簡析石油化工裝置安全及設計

于楊 呂蘊穎

摘要：針對化工裝置中存在的危險因素，從工藝路線的選擇、工程設計等方面保證化工裝置的安全設計，并強調了安全設計的重要性。

關鍵詞：石化裝置安全設計

中圖分類號： S611 文獻標識碼： A

引言：

石油化工裝置通常將石油、天然氣及其產品作為原材料進行加工處理，以滿足社會的實際需求。裝置的原料與產品均屬于易燃、易爆、有毒物質，裝置過程中存在著火災、爆炸以及中毒一系列危險因素。怎樣確保設計安全、準確識別石油化工過程中存在的各種危險因素和估計偏離過程條件，同時采取有效的措施，避免各種事故的發生，這已經成為了當前人們所關注的焦點問題。本文首先論述了石油化工裝置危險因素，其次闡述了管道設計對裝置安全生產具有的重要現實意義，以供參考。

一、化工事故案例及原因分析

據美國化學工程師協會(AICHE)1992年休斯頓工藝裝置安全論壇資料報導：近30年來，烴加工業火災的頻率和造成的經濟損失，一直呈增長趨勢；另據統計：世界化工業近30年來100多起事故中，因裝置問題造成的損失比例近六成。像1974年英國Fliborough的卡普綸裝置、1989年法國La Mede煉油廠煉油裝置、1994年英國Milford Haven煉油廠的火災爆炸事故，都是觸目驚心的。這些不僅僅是由于化工裝置較其它設施過程復雜、條件苛刻、制約因素多、設備集中，還有其他一些諸如社會的、經濟的和管理的原因。如：單一強調經濟規模，工廠裝置日趨大型化；建設用地減少，設備布置擁擠，資產密度加大；為消除瓶頸、擴能增效、節能、改善環境，在現有裝置內增加設備或設施；增加生產工日，周期運轉長，設備得不到及時維修和更新；人員減少，操作管理人員流動性大；技術、裝備、培訓沒有及時跟進等原因，這些都是造成事故的主要因素。

二、石油化工裝置危險因素

管道設計時，常常會由于忽略了某些安全因素，給整個管道設計埋下極大的安全隱患。石油化工管道設計中，安全問題是重中之重，必須加以重視，絕不能忽略管道設計過程中的安全因素。筆者通過多年的相關領域工作經歷，認為如下幾種危險因素在整個管道設計中較容易出現。

1、中毒危險因素

石油化工生產過程中，主要以原料、成品、半成品以及雜質等形式而形成職業性接觸毒物，工人實際操作過程中，會從口、鼻、皮膚進入到人體內部，導致人體生理功能與正常結構的病理發生改變，輕者會對人體的正常反應造成影響，使其實際生產過程中難以進行準確的判斷以及采取高效的措施，重者會直接危害到工人的生命。

2、火災爆炸危險因素

由可燃氣體、油氣、粉塵以及空氣而組成的混合物，當它的濃度在爆炸極限時，如果被引燃，那么，就會出現火災爆炸現象，而火災過程中產生出的輻射熱與爆炸過程中產生的沖擊波會直接的危害到工人、設備以及建筑物。特別是大量的可燃氣體或者由其泄漏而構成的蒸汽云爆炸，帶來的是毀滅性的災難。

2001年撫順石化公司的乙烯空分裝置的爆炸、2000年北京燕山石化的高壓聚乙烯裝置的爆炸、1967年大慶石化公司的高壓加氫裝置的氫氣爆炸。這樣的例子還有很多，損失是十分慘重的。

3、反應性質危險因素

化學反應過程涵蓋兩種類型，一個是吸熱，一個是放熱；一般情況下，放熱反應要比吸熱反應危險，尤其是采用強氧化劑后的氧化反應更是十分危險；在有機分子上引進鹵素原子的鹵化反應；用硝基取代化合物中氫原子的硝化反應，一旦失控就會引起無法預料的嚴重后果。另外，石油化工過程中所使用的某一原材料具有較強的反應活性特征，一不留意就會出現安全事故。

三、石油化工裝置管道安全一般措施

1、工程開工前，對全體施工人員組織進行一次安全技術交底，其內容包括：工程范圍、工程特點、安全注意事項及相應的防范措施等，并建立相應的安全教育臺帳，每一個受教育者均應在臺帳上簽字確認，提高自我保護意識。

2、施工作業區域采用單層彩鋼瓦楞板進行圍護，將加油站內施工區域與加油站外公共區域隔離開來，確保施工生產與公共交通的同步安全。

3、清查油罐人孔井內所有接管是否與地面上相應連接管口一一對應，若兩者數量有出入，必須查明原因；

4、采用防爆工具(如：銅合金錘、銅合金鏟及銅合金刷子等)拆裝人孔大蓋、清理人孔一次法蘭密封面，以免在操作過程中產生火花。

5、利用可燃性氣體測爆儀，對可能產生油氣積聚的部位(含：人孔井內、加油機底部、隔油池、水封井、集水井、透氣口及卸油口)，進行可燃性氣體檢測。如發現安全隱患，及時采取相應措施整改合格。

