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            安全管理网

            车间装置与设备布置的安全分析培训

            文档来源: 安全管理网
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            更新时间: 2021年01月04日
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            4、车间装置与设备布置的安全分析 备注:1 4.0 工厂的定位、选址和布局 工厂所在的地区,工厂和环境以及工厂内部组件之间的相对位置,对化工厂的安全是至关重要的问题。 这包括化工厂的定位、选址、布局和单元区域规划四方面的内容 备注:2 厂址选择对企业尤为重要: 厂址一旦确定,就需要投入大量资金进行建设,许多资金就会沉淀为固定成本,很难改变, 若厂址选择发生错误,必然造成巨大的经济损失和人力、物力的大量浪费。 同时,厂址选择对于建成后的生产经营费用、产品和服务质量以及成本都有极大而长久的影响,一旦选择不当,带来的不良后果往往是难以消除的。 因此,任何企业在选址时,决策者都会进行周密的调研,详尽考虑各种情况。 备注:3 4.0.1 危险和防护的一般考虑 在工厂的定位、选址和布局中,会有各式各样的危险。 为便于讨论,可以把它们划分为潜在的和直接的两种类型。前者称为一级危险,后者称为二级危险。 备注:4 对于一级危险,在正常条件下不会造成人身或财产的损害,只有触发事故时才会引起损伤、火灾或爆炸。 典型的一级危险有: ①有易燃物质存在;②有热源存在; ③有火源存在;④有富氧存在; ⑤有压缩物质存在;⑥有毒性物质存在; ⑦人员失误的可能性;⑧机械故障的可能性; ⑨人员、物料和车辆在厂区的流动; ⑩由于蒸气云降低能见度等。 备注:5 一级危险失去控制就会发展成为二级危险,造成对人身或财产的直接损害。 二级危险为: ①火灾; ②爆炸; ③游离毒性物质的释放; ④跌伤; ⑤倒塌; ⑥碰撞。 备注:6 对于所有上述两级危险,可以设置三道防护线。第一道防护线是为了解决一级危险,并防止二级危险的发生。 第一道防护线的成功主要取决于所使用设备的精细制造工艺,如无破损、无泄漏等。 在工厂的布局和规划中也有有助于构筑第一道防护线的内容,如: (1)根据主导风的风向,把火源置于易燃物质可能释放点的上风侧; (2)为人员、物料和车辆的流动提供充分的通道。 尽管做出以上努力,但仍时有二级危险例如火灾发生。 备注:7 对于二级危险,为了把生命和财产的损失降至最小程度,需要实施第二道防护线,在工厂的选址和规划方面采取一些步骤,如: (1)把最危险的区域与人员最常在的区域隔离开; (2)在关键部位安放灭火器材。 不管预防措施如何完善,但仍时有人身伤害事故发生。 备注:8 第三道防护线是提供有效的急救和医疗设施,使受到伤害的人员得到迅速救治。 最后一道防护线的意义是迅速救治未能防止住的伤害。 备注:9 考虑完成上述防护线的工具和方法,其中一些自然界可以提供,而另外一些则只能由人给出。 让我们先讨论自然的方法。地形是规划安全时可以利用的一个因素。 正如液体向下流一样,从运行工厂释放出的许多易燃或毒性气体也是如此??梢允实崩谜飧龅乩硖卣髯魑踩ぞ呶颐欠衽懦庑┪O掌?。 巨大水量的水源灭火时极为重要,水供应得充足与否往往决定着灭火的成败。 主导风方向是另一个重要的自然因素。从地方气象资料可以确定刮各个方向风的时间的百分率,通过选址和布局使得主导风有助于防止易燃物飘向火源,防止蒸气云或毒性气体飘过人口稠密区或穿越道路。很显然,风并不总是沿着主导的方向吹,但是选址和布局所做的是多重选择中最佳的一种。 备注:10 超出自然方法之外,人工智能也可以提供一些强化安全的要素,隔开距离就是这样的一种要素。 隔开距离实现不同危险之间以及危险和人之间的隔离, 比如,燃烧炉和向大气排放的释放阀之间以及高压容器和操作室之间,都要隔开一段距离。类似的方法是用物理屏障隔离。 一个典型的例子是用围堰限制液体的溢流,如围绕贮罐的围堰就是起这种作用。 备注:11 两种经常结合应用的方法是危险的集中和危险的标识。 考虑压力贮存容器的定位,最好是把这类装置隔离在工厂的一个特定区域内,使得危险集中易于确定危险区的界限。 首先是使值班人以外的人员都远离危险区; 其次是必须工作在或必须通过危险区的人员完全熟悉存在的危险情况,可以相对安全。 备注:12 同时还应该注意到危险集中的不利之处,一个容器起火或爆炸有可能波及相邻的容器,造成更大的损失。 