化工安全工程课程设计__说明书

课程设计成果说明书
题目：化工安全工程课程设计学生姓名：SSSSS
学号：SSSSSSSS
学院：石油化工学院
班级：
指导教师：
浙江海洋学院教务处
2013年12 月23 日
浙江海洋学院课程设计成绩评定表2013—20 14 学年第 1 学期
浙江海洋学院课程设计任务书
20 13 —20 14 学年第1 学期
摘要：
伴随着中国经济高速发展，我国化工厂行业迅速发展。

化工厂多依水而建，往往充足的水源可以吸引更多的化工企业。

但是，中国的化工产业因此存在很多问题。

很多企业一般不愿意购买处理污染的设备。

这导致了严重的空气污染和水污染。

化工厂安全贯穿于规划、设计、建厂、试车、投产的全过程。

工厂的选址和布局、设备配置和结构材料的微小变化都会对化工安全产生重大影响。

由于石油化工业的快速进步和石油化工的战略地位的不断提高，石油化工厂的建设也越来越重要。

本设计主要包括化工厂总平面布置、工艺流程及消防系安全统设计和计算、自动化控制概念设计等方面。

关键词：化工厂；工艺设计；平面布置；设备；消防设备
Abstract：Along with China's rapid economic development, China's chemical industry is developing rapidly. Chemical plant, water and more often enough water can attract more chemical enterprise. The chemical industry in China, however, there are a lot of problems. Many enterprises generally reluctant to treat contaminated equipment purchase. This led to the serious air pollution and water pollution. Chemical plant security throughout the planning, design, build, test, and the whole process of production. The plant's location and layout, equipment configuration and small changes in the structure materials for chemical safety have a major impact. Because of the rapid advancement of the petrochemical industry and petrochemical industry development of strategic position, the construction of petroleum chemical plant is becoming more and more important. This design mainly includes chemical plant general layout, process flow and fire control safety of
design concept design and calculation, automatic control, etc.
Keywords:Chemical plant process design floor plan layout equipment fire-fighting equipment
目录
0前言： (1)
1化工厂地区选址 (1)
1.1 碳酸二甲酯的化学特性 (1)
1.2 化工厂选址应当遵循的原则 (1)
2化工厂的主要设备设计与选型 (2)
2.1 热换器的选型举例 (2)
2.2 精馏塔的设计与选型 (2)
3化工厂的大致布局要求 (3)
3.1 工艺装置区 (4)
3.2 罐区 (4)
3.3 公用设施区 (4)
3.4 运输装卸区 (4)
3.5 辅助生产区 (4)
4化工厂的泡沫灭火系统设施 (5)
4.1 各类泡沫灭火系统介绍 (5)
4.1.1 固定式泡沫灭火系统 (5)
4.1.2 半固定式泡沫灭火系统 (5)
4.1.3 移动式泡沫灭火系统 (5)
4.2 化工厂的泡沫灭火系统设施的设置方式 (6)
4.2.1 泡沫灭火装置设置应符合下列规定： (6)
4.2.2 油库泡沫灭火系统泡沫量的确定 (6)
4.3 消防冷却水系统的设置 (6)
4.4 消防车辆数量的确定 (7)
5化工厂防雷技术设置 (7)
5.1 防止静电 (8)
5.2 防雷技术 (8)
6化工厂公用工程设施安全 (8)
6.1 电气设施 (8)
6.2 供养空气和辅助气体设施 (9)
6.3 废料处理设施 (9)
6.4 水和蒸汽设施 (9)
7化工厂平面布局设计 (10)
总结 (11)
参考文献 (11)
碳酸二甲酯化工厂工艺与安全设计
0前言：
碳酸二甲酯的工艺流程的设计是根据我国众多的化工厂普遍使用的工艺流程的一般情况，进行的简单优化流程设计。

在老师指导下，根据给定的化工物料选择合适的设备、装置、管线及其他附属设施，最后分析其安全生产条件和经济效益情况，按规范要求独立地完成化工厂简单化工工艺流程的设计以及化工厂消防系统的设计。

合理的工艺流程流程以及合理的消防系统能够保证保证供应，完成化学工艺品的正常输转对满足企业的生产和生活的要求，都有着十分重要的意义
重新审视设计出来的化工厂可能发生的一切意外事故，如火灾、爆炸、中毒。

