绪章化工安全简介

简要介绍化工生产中的危险性分析（工厂选址，工厂布局，建筑物结构，对所处理物料的危险性认识，化工工艺，物料输送过程，人为误操作，设备缺陷，防灾计划不充分）、化工事故的特点（火灾爆炸、中毒事故多，正常生产过程中事故发生多，材质和加工缺陷以及腐蚀，事故的集中、多发）、化工装置紧急状态（运转失灵，故障，异常，事故）、化工事故的主要原因（设计上的不足，设备上的缺陷，操作上的错误，管理上的漏洞，
不遵守劳动纪律）、化学工业安全措施（设备安全，物料加工和操作安全，装置布局安全）等方面

●0.1化工过程安全简介

化工生产一方面大量使用易燃、易爆、有毒或腐蚀性的化学品，另一方面往往采用高温高压或低温真空的操作方式，所以如果对其危险性不能正确认识，不采取科学有效的防范措施，必将造成事故的发生，导致严重的生命财产损失和不可挽回的环境污染问题。而且，随着现代化学工业的迅猛发展，化工生产规模日益扩大，生产装置大型化、过程连续化、控制自动化的特点越发显著，发生重大事故的危险性亦趋于增加。所以，化工生产安全的重要性已不亚于化工生产本身，逐渐发展成为一门包括化学工程、安全科学、系统工程等多种高新技术、复杂理论和工程实践相结合的学科，内容涉及化工安全设计、危险化学品安全管理、重大危险源及其辨识、安全监测与控制、安全分析与评价、火灾预防与环境保护等多个方面。此过程中，必须依靠工程技术与科学管理手段，来提高化工过程的本质安全度，提高工程技术人员与管理者的安全素质。

第一章安全工程相关理论

化工生产的特点决定生产过程的危险性，本章主要介绍了常见的易燃气体、压缩气体、易燃液体、易燃固体的特点和危险性，及安全标志的使用；化工火灾爆炸事故发生的原理及分类，火灾爆炸的危险性评价以及其预防措施；有毒物质的危害性、中毒途径、毒性评价方法和预防措施；事故致因理论的发展过程中代表性的海因里希因果连锁理论、现代因果连锁理论、能量意外释放理论、系统安全理论进行介绍，得出预防化工事故的预防措施。

●1.1化学品的危险性

化工生产中常见的易燃易爆危险品，主要有易燃气体、压缩气体、易燃液体、易燃固体，这些危险品的主要危险性，危险性分类及评估，储存及危险性标志的认识。

●1.2化工防火防爆安全技术

火灾爆炸的相关理论，火灾与爆炸危险性分类及评估方法，生产中火灾爆炸的防护措施。

●1.3 工业毒物的危害及防护

工业毒物及中毒的定义，工业毒物引起中毒的途径及对人体的危害，工业毒物的分类及毒性评价，防止中毒的措施。

●1.4 事故致因理论

对事故发生原因、过程、预防的相关理论研究，事故致因理论发展概况，典型的海因里希因果理论、现代因果理论、能量意外释放因果理论、系统因果理论介绍。

第二章化工单元安全分析

机械设备是实现化工生产必不可少的组成部分。一般说来，可以将其分成为两大部分，一个是通用设备与及机器部分，另外还有就是化工（专用）设备与机器部分。前者使用较多的有锅炉、起重机械等；后者包括化工静设备（如化工容器、换热器、反应器、塔器、管式炉等，其中相当一部分是压力容器）和化工机器（如气体压缩机、机泵、风机、离心机等）。其中有相当数量属于特种设备，如锅炉、压力容器、气瓶、起重设备及压力管道等。对化工单元设备进行安全分析，可以及时发现潜在的危险源，及时采取安全措施，杜绝事故的发生。

●2.1化工管路安全

在单元设备中，化工生产企业对阀门、管路的安全性十分重视。据Worcester控制公司介绍，20世纪90年代，美国炼油厂每年发生着火事件（事故）约4000起，其中30%左右都直接与管道和（或）阀门有关。所以，针对管路进行安全分析十分必要，往往可以起到及时发现和预防重大事故的重要作用。