是经验告诉人们,集中的危险会受到更密切的关注,有可能会减少事故,把危险分散至全厂而不为人所注意会更具危险。 作为安全工具,可以设计和配置一些物理设施,如救火水系统、安全喷射器、急救站等,以备对付危险之用。 备注:13 4.0.2 工厂的定位问题 考虑工厂定位,要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?;こФㄎ?,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。 备注:14 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?;ず头缇坝卫赖厍?; (7)城镇等人口密集的地区。 备注:15 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。对于这方面的内容,不再赘述。 备注:16 4.0.3 工厂选址的安全问题 工厂选址仍然是一种工厂相对于其环境的定位问题。 化工厂对其所在的社区可能会有多种危险, 从工厂飘逸出的有毒或有害气体会进入居民区或其他人口稠密的地区; 易燃气体会飘过如其他工厂的煅烧炉之类的火源; 冷却塔的烟雾会飘过交通繁忙的高速公路或道路等等。 隔开距离,把厂址选择在一个孤立地区可以解决上述问题。 备注:17 如果客观条件不允许实现以上举措,可以依据主导风,把工厂置于社区的下风区域。 虽然风并不总是沿着主导的方向吹,但这至少可以部分改善上述危险产生的困扰。 工厂高构筑物可能的坍塌是对社区的另一种潜在的危险。在许多城市,建筑法规要求,高建筑物或构筑物都要留有一定的间距,防止落体砸伤行人、汽车司乘人员或砸坏邻近的设施。 备注:18 工厂会产生需要排除的废液。应该确保预期的排污方法不会污染社区的饮用水。特别是对于渔业,对海洋生物的毒性作用会成为严重问题??赡芎斜ɑ旌衔锏娜粘E盼酃艿牢癖夭豢纱┰焦驳幕蛩饺说牡亟?。 对工厂的主要进出口点要格外小心。上下班时进,出厂的交通车量剧增,如果不适当安排或疏散,会引起严重的交通事故。如果工厂邻近高速公路,会有车辆离开公路冲人工厂的危险。毗邻的工厂可能会释放出毒性或易燃气体飘入工厂,引起人员中毒或由于火花或加热面而起火。在这种情况下,如果可能,最好是把工厂建于上风区,或是隔开一定的距离。 备注:19 工厂布局的安全问题 4.0.4 工厂布局的安全问题 工厂布局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。 备注:20 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。 备注:21 1.工艺装置区 加工单元可能是工厂中最危险的区域。 首先应该汇集这个区域的一级危险,找出毒性或易燃物质、高温、高压、火源等。这些地方有很多机械设备,容易发生故障,加上人员可能的失误而使其充满危险。 在安全方面惟一可取之处是通常过程单元人员较少。 备注:22 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。 过程区和主要罐区有交互危险性,两者最好保持相当的距离。 备注:23 过程单元除应该集中分布外,还应注意区域不宜太拥挤。因为不同过程单元间可能会有交互危险性。过程单元间要隔开一定的距离。特别是对于各单元不是一体化过程的情形,完全有可能一个单元满负荷运转,而邻近的另一个单元正在停车大修,从而使潜在危险增加。危险区的火源、大型作业、机器的移动、人员的密集等都是应该特别注意的事项。 备注:24 目前在化学工业中,过程单元间的间距仍然是安全评价的重要内容。 对于过程单元本身的安全评价,比较重要的因素有: ①操作温度;②操作压力; ③单元中物料的类型;④单元中物料的量; ⑤单元中设备的类型;⑥单元的相对投资额; ⑦救火或其它紧急操作需要的空间。 备注:25 2.罐区 贮存容器,比如贮罐,是需要特别重视的装置。每个这样的容器都是巨大的能量或毒性物质的贮存器。 容器能够释放出大量的毒性或易燃性的物质,需置于工厂的下风区域。 贮罐应该安置在工厂中的专用区域,加强其作为危险区的标识,使通过该区域的无关车辆降至最低限度。 备注:26 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。 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。 