四、 石油化工裝置布置設計安全

1、滿足工藝設計對設備布置的要求

裝置布置設計和其它專業設計一樣,滿足工藝設計和工藝過程操作、控制的要求是裝置布置應考慮的首要問題。裝置設備布置除按照流程順序,單元操作、過程設備集中布置外,尤其是重視工藝設計對設備高差的要求、對溫度降或壓力降的要求、對防止介質結焦、凝堵的要求以及真空、重力流的要求。因為它們關系到操作的穩定性和過程的連續性,甚至關系到過程能否實施,這看似生產問題,其實也是安全問題,不說直接造成安全事故,經常的故障、不穩定和不連續,事故的幾率也必然增加。

2、嚴格執行國家有關安全法規和強制性標準規范

安全性法規和標準規范都是基于對規定對象的潛在危險性、事故頻率、災害影響、撲救方法的分析,綜合科學、技術和實踐經驗的成果,按照“預防為主、防消結合”的原則,統籌兼顧全局與局部、重點與一般、生產與安全,制定各項規定的。特別其中強制性條文,最具針對性、最基本,同時也是最低的要求。如裝置布置設計應用的“石油化工企業設計防火規范”(GB50160)中的有關設備、設施的防火間距,就規定了石油化工廠設備、設施 間的最小距離。任何對安全法規和強制性標準條文要求的降低,都將導致危險性的增加,給安全生產帶來隱患。

3、設備布置應采用露天或半敞開方式

為防止有害氣體或蒸汽的積聚,設備采用露天或半敞開式布置,可以利用自然通風,使有害物質迅速擴散,減少滯留時間,防止有害氣體或蒸汽與空氣形成爆炸混合氣體或超過車間最高容許濃度。由于環境或特殊工藝要求,可能散發有害物質的設備布置在封閉或廠房內,應設置機械通風,其空氣應能使可燃氣體、蒸汽或浮懸物很快稀釋到爆炸下限的25%以下,或最高允許濃度以下。應予強調的是:封閉式廠房即使有機械通風設施,其通風效果也不如露天或半敞開布置。

4、控制設備高層布置的層數

利用裝置場地立體空間布置設備,是裝置設備布置常用的一種形式,可以減少工程用地。然而,框架(廠房)布置設備的層數過高過多,也有很多弊端,建設費用增加,設備安裝和檢修難度增加,一旦發生事故,撲救困難,造成次生災害的可能性增大,由于單位面積資產密度高,事故損失大。因此,國外有規范規定:除工藝要求外,設備多層布置時,最多不應超過三層,這一點值得借鑒。

5、管道設計

管道設計包括管道布置、 管道器材和管道機械三部分。設計不當和錯誤都會給安全生產帶來隱患, 甚至釀成災害。

5.1管道布置

管道連接除必要的法蘭連接外,應盡量采用焊接；管道上的小口徑分支管應采用加強管接頭與主管連接；管橋上輸送液化烴、腐蝕介質的管道應布置在下層； 氧氣管道應避開油品管道布置?？缭降缆返奈ｋU介質管道, 除凈高應滿足要求外, 其上方不得安裝閥門、法蘭、波紋管；處理事故用的各種閥門,如緊急放空、事故隔離、消防蒸汽、消防豎管等,應布置在安全、明顯、易于開啟的地點。

5.2管道器材

選用的管道器材,應能承受操作過程最苛刻溫度壓力組合時產生的作用力； 管道器材的使用條件不應超過規范允許范圍,不得使用規范不允許使用的材料； 腐蝕性介質管道應慎重選用耐腐蝕材料和腐蝕裕量；不同等級管道的連接,應盡量用法蘭連接,避免異種鋼焊接；危險介質管道應盡量避免使用波紋膨脹節去解決管道柔性；劇毒和液化烴管道閥門,不得采用螺紋閥蓋的閥門,高壓閥門應選用壓力密封結構或更好的密封結構。事故隔離閥采用軟密封時應是防火型；管道密封(法蘭溫度壓力等級、接管型式、密封面型式, 墊片材料及結構型式、螺栓螺母材料)應合理選用；新器材的采用應有國家或行業權威技術部門的鑒定。

5.3管道機械

必須保證管道在設計條件下具有足夠的柔性。尤其對高溫、厚壁、大口徑管道與敏感設備(如泵、壓縮機、透平、空冷器等)連接的管道,作用在設備嘴子上的力和力矩應滿足設備制造商的要求；往復式壓縮機的接管除考慮柔性外,還應進行脈沖振動分析；兩臺或多臺設備互為備用或切換操作時應考慮不同工況對應力分析、振動分析的影響；冷緊可降低操作時管道對設備和固點的作用力,但連接轉動設備的管道不得冷緊；管道支承結構應可靠、合理。振動管道支架不應在廠房、設備上生根。兩相流管道及其它有沖擊荷載的管道其支架應考慮沖擊力的影響；管道開孔應予補強。

結語：

石油化工裝置是生產各種燃油和化工原料的生產裝置。裝置內的各種工藝介質多為易燃、易爆和有毒性的物質。因此,在石油化工裝置施工過程中,各類工藝管道的安裝質量必須嚴格控制,嚴禁其泄漏,從而達到安全生產、控制產品質量的目的。

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