结合所学习的《防火防爆工程》、《石油化工工艺装置布置设计规范》、《建筑灭火器配置设计规范》、《化工过程安全工程》对化工装置及设备安全设计、消防系统、配套设施及公用工程安全设计进行综合研究。

1化工厂地区选址
1.1 碳酸二甲酯的化学特性
碳酸二甲酯，是一种无毒、环保性能优异、用途广泛的化工原料，它是一种重要的有机合成中间体，分子结构中含有羰基、甲基和甲氧基等官能团，具有多种反应性能，在生产中具有使用安全、方便、污染少、容易运输等特点。

由于碳酸二甲酯毒性较小，是一种具有发展前景的“绿色”化工产品。

1.2 化工厂选址应当遵循的原则
考虑工厂定位，我们面对的是一个计划中的工厂和一个现实的环境，要解决的问题是把工厂建于何处。

化工厂定位，一般遵循以下基本原则：
(1)有原料、燃料供应和产品销售的良好的流通条件
(2)有贮运、公用工程和生活设施等方面良好的协作环境；
(3)靠近水量充足、水质优良的水源，
(4)有便利的交通条件，
(5)有良好的工程地质和水文气象条件。

工厂应避免定位在下列地区：
(1)发震断层地区和基本烈度9度以上的地震区；
(2)厚度较大的Ⅲ级自重湿陷性黄土地区；
(3)易遭受洪水、泥石流、滑坡等危害的山区；
(4)有开采价值的矿藏地区；
(5)对机场、电台等使用有影响的地区；
(6)国家规定的历史文物、生物保护和风景游览地区；
(7)城镇等人口密集的地区。

工厂定位时除了谨遵以上禁忌外，考虑得更多的是经济问题。

固然，高风速、地震、雨雪量、雷电频发率等不安全因素，在工厂定位时会给予适度考虑，但这些往往会淹没在经济考虑之中。

比如，世界上多数大型石油化工企业都建立在原料产地附近，就是出于原料流通经济上的考虑。

2化工厂的主要设备设计与选型
2.1 热换器的选型举例
列管式换热器是目前化工及酒精生产上应用最广的一种换热器。

它主要由壳体、管板、换热管、封头、折流挡板等组成。

所需材质，可分别采用普通碳钢、紫铜、或不锈钢制作。

在进行换热时，一种流体由封头的连结管处进入，在管流动，从封头另一端的出口管流出，这称之管程；另-种流体由壳体的接管进入，从壳体上的另一接管处流出，这称为壳程。

1-封头法兰；2-介质A接管法兰；3-壳体；
4-换热管束；5-封头；6-介质B接管法兰
图2-1 列管式换热器
2.2 精馏塔的设计与选型
浮阀的阀片可以浮动，随着气体负荷的变化而调节其开启度，因此，浮阀塔的操作弹性大，特别是在低负荷时，仍能保持正常操作。

浮阀塔由于气液接触状态良好，雾沫夹带量小(因气体水平吹出之故)，塔板效率较高，生产能力较大。

塔结构简单，制造费用便宜，并能适应常用的物料状况，是化工、炼油行业中使用最广泛的塔型之一。

图2-2为其结构示意图：
1-全凝器；2-塔盘；3-液体分布器；4-固定床反应器；5-列管式反应器； a-尿素进料管；i、b-温度计口；k、c-甲醇进料口；d-物料出口； e-接管；f-塔底出料口；
h、g-液位计口；j-回流管接口
图2-2精馏塔结构示意图
尿素醇解法生产碳酸二甲酯反应精馏塔塔身为圆柱状，由反应段精馏段两部分组成，下部分反应段，上部分分离段。