备注:27 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?;ご胧?。 备注:28 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。 备注:29 锅炉设备和配电设备应该设置在易燃液体设备的上风区域。 锅炉房和泵站应该设置在工厂中其他设施的火灾或爆炸不会危及的地区。 管线在道路上方穿过要引起特别注意。高架的间隙应留有如起重机等 重型设备的方便通路,减少碰到的危险。 备注:30 管路一定不能穿过围堰区,围堰区的火灾有可能毁坏管路。 冷却塔释放出的烟雾会影响人的视线,冷却塔不宜靠近铁路、公路或 其他公用设施。大型冷却塔会产生很大噪声,应该与居民区有较大的距离。 备注:31 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。 备注:32 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。 备注:33 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。 研究室与其他管理机构,直接连接是不恰当的。 备注:34 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。 高温煅烧炉的安全考虑呈现出矛盾。作为火源,应将其置于工厂的上风区,但是严重的操作失误会使煅烧炉喷射出相当量的易燃物,对此则应将其置于工厂的下风区。作为折中方案,可以把锻烧炉置于工厂的侧面风区域。与其他设施隔开一定的距离也是可行的方案。 备注:35 4.0.5 厂址的选择及总平面设计示例 已知条件 某化工厂年产烧碱40 000 t、环氧树脂4 000 t;另外,还生产盐酸、氛丙烯、环氧级丙烷、环氧丙烷等产品。初步拟订厂区的总平面布置如图所示。 备注:36 备注:37 该化工厂属于中型企业,原材料的消耗量、产品量都 比较大,僻要有便利的交通条件。从图可以看出,该厂在一铁道线附近,有通往城镇的公路,交通便利。这样,原料食盐由铁路运翰到厂内原料仓库; 丙烯气体由邻近一炼油厂通过管道输送到丙烯液化站。 厂区一面靠山,可以利用地形,有利于工厂布置,工厂内地势比较平坦,建厂时,土石方量不大。 离该厂 2公里有一条河,工厂用水取自该河,污水经处理后,由暗沟排人河中。 电力由国家电力网供应,较为充足。 厂区内地质条件好,主导风向为东南风。 综上所述,厂址的选择是合理的,但也有缺点,主要是离河太远,不利于水运和供排水。 备注:38 (1)流程合理 从图可以看出,工厂布置结合了工艺特性,厂址的自然条件和运输条件,保证了各个生产装置短捷的生产作业线,避免了流程的迂回曲折。 负荷比较集中,变电室靠近耗电量最大的电解车间,锅炉房也离蒸发工段不远。 原料库与成品库均在铁路线旁边,装卸运输都很方便。 备注:39 (2)符合安全、卫生的要求 该厂的氯气是剧毒气体;另外,氢气、丙烯和其他一些有机产品都是易燃、易爆的化学品;盐酸及释放的抓化氢是强腐蚀性的物质。这些在本设计中均采取了相应的安全措施。 例如将厂内有机部分的车间排列在下风向; 氯气液化车间及液氯贮槽、丙烯贮槽等布置在山脚下,山可以起到一定的隔离的作用。 办公楼和生活区在有机部分及氯气车间的上风向,减少了这些有毒物品对人体的危害。 备注:40 (3)符合发展要求 厂内各车间及厂房之间留有余地,该厂的西南面地势平坦,这些对工厂投产后,随产品销售及工艺流程情况的变化,有利于扩建或改建。 综上所述,工厂的布置是合理的。 备注:41 大亚湾核电站的选址问题: 选址考虑的因素主要是什么? 地址的优势和劣势各是什么? 备注:42 中国广东核电集团的形成起始于大亚湾核电站的创建。大亚湾核电站于1987年8月,按照中央决定的"借贷建设、售电还钱、合资经营"的模式开工兴建,到1994年5月,成功建成了我国大陆第一座大型商业核电站,拥有两台装机容量为984兆瓦的压水堆核电机组。 中国广东大亚湾核电站,位于广东省深圳市以东约70公里的麻岭角,依山傍海,是中国大陆第一座具有世界先进水平的大型核电站。 备注:43 2003年,大亚湾核电站两台机组实现上网电量143.84亿千瓦时;机组能力因子87.46%,负荷因子87.03%; 1999年到2003年,在法国电力公司(EDF)组织的核电站安全运行挑战赛中,大亚湾核电站两次获得"核安全"第一名,两次获得"工业安全"和"辐射安全"第一名; 备注:44 截止2004年8月底,大亚湾核电站投入商业运行十年来累计实现上网电量1356.88亿千瓦时,其中输往香港918.20亿千瓦时;累计偿还基建贷款本息48.8亿美元,占还本付息总额的91.6%。 