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化工單元區(qū)域規(guī)劃 化工單元區(qū)域規(guī)劃是定出各單元邊界內(nèi)不同設(shè)備的相對物理位置。完成既降低建設(shè)和操作費用又有充分安全保證的區(qū)域規(guī)劃不是一件容易的事。一般來說，單元排列越緊密，配管、泵送和地皮不動產(chǎn)的費用越低。但是出于安全考慮，需要把危險隔開，單元排列應(yīng)該比較分散，同時也為救火或其他—緊急操作留有充分的空間。綜合考慮表明，留有自由活動空間的開放的區(qū)域規(guī)劃更合理一些。過分擁擠嚴重影響施工和維修效率，會增加初始的和繼續(xù)的投資費用。 一、加工單元區(qū)域的規(guī)劃 1．設(shè)備配置的直線排列 試圖平衡區(qū)域規(guī)劃中互相矛盾的各種因素的多年實踐，產(chǎn)生了一種為加工工業(yè)普遍接受的區(qū)域規(guī)劃方法：單元中大多數(shù)塔器、簡體、換熱器、泵和主要管線成直線狹長排列。這種設(shè)備排列方法的主要特征是： (1)設(shè)備配置直線的兩邊都與廠區(qū)道路連接。這樣，在救火或其他緊急情況時，設(shè)備配置線的主要部分的兩邊都有方便的通路。連接道路可以作為阻火堤，把設(shè)備配置線與廠區(qū)其余部分隔離。 (2)鋼制框架與道路鄰接。熱交換器設(shè)置在框架上部，冷卻水箱設(shè)置在框架下部。吊車可以方便地駛?cè)?，安全裝運熱交換器的管束、管件和較重的組件。冷卻水箱設(shè)置在框架上使得整個冷卻水系統(tǒng)的維修極為方便，而不必挖掘裝置周圍和裝置之下的地基。 (3)設(shè)備配置直線上的精餾塔、熱交換器、餾出液接受器、回流筒等裝置，一般采用框架結(jié)構(gòu)平坡式布局方式?？蚣芙Y(jié)構(gòu)在精餾塔旁邊提供了開放區(qū)域，塔板和其他塔內(nèi)件易于拆卸裝車運至維修區(qū)。在線的塔器、回流筒、熱交換器之下的平坡低洼部分，對于易燃或毒性溢流物可以起截流的作用，防止污水管將其排凈前擴散至單元的其他區(qū)域。 (4)管架也設(shè)置在設(shè)備配置直線上。管架的合理排布可以消除過頂間距太小或是僅敷設(shè)在乎坡上的管束，而且可以避免管溝，而管溝常常是危險液體或蒸氣的良好的載體。 (5)泵排設(shè)置在設(shè)備配置直線的旁邊，與道路鄰接。泵排上面不得有任何障礙物，使得泵和傳動裝置維修時便于移動。 (6)簡體、泵、裝配有觀測平臺的蒸餾塔以及需要橋式吊車鋼梁導軌吊人的設(shè)備，按序定在設(shè)備配置線上，從而把相關(guān)的危險操作集中在一起。 設(shè)備以安裝在地平面上為宜。但是由于過程原因，如蒸餾或吸收塔，噴霧干燥塔或立式反應(yīng)器，需要提供重力自流或泵的負壓壓頭的設(shè)備等，設(shè)備提升是不可避免的。重的設(shè)備應(yīng)盡量避免高位安裝，最好和其他設(shè)備在同一水平線上或者有堅實的基座。 把直線排列的原理用于集成化過程單元的規(guī)劃，可以把前述的區(qū)域規(guī)劃發(fā)展成為一系列平行的、并排的設(shè)備配置直線。各過程單元的其余組件分布在這些直線簇相鄰的區(qū)域，沿著設(shè)備配置直線的端點向外延伸。管線配置也分成了兩部分：整個過程區(qū)的主管線以及由主管線引出的各條設(shè)備配置線的支管線。 