●2.2化工压力容器安全

压力容器（如塔、器、釜、槽、罐），在化学工业中有着广泛应用。由于压力容器所处的温度、压力、介质、环境等极为复杂，在苛刻的条件下运行，有事故率高、危害性大的特点。瑞士在保险公司的统计资料显示，导致化学工业和石油工业事故的九大类型危险源中，设备缺陷问题居于第一位。由设备缺陷引发的事故，在化学工业中占31.1％，在石油工业中占46.0％。如果消除压力容器的设备缺陷，会有效改善化学工业和石油工业的安全。

●2.3 化工换热器安全

换热器是石化生产过程的重要设备之一，约占建厂投资的1/5，占工艺设备总重量的2/5。强度原因在换热器故障失效中仅占较小比例，因为现代设计已规范化，制造与检修多受到监控。所以，目前换热器失效多以腐蚀为主，这与设计、制造、工况与操作等因素密切有关。换热器不仅有介质的腐蚀，还有结垢腐蚀，以及冲蚀、热腐蚀、焊缝腐蚀与电偶腐蚀等。换热器失效部件约70%为换热管，而换热管失效大多是由于污垢沉积，有害离子浓缩而导致管壁腐蚀穿孔。管子垢下腐蚀会造成物料的内部串漏，影响正常工艺操作，甚至停车，所以通过清洗除垢是石化企业设备管理中一项很重要的工作。

●2.4化工反应器安全

化学反应器的安全问题主要来自化工反应的危险性，具体包括：
①含有本质上不稳定物质的化工反应，这些不稳定物质可能是原料、中间产物、成品、副产品、添加物或杂质等；
②放热的化工反应；
③含有易燃物料且在高温、高压下运行的化工反应；
④含有易燃物料且在低温状况下运行的化工反应；
⑤在爆炸极限内或接近爆炸极限的化工反应；
⑥有可能形成尘雾爆炸性混合物的化工反应；
⑦有高毒物料存在的化工反应；
⑧高压或超高压的化工反应。

第三章化工工艺安全分析

工艺安全分析是化工企业安全管理和决策科学化的基础，是依靠现代科学技术预防事故的具体体现。化工工艺安全分析方法是对工艺系统中的危险性、危害性进行分析评价的工具，其分析内容相当丰富，分析的目的和对象不同，具体的分析内容和指标也不相同。目前常用的化工工艺安全分析方法有安全检查表、预先危险性分析、火灾、爆炸危险指数评价法、帝国化学公司蒙德法、日本危险度评价法、作业条件危险性评价法、故障类型和影响分析法等。安全分析方法分为定性分析、定量分析和半定量分析。

●3.1符号有向图法

符号定向图（Signed Directed Graph, SDG）是一种基于定性模型的故障检测方法。SDG是一种显示过程变量之间关系的图，还反映了所涉及的装置的特性以及系统的总体拓扑结构。SDG由节点和有向线构成。节点可以描述过程变量、传感器、系统故障、元器件错误或子系统错误。要用SDG诊断故障，首先需要定义每个变量的高、低阈值：当被测变量正常时，节点取零；当被测变量大于上限或者节点代表的事件发生时，该节点取“+”；当被测变量低于下限时，节点取“－”。节点之间的有向弧则体现了原因节点和结果节点之间的联系，这些弧可能是以其他事件为前提的。与每个有向弧对应的符号可以取“＋”或“－”，分别代表原因和结果是在相同方向还是相反方向变化。当原因节点事件的出现导致结果节点事件发生负向偏离时，有向弧取“－”号。同样，当原因节点事件的出现导致结果节点事件发生正向偏离时，取“＋”号。使用SDG诊断故障的目标是通过所观察的症状，能够定位代表系统故障的根节点。为获得根节点，测量节点的偏离将通过一致弧从结果节点传播到原因节点，直到能够确定根节点为止。如果原因节点的符号乘以弧的符号，再乘以结果节点的符号，其结果是正的，则一个弧被称为是一致的。

