化工单元操作安全技术.pdf

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1、第三章第三章 化工单元操作安全技术化工单元操作安全技术单元操作就是指化工生产过程中物理过程步骤（少数包含化学反应，但其主要目的并不在反应本身），是化工生产中共有的操作。按其操作的原理和作用可分为：流体输送、搅拌、过滤、沉降、传热（加热或冷却）、蒸发、吸收、蒸馏、萃取、干燥、离子交换、膜分离等、按其操作的目的可分为：增压、减压和输送；物料的加热或冷却；非均相混合物的分离；均相混合物的分离；物料的混合或分散。单元操作在化工生产中占主要地位，决定整个生产的经济效益，在化工生产中单元操作的设备费和操作费一般可占到 8090,可以说没有单元操作就没有化工生产过程。同样，没有单元操作的安全，也就没有化工生

2、产的安全。化工原理已对单元操作的原理及设备进行详细的介绍,本章主要从安全的角度，简要说明主要单元操作中应注意的安全问题.3 3。1 1 流体及固体输送流体及固体输送3.1.13.1.1 概述概述化工生产中必然涉及流体（包括液体和气体)和（或）固体物料从一个设备到另一个设备或一处到另一处的输送。物料的输送是化工过程中最普遍的单元操作之一，它是化工生产的基础，没有物料的输送就没有化工生产过程。化工生产中流体的输送是物料输送的主要部分。流体流动也是化工生产中最重要的单元操作之一。由于流体在流动过程中:有阻力损失;流体可能从低处流向高处，位能增加；流体可能需从低压设备流向高压设备，压强能增加。因此，流

3、体在流动过程中需要外界对其施加能量，即需要流体输送机械对流体做功，以增加流体的机械能。流体输送机械按被输送流体的压缩性可分为：液体输送机械,常称为泵，如离心泵等；气体输送机械，如风机、压缩机等。按其工作原理可分为：动力式（叶轮式），利用高速旋转的叶轮使流体获得机械能，如离心泵；正位移式(容积式），利用活塞或转子挤压使流体升压排出，如往复泵;其他，如喷射泵、隔膜泵等。固体物料的输送主要有气力输送、皮带输送机输送、链斗输送机输送、螺旋输送机输送、刮板输送机输送、斗式提升机输送和位差输送等多种方式.3 3。1.21.2 危险性分析危险性分析3.1.2.13.1.2.1 流体输送流体输送（1 1）腐蚀

4、）腐蚀化工生产中需输送的流体常具有腐蚀性,许多流体的腐蚀性甚至很强，因此需要注意流体输送机械、输送管道以及各种管件、阀门的耐腐蚀性。(2(2）泄漏）泄漏流体输送中流体往往与外界存在较高的压强差，因此在流体输送机械（如轴封等处）、输送管道、阀门以及各种其他管件的连接处都有发生泄漏的可能,特别是与外界存在高压差的场所发生的概率更高,危险性更大。一旦发生泄漏不仅直接造成物料损失，而且危害环境,并易引发中毒、火灾等事故。当然，泄漏也包括外界空气漏入负压设备，这可能会造成生产异常，甚至发生爆炸等。（3 3）中毒）中毒由于化工生产中需损失的流体常具有毒性,一旦发生泄漏事故，往往存在人员中毒的危险。(4)(

5、4)火灾、爆炸火灾、爆炸化工生产中需损失的流体常具有易燃性和易爆性,当有火源(如静电）存在是容易发生火灾、爆炸事故.国内外已发生过很多输油管道，天然气管道燃爆等重大事故。(5)(5)人身安全人身安全流体损失机械一般有运动部件，如转动轴，存在造成人身伤害的可能。此外，有些流体输送机械有高温区域，存在烫伤的危险。(6(6）静电）静电流体与管壁或器壁的摩擦可能会产生静电，进而有引燃物料发生火灾、爆炸的危险。（7)7)其他其他如果输送流体骤然中断或大幅度波动，可能会导致设备运行故障，甚至造成严重事故。3.13.1。2.22.2 固体输送固体输送（1 1）粉尘爆炸）粉尘爆炸这是固体输送中需要特别注意的。

6、（2)2)人身伤害人身伤害许多固体输送设备往返运转，还可能有连续加料、卸载等，较易造成人身伤害.（3 3）堵塞）堵塞固体物料较易在供料处、转弯处或有错偏或焊渣突起等障碍处黏附管壁（具有黏性或湿度过高的物料更为严重）,最终造成管路堵塞；输料管径突然扩大,或物料在输送状态中突然停车，易造成堵塞。（4 4）静电）静电固体物料会与管壁或皮带发生摩擦而使视同产生静电，高黏附性的物料也易产生静电，进而有引燃物料发生火灾、爆炸的危险。3.1.33.1.3 安全技术安全技术3.13.1。3.13.1 输送管路输送管路根据管道输送介质的种类、压力、湿度以及管道材质的不同，管道有不同的分类。按设计压强可分为:高压