备注:45 当初在选择大亚湾核电站的地址时,有深圳湾、大鹏湾、大亚湾一带的赤湾、小梅沙、溪冲、土洋、迭福、西冲、长咀角和湖头角等十几个点 经过初步分析选择了深圳市的土洋、西冲和惠东县的湖头角作为初步的选择地址。 后来由于西冲的地址构造条件较差,放弃了西冲厂址,又在深圳候选了东山厂址。 备注:46 大亚湾核电站位于深圳市东部大亚湾畔面临大亚湾,背靠排牙山,占地2平方千米;1985年由广东省电力总公司与香港中华电力有限公司合资兴建。 这里山青水秀、景色宜人,距深圳市直线距离约45公里,距香港约50公里。 广东核电合营有限公司成立于1985年,由广东核电投资有限公司和香港核电投资有限公司共同投资组成,负责大亚湾核电站的建设和营运。 备注:47 备注:48 备注:49 备注:50 备注:51 任何发电设施,特别是核电设施,因其投资巨大,牵扯面广,除了具有一定的经济意义,还具有重要的战略意义,所以需要从国际环境、政治需要、资源禀赋、经济发展、国防建设等各方面进行考虑。 大亚湾核电站是我国境内建设的大型核电站之一,其在选址时候就是综合考虑了各方面的因素。具体如下: 备注:52 a.国际环境:大亚湾核电站1987年主体工程开工建设时,国际上东、西两大阵营的冷战对立正趋减弱,和平与发展逐渐成为时代主题。同时出于遏制前苏联的需要,西方主要大国与中国的关系较为缓和,对资金、技术引入有一定的积极作用。 备注:53 b.政治需要、市场条件:当时情况下,香港九龙地区的电力发展速度一直较快,但由于世界能源?;?,某些石油输出国政治上动荡,油价暴涨对港九的电力工业发展也产生了影响,从长远来看,港九在新建烧煤电厂的同时,发展核电在经济上是很有利的。 在与香港毗邻的深圳建设核电站,为内地和香港提供电力能源,一方面可以满足两地的经济发展需要,另一方面,可以加强两地的联系,具有重要的统战意义。 备注:54 c.区域因素、资源禀赋:大亚湾核电站在选位上符合国家战略。 我国能源资源分布很不平衡,水利资源70%分布在西南地区,煤炭60%分布在华北地区,集中在内蒙、山西等地。而人口集中、工业发达的华南、华东和东北的辽宁省,能源贮量只占16%,能源严重缺乏。 同时,由于改革开放后,我国经济 “优先发展东部沿海地区,东部带动西部发展”发展战略影响,东部沿海地区占有地理优势、政策优势、经济基础好,发展迅速,成为国民经济发展的重要保证,但是我国东部沿海地区资源相对较少,缺乏丰富的能源支持,所以我国的核电战略首先从能源缺乏的地区开始。 备注:55 d.地理条件、气候因素:核电站是具有很高技术含量的项目,有许多相关的配套设施,一旦建设,出现问题不可能重新修建。所以地理条件就显得特别重要。 事实上,核电站的建设需要有水源便利、地质条件稳定(无断裂、地震),交通便利、气候适宜等。 备注:56 e.经济比较:核电站的建设主要是缓解地区电力供应压力,其发出的电力需要通过输电网络输送出去,输电网络的建设费用巨大,与输电距离有直接关系,输电距离越远,网络建设费用就越大,输电损耗就越多,直接影响电力的发送成本, 因此,合理的位置选择就显得特别重要。同时,大亚湾核电站在选址时还考虑了地方经济发展规划问题,使电站建设与地方经济发展尽量不相冲突,体现最佳的经济效果。 备注:57 f.基础设施、人力资源、政策条件:深圳作为改革开放的排头兵,享有一定的政策优惠,吸引了一大批优秀人才,同时其基础设施建设也较为完善,也满足国家经济、政治需要。 g.公共关系:大亚湾核电站在选址时,为了使得以后的经营顺利进行,也充分考虑了地方经济发展规划与香港居民的担忧核辐射等问题。 备注:58 实际上,大亚湾核电站在建设时,着重考虑了安全因素。 作为核电站来说,发生泄漏不仅是某一地区的灾难,甚至是全国、全世界的灾难,正是基于这种考虑,大亚湾核电站在选址的时候,谨慎选择厂址,认真勘察地质条件,避开人口稠密地区,做到了电站正常和事故情况下放射性排放对广东和香港居民的影响均为安全。总之,大亚湾核电站在选址时,详尽考了天时、地利、人和等各方面因素。 备注:59 在实地考察,谨慎权衡的基础上选择了四个初选地,初选都有其优势、劣势; 后经深入可行性分析,最终选择了东山厂址,即现大亚湾核电站厂址——大坑村麻角山。 备注:60 大亚湾核电站选址是否合理? 备注:61 大亚湾核电站的厂址选择是在国家经济发展战略方针的指导下,充分考虑了国际环境、政治需要、市场条件、资源禀赋、区域因素、地理、地质条件、气候因素、经济比较、基础设施、人力资源、政策条件、公共关系、安全等各方面因素的情况下做出了慎重选择,总体上来看比较合理。 