●3.2危险与可操作性分析

危险与可操作性分析（HAZOP, Hazard and Operability Analysis）技术最早是在20世纪60年代中期由英国帝国化学公司（ICI）首先开发应用的，是由各专业人员组成的分析小组对工艺过程的危险和操作性进行分析，即对新建或者已有的过程装置及工程本质进行正式的、系统的严格审查来评估单个装置的危险可能性和可能对整套装置造成的影响的一种技术。HAZOP分析的目的在于识别已有的高危险性装置的潜在危险，除去导致重大安全的问题，例如有毒物质泄漏、火灾和爆炸等。经过几十年的发展，HAZOP分析不仅能够识别危险，而且可以辨识操作问题，其应用范围已经扩大到其它领域，例如医疗诊断系统、路况安全监测、可再生能源系统、可编程电子系统等，是过程工业（尤其是石化企业）中广泛应用的识别危险与操作性问题的安全分析技术之一。

●3.3  稳态模拟

对于一个化工过程，经常需要从整体上进行详尽考察以探求其在各参数对系统整体性能的影响。这样深入的分析与了解属于稳态模拟的内容。稳态模拟的任务是对给定的化工系统建立数学模型，通过该数学模型的求解，对系统的整体特性进行计算，f即通过数学模拟来分析各单元过程的设备结构参数和操作参数对系统整体性能的影响。通过稳态模拟要求做到单元过程参数对化工系统影响的研究从定性和半定量的估计提高到定量的数学描述。

●3.4动态模拟

由于化工稳态过程只是相对和暂时的，实际过程中总是存在各种各样的波动、干扰以及条件的变化，因而化工过程的动态变化是必然和经常发生的。归纳引起波动的因素主要有以下几类：
① 计划内的变更，如原料批次变化，计划内的高负荷生产或减负荷操作，设备的定期切换等。
② 过程本身就是不稳定的。例如，新型周期性脉冲式反应器；事故状态时向火炬排放设备中气体的过程；批处理操作过程，等等。
③ 意外事故，设备故障、人为的误操作等。
④ 装置的开停车。
以上的种种波动和干扰，都会引起原有的稳态过程和平衡发生破坏，而使系统向着新的平衡发展。这一过程的分析，不是稳态模拟所能解决的，而必须由化工过程动态模拟来回答。与稳态模拟不同，动态模拟考虑到了物料和热量的累计量，所以可以获得更多更详细的系统信息。

第四章化工装置安全防护

在化工装置生产过程中，故障一旦发生，可能会威胁到操作人员的人身安全和生产流程的设备安全。所以，针对这些可能发生的危险源进行安全防护，是保证化工安全生产的重要环节。所谓安全防护，就是依靠科学技术和管理，采取技术措施和管理措施，消除生产过程中危及人身安全和健康的不良环境、不安全设备和设施、不安全环境、不安全场所和不安全行为，防止伤亡事故和职业危害，保障劳动者在生产过程中的安全与健康的总称。下面就分别针对前述的管路泄露、换热器结垢、精馏塔效率降低、反应器超压四类故障，逐一介绍其对应的安全防护措施。

●4.1安全泄放装置

压力管道、压力容器是在化工生产过程中常常遇到的，这种带压的设备或者管道在受到火灾或者操作故障、停电、停水等等异常状态时会发生严重的安全事故。为了安全操作，在化工装置设计时会设置安全泄放装置，其作用主要是防止压力容器或者管道受影响造成操作压力高于设计压力而发生爆炸事故。安全泄放装置在介质压力高于设计压力时会立即动作，泄放出压力介质，降低设备或者管线的压力，以保证装置的安全正常运行。

●4.2安全联锁系统

基于新时代化工行业发展，化工生产生产规模显著提升，安全生产周期增长明显，以及化工安全对外界因素有了更高的要求，因此需要更加关注化工安全生产，这就需要化工企业重视自动化控制技术与安全联锁在化工安全中应用。自动化控制与安全联锁是保障化工生产安全的主要手段。若果化工装置一定的潜在危险，例如有毒气体的泄漏或者可燃气体泄漏，接收到信号的自动化装置会自动开启应急处理措施，从而降低员工在生产过程中遭受的风险。

