一、概述

　　化学工业与炼钢、造船、机械、电气设备制造等工业相比，由于大量使用可燃性或有毒性的物质，所以由这些物质引起的火灾、爆炸或中毒的危险性很大。另外，随着设备本身的大型化、处理量明显增大，其操作也是在危险的反应和高温、高压等苛刻条件下进行的。由于装置规模大，操作条件苛刻，一旦发生火灾、爆炸等事故，其灾害的波及范围也就大的多，而且增加消防灭火的困难，造成企业和社会的灾难。所以，对化工装置来说，安全设计比什么都重要。执行严格的强制性安全生产法令、法规、规范、标准、规程，在化工装置的设计中是不可少的，不符合规定技术标准的 化工装置不准投入使用。

　　二、工艺的本质安全设计

　　化工装置的安全设计，以系统科学的分析为基础，定性、定量地考虑装置的危险性，同时以过去的事故等所提供的教训和资料来考虑安全措施，以防再次发生类似事故。 化工装置安全以设备和工艺设计为主，再要依靠工艺和设备的正确运转和适当的维护管理，才能把事故降低到最低。

　　安全设计基本的原则可以归纳如下三点：

　　1．工艺的安全性工艺必须实现以下三项可行性研究：

　　(1)设计条件和设计内容确定是在系统危险分析，事故模型与机理研究基础上进行的，在设计条件下能安全运转。

　　(2)采用现代安全技术措施和控制技术，实现过程的自适应性和调控作用，即使多少有些偏离设计条件也能将其安全处理并恢复到原来的条件。

　　(3)确定安全的启动和停车系统。因此，必须评价化工工艺所具有的各种潜在危险性，研究排除这些危险性或加以限制。化工装置有许多工艺组成，还要考虑各操作的相互影响，以达到整个工艺过程的安全化。

　　2 ． 防止运转中的事故应尽力防止由运转中所发生的事故而引起的次生灾害。事故的对象有废物的处理，停止供给动力，混入杂质，误操作，发生异常状态，还有其他外因等。

　　3 ． 防止扩大受灾范围万一发生爆炸毒物泄漏灾害，应防止灾害扩大，把灾害局限在某一范围内。考虑到工厂厂址、 化工装置的特殊性，企业内组织的不同及其他情况，必须具体问题具体分析，补充必要的事项。

　　三、安全设计过程

　　关于安全设计，需在这些设计的各个过程，事前充分审查与各个设计有关的安全性制定必要的 安全措施。另外，通常在设计阶段中，各技术专业也要同时进行研究，对安全设计一定要进行特别慎重的审查，完全清除考虑不到和缺陷之处。一般安全设计包括下列十三项内容：

　　1 ． 装置结构与材料的安全设计 装置、设备的结构本身当然应具有能充分承受各种操作条件的材料，结构强度其要点如下：使用的材料应考虑工艺流体、流速、温度、压力以及流体反应特性和腐蚀特性等各种因素，选择满足耐腐蚀性，满足强度要求以及可加工性(特别是可焊性、机械加工性)的材料。

