化工单元区域规划.docx

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化工单元区域规划

化工单元区域规划

化工单元区域规划是定出各单元边界内不同设备的相对物理位置。

完成既降低建设和操作费用又有充分安全保证的区域规划不是一件容易的事。

一般来说，单元排列越紧密，配管、泵送和地皮不动产的费用越低。

但是出于安全考虑，需要把危险隔开，单元排列应该比较分散，同时也为救火或其他—紧急操作留有充分的空间。

综合考虑表明，留有自由活动空间的开放的区域规划更合理一些。

过分拥挤严重影响施工和维修效率，会增加初始的和继续的投资费用。

一、加工单元区域的规划

1．设备配置的直线排列

试图平衡区域规划中互相矛盾的各种因素的多年实践，产生了一种为加工工业普遍接受的区域规划方法：

单元中大多数塔器、简体、换热器、泵和主要管线成直线狭长排列。

这种设备排列方法的主要特征是：

（1）设备配置直线的两边都与厂区道路连接。

这样，在救火或其他紧急情况时，设备配置线的主要部分的两边都有方便的通路。

连接道路可以作为阻火堤，把设备配置线与厂区其余部分隔离。

（2）钢制框架与道路邻接。

热交换器设置在框架上部，冷却水箱设置在框架下部。

吊车可以方便地驶入，安全装运热交换器的管束、管件和较重的组件。

冷却水箱设置在框架上使得整个冷却水系统的维修极为方便，而不必挖掘装置周围和装置之下的地基。

（3）设备配置直线上的精馏塔、热交换器、馏出液接受器、回流筒等装置，一般采用框架结构平坡式布局方式。

框架结构在精馏塔旁边提供了开放区域，塔板和其他塔内件易于拆卸装车运至维修区。

在线的塔器、回流筒、热交换器之下的平坡低洼部分，对于易燃或毒性溢流物可以起截流的作用，防止污水管将其排净前扩散至单元的其他区域。

（4）管架也设置在设备配置直线上。

管架的合理排布可以消除过顶间距太小或是仅敷设在乎坡上的管束，而且可以避免管沟，而管沟常常是危险液体或蒸气的良好的载体。

（5）泵排设置在设备配置直线的旁边，与道路邻接。

泵排上面不得有任何障碍物，使得泵和传动装置维修时便于移动。

（6）简体、泵、装配有观测平台的蒸馏塔以及需要桥式吊车钢梁导轨吊人的设备，按序定在设备配置线上，从而把相关的危险操作集中在一起。

设备以安装在地平面上为宜。

但是由于过程原因，如蒸馏或吸收塔，喷雾干燥塔或立式反应器，需要提供重力自流或泵的负压压头的设备等，设备提升是不可避免的。

重的设备应尽量避免高位安装，最好和其他设备在同一水平线上或者有坚实的基座。

把直线排列的原理用于集成化过程单元的规划，可以把前述的区域规划发展成为一系列平行的、并排的设备配置直线。

各过程单元的其余组件分布在这些直线簇相邻的区域，沿着设备配置直线的端点向外延伸。

管线配置也分成了两部分：

整个过程区的主管线以及由主管线引出的各条设备配置线的支管线。

2．非直线排列设施的配置

直线排列的设备构成了单元区域的骨架，单元的其他组件，如控制室、压缩机、反应器、溢流槽、加热炉等，可以设置在直线排列的两边。

应用这种方法一般可以达到近乎方形的最大面积规划。

控制室是单元的神经中枢，是单元中最重要的部位。

从操作本身考虑，似乎应该把控制室置于单元区域的中心，做到控制室离各操作观测点的距离最短。

但是这样设置，控制室会有较大的潜在危险：

单元中一旦发生重大事故，极易波及控制室。

所以，最好是把控制室设置在单元的周边区域。