备注:62 需要指出的是,大亚湾核电站的选址和建设是基于国际形势日趋缓和,和平与发展逐渐成为世界的主题的国际大背景和一切以经济建设为中心的国家发展战略下做出的,从某种程度上讲,弱化了国防方面的考虑。 备注:63 实际上,大亚湾核电站建设在沿海经济发达地区,并紧靠着重要大城市——广东深圳市(距香港几十公里)。不能否认:在大城市附近修建核电站有利于环境?;?,而且也可以相信中国的核电站在技术上是绝对安全的。但一旦发生战争,很难说安全性如何? 备注:64 大亚湾核电站距离海岸仅仅只有几公里,在我国以海岸线 12公里以外为公海计算,大亚湾核电站完全在公海游弋的外国军舰装备的对地攻击导弹的射程之内,特别是潜艇水下发射巡航导弹更防不胜防; 就算中国目前的防空能力和核电站的?;ご胧┠艿值沧⊥獾械墓セ?,但如果被新闻媒介误导和炒作,同样也会产生灾难性的后果,使该地区的经济发展蒙上不良的阴影。 近年来,在大亚湾附近发生的油船安全事故,对大亚湾核电站的安全运行也会产生不可预知的危险。 备注:65 德国政府已经宣布,因国家安全理由将在10年陆续拆除境内所有的核电站。 虽然德国目前的周边环境很安定,但德国政府有着更高、更远的战略思考。 中国的核电站布局似乎也应当从国家安全战略的角度考虑,适当向西南等地区倾斜。 备注:66 从企业自身角度讲,选址较为偏僻,给员工带来不便,在台风来袭时,又需降低功率运转,企业今后扩充容量又存在不便。 由于距离深圳市区较远,地理位置相对较偏,员工与外界的信息交流相对较少,致使员工行为表现得相对单纯。同时,若每天回家会非常辛苦,员工一般每周回家平均2次左右,给部分家庭带来了一定的麻烦。 备注:67 由于每年台风天气较多,电站不得不在台风来临之际降功率运行,对经济收入造成了一定的影响。 进一步发展的空间有限,今后的扩建工程须到其他地点进行,给企业的整体管理造成了一定的困难。 备注:68 总体上看,大亚湾核电站选址比较合理,运行十年来,为经济发展做出了巨大贡献。 备注:69 4.1 车间平面布置 4.1.1定义: 生产设施:生产工段、原料、产品仓库、控制室、露天堆场、贮罐区 生产辅助设施:配电室、机修间、化验室 生活行政设施:车间办公室、更衣室、卫生间 其他特殊用户:劳动?;な?、保健室 概念:车间平面布置就是将上述内容在平面上进行组合布置。 备注:70 4.1.2车间平面布置的原则 应符合全厂总图布置的要求并与其他车间、公用工程系统、运输系统结合成一有机整体; 保证经济效益好,尽可能做到占地面积少,建设、安装费用少,生产成本低; 便于生产管理、物料运输,操作维修; 妥善解决防火防爆等问题,符合国家有关法规; 考虑将来扩建与增建的余地。 备注:71 4.1.3车间布置设计的组织 在进行车间布置设计时,各类专业人员须分工协作。工艺专业进行车间布置时,要考虑土建、仪表、电气、暖通等专业与机修、安装、操作等各方面的需要;上述各专业也同时提出各自对车间布置的要求。 备注:72 按照国内目前的作法,化工工艺设计主要有流程设计、工艺计算(物料与热量衡算)、设备的工艺设计、车间布置和管道布置五个部分,都由工艺设计人员进行。 从专业化分工的角度来看,以上五项大致上可分成二类,前三项的设计基础是化学工程的分析与计算;后两项(特别是配管设计)的设计基础则更近于力学与机械工程的分析计算,如设备的几何空间布置、设备与管路安装上的力学计算等。 备注:73 因此,从专业分工的角度考虑,车间布置和管道布置由机械工程专业人员承担比由工艺人员承担更为合理。这样,工艺设计人员可致力于化学工艺与化学工程的开发与研究。上述的分工是化工设计上的一种发展趋势,国外许多设计公司都已这样做了。 备注:74 4.1.4车间布置设计的程序 1、车间布置初步设计 根据带控制点工艺流程图及设备一览表、物料贮存运输、生产辅助及生活行政等要求,结合布置规范及总图设计资料等,进行初步设计。 最后结果是画出车间布置初步设计的平(剖)面图。 备注:75 2、管道仪表流程设计 根据第1项的初步设计和操作要求,进行管道仪表流程设计。其主要内容是: ①进行工艺和流体力学系统的设计; ②绘制流程图与公用工程流程图; ③确定设备与仪表安装要求。 备注:76 车间布置初步设计和管道仪表流程设计有着密切关系,前项是后项的前提,后项对前项又予以修正补充。 备注:77 3、车间布置施工图设计 工艺专业与所有专业协商,进行布置的研究,车间布置初步设计和管道仪表流程设计两项是研究的基本资料。 备注:78 主要工作内容是: ①落实车间布置(初)的内容; ②绘制设备管口及仪表位置的详图; ③进行物料与设备移动运输设计; ④确定与设备安装有关的建筑与结构尺寸; ⑤确定设备安装方案; ⑥安排管道、仪表、电气管路的走向,确定管廊位置。 