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第二节 生产防火

        由于石油化工生产工艺复杂,易燃易爆,因此必须高度重视生产工艺防火。石油化工生产工艺包括两大分支:一是石油炼制体系,将石油加工成各种燃料油、润滑油、石蜡、沥青等产品;二是石油化工体系,将石油通过分馏、裂解、分离、合成等一系列过程生产各种石油化工产品。
        生产过程大致分为三个阶段:其一为基本有机化工生产过程。以石油和天然气为起始原料,经过炼制、热裂解、分离等步骤制得三烯(乙烯、丙烯、丁二烯)、三苯(苯、甲苯、二甲苯)、乙炔和萘等基本有机原料的生产过程。 其二为有机化工生产过程。在“三烯”“三苯”“乙炔”“萘”的基础上,通过各种合成步骤制得醇、醛、酮、酸、酯、醚、酚、腈、卤代烃等有机原料的生产过程。其三为高分子化工生产过程。在以上基本有机原料和有机原料的基础上,通过各种聚合和缩合步骤制得合成纤维、合成塑料、合成橡胶等最终产品的生产过程。

        一、装置布置

        石油化工生产主要有常减压、催化裂化、延迟焦化、催化重整、加氢、电精制、硫磺回收、气体分离、脱硫醇、烷基化、溶剂油、润滑剂等装置。
        在厂区内合理布置工艺装置,是保证工艺流程合理,以取得较好经济利益的重要条件,同时也是保证安全生产的重要条件。在安排它们的位置时,要考虑它们的火灾危险类别,合理进行布置。
        1)工艺生产装置区域内的露天设备、储罐、建筑物、构筑物等,宜按生产流程集中合理布置。
        2)工艺生产装置区域内的设备宜布置在露天敞开式或半敞开式的建(构)筑物内,按生产流程、地势、风向等要求,分别集中布置。明火设备应集中布置在区域内的边缘部位,放在散发可燃气体设备、建(构)筑物的侧风向或上风向。但是有飞火的明火设备,应该布置在上述设备的建(构)筑物的侧风向,并远离可能泄漏液化石油气、可燃气体、可燃蒸气的工艺设备及储罐。
        3)有火灾爆炸危险的甲、乙类生产设备、建(构)筑物宜布置在装置区的边缘,其中有爆炸危险和高压的设备,一般布置在一侧,必要时设置在防爆构筑物内。
        4)容器组、大型容器等危险性较大的压力设备和机器应远离仪表室、变电所、配电所、分析化验室及人员集中的办公室与生活室。仪表室、变电所、分析化验室、压缩机房、泵房等建筑物的屋顶上,不应设置液化气体、易燃及可燃液体的容器。
        5)自控仪表室、变配电室不应与有可能泄漏液化石油气及散发相对密度大于0.7的可燃气体甲类生产设备、建筑物相邻布置。如果必需相邻布置时,应用密封的不燃性实体墙或走廊相隔,必要时宜采取室内正压通风设施,其地面标高要高出装置地面0.6m以上。
        6)在一座厂房内有不同生产类别,因为安全需要隔开生产时,应用不开孔洞的防火墙隔开。在同一建筑物内布置有多种毒害物质时,应按产品毒性大小予以隔开,储存有害物质的储罐,尽可能布置在室外或敞开式建筑物内。
        7)有害物质的工艺设备,应布置在操作地点的下风侧。在多层建筑物内,设置有散发有害气体及粉尘的工艺设备时,应尽可能布置在建筑物上层,如需布置在下层时,则应有防止污染上层空气的有效措施。
        8)可燃气体及易燃液体的在线自动分析仪器室,应设置在生产现场或与分析化验室等辅助建筑物相隔开的单独房间内。
        9)工艺生产装置内设备、建筑物平面布置的防火间距,不应小于表4-2-1中的规定。


        二、工艺操作防火

        在石油化工生产中,“对加工物质的危险性认识不足”“误操作问题”“化学工艺问题”三类因素是主要的致灾因素。实践证明,只有通过有效的管理才能对危险性进行有效的控制,做到人、物和管理的有机结合。

        (一)要保证原材料和成品的质量
        当有的原材料或成品含有某种杂质时,就会给以后生产或储运过程留下事故隐患,因此要有专人负责领发料,建立专门制度,配料时应取样化验分析,核对品种、成分、数量,除去有害杂质,以保证原料的纯净。

        (二)要严格掌握原料的配比
        催化剂对化学反应的速度影响很大,如果配比失误,多加了催化剂,就可能发生危险。可燃、易燃物与氧化剂进行反应的生产,应严格控制氧化剂的投量。在某一配比条件下能够形成爆炸性混合物的生产,应控制在爆炸极限范围以外,或添加水蒸气、氮气等惰性气体进行稀释,以降低生产过程中的火灾爆炸危险。

        (三)防止加料过快过多
        在化学反应中,投料要有一定的速度和数量,不然可能引起剧烈的化学反应,造成跑冒物料,甚至发生火灾爆炸。对于放热反应过程,则会造成发热量过大,当冷却能力不足时,可能发生危险。一次投料的生产,如果投料过量,物料升温后体积膨胀,可能造成设备或容器爆裂。因此,液化气体和易燃液体应按设备容积的80%装料,过量则有发生设备或容器爆裂的危险。