　　2 ． 过程安全装置设计 化学装置中为了适应处理不同的各种物料及压力和温度对基本操作条件下的偏离，使装置也可正常运行，所以在安全上需设置：

　　(1)使异常状态恢复成正常状态而保持在最佳条件的压力控制装置。

　　(2)其变化明显偏离正常状态有可能导致危险时为避免发生危险的稳定装置。

　　(3)异常状态进一步发展时的紧急控制装置。

        压力装置有两种：

　　 ①迅速将过压排出系统外的泄压装置。种类有：安全阀、放泄阀、排泄阀、防爆板、通风管。

　　 ② 在超过一定压力时自动减少设备内的气体流入量的控制压力装置。

　　稳压装置：能将某种程度的变化恢复到正常状态，使工艺过程保持最佳条件的装置。有两种：

　　 ① 反应控制剂注入装置，应使用各个反应有抑制效果的反应控制剂。

　　 ② 冷却装置。

　　紧急控制装置：指用上述两种都不能控制，采用报警和连锁并用自动或手动进行动作的控制装置组成。

　     ① 报警装置：是迅速显示发生异常现象及状态的装置，安装在要对工艺参数的异常变化进行报警装置上，特别是需要对安全有关的工艺参数进行检测报警装置上。

　　②紧急控制装置有下列七种： A、紧急切断动力的装置。 B、紧急停止流入流体的装置。 C、使流体旁通的紧急处理装置(三通阀)。 D、将流体紧急排放到系统外的装置(放空管线、燃烧油、排泄池)。 E、紧急冷却装置。 F、紧急送入惰性气体装置。 G、紧急送入反应控制剂装置等。

　　3 ． 引燃、引爆能量的安全设计 化工装置区，存留易燃、易爆气体、液体，万一泄漏，有能量就极易发生事故。所以设计时，特别安全设计有可能产生引燃、引爆装置。常见的引燃、引爆能量有下列几种：

　　(1)装置内火源(加热炉、锅炉、烟囱、高温的裸露配管等高温物体、机械的撞击、摩擦、绝热压缩能等)。

　　(2)电气能量。

　　(3)操作中所发生的静电。

　　(4)雷电。

　　(5)杂散电流。

　　(6)施工用火(焊接及切割、砂轮机的火花、内燃机、焊枪等)。

　　(7)吸烟等。

　　针对以上的安全设计：

　　(1)装置内的火源，最重要的是使其配置适当，应根据需要将设备本身制成易燃性气体和蒸气难以进入设备内部结构，而且，作为辅助手段应设置紧急送入惰性气体的装置。

　　(2)电气设备：一般按技术标准，按各种场合分类为：耐压防爆结构;油浸防爆结构;充气防爆结构;增安防爆结构;本安防爆结构。

　　(3)防静电措施：静电产生：是在运转、操作时产生的。液体在配管中流动时，由于摩擦而产生静电，由液体本身输送电荷而产生流动电流。液体的固有电阻越大产生静电越多，一般认为在10 10 -10 15 欧姆的液体中会产生危险的静电，在10 13 欧姆时最危险。在10 10 欧姆以下，可视为无静电荷积聚。产生电流大小与液体流速的1.75次方成正比。防止措施：接地，接地电阻通常为10欧姆以下(易导入大地);安全流速1m/s以下(不会聚集);环境湿度65-75%(扩散到大气中)。

　　(4)雷雨雷雨是大气中产生的一种静电，雷击所产生的最高温度瞬时可达10000 ℃，压力最大可达100atm左右,具有极大破坏性。防止措施：用导体接地。高度超过20m构筑物应设置避雷针，但对良好导体塔、罐只接地即可。

　　(5)杂散电流产生原因：电气设备虽绝缘，但极微量电流流入构筑物或大地中，构筑物和大地接触大时，产生较高电压，产生电火花。防止措施：用导体接地。所以在化工厂整个厂区，无论构筑物、设备、贮罐、管线等连成一网，全接地。

　　4 ． 危险物处理安全设计 “三废”也称工业垃圾，也有毒害，必须在运转时进行安全处理。

　　(1)排放设备是在运转、停车或紧急停车时，为了安全并迅速地排放装置排出的废气或内部溶液及其蒸气而设置的的设备。具体有：A、废气处理设备，用于排放气体和高挥发性液体的蒸气。如火炬系统、排气管道等。B、液体抽出设备，用于抽出可凝蒸气和热油进行冷却后送往不合格石油产品罐。

　　(2)排水管和放空管将对反应有影响的水和蒸气排出系统外，使系统不会引发突沸和爆炸。

　　废水、废液处理设备的两个系统：

　　(1)含油污水处理系统用于收集排水时排出的含油污水，做成密封结构设置底下，有些地方设置截流井及防爆式疏水器，末端设置油水分离器和挡油池，将油份完全分离，回收后排放清水。为密封结构。