塔身下部的反应段：共包括两种反应形式，即绝热与换热两种反应形式。

反应段下端为换热的列管固定床。

反应段上端为绝热固定床。

列管固定床内可以装催化剂。

列管固定床外上部有通加热蒸汽的蒸汽入口；列管固定床管外下部有蒸汽凝液出口。

列管式固定床下部为气相甲醇进料口，甲醇进料口下为液位控制区。

塔底部有循环液出口。

列管式固定床的上部有一层液体分布器，液体分布器有排液孔和升气管。

液体分布器上部有循环物料进料口。

循环物料进料口上部为气相甲醇进料口，气相甲醇进料口上部为绝热固定床，绝热固定床层顶部有绝热固定床层的液体分布器，绝热固定床层的液体分布器上有排液孔和升气管。

在绝热固定床层的液体分布器上有液体尿素进料口，尿素进料口以上为分离段。

塔身上部的分离段：分离段下端是板式精馏塔，有塔板，每块塔板上装有俘阀，在分离段的下端的塔板之间分别有三个粗碳酸二甲酯侧线采出口，在第一块塔板上有回流口，分离段上端是全凝器，分离段的顶端有氨气出口。

分离段下端的塔式精馏塔，可以有20块塔盘，每块塔盘上装有俘阀。

在分离段的下端的第20块、第18块、第16块分别有三个粗碳酸二甲酯侧线采出口。

在第一块塔板上有回流口。

分离段上端是全凝器。

分离段有循环水进口和循环水出口。

3化工厂的大致布局要求
工厂布局也是一种工厂内部组件之间相对位置的定位问题，其基本任务是结合厂区的内外条件确定生产过程中各种机器设备的空间位置，获得最合理的物料和人员的流动路线。

化工厂布局普遍采用留有一定间距的区块化的方法。

工厂厂区一般可划分为以下六个区块：工艺装置区；罐区；公用设施区；运输装卸区；辅助生产区；管理区。

对各个区块的安全要求
如下。

3.1 工艺装置区
加工单元可能是工厂中最危险的区域。

加工单元应该离开工厂边界一定的距离，应该是集中而不是分散的分布。

后者有助于加工单元作为危险区的识别，杜绝或减少无关车辆的通过。

要注意厂区内主要的火源和主要的人口密集区，由于易燃或毒性物质释放的可能性，加工单元应该置于上述两者的下风区。

过程区和主要灌区有交互危险性，两者最好保持相当的距离。

3.2 罐区
罐区和办公室、辅助生产区之间要保持足够的安全距离。

罐区和工艺装置区、公路之间要留出有效的间距。

罐区应设在地势比工艺装置区略低的区域，决不能设在高坡上。

还有通路问题。

每一罐体至少可以在一边由通路到达，最好是可以在相反的两边由通路到达。

每个这样的容器都是巨大的能量或毒性物质的贮存器。

在人员、操作单元和贮罐之间保持尽可能远的距离是明智的。

这样的容器能够释放出大量的毒性或易燃性的物质，所以务必将其置于工厂的下风区域。

3.3 公用设施区
公用设施区应该远离工艺装置区、罐区和其他危险区，以便遇到紧急情况时仍能保证水、电、汽等的正常供应。

由厂外进入厂区的公用工程干管，也不应该通过危险区，如果难以避免，则应该采取必要的保护措施。

工厂布局应该尽量减少地面管线穿越道路。

管线配置的一个重要特点是在一些装置中配置回路管线。

回路系统的任何一点出现故障即可关闭阀门将其隔离开，并把装置与系统的其余部分接通。

要做到这一点，就必须保证这些装置至少能从两个方向接近工厂的关节点。

为了加强安全，特别是在紧急情况下，这些装置的管线对于如消防用水、电力或加热用蒸汽等的传输必须是回路的。

3.4 运输装卸区
良好的工厂布局不允许铁路支线通过厂区，可以把铁路支线规划在工厂边缘地区解决这个问题。

对于罐车和罐车的装卸设施常做类似的考虑。

在装卸台上可能会发生毒性或易燃物的溅洒，装卸设施应该设置在工厂的下风区域，最好是在边缘地区。

原料库、成品库和装卸站等机动车辆进出频繁的设施，不得设在必须通过工艺装置区和罐区的地带，与居民区、公路和铁路要保持一定的安全距离。

3.5 辅助生产区
维修车间和研究室要远离工艺装置区和罐区。

维修车间是重要的火源，同时人员密集，
应该置于工厂的上风区域。

研究室按照职能的观点一般是与其他管理机构比邻，但研究室偶尔会有少量毒性或易燃物释放进入其他管理机构，所以两者之间直接连接是不恰当的。

废水处理装置是工厂各处流出的毒性或易燃物汇集的终点，应该置于工厂的下风远程区域。

4化工厂的泡沫灭火系统设施
4.1 各类泡沫灭火系统介绍
4.1.1固定式泡沫灭火系统
固定式泡沫灭火系统由固定的泡沫液消防泵、泡沫液贮罐、比例混合器、泡沫混合液的输送管道及泡沫产生装置等组成，并与给水系统连成一体。

