简析石油化工装置安全及设计

于杨 吕蕴颖

摘要：针对化工装置中存在的危险因素，从工艺路线的选择、工程设计等方面保证化工装置的安全设计，并强调了安全设计的重要性。

关键词：石化装置安全设计

中图分类号： S611 文献标识码： A

引言：

石油化工装置通常将石油、天然气及其产品作为原材料进行加工处理，以满足社会的实际需求。装置的原料与产品均属于易燃、易爆、有毒物质，装置过程中存在着火灾、爆炸以及中毒一系列危险因素。怎样确保设计安全、准确识别石油化工过程中存在的各种危险因素和估计偏离过程条件，同时采取有效的措施，避免各种事故的发生，这已经成为了当前人们所关注的焦点问题。本文首先论述了石油化工装置危险因素，其次阐述了管道设计对装置安全生产具有的重要现实意义，以供参考。

一、化工事故案例及原因分析

据美国化学工程师协会(AICHE)1992年休斯顿工艺装置安全论坛资料报导：近30年来，烃加工业火灾的频率和造成的经济损失，一直呈增长趋势；另据统计：世界化工业近30年来100多起事故中，因装置问题造成的损失比例近六成。像1974年英国Fliborough的卡普纶装置、1989年法国La Mede炼油厂炼油装置、1994年英国Milford Haven炼油厂的火灾爆炸事故，都是触目惊心的。这些不仅仅是由于化工装置较其它设施过程复杂、条件苛刻、制约因素多、设备集中，还有其他一些诸如社会的、经济的和管理的原因。如：单一强调经济规模，工厂装置日趋大型化；建设用地减少，设备布置拥挤，资产密度加大；为消除瓶颈、扩能增效、节能、改善环境，在现有装置内增加设备或设施；增加生产工日，周期运转长，设备得不到及时维修和更新；人员减少，操作管理人员流动性大；技术、装备、培训没有及时跟进等原因，这些都是造成事故的主要因素。

二、石油化工装置危险因素

管道设计时，常常会由于忽略了某些安全因素，给整个管道设计埋下极大的安全隐患。石油化工管道设计中，安全问题是重中之重，必须加以重视，绝不能忽略管道设计过程中的安全因素。笔者通过多年的相关领域工作经历，认为如下几种危险因素在整个管道设计中较容易出现。

1、中毒危险因素

石油化工生产过程中，主要以原料、成品、半成品以及杂质等形式而形成职业性接触毒物，工人实际操作过程中，会从口、鼻、皮肤进入到人体内部，导致人体生理功能与正常结构的病理发生改变，轻者会对人体的正常反应造成影响，使其实际生产过程中难以进行准确的判断以及采取高效的措施，重者会直接危害到工人的生命。

2、火灾爆炸危险因素

由可燃气体、油气、粉尘以及空气而组成的混合物，当它的浓度在爆炸极限时，如果被引燃，那么，就会出现火灾爆炸现象，而火灾过程中产生出的辐射热与爆炸过程中产生的冲击波会直接的危害到工人、设备以及建筑物。特别是大量的可燃气体或者由其泄漏而构成的蒸汽云爆炸，带来的是毁灭性的灾难。

2001年抚顺石化公司的乙烯空分装置的爆炸、2000年北京燕山石化的高压聚乙烯装置的爆炸、1967年大庆石化公司的高压加氢装置的氢气爆炸。这样的例子还有很多，损失是十分惨重的。

3、反应性质危险因素

化学反应过程涵盖两种类型，一个是吸热，一个是放热；一般情况下，放热反应要比吸热反应危险，尤其是采用强氧化剂后的氧化反应更是十分危险；在有机分子上引进卤素原子的卤化反应；用硝基取代化合物中氢原子的硝化反应，一旦失控就会引起无法预料的严重后果。另外，石油化工过程中所使用的某一原材料具有较强的反应活性特征，一不留意就会出现安全事故。

三、石油化工装置管道安全一般措施

1、工程开工前，对全体施工人员组织进行一次安全技术交底，其内容包括：工程范围、工程特点、安全注意事项及相应的防范措施等，并建立相应的安全教育台帐，每一个受教育者均应在台帐上签字确认，提高自我保护意识。

2、施工作业区域采用单层彩钢瓦楞板进行围护，将加油站内施工区域与加油站外公共区域隔离开来，确保施工生产与公共交通的同步安全。

3、清查油罐人孔井内所有接管是否与地面上相应连接管口一一对应，若两者数量有出入，必须查明原因；

4、采用防爆工具(如：铜合金锤、铜合金铲及铜合金刷子等)拆装人孔大盖、清理人孔一次法兰密封面，以免在操作过程中产生火花。

5、利用可燃性气体测爆仪，对可能产生油气积聚的部位(含：人孔井内、加油机底部、隔油池、水封井、集水井、透气口及卸油口)，进行可燃性气体检测。如发现安全隐患，及时采取相应措施整改合格。