　　(2)排水系统用于收集冷却用水的排放，蒸气疏水器产生的冷凝水以及雨水，为开式结构。

　　5 ． 电力及动力系统安全设计 防止运转时，意外停止供给电力、仪表风、蒸汽、惰性气体、消防用水等动力源。 安全的供电系统及自动切换系统。如市电双回路、自备电、蓄电池等。

　　6 ． 防止误操作的安全设计 减少人为失误带来灾害。采用全自动和安全自锁装置最好，但实现困难，可以用下列方法：(1)程序控制装置，只能用正确指令才有效。(2)联锁机构。(3)联动机构。(4)配置阀门标志清楚，开闭状态明确。(5)设备的人机接口和周围的照明等环境条件应 安全。

　　7 ． 防止意外事故破坏或扩展的安全设计 (1)防雷击、地震、洪水等自然灾害。(2)防汽车、火车等冲撞的防护措施。

　　8 ． 平面布置的安全设计

　　(1)厂区的安全布置-----各功能区的划分。

　　(2)厂外的设施安全布置---安全距离。生产、储存易燃易爆危险物品的化工企业必须设置在城市的边缘或相对独立的安全地带，不得设置在人员密集的公共场所附近或居民区内。

　　化工企业选址应符合下列规定：

　　(一)化工企业与厂外铁路线(中心线)的防火间距不应小于30米，与厂内铁路线不应小于20米。

　　(二)化工企业与厂外道路(路边)的防火间距不应小于16米，与厂内主要道路(路边) 不应小于10米，与厂内次要道路(路边)不应小于5米。甲类化工企业的厂房，甲、乙类液体储罐与电力架空线的最近水平距离不应小于电杆(塔)高度的1.5倍，丙类液体储罐不应小于1.2倍。严禁在潜在危害食水卫生或者防洪安全 地带设置化工企业。

　　化工企业应有进出厂区的消防车道，消防车道宽不应小于3.5米，净空高度不应小于4米，并且外周边应有适合消防车使用的道路。

　　甲、乙类化工企业的厂房和仓库的建筑结构应为一、二级耐火等级，不得来用钢结构和星铁盖顶。 化工企业的厂房、仓库的耐火等级、层数和占地面积，按《建筑设计防火规范》的有关规定执行(见附件二)。

　　化工企业的生产车间、原料仓库、成品仓库、可燃液体储罐、配电间、明火加热炉、生活区及办公场所等要分开单独设置;且应符合下列防火间距：

　　(一)一、二级耐火等级甲类厂房之间及其与一、二级耐火等级的其他厂房之间的防火间距不应小于12米。与戊类厂房之间的防火间距不应小于8米。

　　(二)相邻两座甲类厂房较高一面的外墙为防火墙时，其防火间距不应小于4米。

　　(三)两座一、二级耐火等级的甲、乙类厂房与相邻较高一面外培的门窗等开口部位设有防火门窗或防火卷帘和水幕时，其防火间距不应小于6 米。

　　(四) 两座一、二级耐火等级的甲、乙类厂房 与相邻较低一面外培为防火墙，且较低一座厂房 的屋顶耐火极限不低于1小时，其防火间距不应小于6米。

　　(五)甲、乙类厂房与民用建筑之间的防火间距不应小于25米，甲类厂房与明火或散发火花的地点的防火间距不应小于30米。

　　甲、乙类化工企业的厂房、仓库的地面应采用不产生火花的材料铺成。甲、乙类液体储罐宜采用地埋式设置，且储罐之间的防火间距不应少于相邻较大储罐直径的0.4倍。地上式甲、乙类液体储罐之间的防火间距不应少于相邻较大储罐直径的 0.75倍，丙类液体储罐不应少于相邻较大储罐直径的0.4倍。甲、乙类化工企业厂房的安全出口数目不应少于两个，其冷宽度不应少于0.9 米，疏散走道的宽度不宜少于1.4米，安全 疏散距离按《建筑设计防火规范》的有关规定执行。甲、乙类化工企业的厂房应自然通风良好，或设置机械排气装置。甲、乙类化工企业的厂房应设置足够的门、窗等作为泄压面积，其泄压面积的比值(平方米/立方米)为0.05～0.22 耐火等级是根据有关规范或标准的规定，建筑物或建筑构件、配件、材料所应达到的耐火性分级。它是衡量建筑物耐火程度的标准。按照我国国家标准《建筑设计防火规范》，建筑物的耐火等级分为四级。建筑物的耐火等级是由建筑构件(梁、柱、楼板、墙等)的燃烧性能和耐火极限决定的。