        (四)注意物料的投料顺序
        石油、化工生产,必须严格按照一定的投料顺序进行操作。例如,氯化氢合成应先投氢后投氯,三氯化磷生产应先投磷后投氯,硫磷酯与一甲胺反应时,应先投硫磷酯,再滴加一甲胺,否则有发生燃烧爆炸的危险。

       (五)防止跑、冒、滴、漏
       生产设备、储存容器和输送管线等都要密闭,否则,漏出的易燃液体和可燃气体,随时都有发生火灾爆炸的危险。

       (六)严格控制温度
        反应物料都是在适当的温度下进行反应,如果超温,反应物就有可能分解着火或发生爆炸。化学反应在升温过快、过高或冷却降温设施发生故障时,可能引起剧烈反应而发生冲料或爆炸。有时化学反应由于温度下降而造成反应速度减慢或停滞,当反应温度恢复正常时,由于未反应的物料过多发生剧烈反应而爆炸。有时由于温度下降使物料冻结,堵塞管道,甚至造成设备、管道破裂,跑、漏易燃易爆物料而发生火灾爆炸。因此,必须按照操作规程进行,严格控制温度。

        (七)严格控制压力
        生产用的反应器和设备只能承受一定的压力,如果压力过高,则可能因造成设备、管道爆裂或化学反应剧烈而发生爆炸。正压生产的设备、管道等如果形成负压,把空气吸入设备、管道内,与易燃易爆物质形成爆炸性混合物,有发生火灾爆炸的危险。负压生产的设备、管道,如果出现正压情况,则易因跑、漏易燃易爆物料而发生危险。在各种不同压力下生产的设备和管道,要防止高压系统的压力窜入低压系统造成设备、管道爆裂。高压设备、管道和容器应有足够的耐压强度,并安装安全阀和压力计等安全装置,定期进行检查。

        (八)防止搅拌中断
        有的生产过程,如果中断搅拌可能造成散热不良,或因局部反应剧烈而发生危险。因此,为防止中断搅拌,应考虑安装二路电源或采取其他安全措施(如人工搅拌等)。

        (九)严守操作规程
        操作人员要熟悉生产工艺流程,操作时严格按照操作规程操作,并了解原材料性质和设备特点,一旦出现险情能迅速处置。

        (十)作好抽样探伤
        由于石油化工设备及受压容器,在温度应力、交变应力、介质强烈腐蚀等恶劣条件的作用下,容易出现泄漏,造成火灾和中毒事故。因此,每年都要作抽样探伤,必要时,还要做100%的检查。

        三、泄压排放

        石油化工生产的工艺装置和设备、储存运输设备,常常需要排放可燃气体或蒸气,为了确保排放安全,防止火灾爆炸事故发生,排放设施必须从工艺上和设计上采取相应的安全措施。安全泄压装置是化工过程中必不可少的安全附件,当被保护系统内介质压力超过规定值时,泄压装置动作并向外排放介质,防止压力继续升高而导致承压设备破坏。

        (一)泄压排放设施种类
        泄压排放设施按其功能分为两种:一种是正常情况下排放,如生产装置开车时,工艺设备吹扫时和停车检修时,需将设备内的废气、废液排空;化工产品的储存区和装卸区,为保证系统在工艺上和安全上的需要,把可燃蒸气和气体排入大气。另一种是事故情况下排放,当反应物料发生剧烈反应,采取加强冷却,减少投料等措施难以奏效,不能防止反应设备因超压、超温而发生爆燃或分解爆炸事故时,应将设备内物料及时排放,防止事故扩大;或紧急情况下自动启动安全阀、爆破片动作泄压;或发生火灾时,为了安全,将危险区域的易燃物料放空。甲、乙、丙类的设备均应有这些事故紧急排放设施。
        常用可燃气体或蒸气的排放系统可以利用专门的设施,或利用通常的工艺管道和容器进行排放。大型的石油化工生产装置都是通过火炬来排放易燃易爆气体的。火炬系统指将气体送至火炬的管线、火炬管(火炬筒)、燃料气管道、惰性气体管道、火炬点火、控制及信号装置等。可燃气体、蒸气或有毒气体经分离罐分离处理,对捕集下来的液滴或污液进行回收或经地下排污管排至安全地点;其气态物经防止回火的密封罐导入火炬系统,焚烧后排放到大气中。当中小型企业设置专用火炬进行排放有困难时,可将易燃易爆无毒的气体通过放空管(排气筒)直接排入大气,一般放空管安装在化学反应器、储运容器等设备上。  