当发生火灾时，先启动消防泵、打开相关阀门，系统即可实施灭火。

固定式泡沫灭火系统的泡沫喷射方式可采用液上喷射和液下喷射方式。

4.1.2半固定式泡沫灭火系统
该系统有一部分设备为固定式，可及时启动，另一部分是不固定的，发生火灾时，进入现场与固定设备组成灭火系统灭火。

根据固定安装的设备不同，有两种形式：一种为设有固定的泡沫产生装置，泡沫混合液管道、阀门。

当发生火灾时，泡沫混合液由泡沫消防车或机动泵通过水带从预留的接口进入。

另一种为设有固定的泡沫消防泵站和相应的管道，灭火时，通过水带将移动的泡沫产生装置(如泡沫枪)与固定的管道相连，组成灭火系统。

(由消防车及消防水带与固定的泡沫产生器相连接或由固定的泡沫站及消防水带、泡沫管枪或钩管等组成的泡沫灭火系统)
半固定式泡沫灭火系统适用于具有较强的机动消防设施的甲、乙、丙类液体的贮罐区或单罐容量较大的场所及石油化工生产装置区内易发生火灾的局部场所。

4.1.3移动式泡沫灭火系统
移动式泡沫灭火系统一般由水源(室外消火栓、消防水池或天然水源)、泡沫消防车或机动消防泵、移动式泡沫产生装置、水带、泡沫枪、比例混合器等组成。

当发生火灾时，所有移动设施进入现场通过管道、水带连接组成灭火系统。

该系统具有使用灵活，不受初期燃烧爆炸的影响的优势。

但由于是在发生火灾后应用，因此扑救不如固定式泡沫灭火系统及时，同时由于灭火设备受风力等外界因素影响较大，造成泡沫的损失量大，需要供给的泡沫量和强度都较大。

根据市场调查，在国内众多的泡沫灭火系统的供应商中，口碑和产品质量最好的，要
数广州瑞港消防设备有限公司了，种类齐全，质量保证，产品市场占有率较高。

4.2 化工厂的泡沫灭火系统设施的设置方式
4.2.1 泡沫灭火装置设置应符合下列规定：
⑴储罐容量大于1000m 3
的储罐应采用固定式泡沫灭火系统。

⑵储罐容量小于或等于1000m 3的储罐可采用半固定式泡沫灭火系统。

⑶卧式储罐、覆土储罐、丙B 类润滑储罐和容量不大于200m 3的地上储罐，
可采用移动式泡沫灭火系统。

⑷ 当企业有较强的机动消防力量时，其附属化工厂的化学品储罐可采用半固定式
或移动式泡沫灭火系统。

4.2.2 油库泡沫灭火系统泡沫量的确定
混合液的总流量：τ⋅⋅=F Zh Qhg [1]
混合液的流量 ：F Zh Qhg
Qh ⋅==τ
式中 ：Qhg ：储罐一次灭火所需泡沫混合液量 L
Zh ：泡沫混合液供给强度L/min ·m 2
τ ：泡沫混合液连续供给时间 min
F ：燃烧面积m 2
化工厂储罐灭火所需泡沫量计算：
外浮顶罐有：F=储罐壁板与泡沫堰板之间的环形面积=Ds π
s ：储罐壁板与泡沫堰板之间的距离（1.2～1.4）取1.2 拱顶储罐有：F=储罐的横截面积=4
2
D π 本文设计的是碳酸二甲酯化工厂，所以这里以碳酸二甲酯为例进行计算：
τ⋅⋅=F Zh Qhg =12.5⨯Ds π⨯30=12723L
4.3 消防冷却水系统的设置
化工厂的水源应就近选用地下水、地表水或城镇自来水。

