石油化工装置设计与安全探索

时间：2020-12-08 10:12:01 所属分类：石油 浏览量:

石油是重要的能源和化学加工原材料，其对于工业生产的重要性不可否认，但其本身易燃易爆的特点也给石油化工生产带来了危险和隐患。相较于其他化工生产企业，以石油为原材料的化工企业需要更加合理、安全的设计，从装置到管道，从工艺路线到工艺系统，既要保

　　石油是重要的能源和化学加工原材料，其对于工业生产的重要性不可否认，但其本身易燃易爆的特点也给石油化工生产带来了危险和隐患。相较于其他化工生产企业，以石油为原材料的化工企业需要更加合理、安全的设计，从装置到管道，从工艺路线到工艺系统，既要保证企业生产的经济效益，也要保证化学加工的合理和安全。

　　1石油化工装置的安全问题

　　1.1石油化工装置常见的安全事故

　　石油化工产品以石油作为生产原材料，石油本身具有易燃易爆的危险特性，其半产品及产品大多也含有易燃易爆的特点，因此，石油化工生产中，常见的安全事故类型就是起火和爆炸。在石油化工生产过程中，不仅用作原材料和燃料的可燃液体在遇明火后会引发火灾，化工生产中产生的易燃气体和粉尘在空间密度超过安全范围时，遇到明火甚至会直接发生爆炸[1]。石油化工生产过程中的气体或可挥发液体往往成为工作人员急性中毒或慢性中毒的原因，这些气体或直接由口鼻进入人体，或通过与皮肤接触逐步渗入人体，对人体的呼吸道系统等器官造成损伤或引发病变，对工作人员的身体健康和生命安全造成威胁。化学加工反应中的放热反应危险性较大，稍不注意就会因为热量排散不到位而导致热能堆积，造成装置、管道的破坏，造成安全事故。

　　1.2导致石油化工装置安全事故的常见原因

　　1.2.1应力破坏应力是导致石油化工企业装置、管道破坏，进而导致液体、气体、粉尘跑冒滴漏的重要原因之一。其中，常见的应力之一就是温度应力。若装置和管道的金属部位因为长期的温度变化而处于热胀冷缩的状态，金属部位就很容易产生了金属疲劳，最后出现撕裂现象。若装置和管道因为长期接触低温液体、气体，或长期处于低温环境下工作，装置和管道的材料长期处于脆性转变温度以下的状态，材料缺少必要的韧性，严重时会导致装置、管道出现脆性断裂[2]，影响石油化工企业的安全生产。1.2.2腐蚀损坏部分石油化工企业的管道采用地下铺设的方式来输送原材料、燃料、半成品、产品、废水，实现辅助生产。石油化工管道运输的物质中含有大量的电解质，电解反应的出现会冲击石油管道自身的化学性质稳定性，出现管道腐蚀现象;石油化工管道多为合金材质，在面对运输物质中的硫化氢、氯离子时，难以形成有效抵抗，化学反应的出现推动了管道腐蚀现象的形成。1.2.3密封失效在石油化工企业的生产过程中，大多数装置、管道都是在密封状态下运行，这样能够有效减少原材料和能源的不必要损耗，减少粉尘、废气的无规则排放，为石油化学加工提供必要的反应环境。因此，密封是石油化工企业的装置、管道中十分重要的环节。以石油化工企业厂区内的储罐为例，储罐区内通常建造为数不少的大型储罐用于石油储备，这些储罐需要不定期向内部补充石油，因此需要时常开启，其中的油气难免有溢出的情况，也就造成的VOCs气体污染。

　　2石油化工装置设计与安全

　　对于石油化工企业的装置、管道设计而言，企业所采用的工艺流程很重要。工艺流程决定了企业所使用的装置、管道、材料和末端治理技术，合理的工艺流程能够有效提高企业生产的质量和效率，同时还能够防止企业出现管道冗余、过密等问题，控制石油化工企业的生产风险。

