化工工艺设计原则

化工安全设计 -化工工艺基础安全设计
1概述
化工工艺安全设计的主要设计文件:
基础工艺设计 工艺说明 界区条件表 工艺设备表 物料流程图(PFD) 公用物料流程图(UFD) 工艺管道及仪表流程图(PID) 管道特性表
1.1基础安全设计
工艺概述 工艺流程图 公用工程流程图 工艺设备一览表 管线特性表 工艺设备布置图 装置投资
2.2.4 安全阀的设置
1)若在进入表面冷凝器的乏汽管道上安装切断 阀，安全阀应安装在切断阀前。 2)压缩机及透平都设置联锁停车系统，一旦发生 故障，保证进口和出口阀关闭，保证最小流量管 道全开，淬冷管道全关等，以确保机组的安全。 3)压缩机及汽轮机的出口都应设置安全阀。安全 阀的排放量一般应最大设计排量。安全阀均设在 出口切断阀前的管道上。 4)应设置压缩机的开车管道，如乙烯装置中，乙 烯制冷压缩机开车自产品罐区的乙烯管道；乙烯 和丙烯制冷压缩机开车时的干燥管道等。同时应 设置压缩机的停车排空和排放系统。
2.壳程介质 1)饱和蒸汽宜走壳程，有利于蒸汽凝液的排出 ，且蒸汽较洁净，以免污染壳程。 2)被冷却的流体宜走壳程，便于散热，增强冷 却效果。 3)若两流体温差较大，宜将对流传热系数大的 流体走壳程，以减小管壁和壳壁的温差。
3.介质流向 (1)换热器进出口通常给出介质的流向，一般 冷流体下进上出，热流体则上进下出。一旦发生 故障，热介质首先撤出对设备有利。 (2)使用蒸汽作热源时(冷凝)，蒸汽宜从上部 引入，凝液应从下部排出。这样调节换热器里的 凝液液位，就可改变传热面积，控制加热量。 (3)若换热的两个介质都是液体，采用逆流比 顺流有利。因为在其他条件相同的情况下，逆流 的温差大，对传热有利。
5) 小型间歇操作的汽轮机，可直排户外高空， 必要时设消声器。连续运行的汽轮机，其乏汽(透 平排气)，可接往装置的低一级或几级压力的蒸汽 系统， 6)汽轮机入口的蒸汽管道上安装过滤器时，过滤 器应当尽量靠近汽轮机入口。 7)背压式汽轮机乏汽管道上应设置切断阀，并应 紧靠透平出口。 8)背压式汽轮机乏汽管道的低点应设疏水装置。 9)凝汽式汽轮机的乏汽管道上均应设置全量泄放 的安全阀。通常把阀装在冷凝器上。
1.2工艺概述
化学反应概述 工艺设计的指导思想 工艺控制 需要重点说明的工艺问题 流程叙述 工艺物流数据 共用工程表
1.3安全运行操作内容
绪论(建厂目的等) 工艺概述 工艺控制说明 开车前的准备工作 投料试车 正常操作 正常停车 紧急停车 安全措施 主要设备的操作要领 附属资料
2.2.2离心压缩机工艺安全设计
1)离心式压缩机是连续排料的，可以不考虑流 量波动，压缩机的出入口不需设置缓冲罐。 2)离心压缩机应设置防喘振系统。压缩机必需 在空负荷状态启动，所以每台压缩机都应有出口 放空阀，且此阀一定要安装在出口切断阀前的管 道上。 3)乙烯装置中的裂解气压缩机注轻质油或注 水，防焦并降温。 4)乙烯装置中的乙烯和丙烯制冷压缩机一般都 应设置出口气相至一罐底的吹干线，三段或四段 吸入罐底液相至前面各段吸入罐气相出口管道。
4. 换热器壳侧的设计压力比管侧的设计压力低 ，且满足下列条件： (1)换热器低压侧设计压力≤2/3高压侧的操作压 力； (2)换热器高压侧的操作压P>7MPa(G)，或者低 压侧的介质是能闪蒸的液体或介质是含有蒸汽、 会汽化的液体，那么换热器的低压侧就应该设置 安全阀，且设计安全阀时，安全阀的排放介质应 取高压侧的流体。
2.2.3汽轮机工艺安全设计
1)汽轮机以蒸汽为动力，可用作压缩机、泵、 发电机。汽轮机的蒸汽人口管上安装过滤器、疏 水器或其他凝液分离装置。 2)蒸汽压力过高会造成汽轮机转速过快或外壳 超压损坏，在蒸汽进口管道上要设调压阀和安全 阀，以保持恒定的转速。 3)汽轮机启动时，加热太快会造成振动或机械 的热膨胀太快，应设暖泵线。开车前，应先使少 量蒸汽进入汽轮机暖机。 4)汽轮机外壳的底部要设连续排水的疏水器， 以排出汽轮冷凝液。