备注:79 车间布置(施)的最后成果是绘制车间布置平(剖)面图,这是工艺专业提供给其他专业(土建、设备设计、电气仪表等)的基本技术条件。 备注:80 4.2化工建筑的基本知识 车间布置设计和配管设计与土建设计有密切的关系,化工设计人员经常与土建设计人员打交道,为了与土建专业设计人员有共同语言,现将土建方面的基本知识介绍于后。 备注:81 一、建筑物的构件组成建筑物的构件有:地基、基础、墙、柱、梁、楼板、屋顶、隔墙、楼梯、门、窗及天窗等。 备注:82 1.地基。建筑物的下面,支承建筑物重量的全部土壤称为地基。地基必须具有必要的强度(地耐力)和稳定性,才能保证建筑物的正常使用和耐久性。否则,将会使建筑物产生过大的沉陷(包括均匀的)、倾斜、开裂以致毁坏。所以必须慎重地选择和处理建筑物的地基。 备注:83 2.基础?;∈墙ㄖ锏南虏拷峁?,埋在地面以下,它的作用是支承建筑物,并将它的荷载传到地基上去。建筑物的可靠性与耐久性,往往取决于基础的可靠性与耐久性。因此,必须慎重处理建筑物的基础 备注:84 3.墙。墙按材料分有:普通砖墙、石墙、混凝土墙及钢筋混凝土墙等 4.柱。柱是建筑物中垂直受力的构件,靠柱传递荷载到基础上去。按材料可分为木柱、砖柱、钢柱和钢筋混凝土柱等。 备注:85 5.梁。梁是建筑物中水平受力构件,它与承重墙、柱等垂直受力构件组合成建筑结构的空间体系。 6.楼板。楼板是将建筑物分层的水平间隔,它的上表面为楼面,底面为下层的顶棚(天花板)。 备注:86 7.屋顶。屋顶的作用主要是?;そㄖ锏哪诓?,防止雨雪及太阳辐射的侵入,使雪水汇集并排出,保持建筑物内部的温度等。8.地面。地面是厂房建筑中的一个重要组成部分,由于车间生产及操作的特殊性,要求地面防爆、耐酸碱腐蚀、耐高温等,同时还有卫生及安全方面的要求。 备注:87 9.门。为了组织车间运输及人流、设备的进出、车间发生事故时安全疏散等,设计中应合理地布置门。 10.窗。为了保证建筑物采光和通风的要求,通常都设置侧窗,只有在特殊情况下才采用人工采光和机械通风。 备注:88 11.楼梯。楼梯是多层房屋中垂直方向的通道,因此,设计车间时应合理地安排楼梯的位置。按使用的性质可分为主要楼梯、辅助楼梯和消防楼梯。 备注:89 二、建筑物的结构建筑物的结构有砖木结构、混合结构、钢筋混凝土结构和钢结构等。现分别简述如下。 备注:90 1.钢筋混凝土结构由于使用上的要求,需要有较大的跨度和高度时,最常用的就是钢筋混凝土结构形式,一般跨度为12一24m。钢筋混凝土结构的优点:强度高,耐火性好,不必经常进行维护和修理,与钢结构比较可以节约钢材,化工厂经常采用钢筋混凝土结构。缺点:自重大,施工比较复杂。 备注:91 2.钢结构钢结构房屋的主要承重结构件如屋架梁柱等都是用钢材制成的。优点:制作简单,施工较快:缺点:金属用量多,造价高并须经常进行维修保养。 备注:92 3.混合结构混合结构一般是指用砖砌的承重墙,而屋架和楼盖则用钢筋混凝土制成的建筑物。这种结构造价比较经济,能节约钢材、水泥和木材,适用于一般没有很大荷载的车间,它是化工厂经常采用的一种结构形式。 备注:93 4.砖木结构砖木结构是用砖砌的承重墙,而屋架和楼盖用木材制成的建筑物。这种结构消耗木材较多,对易燃易爆有腐蚀的车间不适合,化工厂很少采用。 备注:94 三、化工建筑的特殊要求 (一)厂房的整体布置根据生产规模和生产特点以及厂区面积、厂区地形、地质等条件考虑厂房的整体布置,采用分离式或集中式,亦即将车间各工段及辅助车间分散在单独的厂房内或集中合并在一个厂房内?;こСХ靠筛莨ひ樟鞒痰男枰杓瞥傻ゲ?、多层或单层与多层相结合的形式。一般来说单层厂房利用率较高,建设费用也低,因此除了工艺流程的需要必须设计为多层外,工程设计中一般多采用单层。 备注:95 (二)厂房的平面布置化工厂厂房的平面布置是根据生产工艺条件(包括工艺流程、生产特点、生产规模等)以及建筑本身的可能性与合理性(包括建筑形式、结构方案、施工条件和经济条件等)来考虑的。厂房的平面设计应力求简单,这会给设备布置来更多的可变性和灵活性,同时给建筑的定型化创造有利条件。 备注:96 (三)厂房的立体布置化工厂厂房的立面有单层、多层或单层与多层相结合的形式,主要根据生产工艺特点决定,另外也要满足建筑上采光、通风等各方面的要求。 