7、管道、中压管道和真空管道。按管内输送介质可分为：天然气管道、氢气管道、冷却水管道、蒸汽管道、原油管道等。按管道的材质可分为：金属管道（铸铁管、碳钢管、合金钢管、有色金属管等）、非金属管道（如塑料、陶瓷、水泥、橡胶等）、衬里管（吧耐腐蚀材料衬在管子内壁上以提高管道的耐腐蚀性能）.按管道所承受的最高工作压强、温度、介质和材料等因素综合考虑，将管道分为五类（详见相关设计手册）化工生产中输送管道必须与所输送物料的种类、性质（黏度、密度、腐蚀性、状态等）以及温度、压强等操作条件相匹配。如普通铸铁一般用于输送压强不超过 1.6Mpa、温度不高于 120的水、酸、碱性溶液,不能用于输送蒸汽,更不能输送有爆炸

8、性或有毒性的介质，否则容易因泄漏或爆裂引发安全事故。管道与管道、管道与阀门及管道与设备的连接一般采用法兰连接、螺纹连接、焊接和承插连接四种连接方式。大口径管道、高压管道和需要经常拆卸的管道，常用法兰连接。用法兰连接管道时，必须采用垫片，以保证管道烦人密封性。法兰和垫片也是化工生产中最常见的连接管件，这些连接处往往是管路相对薄弱处，是发生泄漏或爆裂高发地,应加强日常巡检和维护.输送酸、碱等强腐蚀性液体管道的法兰连接处必须设置防止泄漏的防护装置.化工生产中使用的阀门很多，按其作用可分为调节阀、截止阀、减压阀、止逆阀、稳压阀和转向阀等；按阀门的形状和构造可分为闸阀、球阀、旋塞、蝶阀、针形阀等.阀门易

9、发生泄漏、堵塞以及开启与调节不灵等故障，如不及时处理不仅影响生产，更易引发安全事故.管道的铺设应沿走向有 35的倾斜度，含有固体颗粒或可能产生结晶晶体的物料管线的倾斜度应不小于 1。由于物料流动易产生静电，输送易燃、易爆、有毒及颗粒时，必须有防止静电累积的可靠接地，以防止燃烧或爆炸事故。管道排布时应注意冷热管道应有安全距离,在分层排布时，一般遵循热管在上，冷管在下，有腐蚀性介质的管道在最下的原则。易燃气体、液体管道不允许同电缆一起敷设；而可燃气体管道同氧气管一起敷设时，氧气管道应设在旁边，并保持 0.25m 以上的净距,并根据实际需要安装逆止阀、水封和阻火器等安全装置。此外，由于管道会产生热胀

10、冷缩，在温差较大的管道（热力管道等）上应安装补偿器（如弯管等）.当输送管道温度与环境温差较大时，一般对管道做保温(冷）处理,这一方面可以减少能量损失，另一方面可以防止烫伤或冻伤事故。对于输送凝固点高于环境温度的流体或在输送中可能出现结晶的流体以及含有H2S、HCl、Cl2 等气体，可能出现冷凝或形成水合物的流体，应采用加热保护措施。及时工艺不要求保温的管道，如果温度高于 65，在操作人员可能触及的范围内也应予保温，作为防烫保护。噪声大的管道（如排空管等），应加绝热层以隔声，隔声层的厚度一般不小于50mm。化工管道输送的流体往往具有腐蚀性,及时空气、水、蒸汽管道，也会受周围环境的影响而发生腐蚀，

11、特别是在管道的变径、拐弯部位,埋设管道外部的下表面,以及液体或蒸汽管道在有温差的状态瞎使用，容易产生局部腐蚀.因此需要采取合理的防腐措施,如涂层防腐（应用最广）、电化学防腐、衬里防腐、使用缓蚀剂防腐等.这样可以降低泄漏放生的概率，延长管道的使用寿命.新投用的管道,在投用前应规定管道系统强度、严密性实验以及系统吹扫和清洗.在用管道要注意定期检查和正常维护，以确保安全.检查周期应根据管道的技术状况和使用条件合理确定。但一般一季度至少进行一次外部检查;类管道每年至少进行一次重点检查；-类管道每两年至少进行一次重点检查；各类管道没六年至少进行一次全面检查.此外，对输送悬浮液或可能有晶体析出的溶液或高凝

12、固点的熔融液的管道，应防止堵塞。冬季停运管道（设备)内的水应排净,以防止冻坏管道（设备)。3 3。1 1。3 3。2 2 液体输送设备液体输送设备(1)(1)离心泵离心泵离心泵在液体输送设备中应用最为广泛，约占化工用泵的80%90%。应避免离心泵发生汽蚀,安装高度不能超过最大安装高度。离心泵运转时，液体的压强随泵吸入口向叶轮入口而下降，叶片入口附近的压强为最低。如果叶片入口附近的压强低至输送条件下液体的饱和蒸汽压，液体将发生气化，产生的气泡随液体从低压区进入高压区，在高压区气泡会急剧收缩、冷凝,气泡的消失产生了局部真空，使其周围的液体以极高的流速冲向原气泡所占的空间，产生高强度的冲击波，冲击叶