7.泄压与放净 1)对换热器在阀门关闭后可能由于热膨胀或液 体蒸发造成压力太高的地方，应设泄压阀 2)换热器的管侧、壳侧根据需要一般应设置放 空阀及排净阀，必要时排火炬或排往特定的容器 加以收集。 3)若换热器某一侧有液液多相，应设集液槽加 以分离，必要时还加界面观测及界面控制系统。 4)在寒冷地区，水冷却器和水冷凝器的水管道 上可设置一供水、回水管的防冻旁通，并在上水 管切断阀后及回水管切断阀前，靠近换热器的一 侧各设一放净阀。
(4)拱顶常压罐的顶部应设呼吸阀、真空阀或 其他相应的设施，以避免贮罐超压损坏或被真 空吸扁。浮顶罐不需要设置呼吸阀和真空阀。 (5)球罐应设置安全阀和真空阀。 (6)球罐与产品塔之间常设置平衡管道，以使 球罐因日照而汽化出的气体能够及时排出，稳 定球罐的压力。 (7)常压贮罐常设有化学泡沫灭火系统。 (8)贮罐储存轻烃时，应设消防喷淋系统。拱 顶罐一般沿罐顶设一环状喷淋水管或者水堰； 球罐从顶到底，可设多圈平行的喷水管。一旦 发生火灾，喷淋水管自动或手动开启，使贮罐 表面不致过热。
2动设备工艺安全设计
泵 压缩机
2.1泵的工艺安全设计
离心泵-往复泵--小流量、高压强 计量泵--流量准确且便于调节 齿轮泵--输送粘稠的液体
2.1.1一般安全设计
(1)泵为机械运行装置，通常都要有备用; (2)泵的出、入口均需设置切断阀; (3)为了防止离心泵未启动时物料倒流，在 其出口处应安装止回阀; (4)为便于止逆阀拆卸前的泄压，止逆阀上 方应加装一个泄液阀或者3/4″带闸阀的旁 路。 (5)压力显示和控制是泵安全的主要参数， 在泵的出口处应安装压力表。 (6) 入口管道比出口管道的管径通常也大一
3）平衡管道--输送常温下饱和蒸汽压高于大气压的液体
或处于闪蒸状态的液体时，为防止蒸汽进入泵体产生汽蚀等安全 问题，应设安全平衡管道。
平衡管道
4）高扬程旁通管道--为了避免阀板因单向受压太大
而使阀门不易打开，造成流体突然中断的危险，高扬程的备用泵 应在切断阀前后设置旁通管道。
高扬程旁通管道
2.1.3特殊安全要求
2.1.2保护系统管道
1)暖泵及防凝管道--输送介质温度230℃以上，或者介
质的凝点高于环境温度的泵，为了避免泵在启动时因温变过快而 产生应力问题。
暖泵管道
防凝管道
2)小流量旁路管道--当泵的流量低到一定的程度，泵的
工作效率很低，而且还会出现发热、空转等安全问题，引起泵运转 的事故状态。
小流量旁路管道
常压拱顶储罐的工艺安全设计
3.3换热器的工艺安全设计
管壳式换热器安全设计条件： 1管程介质 1) 容易结垢和腐蚀性的介质应走管程，以便于清 洗和检修。 2)有毒的流体宜走管程，使泄漏机会减少。 3)与环境温度相比，一般温度或很低的流体宜走管 程，以减少热或冷损失及降低对壳体的材质要求。 4)压力高的流体宜走管程侧，可降低换热器外壳的 强度要求。
5. 釜式换热器 (1)冷剂及水的完全汽化，宜选用釜式换热器且 走壳程，下部细管道进，上部粗管道(或对称双管 道)出。若进料为混相，一般应直接进入上部的气 相空间，在汽化之前首先进行气液两相的分离。 (2)CIK(英文“Core In Kettle”的缩写)是一种具 有类似于釜式换热器的外壳和板翅式换热器的内 芯的高通量换热器)。
乙烯装置中丙烯制Biblioteka Baidu压缩机的设计示意
汽轮机的流程示意
3静设备工艺安全设计
容器 贮罐 换热器 塔 反应器 干燥器 过滤器
3.1容器的工艺安全设计
1) 与容器相接的空气、蒸汽及氮气等公用物料管 道，在靠近容器管口处应设切断阀，若物料是易燃 的还应在切断阀前设止逆阀，输送粘度大的流体， 管道应坡向容器，以防止流体积塞。 2)容器顶部气相出口应设调节阀保证压力控制；容 器的液相出口一般应设切断阀，多为液位控制。 3)容器顶部设放空口保证容器压力平衡，底部设放 净口，以供开停车或检修时容器的放空、排净、吹 扫及清洗之用。 4)容器液位显示与控制是容器安全的重要指标。需 控制液位容器应设液位(变送)指示控制甚至液位报 警、联锁等装置；