水源的水质应分别符合生活
用水、生产用水和消防用水的水质标准。

企业附属化工厂的给水，应由该企业统一考虑。

化工厂选用城镇自来水做水源时，水管进入化工厂处的压力不应低于0.12MPa 。

化工厂的生产和生活用水水源，宜合并建设。

当生产区和生活区相距较远或合并建设在技术经济上不合理时，亦可分别设置。

化工厂的生活用水量宜按25～35升/人·班，用水时间为8h ，时间变化系数为2.5～3.0计算。

洗浴用水量宜按40～60升/人·班，用水时间为lh 计算。

消防、生产及生活用水采用同一水源时，水源工程的供水量应按最大消防用水量的1.2倍计算确定。

当采用消防水池时，应按消防水池的补充水量、生产用水量及生活用水量总和的1.2倍计算确定。

当消防与生产采用同一水源，生活用水采用另一水源时，消防与生产用水的水源工程的供水量应按最大消防用水量的1.2倍计算确定。

采用消防水他时，应按消防水他的补充水量与生产用水量总和的1.2倍计算确定。

生活用水水源工程的供水量应按生活用水量的1.2倍计算确定。

由于该化工厂的临江生活生产以及消防用水的给水系统给水量得确定应为Q=1.2⨯最大消防用水可以得到。

[1]
Q=1.2⨯〔（hL Q Qhg ++7000）⨯97%+化工厂一次冷却水量为Q 〕
=2508.646m 3
4.4 消防车辆数量的确定
消防车辆数量应符合下列规定：[4]
⑴ 当采用水罐消防车对储罐进行冷却时，水罐消防车的台数应按储罐最大需要水量进行配备。

⑵ 当采用泡沫消防车对储罐进行灭火时，泡沫消防车的台数应按着火储罐最大需要泡沫液量进行配备。

⑷石油库应和邻近企业或城镇消防站协商组成联防。

联防企业或城镇消防站的消防车辆符合下列要求时，可作为油库的消防计算车辆：
①在接到火灾报警后5min 内能对着火储罐进行冷却的消防车辆；
②在接到火灾报警后10min 内能对相邻储罐进行冷却的消防车辆；
③在接到火灾报警后20min 内能对着火储罐提供泡沫的消防车辆。

5 化工厂防雷技术设置
由于化工厂是高危区，化工厂中原料及其成品多为易燃易爆品，并且到现在为止大多数化工厂爆炸多为雷击造成，所以必须做好防雷技术。

5.1 防止静电
（1）防止静电荷的产生：1、控制注碳酸二甲酯高度和流速。

向储罐车灌装时，尽量将输送管、胶管插到距油罐底部10—20厘米处降低输送高度，减少碳酸二甲酯与空气及储罐车底、壁的的冲击与摩擦。

（2）改进注油方式：为了减少或消除喷溅引起的静电失火应避免喷溅注入。

因此，储藏罐车装油应从底部注入化学品。

防止其它物品混入。

5.2 防雷技术
避雷针的使用和油罐的接地都能很好的防止雷击，防止化工厂发生火灾和爆炸。

常用的防雷装置有避雷针、避雷线、避雷网、避雷器、避雷带。

避雷带是在建筑物的屋脊和屋顶四周敷设的接地导体，是由避雷针、避雷线发展而来的。

作者最早是由德国资料中了解到这项技术。

避雷网是在避雷带的中间敷设接地导体，以保护建筑物的中间部位。

用于保护建筑物，其优点是敷设简便、造价低,而且同高耸的避雷针相比,引雷的几率大为减少。

而且它接闪后一般是由多根引下线泄散电流，室内设备上的反击电压相对较低。

我国建筑防雷工作者提出并在全国广泛应用的笼型防雷方式则是利用建筑物钢筋形成的法拉笼。

同时也解决了等电位连接问题，极大地提高了建筑防雷的可靠性。

此外，它也便于笼内（屋内）电力、电信、电子设施统一接地（共地式）
6化工厂公用工程设施安全
公用工程设施是指水、电、汽的供应设施以及其他辅助设施，公用工程设施的充分设计和配置直接关系化工厂运行和操作的安全。