　　2.1石油化工工艺路线的设计与安全

　　2.1.1确定生产工艺流程生产工艺流程对于任何生产企业而言都十分重要，是合理构建生产秩序、引进先进技术、做好环保综合治理、控制施工成本和运营成本的重要环节，这一点在石油化工企业中也如此。因此，石油化工企业的管理层应当重视对工艺流程的设计，积极配合设计团队的工作开展，接受来自设计团队的意见和建议，根据自身的实际生产情况和需求来设计新的生产工艺流程，或进行老旧生产工艺流程的改建。在工艺流程设计过程中，设计团队要严格遵守国家规定、行业标准，严格遵守国家消防设施配备要求，严格遵守环保部门对于废水、废气、固废的控制和末端治理要求，切实提高石油化工企业的生产工艺流程设计水平。2.1.2提高石油化工装置设计安全性在石油化工企业的装置设计中，不仅要严格遵守国家相关法规来确定合理的生产工艺流程，设计团队还要根据企业的行业标准和实际生产情况来提高装置设计的安全性。以石油化工企业的储罐设计为例，70年代以后的储油罐通常设计为内浮顶储罐，这一设计在常温常压下液体储存方面有着非常明显的优势，也在实际生产中获得了证明。但随着化工生产环保要求的提升，储罐环节泄漏的VOCs气体也进入了工业废气综合治理的范畴，因此将内浮顶设计改为内浮顶+充氮+VOCs回收似乎成为业内流行趋势，但这样的装置设计在实际生产中存在着很多问题，首当其冲就是储罐的稳定性问题。2015年3月执行的《设计规范》中对储罐的稳固标准做了调整，单单固定顶储罐的稳固程度就翻了4倍。不少企业在设计时要求设计团队做内浮顶储罐，还要求充氮气。设计团队考虑到浮力问题，充氮的内浮顶储罐由于充了氮气，储罐的浮力更大，固有的稳定性设计已经不能满足储罐的稳定性需求，设计团队通过计算来明确锚固螺栓或地脚螺栓的数量和强度[3]，并与施工团队做好交底工作。然而，仍然有部分企业为了降低成本而偷工减料，导致储罐底部脱离、泄漏，引起不必要的成本增加，引发安全事故。2.1.3提高石油化工管道设计安全性在石油化工过程中，管道的设计需时较装置稍短，但由于管道整体路线较长，且跨越多个区域，衔接原材料、生产环节、产品输出线、三废治理，因此需要参与的人员较多，对多名设计人员之间的衔接和配合要求较高。想要有效提高石油化工企业管道设计的质量，减少管道设计的出错几率，提高管道设计的安全性，需要所有参与设计的工作人员各自做好自己的本职工作，借助计算机模拟技术、BIM技术进行模拟计算和仿真模型，尽可能提高管道设计质量和精确程度。在管道设计过程中，管道材质、阀门、管口、交叉、转折部位等都是设计的重点，是降低安全隐患的重要环节，设计团队必须做好温度、压力、扬程、抗震、抗裂相关计算和测试，将所有可能影响管道使用的因素都考虑在内，有任何的改动都要进行综合的考虑和评估，避免出现影响全局安全的短板。以液体从罐车处装卸的管道设计为例，鹤管是这一环节十分重要的组成，鹤管的插入罐车和提起是装卸过程中危险程度最高的节点[4]。因此，在设计团队做装卸管道设计时不仅要考虑鹤管会遇到的反冲力，还要计算鹤管连接泵机的扬程，更要注意对每一个鹤管的气相回收管道上都要加载阻火器和阀门，以提高使用鹤管装卸液体时的安全程度。

　　2.2石油化工工艺系统的设计与安全

　　石油化工企业的生产工艺流程是一个整体，在做装置和管道设计时，设计团队难免会遇到温度、压力、流体性质、材质要求、工艺要求不同的情况，面对这种情况，设计师需要遵循系统性原则，坚持服从最高要求标准，提高石油化工企业装置、管道设计的安全性。比如在选择石油化工企业管道材料时，设计团队需要根据生产工艺流程中的最高压、最低压、温度波动区间等参数来挑选设计方案中的管道材料，尽可能在预算范围内选出性价比最优的管道材料，控制企业建设和运行成本，避免因为偷工减料而影响企业的生产安全。除此外，设计团队还要注意所设计的管道在检修、维护方面的便捷性，进行管道布设的简化设计，进一步降低生产安全事故发生的几率。HAZOP是国外常用的风险评估分析方法，于2004年在我国进行推广应用。目前，HAZOP已经发展成为一种计算机辅助技术，以层次分析法为基础，以模糊综合理论和统计数据库进行量化，确定事故可能造成的风险等级。在石油化工装置设计中，HAZOP已经从定性分析发展为定量分析，比如加氢裂化装置进行HAZOP分析，验证该节点的重要性以及风险等级定性，辅助装置设计团队做相应的防护措施及应急方案。

　　3结束语

　　石油化工装置的设计要从安全、经济、整体等多方面进行考虑，综合整体布局、操作空间、功能作用、生产安全等诸多因素，需要设计团队、施工团队的多方配合，方能收到较好的效果，保证石油化工企业的经济效益和生产安全。

　　参考文献

　　[1]田建园.石油化工装置检修过程中的安全管理措施研究[J].石化技术，2020，27(1)：252-253.

　　[4]李长青，尹杰，于广山.石油化工工艺装置蒸汽管道配管设计要点[J].化工管理，2016(36)：143.

　　[3]白崇平.钢结构石油化工装置框架的结构设计与选型分析[D].兰州：兰州大学，2019.

　　[4]沈显超，郑勇，杨毅凡.石油化工装置管道设计的安全问题[J].化工设计通讯，2019，45(1)：100-101.

　　《石油化工装置设计与安全探索》来源：《石化技术》，作者：余成

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