石油化工装置设计与安全探讨

黄维红

(宁夏宝塔石化集团设计院（有限公司）, 宁夏 银川 750002）

石油化工行业是我国国民经济建设的基础产业，但同时也是存在安全隐患最多的行业之一。石油化工装置生产工艺复杂，石油管道纵横交错，而且受社会、管理等因素影响，存在潜在危险，给人民生命财产带来了很大的安全隐患。所以，石油化工装置安全设计是一项非常重要的工作，要实现石油化工装置的设计安全，除了严格执行行业相关标准，特别是强制性标准，还要重视石油化工装置线路安全设计、工艺流程安全设计以及工艺过程安全设计等，保障石油化工设备的安全运行。

石油化工管道设计

影响石油化工管道安全的因素

物理损伤。管道的物理损伤主要包括低温脆性断裂和高温破坏，其次是疲劳损坏。造成脆性断裂的主要原因是管道材料温度较脆性转变温度低时，其冲击韧性的急剧下降。高温破坏主要是指金属材料的组织或性能恶化，疲劳破坏主要指材料因交变荷载或温度周期性变化而导致的变形损伤甚至断裂。

腐蚀破坏。腐蚀是指管道材料因与周围介质发生化学反应而对自身的破坏，主要包括均匀腐蚀、应力腐蚀、局部腐蚀和大气腐蚀。均匀腐蚀指材料表面失去金属，变薄。应力腐蚀是由于腐蚀和应力的共同作用导致的材料破坏。局部腐蚀多由微电池作用引起。有时，海洋和工业大气也能造成严重的腐蚀。

密封失效。管道密封主要包括管法兰和阀门密封。法兰密封需要法兰、螺栓、垫片(圈)的共同作用，所以密封效果主要受法兰刚度及封面形式、垫片性能和螺栓预紧力的影响，其次是管道位移对法兰密封的影响。阀门泄漏包括内漏和外漏，都是法兰介质的泄漏，可能会造成严重的后果。阀门和法兰泄漏约占总量的2/3，严重影响管道安全，必须采取相应措施来保证石油化工装置的安全。

石油化工管道设计

塔与容器的管道设计。首先是分馏塔与汽提塔之间的管道布置，分馏塔所带有的调节阀组应接近汽提塔安装，才能保证调节阀组的液柱合格。然后是分馏塔与回流罐之间的管道布置，热旁路控制分馏塔塔顶压力时，应使其尽量短且不能出现袋形。最后是气液两相流的管道布置，为降低管道的压力，调节阀要布置在接收介质的容器旁，同时，还能还能防止管线震动，设计时也要根据实际情况来布置。

冷热交换设备的管道设计。逆流换热，为保证出现故障时，换热器能有一定存水，冷水流一般从下面进入管线，从上面排出。安装净距，为方便冷换设备检修，一般要使换热器的进出口管线及阀门法兰距封头盖的法兰有一定距离。热应力，对于连接封头端管嘴的管道要考虑换热器因热胀而位移的问题，以防管嘴压力过大，应合理分配重沸器返回线管线及回线管线的长度。

泵的管线设计。泵入口的偏心异径管在安装时一般采用顶平安装，此种安装方式可略去低点排液。其次，在布置泵的入口管线时要注意如下问题：第一，入口管的支架设置，泵的入口在一侧时应将入口支架设为可调节的，并且入口管和阀门应设在泵的侧前方。第二，气阻，在设计工艺流程时，要注意局部气阻的产生。第三，管道柔性，泵属于同转机械，设计时要保证泵嘴受力在允许范围内，以防管道推力的作用使管嘴转轴发生定位偏移。

管道支架的设计。首先，要减少管道与支架间的相对位移。然后是弹簧支架的使用，因其价格昂贵和安装较麻烦，且弹簧弹性是会随时间改变的，所以要减少弹簧支架的使用，尽量用刚性支架代替。其次是承重支架的布置，沿塔敷设管线时，一般只设置一个依实际情况可调整的承重支架，若承重支架负荷过重，也可再设置一个弹簧支吊架，同时，要每隔一段距离设置一个导向支架且水平管道弯头处不能加刚性支撑。

石油化工装置安全设计

工艺路线的安全设计

首先要保证安全，对原料和辅料有选择余地时，要尽量选择危险性较小的物料。还可以改变工艺过程的条件使反应剧烈程度降低，工艺更快更好的进行。再有，使流程尽量简单化，这样干扰也会变小。值得注意的是，注意危险介质的藏量，量越大，发生事故时的危害就会越大。

工艺流程的安全设计

提前考虑好正常操作、异常操作以及紧急事故处理时安全有效的措施；有火灾爆炸可能的工艺流程，一定要定期定位的进行检查，并采取一定措施防止危险的发生；设计火炬系统时，考虑物料量、物料压力、物料性质、爆炸、堵塞及温度等问题；流程设计要全面考虑检测仪表、自动回路的控制，还要注意危险物料不要存放过多；对于泄压系统的设计，要全面考虑最高工作压力与阀门、防爆膜压力值的关系，做好火灾、停电停水等事故时的排放量计算，进而选择合适的安全泄压设备；对于供电、供水等设施的设计，不仅要满足正常状态的要求，还要满足事故状态的要求。例如，供水发生中断，冷却系统维持正常冷却的时间要在10分钟以上；控制室的设计要尽量保证事故状态下也不致受到破坏，而且能控制事故的蔓延；设置自控检测仪表、报警信号系统及紧急泄压排放安全设施，关键部位还应设置常规和异常双重检测系统。

装置布置的安全设计

第一，尽量将设备布置在露天或宽敞的建筑物内，防止事故发生时造成严重的损坏；第二，处理同类危险物料的设备尽量分区集中布置，有利于工作的开展；第三，要按照流程设计装置的平面布置，并考虑预防工作的相关要求及维修、消防等操作；第四，一些危险的生产部位要单独布置，且要尽量靠近厂房外墙，同时，休息室、办公室等不应设置在危险厂房内；第五，危险的生产厂房还应设置一定的泄压面积，还可安装防护挡板和空地，危险性大的反应器和其它设备间要布置防爆隔离墙，若是多个反应器，则反应器间也要设置隔离墙；第六，各类设备的间距布置要满足防爆距离要求，同时布置消防通道，消防作业不能出现死角，为方便人员的操作和撤离，要注意设备及安全通道间的连接性。

结语

石油化工管道设计是一项重大的工程，不仅需要设计者具备专业知识，还要求其具有强烈的安全意识，确保石油化工装置管线的安全性。石油化工装置生产过程复杂，产品多数属于易燃易爆品，为了保证石油化工设备安全运行以及人民生命财产安全，必须重视石油化工装置的安全设计，根据存在的问题不断探索创新，促进石油化工行业的不断进步。

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