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石油化工装置的安全设计
石油化工装置的安全设计
针对石油化工装置中存在的危险因素,从工艺路线的选择、工程设计(包括工艺系统设计、仪表及自动控制设计、设备设计、装置布置设计、管道设计、土建设计、供排水设计、通风设计、消防设计)多方面保证石油化工装置安全的设计方法和措施,强调了安全设计的重要性。
石油化工装置多以石油、天然气,煤及其产品为原料进行加工处理,以得到社会各种产品。装置的原料和产品多属可燃、易爆、有毒物质,装置必然存在着潜在的火灾、爆炸和中毒危险。
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火灾造成的经济损失,一直呈增长趋势。另据统计:世界石油化工业近30年100起损失超过10000×103 US$的特大事故中,装置的比例近六成。象1974年英国Fliborough的卡普纶装置、1989年法国La Mede炼油厂、1994年英国Milford Haven炼油厂的火灾爆炸事故,都是触目惊心的。
这不只是由于石油化工装置较其它设施有过程复杂、条件苛刻、制约因素多、设备集中等特点,还有社会的、经济的、管理的原因,综合如下:
(1)强调经济规模,工厂(装置)日趋大型化;
(2)减少建设用地,设备布置变得拥挤,资产密度加大;
(3)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;
(4)增加生产工日,长周期运转,设备得不到及时维修和更新;
(5)人员减少,操作管理人员流动性大。此外,技术、装备、培训是否及时跟进也是原因之一。
如何做到设计安全,如何对石油化工过程潜在的各种危险进行识别,如何对偏离过程条件做出估计,并在工程建设的基础环节(设计)上采取措施,防患于末然,已为人们广泛关注。国外现在较为通行的做法是,除强调本质安全设计外,在项目设计中推行(危险性和可操作性研究)(Hazard and Operability Study,缩略为HAZOP),用一系列对过程偏离研究提示,系统地、定性地去认识过程危险和潜在的后果,并采取措施。在项目管理上,推行(安全卫生执行程序)(Health and Safety Executive 缩略为HSE),对项目各阶段的安全、卫生和环保内容进行审查、确认。此外,还可以应业主要求,对项目进行安全评估。
我国石油化工装置设计,目前尚无一套完整的安全分析方法和管理体系。有关安全、卫生和环保要求,多分散在有关政府法规和各级标准规笵中,执行管理诸多不便,加之设计中很多关于安全、卫生和环保的要求,标准规笵没有或无法纳入。在项目管理上更是只重视“前期”审查,忽视“后期”实施,往往事倍功半。
如何保证装置设计安全,首先要严格、正确地执行政府法规、标准规笵(特别是强制性标准)。设计人员还该做些什么?本人根据自已的学习和体会,供石油化工装置设计和生产安全的同行探讨。
1. 装置危险因素
石油化工装置类型甚多,由于技术路线、原料、产品、工艺条件的差异,存在的危险因素不尽相同,大致归纳如下:
1.1 中毒危险
石油化工生产过程中,以原料、成品、半成品、中间体、反应副产物和杂质等形式存在的职业性接触毒物,工人在操作时,可经过口、鼻、皮肤进入人体生理功能和正常结构的病理改变,轻则扰乱人体的正常反应,降低人在生产中作出正确判断、采取恰当措施的能力,重则致人死亡。
1.2 火灾爆炸危险
可燃气体、油气、粉尘与空气形成的混合物,当其浓度达到爆炸极限时,一旦被引燃,就会发生火灾爆炸,火灾的辐射热和爆炸产生的冲击波可能对人、设备和建筑物造成杀伤和破坏。
尤其大量可燃气体或油气泄漏形成的蒸汽云爆炸,往往是毁灭性的。如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的爆炸这样的例子还有很多,损失是十分惨重的。
1.3 反应性危险
化学反应过程分吸热和放热两类。通常,放热反应较吸热反应更具危险性,特别是使用强氧化剂的氧化反应;有机分子上引入卤原子的卤化反应;用硝基取代化合物中氢原子的硝化反应;一旦失控可能产生严重后果。
此外,石油化工过程中使用的某些原材料具有很强的反应活性,稍有不慎同样会对安全造成威协。
1. 4负压操作
负压操作易使空气和湿气进入系统,或是形成爆炸性气体混合物,或是空气中的氧和水蒸汽引发对氧、水敏感物料的危险反应。
如炼油的常减压装置中的减压塔系统。
1.5 高温操作
可燃液体操作温度超过其闪点或沸点,一旦泄漏会形成爆炸性油气蒸汽云;可燃液体操作温度等于或超过其自燃点,一旦泄漏即能自燃着火或成为引燃源;高温表面也是一个引燃源,可燃液体溅落其上可能引起火灾。
如茂名焦化装置2001年由于用错管线材料,高温渣油冲出形成大火灾,发生重大人身伤亡事故。
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