四、 石油化工装置布置设计安全

1、满足工艺设计对设备布置的要求

装置布置设计和其它专业设计一样,满足工艺设计和工艺过程操作、控制的要求是装置布置应考虑的首要问题。装置设备布置除按照流程顺序,单元操作、过程设备集中布置外,尤其是重视工艺设计对设备高差的要求、对温度降或压力降的要求、对防止介质结焦、凝堵的要求以及真空、重力流的要求。因为它们关系到操作的稳定性和过程的连续性,甚至关系到过程能否实施,这看似生产问题,其实也是安全问题,不说直接造成安全事故,经常的故障、不稳定和不连续,事故的几率也必然增加。

2、严格执行国家有关安全法规和强制性标准规范

安全性法规和标准规范都是基于对规定对象的潜在危险性、事故频率、灾害影响、扑救方法的分析,综合科学、技术和实践经验的成果,按照“预防为主、防消结合”的原则,统筹兼顾全局与局部、重点与一般、生产与安全,制定各项规定的。特别其中强制性条文,最具针对性、最基本,同时也是最低的要求。如装置布置设计应用的“石油化工企业设计防火规范”(GB50160)中的有关设备、设施的防火间距,就规定了石油化工厂设备、设施 间的最小距离。任何对安全法规和强制性标准条文要求的降低,都将导致危险性的增加,给安全生产带来隐患。

3、设备布置应采用露天或半敞开方式

为防止有害气体或蒸汽的积聚,设备采用露天或半敞开式布置,可以利用自然通风,使有害物质迅速扩散,减少滞留时间,防止有害气体或蒸汽与空气形成爆炸混合气体或超过车间最高容许浓度。由于环境或特殊工艺要求,可能散发有害物质的设备布置在封闭或厂房内,应设置机械通风,其空气应能使可燃气体、蒸汽或浮悬物很快稀释到爆炸下限的25%以下,或最高允许浓度以下。应予强调的是:封闭式厂房即使有机械通风设施,其通风效果也不如露天或半敞开布置。

4、控制设备高层布置的层数

利用装置场地立体空间布置设备,是装置设备布置常用的一种形式,可以减少工程用地。然而,框架(厂房)布置设备的层数过高过多,也有很多弊端,建设费用增加,设备安装和检修难度增加,一旦发生事故,扑救困难,造成次生灾害的可能性增大,由于单位面积资产密度高,事故损失大。因此,国外有规范规定:除工艺要求外,设备多层布置时,最多不应超过三层,这一点值得借鉴。

5、管道设计

管道设计包括管道布置、 管道器材和管道机械三部分。设计不当和错误都会给安全生产带来隐患, 甚至酿成灾害。

5.1管道布置

管道连接除必要的法兰连接外,应尽量采用焊接；管道上的小口径分支管应采用加强管接头与主管连接；管桥上输送液化烃、腐蚀介质的管道应布置在下层； 氧气管道应避开油品管道布置。跨越道路的危险介质管道, 除净高应满足要求外, 其上方不得安装阀门、法兰、波纹管；处理事故用的各种阀门,如紧急放空、事故隔离、消防蒸汽、消防竖管等,应布置在安全、明显、易于开启的地点。

5.2管道器材

选用的管道器材,应能承受操作过程最苛刻温度压力组合时产生的作用力； 管道器材的使用条件不应超过规范允许范围,不得使用规范不允许使用的材料； 腐蚀性介质管道应慎重选用耐腐蚀材料和腐蚀裕量；不同等级管道的连接,应尽量用法兰连接,避免异种钢焊接；危险介质管道应尽量避免使用波纹膨胀节去解决管道柔性；剧毒和液化烃管道阀门,不得采用螺纹阀盖的阀门,高压阀门应选用压力密封结构或更好的密封结构。事故隔离阀采用软密封时应是防火型；管道密封(法兰温度压力等级、接管型式、密封面型式, 垫片材料及结构型式、螺栓螺母材料)应合理选用；新器材的采用应有国家或行业权威技术部门的鉴定。

5.3管道机械

必须保证管道在设计条件下具有足够的柔性。尤其对高温、厚壁、大口径管道与敏感设备(如泵、压缩机、透平、空冷器等)连接的管道,作用在设备嘴子上的力和力矩应满足设备制造商的要求；往复式压缩机的接管除考虑柔性外,还应进行脉冲振动分析；两台或多台设备互为备用或切换操作时应考虑不同工况对应力分析、振动分析的影响；冷紧可降低操作时管道对设备和固点的作用力,但连接转动设备的管道不得冷紧；管道支承结构应可靠、合理。振动管道支架不应在厂房、设备上生根。两相流管道及其它有冲击荷载的管道其支架应考虑冲击力的影响；管道开孔应予补强。

结语：

石油化工装置是生产各种燃油和化工原料的生产装置。装置内的各种工艺介质多为易燃、易爆和有毒性的物质。因此,在石油化工装置施工过程中,各类工艺管道的安装质量必须严格控制,严禁其泄漏,从而达到安全生产、控制产品质量的目的。

参考文献：

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[2]陆君花.化工工艺设计中安全危险的识别与控制.浙江化工， 2009（4）.

[3]李琳.石油化工企业管道防火措施探讨.消防技术与产品信息，2010（8）.