第五章化工安全仿真实习

虚拟仿真实验教学项目为学生搭建工业化工装置的3D虚拟实验环境，旨在提高学生的创新设计、工程实践和安全防控能力，实现传统吸收实验难以完成的工业级实验及应急处置教学功能。学生通过本虚拟仿真实验项目，应具备下列能力：
⑴ 通过自主学习和反复容错试错仿真操作，深层次理解化工单元知识。
⑵ 熟悉实际工业生产操作模式，通过中控和外操界面控制生产参数，进行稳态开车、稳态停车，且具备一定的团队协作能力。
⑶ 通过虚拟仿真环境下开放式参数调节训练，使学生具备安全生产意识并能正确处理故障。

●5.1工业操作模式介绍

虚拟仿真软件提供与化工生产企业实际使用的中控界面高度一致的仿真中控界面、VR/3D仿真生产现场界面及分析界面，并实现了多终端同时操作一个后台的团队协同式操作模式，从而为学生以小组为单位、协同操作提供了技术支持。

●5.2开车前准备工作

工艺装置完成建设之后，在开车运行前要进行一次全面的安全检查验收。目的是检查工艺装置是否全部完工，质量是否合格，劳动保护安全卫生设施是否完善，设备、容器、管道内部是否全部吹扫干净、封闭，盲板是否按照要求抽加完毕，确保无遗漏，检修现场是否工完料尽，检查人员及工具是否撤出撤出现场，达到开车条件。

●5.3开车策略

对于化工生产装置，即使是详细认真地进行设计，精心细致地进行安装，周密地计划启动，开车过程中也会发生各种故障。特别是新开发的工艺，其故障较多。开车的组织者及操作人员要正确掌握和分析各种现象，可采取下列方法减少开车事故：
(1)正确分析运行中的各种现象，如比较设计条件与生产运转的数据或比较发生故障之前的数据和正常时的数据，再稍微调整运转条件，消除可能引起事故的因素；
(2)对于蒸馏来说，会引起液泛、雾沫夹带及其他阻碍正常蒸馏操作的现象，要査明与之关联的原因。
(3)要特别注意冷却、加热介质及工艺流体的出、入口温度和压力的变化，对加热器未按计量供给热能，又没有污染时，是蒸汽加热的，检查疏水器效果及加热器内是否积存冷凝水；是蒸汽以外的热介质加热的，检査热介质本身的温度及加热管内的液体流动是否畅通；
(4)换热器因启动时运转不恰当引起污染(污垢)时，,要特别注意冷却、加热介质及工艺流体的出、入口温度和压力的变化。对加热器没有按设计供给热量，但没有污染时，如果是蒸汽加热,就会因疏水器效果不好而使加热器积存冷凝水。蒸汽以外的热介质虽然温度够但没有热传递时，应考虑管内液体是否完全停止流动或流动不通畅；
(5)在装填催化剂的反应器中，运转条件正常，可是得不到所要求的反应生成物时，应考虑反应器内部的格子板及分布器等在结构上有缺陷，有关仪表有错误，反应器内发生偏流，反应系统的清洗或干燥不足等。如果没有这些问题，就需研究是否是催化剂的活性及本身有缺陷，是否是活化不恰当。

●5.4停车方案制定

化工生产中，停车是极其重要的环节。任何疏忽或处理不当都极易产生各种事故，从而导致严重的经济损失或人员伤亡。对于大型的石化装置，每一次非计划停车，即使是完全正常，也会造成数十万、甚至数百万的经济损失。因此我国历来无不对停车过程给予高度的重视。然而在没有动态模拟的情况下，停车过程主要是根据经验进行操作，不可能也不允许直接在装置上做任何试验。因而，对于操作者来说，停车主要依靠经验，很少能从理论上予以验证。自从有了动态模拟以来，它已广泛应用于停车过程的动态研究。从理论上探讨、分析停车过程的特性，从而指导停车过程的实施，其主要作用有：缩短停车时间，尽快达到安全停车；降低物耗、能耗，减少停车损耗；避免可能产生的误操作或事故；减少不合格产品；保证停车过程顺利进行等。