2．非直線排列設(shè)施的配置 直線排列的設(shè)備構(gòu)成了單元區(qū)域的骨架，單元的其他組件，如控制室、壓縮機、反應(yīng)器、溢流槽、加熱爐等，可以設(shè)置在直線排列的兩邊。應(yīng)用這種方法一般可以達到近乎方形的最大面積規(guī)劃。 控制室是單元的神經(jīng)中樞，是單元中最重要的部位。從操作本身考慮，似乎應(yīng)該把控制室置于單元區(qū)域的中心，做到控制室離各操作觀測點的距離最短。但是這樣設(shè)置，控制室會有較大的潛在危險：單元中一旦發(fā)生重大事故，極易波及控制室。所以，最好是把控制室設(shè)置在單元的周邊區(qū)域。對于處理毒性物質(zhì)的單元，控制室應(yīng)該設(shè)置在單元的上風區(qū)域。最后，控制室應(yīng)該和高溫或高壓容器、盛有相當量的易燃或毒性液體的容器隔離。 加熱爐有兩個基本問題，作為明顯的火源，加熱爐應(yīng)該設(shè)置在單元其余部分的上風區(qū)域，但是這會引起煙道氣飄過塔器的高架平臺或其他建筑物的問題。最好的解決辦法是采取折中方案，把加熱爐設(shè)置在側(cè)面風區(qū)域。應(yīng)該盡量保持加熱爐與其他危險設(shè)備的適度分離。 壓縮機劇烈運轉(zhuǎn)，應(yīng)該注意與其他危險設(shè)備適當隔離。壓縮機容易泄漏氣體，應(yīng)該置于單元的下風區(qū)域。在現(xiàn)代工業(yè)實踐中，由于泄漏的原因，很少把壓縮機或泵安裝在室內(nèi)。即使在必須預防風雨的極少數(shù)情況下，這些設(shè)備也只是安裝在只有屋頂而無側(cè)墻的亭閣式建筑物中。 對于反應(yīng)器，主要考慮的是提供充分的空間、反應(yīng)器內(nèi)件安全操作的設(shè)施以及有關(guān)的催化劑。有些高熱運轉(zhuǎn)的反應(yīng)器，可以作為火源來處理。 非直線排列設(shè)備的配置還包括諸多的公用工程設(shè)施。電力線路必須從地下進入加工單元，適當安排人口點，避免在整個單元的電力系統(tǒng)設(shè)置人孔。如果單元裝配有緊急釋放閥或煙氣管線，這些設(shè)施應(yīng)靠近控制室，遠離火險或其他危險區(qū)域。消防火栓或監(jiān)控器必須與危險點足夠近，從而能有效發(fā)揮作用，但也不能離的太近，危機時無法靠近。注意可能會阻止水流到達危險點的障礙物，檢查有無必要時迅速撤退的通路。水龍帶拖車或安全噴射器也作類似的配置。除非絕對必要，鐵路支線才引入單元區(qū)。當鐵路支線引入單元區(qū)時，應(yīng)該提供貨車可能脫軌的充分的空間。不宜把裝卸設(shè)備設(shè)置在鐵路支線終點的延伸方向，以避免貨車的過沖、扯脫貨車擋與裝卸設(shè)備碰撞。 在完成區(qū)域規(guī)劃時，應(yīng)該充分考慮將來發(fā)展擴建添加設(shè)備的可能性。在建設(shè)時一個完美排列的單元，硬擠進一些附加的設(shè)備，由于沒有充足的空間而變得壅塞。應(yīng)用成直線排列，在泵區(qū)中會為二些附加的泵，甚至是二兩個附加的簡體，找到合適的充足的空間。但是對于換熱器、塔器、加熱爐、反應(yīng)器等，需要在工廠設(shè)計時為這些裝置的添加留有一定的裕度。 3．室內(nèi)裝置的配置 對于需要精確的溫度控制或需要操作者經(jīng)常觀察的情形，必須把加工單元的部分或全部置于室內(nèi)。