对于处理毒性物质的单元，控制室应该设置在单元的上风区域。

最后，控制室应该和高温或高压容器、盛有相当量的易燃或毒性液体的容器隔离。

加热炉有两个基本问题，作为明显的火源，加热炉应该设置在单元其余部分的上风区域，但是这会引起烟道气飘过塔器的高架平台或其他建筑物的问题。

最好的解决办法是采取折中方案，把加热炉设置在侧面风区域。

应该尽量保持加热炉与其他危险设备的适度分离。

压缩机剧烈运转，应该注意与其他危险设备适当隔离。

压缩机容易泄漏气体，应该置于单元的下风区域。

在现代工业实践中，由于泄漏的原因，很少把压缩机或泵安装在室内。

即使在必须预防风雨的极少数情况下，这些设备也只是安装在只有屋顶而无侧墙的亭阁式建筑物中。

对于反应器，主要考虑的是提供充分的空间、反应器内件安全操作的设施以及有关的催化剂。

有些高热运转的反应器，可以作为火源来处理。

非直线排列设备的配置还包括诸多的公用工程设施。

电力线路必须从地下进入加工单元，适当安排人口点，避免在整个单元的电力系统设置人孔。

如果单元装配有紧急释放阀或烟气管线，这些设施应靠近控制室，远离火险或其他危险区域。

消防火栓或监控器必须与危险点足够近，从而能有效发挥作用，但也不能离的太近，危机时无法靠近。

注意可能会阻止水流到达危险点的障碍物，检查有无必要时迅速撤退的通路。

水龙带拖车或安全喷射器也作类似的配置。

除非绝对必要，铁路支线才引入单元区。

当铁路支线引入单元区时，应该提供货车可能脱轨的充分的空间。

不宜把装卸设备设置在铁路支线终点的延伸方向，以避免货车的过冲、扯脱货车挡与装卸设备碰撞。

在完成区域规划时，应该充分考虑将来发展扩建添加设备的可能性。

在建设时一个完美排列的单元，硬挤进一些附加的设备，由于没有充足的空间而变得壅塞。

应用成直线排列，在泵区中会为二些附加的泵，甚至是二两个附加的简体，找到合适的充足的空间。

但是对于换热器、塔器、加热炉、反应器等，需要在工厂设计时为这些装置的添加留有一定的裕度。

3．室内装置的配置

对于需要精确的温度控制或需要操作者经常观察的情形，必须把加工单元的部分或全部置于室内。

对于室内装置，主导风和隔开距离这两个工具的重要性大大降低。

在室内无主导风；隔开距离会增加建筑物的建筑面积而使财政负担加重。

即使隔开距离不会增加建筑费用，在室内距离的作用也会降低。

在室内释放出的毒性或易燃蒸气会留存在建筑物内，而不会像室外那样迅速扩散。

然而仍然可以采用其他一些方法，如物理屏障等，实现室内装置的隔离。

如果火源和易燃物源两者都必须设在室内，最好把它们分置在建筑物的分隔间内。

火源和易燃物源隔离墙的门或开口，易燃蒸气或液体能够从中通过接近火源，应该保持在最小数量。

特别易于起火、爆炸或释放毒物的设施，如高温、高压或大容量的容器，应该与像控制中心这样的经常有人员的区域隔离开。

实现隔离目的的墙壁也应该有最小数量的开口，同时这些墙壁还应该进行强度和耐火设计。

容易经受爆炸的隔离间可以有一面或多面有意设计的强度较弱的墙壁，以便在避开人员或其他设施的方向卸掉爆炸力。

多层或阶梯式建筑有本身特有的地势问题。

易燃或毒性液体源不应该设置在火源或人员之上。

如果包含蒸气，火源或人员的位置则取决于蒸气的密度比空气大还是比空气小。

如前所述，危险的集中有助于确定特别危险区的界限。

此外，危险的集中会增进提供具体安全设施的可行性。

可以提供的安全设施有：