●5.5 稳定状态的确定

在化学工业生产中，稳态工艺安全主要指工艺参数的平稳控制，包括温度、压力、液位、流量、物料配比等。工艺参数失控，不但破坏了平稳的生产过程，还常常是导致火灾爆炸事故的“祸根”之一。所以，严格将工艺参数控制在安全限度以内，是实现安全生产的基本保证。

●5.6事故预防

事故预防就是根据化工流程运行规律，预测和分析事故发生的一种重要手段。大多数情况下，化学工业采用一般的判断和常规的工程技术就可以确保安全。当流程中所采用的物流或操作方法、操作程序变得更危险时，确保安全操作的问题会变得更加复杂，往往要求采用专业安全分析方法，这种技术只能通过专门的培训和类似的经验得到。然而，在生产过程中导致事故发生的原因是很多的，预防事故需要预先发现、鉴别和判明可能导致发生灾害事故的各种危险因素，尤其是那些潜在的因素，以便于消除或控制这些危险，防止和避免发生灾害事故。所以，基于化工基本原理，依据系统工程分析手段，进行化工安全的机理分析和诊断就十分必要。

●5.7 事故处理

采用正确的思想方法和科学步骤处理化工过程故障问题十分重要。首先，要合理科学地推理和判断故障源。既不要忽视那些显而易见的现象，又不要盲目轻信，以免导致故障处理延误而功亏一篑。如果有几种见解难于分辨而需作进一步现场测试检验时，应从最易鉴别是非的见解开始。而需停车鉴别的，一般应放在最后，因为代价太高。其次，要从安全和环境保护的角度对故障危险性作出评估。如果存在危险性，应采取应急措施排除危险，并尽量采取一些临时性措施维持生产，减少故障带来的各类损失。

●5.8精馏塔仿真实习

本岗位是气体分馏装置的一部分，作用是将液化石油气中的C2、C3组分与C4组分分离开来。来自催化裂化装置的液化石油气经脱硫醇处理后进入本岗位。来料首先进入储罐D－701，然后用脱丙烷塔进料泵P－701A/B抽出，流经脱丙烷塔进料加热器E－701时，用来自催化裂化装置吸收—稳定系统的稳定汽油加热至79℃，然后进入脱丙塔C－701。
脱丙烷塔C－701内设68块浮阀塔板。该塔的主要作用是将进料中的C2、C3 与C4分离开来，从塔顶得到C2和C3的混合物，从塔釜得到各种C4的混合物。C－701塔顶汽相物料经脱丙烷塔顶空冷器EC－701冷凝后进入脱丙烷塔回流罐D－702，罐内的液体一部分用脱丙烷塔回流泵P－702A/B抽出作为回流送回C-701塔顶；另一部分用采出泵P－703A/B抽出送至脱乙烷塔，以将其中的C2和C3组分分离开来。C－701塔底液相物料一部分流经再沸器E－702，被低压蒸汽加热汽化后返回C－701；另一部分液相物料则作为塔釜产品依靠塔自身的压力被送往脱丁烷塔，以将其中的轻C4和重C4分离开来。

●5.9吸收塔仿真实习

该实习模拟重油催化裂化装置中吸收—稳定工段的吸收单元，工艺原理是从富气和粗汽油中回收C3和C4组分。原料气自吸收塔D-301底部进入吸收塔，与自上而下的吸收油（贫油）接触，富气中的C3和C4组分被吸收下来，未被吸收的不凝气（贫气）由塔顶排出，在换热器E-306中经冷冻水冷却后进入尾气（液）分离罐V-304，回收冷凝下来的烃类后排至放空总管进入大气。贫油被泵P－302A/B自储罐V-311抽出，在吸收塔内吸收C3和C4成为富油后从塔底排出，被送往解吸塔D-302。在解吸塔中，富油中的C3和C4被蒸出而成为贫油，贫油自塔底出来，经E-312被冷冻水冷却，又被送回V-311。解吸塔底有换热器E-314，其中通入水蒸汽，此为解吸操作所需热量的来源。自吸收塔出来的富油与从解吸塔出来的贫油在E-311中进行热交换。
装置运行过程中，吸收塔D-301的压力比解吸塔D-302高，D-302压力又比储罐V-311高，V-311中的贫油用泵送至吸收塔顶。