备注:97 4.3 车间平面布置方案 4.3.1 资料准备 ①对初步设计需要带控制点土艺流程图,对施工图设计需要管道仪表流程图; ②物料衡算数据及物料性质(包括原料、中间体、副产品、成品的数量及性质,三废的数据及处理方法); ③设备一览表(包括设备外形尺寸、重量、支撑形式及保温情况); 备注:98 ④公用系统耗用量,供排水、供电、供热、冷冻、压缩空气、外管资料; ⑤车间定员表(除技术人员、管理人员、车间化验人员、岗位操作人员外,还包括最大班人数和男女比例的资料); ⑥厂区总平面布置图(包括本车间同其他生产车间、辅助车间、生活设施的相互联系,厂内人流物流的情况与数量)。 备注:99 4.3.2 各工段布置形式的确定 1、分散布置与集中布置 对生产规模较大,车间内各工段的生产特点有显著差异,需要严格分开或厂区平坦地形较少时,一般考虑分散布置; 厂房的安排多采用单元式:把原料处理、成品包装、生产工段、回收工段、控制室及特殊设备独立布置,分散为许多单元。 备注:100 对生产规模较小,生产中各工段联系频繁,生产特点无明显差异,且地势较为平坦,一般考虑集中布置。 结合建厂地点的具体情况,可将车间的生产、辅助、生活设施集中在一幢房内。 备注:101 2、露天布置与室内布置 露天布置是优先考虑的第一方案,只要有可能都应采用露天布置。 目前较大型的化工厂均采用此布置,即大部分设备布置在露天或敞开式的多层框架上,部分设备布置在室内或高顶棚,如泵、压缩机、造粒及包装设备等;生活、行政、控制、化验室集中在一幢建筑物内,布置在生产设施附近。 备注:102 露天布置的特点: 优点:建筑投资少,用地少、有利于安装检修,有利于通风、防火、防爆、防毒; 露天布置的缺点:受气候影响大,操作条件差,自动控制要求高。 室内布置特点: 受气候影响小,劳动条件好。 小规模的间歇操作、操作频繁的设备或低温地区的设备以布置在室内为宜。 备注:103 4.3.3 流程式布置 按流程顺序在中心管廊的两侧依次布置各工段,可以避免管道的重复往返,缩短管道总长,已证明是最经济的布置方案。 各工段分别组成长方形块区域,再组成整个车间。 车间布置中的道路布置 备注:104 4.3.4 车间平面布置方案 1、直通管廊长条布置 直通管廊长条布置适合于小型车间(装置),是露天布置的基本方案。外部管道可由管廊的一端或两端进出,工艺区与贮罐区用一根中心布置的管廊连接起来,流程畅通。 备注:105 2、T形、L形布置 T形或L形的管廊布置适合于较复杂车间,管道可由二个或三个方向进出车间。 3、组合型布置 组合型布置适合于复杂车间,其车间平面就是由直线形、T形和L形组合而成。 备注:106 4.4 设备布置 车间设备布置是确定各个设备在车间平面与立面上的位置;确定场地与建筑物、构筑物的尺寸;确定管道、电气仪表管线、采暖通风管道的走向和位置。 备注:107 具体地说,它主要包括: (1)确定各个工艺设备在车间平面和立面的位置; (2)确定某些在工艺流程图中一般不予表达的辅助设备或公用设备的位置; (3)确定供安装、操作与维修所用的通道系统的位置与尺寸; (4)在上述各项的基础上确定建筑物与场地的尺寸; (5)其他。 设备布置的最终结果表现是设备布置图。 备注:108 4.4.1设备布置露天化 适合露天布置的设备: 生产中有需要经常操作的设备,自动化程度较高的设备或受天气影响不大的设备; 塔、冷凝器、贮罐等 需要大气调节温度、湿度的设备; 凉水塔、空气冷却器等 有爆炸危险的设备。 备注:109 备注:110 备注:111 备注:112 备注:113 备注:114 备注:115 备注:116 备注:117 备注:118 4.4.2满足生产工艺与操作要求 将同类型设备或操作性质相似的有关设备集中布置: 塔体集中布置在塔架上 换热器、泵组成布置在一处 充分利用位能,尽可能使物料自动流送 一般将计量设备、高位漕布置在最高层,主要设备布置在中层,贮槽传动设备布置在底层 考虑合适的设备间距 备注:119 4.4.3符合安装与检修的要求 考虑设备运入或播出车间的方法及经过的通道。 同类设备集中布置可统一留出检修场地; 塔和立式设备的人孔应对着空场或检修通道的方向; 列管换热器应在可拆的一端留出一定空间,以备抽出管子来检验。 备注:120 备注:121 4.4.4符合安全技术的要求 设备布置应尽量做到人工背光操作,高大设备避免靠近窗户布置,以免影响门窗的开启中,通风与采光。 备注:122 有爆炸危险的设备应露天布置,室内布置时要加强通风,防止爆炸性聚集; 危险等级相同的设备或厂房应集中在一个区域; 将有爆炸危险的设备布置在厂房顶层或边沿有利于防爆泄压和消防; 处理腐蚀性介质的设备集中布置在底层有耐蚀铺砌的围堤中; 备注:123 加热炉、明火设备与产生易燃易爆气体的设备应保持一定的距离,易燃易爆车间要采取防止引起静电现象和着火的措施。 