（1）高容量的通风系统，有助于保持空气-蒸气或空气-粉尘混合物在其爆炸极限之下；

（2）高容量的排水系统，很快排除泄漏的液体；

（3）遥控操作加工装置；

（4）自动灭火装置，如水喷雾、蒸气覆盖、泡沫或惰性气体系统。

对于几个危险装置集中于室内某个区域或分隔间的情形，只有上述安全设施是不够的。

这些装置，由于其与人或其他装置的靠近，还必须考虑它们复合的危险作用。

与室外设施相比，需要更加严格地规范从室内装置撤退的通路。

在室内，很难过分强调精细设计的平台、扶梯、人行道、出入口或滑运斜道系统的需要。

永久平台应该供作单元中所有无法拾阶而上的操作点的进出口，所有操作平台（塔器平台可能例外）都应该有两种下行方法，防止紧急状态时截流操作人员。

从高架平台向下的所有扶梯和滑梯孔道，都应设在最小可能遭受火险或毒物泄漏的地点。

扶梯或滑梯的着陆点应该接近易于从单元撤退的通路。

塔器的人孔平台应该有塔内件安全维护的充分的工作空间，打开人孔的方向应该避开从平台向下的扶梯。

二、单元区域的管线配置

1．管线配置的防泄漏设计

工厂化学品的主要泄漏与以下各项成比例：

（1）管线的长度；

（2）排放口的数量；

（3）管线的复杂性。

设备间隙的增加和危险组件的隔离都会强化安全，但这却需要增加管件的总量或增加管线的长度，从而也增加了泄漏的可能性和工程建设费用。

上述几方面之间需要建立恰当的平衡关系。

管线的复杂性，一般反映在连接的泵的数量以及再循环物流的数量两个方面。

减少管件泄漏的简单的设计规则如下。

（1）减少分支和死角的数量。

（2）减少小排放口的数量。

管道配置应该做到，在少数几处容易接近、容易观察的位置排放。

（3）按照相同的规范设计小口径的支管，和主管一样进行严格的检验。

确保小的支管在交叉点得到加强，并有充分的支撑。

（4）考虑到管件或容器的热膨胀，管线需要有一定的伸缩性。

在短管管架上，需要恰当地配置波纹管。

这些波纹管应该只是做轴向移动，还需要衬内套管，以免在波纹管的褶沟中充人固体沉积物。

（5）直接卸料的排放口，应该设在操作者能够观察到的地方。

工作系统对这些排放口应该进行定期核查和报告。

（6）保证密封垫与管内流体在最大可能的操作温度下完全互容，在最大内压下也能够紧缩密封。

（7）减少真空管线（如真空蒸馏塔上的冷凝器）上的法兰盘数量。

（8）在阀式取样点应该配置可移动的插头。

（9）要有充分的管道支撑，从放料或从安全阀检验管道的作用力。

（10）设置管道应该避免通过可能使其受到机械损伤的地方。

（11）应该有充分的通道、扶梯等，以免攀越管件。

（12）紧固承受高温的大法兰盘，应该采用高强度的螺栓。

2．软管系统的配置

对于油船、罐车等的液体物料的装卸，软管的选择和应用需格外谨慎。

应考虑的是：

（1）软管的适用性，并结合有关软管的标准。

（2）设置紧急状态下迅速隔离的设施，如对于油船卸货，在软管的一端要设紧急隔离阀，在另一端要设止逆阀，用过流阀替代远程隔离阀等。

（3）应该使用螺栓固定的软管夹，不宜使用侧卸式的软管夹。

（4）软管系统应用时要有充分的保护和支撑设施，不用时要防止软管的压破或损坏。

（5）所有高于大气压操作的可移动软管，都应设置排空阀，以便降压时防止软管的折断。

通常用于管道工程的橡胶支撑物不能用于设备，设备重心之下的水平连接法兰需要用钢性板支撑。

柱塞阀的邻近也需要有支撑物。

聚四氟乙烯波纹管不能用来连接不同心的管道。

支撑板、垫片和管接头的材料性能，制造说明书会有确切的说明。