　　一级耐火等级建筑是钢筋混凝土结构或砖墙与钢混凝土结构组成的混合结构;

　　二级耐火等级建筑是钢结构屋架、钢筋混凝土柱或砖墙组成的混合结构;

　　三级耐火等级建筑物是木屋顶和砖墙组成的砖木结构;

　　四级耐火等级是木屋顶、难燃烧体墙壁组成的可燃结构。

　　甲、乙类物品厂房的耐火等级只能为一、二级，禁止设在地下室、半地下室。甲类物品生产厂房应采用单层，其最大允许建筑面积为4000平方米，超出了这个面积就要采取防火分隔措施;甲类物品仓库的耐火等级只能为一、二级，最多允许一层。甲、乙类物品禁止存放在地下室、半地下室内。这些规定是设计部门要执行的。经营、存放和使用甲、乙类物品的商店、作坊和储藏间，严禁设置在民用建筑内;《建规》5.1.13条规定，“地下商店不应经营和储存火灾危险性为甲、乙类储存物品属性的商品”。因此，安监部门在办理危化品经营许可证过程中，要把这两点作为高压线，严格把好审批关。

　　9 ． 耐火结构安全设计 钢材(SS41)如达到550℃，其屈服点就会降低到常温时一半左右，从而发生变形破坏。如果达到1400-1500 ℃就会熔化。普通水泥制成的混泥土结构在1000 ℃以下不熔化，其热导率是钢材的1/20—1/15，热膨胀也少，其本身就是耐火结构。

　　10 ． 防止火灾蔓延及爆炸扩展的安全设计 (1)防火门、防火墙----为了防止火灾蔓延而设计 的。(2)防爆墙及保护墙---不仅能减轻爆炸冲击波压力，还有遮蔽爆炸产生的飞散物或爆炸火焰而保护附近设施效果。(3)爆炸抑制装置----防爆放空及泄漏结构。该装置是抑制爆炸现象或泄放爆炸冲击波的压力，使其达到减弱爆炸力的装置。(4)阻爆装置----是防止爆炸通过配管转播使受害面扩大的装置。防火门、防火窗应划分为甲、乙、丙三级，其耐火极限：甲级应为1.20h;乙级应为0.90h;丙级应为0.60h 房间与中庭回廊相通的门、窗、应设自行关闭的乙级防火门、窗。防火门在隔离活情的基础上还可以应急逃生的作用,所谓的耐火极限只是保证门体的完整性，也就是可以保证正常开启。防火门应为向疏散方向开启的平开门，就是人是推开门面对安全通道方向，并在关闭后应能从任何一侧手动开启。用于疏散的走道、楼梯间和前室的防火门，应具有自行关闭的功能。双扇和多扇防火门，还应具有按顺序关闭的功能。常开的防火门，当发生火灾时，应具有自行关闭和信号反馈的功能。高层居住建筑的户门不应直接开向前室，当确有困难时，部分开向前室的户门均应为乙级防火门。

　　11 ． 流体局限化安全设计 该装置是防止易燃气体、蒸气或液体从装置内流出，扩散后引起较大的二次火灾、大爆炸或污染环境的装置。类型(1)挡油堤-----双层围墙，目的是挡液体。(2)挡液堤----适用易燃性气体，有毒气体及氧气。(3)紧急断流装置---使用在导管上，用自动式或手动式断流阀。

　　12 ． 消防灭火系统安全装置(1)防火设备----喷水装置，(2)灭火设备。

　　13 ． 报警、通信系统安全设计 (1)火灾报警设备----自动(R型)和手动(P型)。(2)气体探测报警设备。(3)通信设备。

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