公用工程设施的各个款项不仅对于化工厂人员的健康和安全极为重要，而且这些款项的失误常是化工厂事故或伤害的渊源。

本节要讨论的只是公用工程设施的安全维护，而不涉及其设计和安装的细节。

6.1 电气设施
化工厂对电气设施有很高的要求。

在所有电气设施的装配中，都应该考虑至少是最低安全限度的防护措施。

工厂或实验室的所有电工作业都必须满足安全防护的要求，遵循限定的规则和程序。

在化学加工业中，电气线路、设备和照明设施的配置，必须满足易燃液体或气体泄漏形成爆炸性混合物的防护要求。

需要采取的防护措施包括，防蒸汽的照明设施、全封闭的电动机、油浸式或部分封闭的开关、火花放电设施的完全隔离等。

由于人员不允许在爆炸性气氛中作业，防止爆炸性气氛的形成比采用防爆设备更安全、更经济，这是普通的工业实践。

当爆炸性气氛通过密封或控制易燃液体、气体和粉尘仍不能避免时，所涉及的空间应该限制或隔离在防护罩下或通风橱中。

设置在高过地面6 m以上露天构架上的电气设备，
一般可以认为不受近于泄漏点的临时的、局部的爆炸性混合物暴露的影响。

6.2 供养空气和辅助气体设施
空气一般是经压缩由管道输送至各个区域，供过程、动力或仪表应用，有时与空气面罩连通，供人员呼吸。

由于所需空气质量的差异，任何供氧空气都应该由各自的系统供应。

供呼吸的空气必须与一氧化碳、油蒸气、锈粉末或其他杂质等污染物隔离，氧、氮和二氧化碳的比例必须适当。

因为连续操作会产生高温，润滑油有可能裂解污染空气，普通的油润滑空气压缩机无法保证供应的空气质量。

油润滑压缩机需要配置特殊的装置，包括一氧化碳报警装置、油蒸气移出装置以及气味消除装置。

一氧化碳移出装置要有把一氧化碳催化转化为二氧化碳的功能。

粉尘或粒状物应用过滤器滤掉。

即使如此，仍需要经常检验空气中一氧化碳的水平。

专门设计的供氧空气压缩机无疑是更好的选择。

这样的压缩机是机内水润滑，在水中添加微量的脂肪酸盐或天然矿物油。

所谓无润滑压缩机，只是压缩机的轴承和工件需要润滑，气缸由于活塞上使用的是低摩擦的密封垫而无需润滑。

隔膜型压缩机也可以视为是无润滑的。

6.3 废料处理设施
加工易燃挥发性物料，应用地下管道系统输出废液，在管道内空气的间隙中会形成爆炸性混合物。

所以，重要的是要防止任何易燃挥发性废液进入封闭的地下下水管线。

下水管道清理和维护时也应该足够开放。

有时需要应用明渠敷设废液下水管道，并配置充分的阻火设施。

明渠由耐化学暴露的材料构筑，并且成一条线，易于清理和检查。

废液在进入废液处理系统前，多数情形都需要用足够量的水稀释。

6.4 水和蒸汽设施
水供应的饮用安全，无论是饮用要求足够纯度水的安全供应，还是防止污染供应源，都起着重要的作用。

市政的或其他公共的水源一般都能满足保健用或饮用的要求。

对于一些类型的冲水厕所应该特别注意，防止水的供应压力损失时污水对水供应管线的污染，为此，需要配置抗虹吸装置。

与过程水或过程冷却水的供应管线或系统连接的所有管接头，都应该具备这样的功能，能够防止可能被污染的水回流至饮用水系统。

不能单纯依靠止逆阀，还必须应用附加的设施，防止供应管线压力损失时水的虹吸回流。

一种有效的装置是把饮用水供应管线与空水箱排在一起，水自由落入水箱进入泵的入口并被输送应用于过程目的，有一个水溢流出口设置在供应管线出水口的下方。

许多化工厂的冷却或其他过程目的使用的是非饮用水。

在有些情况下，非饮用水也用来冲洗地板和设备。

为了在所有供应非饮用水的水出口都能识别出水的类型，应该张贴警戒条款，向工作人员警示水是不安全的，不得用于餐饮或人员洗浴，不得用于炊具、餐具、食品制备或加工器具、服装等的洗涤。

非饮用水可以洗涤其他用具，只是要求其不含有化学晶以及构成不卫生条件或对人员有害的其他物质。