管件和阀门配置的简单和易于识别，是安全操作的重要因素。

对于不稳定液体的传递，管件、阀门和控制仪表的配置应该防止液体静止在运转的泵中。

对于气体和液体，其设计应该考虑沿与设定相反方向流动的可能性。

在化工案例中，有大量回流的情形，如：

（1）从贮罐或下游管线回流进入已关闭的设备；

（2）从设备回流进入有压力降的辅助设备的管线；

（3）泵的故障引起回流；

（4）反应物沿副反应物的物料管线回流。

在设备管线配置中，对于只是间歇使用的设备，推荐应用不用时断开的软管与过程设备连接。

对于常设的设备管线，如果设备压力降低至过程正常压力之下，管线应该有低压报警；如果设备压力升高至过程正常压力之上，则应该有高压报警。

在设备管线上应该安装止逆阀，以防止管线中流体的回流。

过程管线上的止逆阀发生故障会造成严重的后果，因此，建议安装两个不同类型的止逆阀，尽可能把相同形式的损坏减至最小程度。

如果回流的结果导致剧烈的反应或设备的过压，止逆阀不足以提供可靠的保证，这时需要高度可靠的断开或关闭系统。

对于泵体或设备极有可能泄漏以及大量物料从设备无限制流出的情形，应该考虑安装远程操作的紧急隔离阀。

液化石油气容器的所有过程排放管线，也推荐采用自动闭合阀或遥控隔离阀。

对于操作的情形，遥控隔离阀应用于充气管线、加料管线，比普通隔离阀有明显的优势。

三、单元装置和设施的安全设计

1．装置的安全设计

装置、仪表和辅助设施是用来完成各种化学过程或单元操作的，组合在一起构成了一个完整的制造单元。

设计时的许多决定对工厂安全有着重要的作用。

在设计阶段广泛采用的两个重要概念是“故障自动保险”和“二次概率设计”。

故障自动保险要求，当装置、仪表或过程控制回路出现故障时，系统恢复到最小危险状态。

二次概率设计是指，当操作失误或设备出现故障时会启动备用设备，预防危险出现或降低危险的作用。

这方面的典型例子有：

（1）容器的压力释放装置；

（2）设备或建筑物的爆炸卸荷设施；

（3）贮罐周围的围墙防护；

（4）紧急关闭系统；

（5）过程参数高限或低限启动的关闭装置；

（6）报警装置，例如火险、过程参数高限或低限的报警。

2．辅助工程设施安全

电气设备在易燃气氛中应该作为火源处理。

除电力外，化工厂操作还需要以下辅助工程款项：

（1）蒸汽；

（2）过程用水和锅炉用水；

（3）消防用水；

（4）冷却水；

（5）压缩空气；

（6）惰性气体。

对于上述款项的主要考虑是要有充足的供应量以满足预期的最大量的需要；其次是这些设施的可靠性，以及关闭时备用设备或紧急贮存器的提供。

排水系统的恰当设计是必要的。

易燃液体，有时是与救火消防水的混合物的排放不畅，在有关易燃液体泄漏的大量损失中，是起重要作用的因素。

排水系统的优化设计应该是，一旦易燃液体泄漏出来，就立即排离加工单元，导入蓄污池。

装置的抗污染也是重要的。

例如，应用蒸汽灭火一般是起稀释泄出物的作用，消防蒸汽供应线应该与正常蒸汽供应线隔离开，消除烃类泄出物渗入正常蒸汽的任何可能性。

压缩空气的过程污染可以应用物理隔离的方法避免。

地面水和污水也必须隔离排放。

对于惰性气体，既要保证日常操作和紧急状态下充足的供应量，又要防止被污染。

对于加工易燃液体或气体的区域，应该尽可能采用敞开结构。

这既可以有助于气体或蒸气泄漏物的扩散通风，又可以提供最大可能的爆炸排放面积，而且还有利于救火。

粉尘捕集装置和过滤器也应该设置于没有其他过程的敞开区域。