1)乙烯装置中的急冷油泵系统,其泵体、管 道等都要伴热，防止介质凝结堵塞 2）对于安装在冬季月平均气温低于零度地 区输送水的泵，液体会积存在不动的部分都 应采用伴热，其他部分采用保温措施， 3）低温泵应注甲醇防冻，而介质温度高于 80℃的泵则需要用冷却水冷却
2.2压缩机的工艺安全设计
气体压送机械 按其出口压力--真空泵 通风机 鼓风机 按其工作原理--离心式 往复式 旋转式
卧式容器的安全设计图
装有破沫器的立式分离罐
装有氮封的立式分离罐
分离罐
装有搅拌装置的立式容器
3.2贮罐的工艺安全设计
贮罐由于介质贮量大，所以有特殊的危险性。贮罐 有球罐、拱顶罐、浮顶罐及卧式罐等多种。 (1)液面显示与控制是贮罐安全运行的有关参数。 贮罐的液面需要两种不同的液面计进行测量。 (2)为了排出贮罐的积水，常压贮罐的底部应设集 水槽，由集水槽向外排放。 (3)大型贮罐的基础是挠性的，在水压试验过程中 会有较大的沉降，所以与贮罐管口相接的管道应有 一定的挠性，常用柔性管与其相连接。
5)除放净口外，容器底部的液相出口都应设置约 150mm 的溢流管，以防固体杂质流入及堵塞管口; 6)气相里有可能夹带液体的，可在容器内增设破 沫网加以分离; 7)带压容器上部气相区域应设压力指示及安全阀 或放空; 8)当容器对标高有具体要求时，应标出最小安装 高度; 9)为避免轻烃液体由容器顶部形成自由流进入容 器内而产生静电，轻烃需从容器底部引入或从上部 引入液面以下，但不包括混相物料; 10)容器应进行必要的隔热（保温、保冷等）保 护，特别是液相部分，必要时可进行局部伴热或内 部加热。
6)压缩机停车时不允许有凝液回流。当压缩机 出口管内的气体接近液态时，出口管上要设置凝液 分离罐，同时安装一个止逆阀。 7)冷却压缩机压缩气体，应先将冷却水接往后 冷器，再往中间冷却器(对二级压缩而言)，最后冷 却气缸夹套，以充分冷却。 8)各级冷却器的冷凝液应分别用管道排出，并 保证各级排出压力。 9)凝液分离罐至压缩机间的管道应进行保温或 伴热。 10)压缩机入口和入口管道上的切断阀之间应设 过滤器。
2.2.1往复式压缩机一般工艺安全设计
1)压缩机进出口一般应设置切断阀，常为电动 阀; 2)为减少压缩机间压力降，降低能耗，乙烯装 置中裂解气压缩机各段之间，一般不设切断阀; 3)往复式压缩机的间歇吸入和排出，会使气体 产生压力脉动。因此，应在压缩机进口和出口处 设置缓冲罐，且其位置越接近压缩机管口越好。 4)为防止凝液进入压缩机气缸，必须在各段吸 入口前设置吸入罐或分离罐，以除去凝液。 5)压缩机的凝液分离罐应尽量靠近压缩机吸入 口处布置。管道应坡向分离器以免凝液进入压缩 机气缸。
6.操作控制 1)冷剂与水蒸气的冷凝，换热器出口配备一个 凝液罐，操作控制凝液罐更方便一些，并使传热 更好。 (2)发生相变的换热器，在汽化或冷凝侧，通常 应设置玻璃液位计及液位控制(多在凝液罐上)。 (3)换热器冷却水出口侧应设温度计，以便于调 节冷却水流量，控制冷却水出口温度不至于过高 而结垢。被冷却或加热的工艺介质的出口也应设 温度测量点，以便控制物料的加热(冷却)温度。 (4)规格大小完全一样的换热器并联使用，一般 上管板应与塔釜稳时的控制液面相等。
(7)为防止杂物进入泵体损坏叶轮，应在泵吸 入口设过滤器。 (8)要根据泵的实际气蚀余量校核泵入口液体 容器的安装高度，以免产生气蚀现象。 (9)要用泵的关闭压力校核泵出口设备、仪表 及管道等的设计压力，以保证运行安全。 (10)应设计泵体放空返回吸入罐(或塔)的气相 空间。 (11)泵体和泵的切断阀前后的管道都应设置 放净阀 (13)重要场合的备用泵要设置泵自启动(autostart)装置，以保证出口的压力不可太低。
1.3.1工艺安全分析
①确定在偏离设计条件下的工艺操作条 件； ②在各种操作条件下的动态模拟情况； ③非正常操作工况时的动态模拟； ④确定运行初期和运行后期工艺操作条 件；
1.3.2操作说明书的编制
①归纳整理应提供的所有资料； ②将获得的资料加以整理总结(如基础设计包、 制造厂家的数据资料等)； ③收集所需要的数据资料； ④研究资料的提供方式； ⑤根据所确定的提供方式组织技术资料。