水、火等灾害时的作业性和安全性，从防潮方法、浸水高度等出发研究设备的平面布置、高度，还要考虑到应使各设备的布置便于发生火灾时的救火作业。应考虑将来扩建装置所需要的空地。