對于室內(nèi)裝置，主導風和隔開距離這兩個工具的重要性大大降低。在室內(nèi)無主導風；隔開距離會增加建筑物的建筑面積而使財政負擔加重。即使隔開距離不會增加建筑費用，在室內(nèi)距離的作用也會降低。在室內(nèi)釋放出的毒性或易燃蒸氣會留存在建筑物內(nèi)，而不會像室外那樣迅速擴散。然而仍然可以采用其他一些方法，如物理屏障等，實現(xiàn)室內(nèi)裝置的隔離。如果火源和易燃物源兩者都必須設(shè)在室內(nèi)，最好把它們分置在建筑物的分隔間內(nèi)?；鹪春鸵兹嘉镌锤綦x墻的門或開口，易燃蒸氣或液體能夠從中通過接近火源，應(yīng)該保持在最小數(shù)量。特別易于起火、爆炸或釋放毒物的設(shè)施，如高溫、高壓或大容量的容器，應(yīng)該與像控制中心這樣的經(jīng)常有人員的區(qū)域隔離開。實現(xiàn)隔離目的的墻壁也應(yīng)該有最小數(shù)量的開口，同時這些墻壁還應(yīng)該進行強度和耐火設(shè)計。容易經(jīng)受爆炸的隔離間可以有一面或多面有意設(shè)計的強度較弱的墻壁，以便在避開人員或其他設(shè)施的方向卸掉爆炸力。 多層或階梯式建筑有本身特有的地勢問題。易燃或毒性液體源不應(yīng)該設(shè)置在火源或人員之上。如果包含蒸氣，火源或人員的位置則取決于蒸氣的密度比空氣大還是比空氣小。 如前所述，危險的集中有助于確定特別危險區(qū)的界限。此外，危險的集中會增進提供具體安全設(shè)施的可行性。可以提供的安全設(shè)施有： (1)高容量的通風系統(tǒng)，有助于保持空氣-蒸氣或空氣-粉塵混合物在其爆炸極限之下； (2)高容量的排水系統(tǒng)，很快排除泄漏的液體； (3)遙控操作加工裝置； (4)自動滅火裝置，如水噴霧、蒸氣覆蓋、泡沫或惰性氣體系統(tǒng)。 對于幾個危險裝置集中于室內(nèi)某個區(qū)域或分隔間的情形，只有上述安全設(shè)施是不夠的。這些裝置，由于其與人或其他裝置的靠近，還必須考慮它們復合的危險作用。 與室外設(shè)施相比，需要更加嚴格地規(guī)范從室內(nèi)裝置撤退的通路。在室內(nèi)，很難過分強調(diào)精細設(shè)計的平臺、扶梯、人行道、出入口或滑運斜道系統(tǒng)的需要。永久平臺應(yīng)該供作單元中所有無法拾階而上的操作點的進出口，所有操作平臺(塔器平臺可能例外)都應(yīng)該有兩種下行方法，防止緊急狀態(tài)時截流操作人員。從高架平臺向下的所有扶梯和滑梯孔道，都應(yīng)設(shè)在最小可能遭受火險或毒物泄漏的地點。扶梯或滑梯的著陸點應(yīng)該接近易于從單元撤退的通路。塔器的人孔平臺應(yīng)該有塔內(nèi)件安全維護的充分的工作空間，打開人孔的方向應(yīng)該避開從平臺向下的扶梯。 二、單元區(qū)域的管線配置 1．管線配置的防泄漏設(shè)計 工廠化學品的主要泄漏與以下各項成比例： (1)管線的長度； (2)排放口的數(shù)量； (3)管線的復雜性。 設(shè)備間隙的增加和危險組件的隔離都會強化安全，但這卻需要增加管件的總量或增加管線的長度，從而也增加了泄漏的可能性和工程建設(shè)費用。上述幾方面之間需要建立恰當?shù)钠胶怅P(guān)系。管線的復雜性，一般反映在連接的泵的數(shù)量以及再循環(huán)物流的數(shù)量兩個方面。減少管件泄漏的簡單的設(shè)計規(guī)則如下。 (1)減少分支和死角的數(shù)量。 (2)減少小排放口的數(shù)量。管道配置應(yīng)該做到，在少數(shù)幾處容易接近、容易觀察的位置排放。 (3)按照相同的規(guī)范設(shè)計小口徑的支管，和主管一樣進行嚴格的檢驗。確保小的支管在交叉點得到加強，并有充分的支撐。 (4)考慮到管件或容器的熱膨脹，管線需要有一定的伸縮性。在短管管架上，需要恰當?shù)嘏渲貌y管。這些波紋管應(yīng)該只是做軸向移動，還需要襯內(nèi)套管，以免在波紋管的褶溝中充人固體沉積物。 (5)直接卸料的排放口，應(yīng)該設(shè)在操作者能夠觀察到的地方。工作系統(tǒng)對這些排放口應(yīng)該進行定期核查和報告。 (6)保證密封墊與管內(nèi)流體在最大可能的操作溫度下完全互容，在最大內(nèi)壓下也能夠緊縮密封。 (7)減少真空管線(如真空蒸餾塔上的冷凝器)上的法蘭盤數(shù)量。 (8)在閥式取樣點應(yīng)該配置可移動的插頭。 (9)要有充分的管道支撐，從放料或從安全閥檢驗管道的作用力。 (10)設(shè)置管道應(yīng)該避免通過可能使其受到機械損傷的地方。 (11)應(yīng)該有充分的通道、扶梯等，以免攀越管件。 (12)緊固承受高溫的大法蘭盤，應(yīng)該采用高強度的螺栓。 2．軟管系統(tǒng)的配置 對于油船、罐車等的液體物料的裝卸，軟管的選擇和應(yīng)用需格外謹慎。應(yīng)考慮的是： (1)軟管的適用性，并結(jié)合有關(guān)軟管的標準。 (2)設(shè)置緊急狀態(tài)下迅速隔離的設(shè)施，如對于油船卸貨，在軟管的一端要設(shè)緊急隔離閥，在另一端要設(shè)止逆閥，用過流閥替代遠程隔離閥等。 (3)應(yīng)該使用螺栓固定的軟管夾，不宜使用側(cè)卸式的軟管夾。 (4)軟管系統(tǒng)應(yīng)用時要有充分的保護和支撐設(shè)施，不用時要防止軟管的壓破或損壞。 (5)所有高于大氣壓操作的可移動軟管，都應(yīng)設(shè)置排空閥，以便降壓時防止軟管的折斷。通常用于管道工程的橡膠支撐物不能用于設(shè)備，設(shè)備重心之下的水平連接法蘭需要用鋼性板支撐。柱塞閥的鄰近也需要有支撐物。聚四氟乙烯波紋管不能用來連接不同心的管道。支撐板、墊片和管接頭的材料性能，制造說明書會有確切的說明。 管件和閥門配置的簡單和易于識別，是安全操作的重要因素。對于不穩(wěn)定液體的傳遞，管件、閥門和控制儀表的配置應(yīng)該防止液體靜止在運轉(zhuǎn)的泵中。 對于氣體和液體，其設(shè)計應(yīng)該考慮沿與設(shè)定相反方向流動的可能性。在化工案例中，有大量回流的情形，如： (1)從貯罐或下游管線回流進入已關(guān)閉的設(shè)備； (2)從設(shè)備回流進入有壓力降的輔助設(shè)備的管線； (3)泵的故障引起回流； (4)反應(yīng)物沿副反應(yīng)物的物料管線回流。 在設(shè)備管線配置中，對于只是間歇使用的設(shè)備，推薦應(yīng)用不用時斷開的軟管與過程設(shè)備連接。對于常設(shè)的設(shè)備管線，如果設(shè)備壓力降低至過程正常壓力之下，管線應(yīng)該有低壓報警；如果設(shè)備壓力升高至過程正常壓力之上，則應(yīng)該有高壓報警。在設(shè)備管線上應(yīng)該安裝止逆閥，以防止管線中流體的回流。