产生有毒气体的设备应布置在下风向,贮有毒物料的设备不能放在厂房的死角处,有毒、有粉尘和有气体腐蚀的设备要集中布置并做通风、排毒或防腐处理,通风措施应根据生产过程中有害物质、易燃易爆气体的浓度和爆炸极限及厂房的温度而定。 备注:124 4.4.5符合建筑要求 笨重设备或运转时产生很大振动的设备应尽可能布置在厂房底层,以减少厂房的荷载与振动; 有剧烈振动的设备,其操作台和基础不得与建筑物的柱、墙连在一起; 较高设备集中布置; 设备不应布置在建筑物的沉降缝和伸缩缝处。 4.4.6考虑通道与管廊的布置 备注:125 4.4 典型设备的布置方案 一、容器(罐、槽) 容器分中间贮存容器(中间罐)与原料及成品贮罐两类。前者都按流程顺序布置在有关设备附近或在厂房邻近,后者则集中在贮罐区。 容器一般都按系列图选用,其支脚、接管条件由布置设计决定,其外形尺寸按布置需要加以调整或在初选时就按布置要求加以考虑。 备注:126 二、泵和压缩机 1.泵 泵应尽量靠近供料设备以保证良好的吸入条件。它们常集中布置在室外、建筑底层或泵房,小功率的泵(7kW以下)可布置在楼面或框架上。室内的泵沿墙布置能节省面积,如将工艺罐放在墙外,管道穿过墙与泵相连则空间更省,操作亦甚为方便。 备注:127 2.离心压缩机 离心压缩机体积小、排量大、结构简单、能利用多种动力(电动机、蒸汽透平、气体透平)有利于装置的能量利用,特别是背压式蒸汽透平能提高热效率,应用最广。离心压缩机的布置原理与离心泵相似,但它较为庞大与复杂,特别是一些附属设备(如润滑油、密封油、泵、控制台、冷却器等)要占据很大的空间。 备注:128 3.往复压缩机 往复压缩机的作用原理与往复泵相似,但机器要复杂得多,振动及噪声都很大。往复压缩机结构复杂,拆修时间长,所以都布置在压缩机室内并配有起重装置,其周围要留有足够大的空地。 备注:129 三、换热器 化工厂中使用最多的是列管式换热器与再沸器,以下即以它们为代表进行讨论,其布置原理也适用于其他形式的换热器。 备注:130 列管式换热器与再沸器已有定型的系列图可供选用,设备布置的主要任务是将它们布置在适当的位置,决定支座等安装结构、管口方位等。必要时在不影响工艺要求的条件下,可以调整原换热器的尺寸和安装方式(立或卧)。 备注:131 塔的换热器近塔布置,再沸器及冷凝器则与塔以大口径的管道连接,故应取近塔布置,通常将它们分别布置在塔的两侧。一般,从传热的角度考虑,细而长的换热器较有利。卧式换热器换成立式的以节约面积;而立式的也可换成卧式的以降低高度,可根据具体情况各取其长。 换热器间的间距,换热器与其他设备的间距至少要留出lm的水平距离,位置受限制时,最少也不得小于0.6m. 备注:132 四、反应器 反应器的形式很多,可按类似设备布置,如塔式反应器可按塔来布置;固定床催化反应与容器差不多;火焰加热的反应器则近似于工业炉;化工厂常见的搅拌釜式反应器实质上就是加上搅拌与传热夹套的立式容器。 备注:133 大型的搅拌釜式反应器容量达数十到数百立方米,并附有数十到数百千瓦的电动机、减速机搅拌器,重量又大又有振动和噪声。这类反应器大多露天布置,用支脚直接支承在地面上。反应器的搅拌与密封系统是需要经常维修的机械,所以要考虑它们的拆卸与吊装。 备注:134 五、塔 塔的布置形式很多,常在室外集中布置,在满足工艺流程的前提下,可把高度相近的塔相邻布置。单塔或特别高大的塔可采用独立布置,利用塔身设操作平台,供进出入孔、操作、维修仪表及阀门之用。塔或塔群常布置在设备区外侧,其操作侧面对道路,配管侧面对管廊,以便于施工安装、维修与配管。 备注:135 将几个塔的中心排成一条直线,并将高度格近的塔相邻布置,通过适当调整安装高度和操作点(适当改变塔板距、内部管道布置及塔裙高度)就可采用联合平台,既方便操作,投资又省。 备注:136 数量不多、结构与大小相似的塔可成组布置,利用操作台集中布置。如果塔的高度不同,只要求将第一层操作平台取齐,其他各层可另行考虑。这样,几个塔组成一个空间体系,增加了塔群的刚度,塔的壁厚就可以降低。 备注:137 沿建筑物或框架布置 将塔安装在高位换热器和容器的建筑物或框架旁,利用容器或换热器的平台作为塔的人孔,仪表和阀门的操作与维修的通道。将细而高的或负压塔的侧面固定在建筑物或框架的适当高度,这样可增加刚度,减少壁厚。 备注:138 室内或框架内布置 较小的塔常安装在室内或框架中,平台和管道都支承在建筑物上,冷凝器可装在屋顶上或吊在屋顶梁下,利用位差重力回流。 备注:139 备注:140
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