        (二)火炬系统的安全设置
        1.防火间距
        全厂性火炬,应布置在工艺生产装置、易燃和可燃液体与液化石油气等可燃气体的储罐区和装卸区,以及全厂性重要辅助生产设施及人员集中场所全年最小频率风向的上风侧。火炬与甲、乙、丙类工艺装置,隔油池,天然气等石油气压缩机房,液化石油气等可燃气体罐区和灌装站、油品罐区、仓库以及其他全厂性重要设施等的防火间距,应符合现行国家标准《石油化工企业设计防火规范》(GB50160—2008)的要求。距火炬筒30m范围内严禁可燃气体放空。
        2.火炬高度
        火炬高度设计应充分考虑事故火炬出现最大排放量时,热辐射强度对人员和设备的影响。火炬的高度依据顶端火焰的辐射热对地面上人员的热影响,或大风时火焰长度及倾斜度对邻近构筑物及生产装置的热影响确定,应使火焰的辐射热不致影响人身及设备的安全。
        3.排放能力
        火炬的排放能力应以正常运转时、停车大检修时、全停电或部分停电时、仪器设备故障或发生火灾时等可能出现的排放量中最大可能的排出气量为准。必须保证火炬燃烧嘴具有能处理其中最大的气体排放量的能力。
        4.保证排出气体处理质量
        火炬具有净化、排放并使可燃性气态物质燃烧而消除可燃性的作用。当火焰脱离火炬和熄灭时,会有大量的有毒和可燃气体进入大气,因此火炬的顶部应设常明灯或其他可靠的点火设施。火炬燃烧嘴是关系到排出气体处理质量的重要部件,要求其喷出的气流速度要适中,一般控制在音速的1/5左右,既不能吹灭火焰,也不可将火焰吹飞。
        5.设置自动控制系统
        在中央控制室内应安装具有气体排放,输送和燃烧等的参数控制仪表和信号显示装置。主要参数应以极限值信号装置的调节仪表来控制,如送往火炬喷头的可燃气体和辅助燃气的流量低于计算流量的信号,火炬喷头火焰熄灭的信号,高限排放量的信号等。
        6.设置安全装置
        为了防止排出的气体带液体,可燃气体放空管道在接入火炬前,应设置分液器。为了防止火焰和空气倒入火炬筒,在火炬筒上部应安装防回火装置。为及时发现空气倒入火炬系统的情况,须设置火炬管内出现真空的信号装置,并能随即进行联锁,以改变吹洗可燃气体和惰性气体的供给量。为了防止气体通过液封时产生水力冲击或发生泄漏,应该在分离器、液封和冷凝液受槽上,安装最高和最低液位的信号装置。为更好地提高火炬装置的耐爆性,还可在排放气体的管道上安装气体的最低余压和流速的自动调节系统。为保证气体的无烟燃烧,应设有自动调节送至火炬喷头的可燃气体和蒸汽比例的调节器。当排放气体中含有乙炔或存在爆炸分解危险时,在火炬筒的入口前,应设置拉西环填料的塔式阻火器。

        (三)放空管的安全设置
        1.安装要求
        放空管一般应设在设备或容器的顶部,室内设备安设的放空管应引出室外,其管口要高于附近有人操作的最高设备2m以上。此外,连续排放的放空管口,还应高出半径20m范围内的平台或建筑物顶3.5m以上;间歇排放的放空管口,应高出10m范围内的平台或建筑物顶3.5m以上;平台或建筑物应与放空管垂直面呈45°。
        2.设置安全装置
        排放后可能立即燃烧的可燃气体,应经冷却装置冷却后接至放空设施。放空管上应安装阻火器或其他限制火焰的设备,以防止气体在管道出口处着火,并使火焰扩散到工艺装置中去。
        由于紧急放空管和安全阀放空管口均装于高出建筑物顶部,且排放易燃易爆介质,其冲出气柱较高,容易遭受雷击,因此放空管口应处在防雷保护范围内。当放空气体流速较快时,为防止因静电放电引起事故,放空管应有良好的接地。有条件时,可在放空管的下部连接氮气或水蒸气管线,以便稀释排放的可燃气体或蒸气,或防止雷击着火和静电着火。
      3.防止大气污染
        为了防止火灾危险和有害人身健康的大气污染,当事故放空大量可燃有毒气体及蒸气时,均须排放至火炬燃烧。排放可能携带腐蚀性液滴的可燃气体,应经过气液分离器分离后,接入通往火炬的管线,不得在装置附近未经燃烧直接放空。

        (四)安全阀的设置
        根据国家现行相关法规规定,在非正常条件下,可能超压的下列设备应设安全阀:
        1)顶部最高操作压力大于等于0.1MPa的压力容器。
        2)顶部最高操作压力大于0.03MPa的蒸馏塔、蒸发塔和汽提塔(汽提塔蒸汽通入另一蒸馏塔者除外)。
        3)往复式压缩机各段出口或电动往复泵、齿轮泵、螺杆泵等容积式泵的出口(设备本身已有安全阀者除外)。
        4)凡与鼓风机、离心式压缩机、离心泵或蒸汽往复泵出口连接的设备不能承受其最高压力时,鼓风机、离心式压缩机、离心泵或蒸汽往复泵的出口。
        5)可燃气体或液体受热膨胀,可能超过设计压力的设备。
        6)顶部最高操作压力为0.03~0.1MPa的设备应根据工艺要求设置。

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