過程管線上的止逆閥發(fā)生故障會造成嚴重的后果，因此，建議安裝兩個不同類型的止逆閥，盡可能把相同形式的損壞減至最小程度。如果回流的結(jié)果導致劇烈的反應(yīng)或設(shè)備的過壓，止逆閥不足以提供可靠的保證，這時需要高度可靠的斷開或關(guān)閉系統(tǒng)。 對于泵體或設(shè)備極有可能泄漏以及大量物料從設(shè)備無限制流出的情形，應(yīng)該考慮安裝遠程操作的緊急隔離閥。液化石油氣容器的所有過程排放管線，也推薦采用自動閉合閥或遙控隔離閥。對于操作的情形，遙控隔離閥應(yīng)用于充氣管線、加料管線，比普通隔離閥有明顯的優(yōu)勢。 三、單元裝置和設(shè)施的安全設(shè)計 1．裝置的安全設(shè)計 裝置、儀表和輔助設(shè)施是用來完成各種化學過程或單元操作的，組合在一起構(gòu)成了一個完整的制造單元。設(shè)計時的許多決定對工廠安全有著重要的作用。在設(shè)計階段廣泛采用的兩個重要概念是“故障自動保險”和“二次概率設(shè)計”。故障自動保險要求，當裝置、儀表或過程控制回路出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)恢復到最小危險狀態(tài)。二次概率設(shè)計是指，當操作失誤或設(shè)備出現(xiàn)故障時會啟動備用設(shè)備，預防危險出現(xiàn)或降低危險的作用。這方面的典型例子有： (1)容器的壓力釋放裝置； (2)設(shè)備或建筑物的爆炸卸荷設(shè)施； (3)貯罐周圍的圍墻防護； (4)緊急關(guān)閉系統(tǒng)； (5)過程參數(shù)高限或低限啟動的關(guān)閉裝置； (6)報警裝置，例如火險、過程參數(shù)高限或低限的報警。 2．輔助工程設(shè)施安全 電氣設(shè)備在易燃氣氛中應(yīng)該作為火源處理。除電力外，化工廠操作還需要以下輔助工程款項： (1)蒸汽； (2)過程用水和鍋爐用水； (3)消防用水； (4)冷卻水； (5)壓縮空氣； (6)惰性氣體。 對于上述款項的主要考慮是要有充足的供應(yīng)量以滿足預期的最大量的需要；其次是這些設(shè)施的可靠性，以及關(guān)閉時備用設(shè)備或緊急貯存器的提供。 排水系統(tǒng)的恰當設(shè)計是必要的。易燃液體，有時是與救火消防水的混合物的排放不暢，在有關(guān)易燃液體泄漏的大量損失中，是起重要作用的因素。排水系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計應(yīng)該是，一旦易燃液體泄漏出來，就立即排離加工單元，導入蓄污池。 裝置的抗污染也是重要的。例如，應(yīng)用蒸汽滅火一般是起稀釋泄出物的作用，消防蒸汽供應(yīng)線應(yīng)該與正常蒸汽供應(yīng)線隔離開，消除烴類泄出物滲入正常蒸汽的任何可能性。壓縮空氣的過程污染可以應(yīng)用物理隔離的方法避免。地面水和污水也必須隔離排放。對于惰性氣體，既要保證日常操作和緊急狀態(tài)下充足的供應(yīng)量，又要防止被污染。 對于加工易燃液體或氣體的區(qū)域，應(yīng)該盡可能采用敞開結(jié)構(gòu)。這既可以有助于氣體或蒸氣泄漏物的擴散通風，又可以提供最大可能的爆炸排放面積，而且還有利于救火。粉塵捕集裝置和過濾器也應(yīng)該設(shè)置于沒有其他過程的敞開區(qū)域。 第 10 頁 共 10 頁