13、轮和泵壳,发出噪声，并引起震动,这种现象成为汽蚀现象.若长时间收到冲击力的反复作用，加之液体中微量溶解氧对金属的化学腐蚀作用，叶轮的局部表面会出现斑痕和裂纹，甚至呈海绵状损坏。当泵发生汽蚀时，泵内的气泡导致泵性能急剧下降，破坏正常操作。为了提高允许安装高度，即提高泵的抗汽蚀性能，应选用直径稍大的吸入管，且应尽可能的缩短吸入管长，尽量减少弯头等，以减少进口阻力损失。此外，为了避免汽蚀现象发生，应防止输送流体的温度明显升高（特别是操作温度提高时更应注意），以保证其安全运行。安装离心泵时，应确保基础稳固,且基础不应与墙壁、设备或房柱基础相连接，以免产生共振。在靠近被告出口的排除管道上装有调节阀，供开

14、车、停车和调节流量时使用。在启动前需要进行灌泵操作，即向泵壳内灌满泵输送液体。离心泵启动时，如果泵壳与吸入管路内没有充满液体，则泵内存在空气，由于空气的密度远小于液体的密度，产生的离心力小,因而叶轮中心处所形成的低压不足以将储槽内的液体吸入泵内,此时启动离心泵也不能输送液体，这种现象叫做气缚.这同时也说明离心泵没有自吸能力.若离心泵的吸入口位于被吸液储槽的上方，一般在吸入管路的进口处,应装一单向底阀以防止启动前所灌入的液体从泵内漏失，对不洁净或含有固体的液体，应安装滤网以阻拦液体中的固体物质被吸入而堵塞管道和泵壳。启动前还要进行检查并确保泵轴与泵壳之间的轴封密封良好，以防止高压液体从泵壳内沿轴

15、往外泄漏(这是最常见的故障之一），同时防止外界空气从相反方向漏人泵壳内。同时还要进行盘泵操作,观察泵的润滑、盘动是否正常，进出口管道是否流畅，出口阀是否关闭，待确认可以启动时方可启动离心泵。运转过程中注意观察泵入口真空泵和出口压力表是否正常，声音是否正常，泵轴的润滑与发热情况、泄漏情况，发现问题及时处理.同时注意储槽或设备内的液位的变化，防止液位过高或过低。在输送可燃液体时,注意管内流速不应超过安全流速，却管道应有可靠的接地措施以防止静电危害。停泵前，关闭泵出口阀门，以防止高压液体倒冲回泵造成水锤而破坏泵体，为避免叶轮反转，常在出口管道上安装止逆阀。在化工生产中,若输送的液体不允许中断,则需要

16、配置备用泵和备用电源。此外,由于电机的高速运转，泵与电机的联轴节处应加防护罩以防绞伤.（2 2）正位移泵）正位移泵正位移特性是指泵的输液能力只取决于泵本身的几何尺寸和活塞（或转子等）的运动频率，与管路情况无关，而所提供的压头则只取决于管路的特性，具有这种特性的泵成为正位移泵,也是一类容积式泵。化工生产中常用的正位移泵主要有往复泵和旋转泵（如齿轮泵、螺杆泵等）。这里主要强调与离心泵不同的安全技术要点.由于容积式泵只要运动一周，泵就排出一定体积的液体，因此应安装安全阀，且其流量调节不能采用出口阀门调节（否则将造成泵与原动机的损坏甚至发生爆炸事故)，常用调节方法有两种:旁路调节如图 3-1 所示，这

17、种方法方便，但不经济，一般用于小幅度流量调节.改变转速较经济。正位移泵适用于高压头或高黏度液体的输送，但不能输送含有固体杂质的液体，否则易磨损和泄漏。由于吸液是靠容积的扩张造成低压进行的，因此启动时不必灌泵，即正位移泵具有自吸能力，但须开启旁路阀。3.13.1。3.33.3 气体输送设备气体输送设备按出口表压强或压缩比的大小可将气体输送机械分为：通风机出口表压强不大于15kPa，压缩比 11.15；鼓风机出口表压强 15-300kPa，压缩比4；压缩机出口表压强大于 300kPa，压缩比4;真空泵出口压强为大气压或略高于大气压，它是将容器中气体抽出在容器（或设备)内造成真空。气体输送机械与液体

18、诉输送机械的工作原理大致相同，如离心泵风机与离心泵、往复式压缩机与往复泵等。但与液体输送相比，气体输送具有体积流量大、流速高、管径粗、阻力压头损失大的特点，而且气体具有可压缩性,在高压下,气体压缩的同时温度升高,因此高压气体输送设备往往带有换热器,如压缩机。因此，从安全角度看气体输送机械有一些区别于液体输送机械须引起重视之处，现简要说明如下。（1 1）通风机和鼓风机）通风机和鼓风机在风机出口设置稳压罐，并安装安全阀；在风机转动部分安装防护罩，并确保完好，避免发生人身伤害事故；尽量安装隔音装置，减小噪声污染。（2 2）压缩机）压缩机第一，应控制排除气体温度,防止超温。压缩比不能太大，当大于 8

19、时,应采用多压缩以避免高温；压缩机在运行中不能中断润滑油和冷却水(同时应避免冷却水进入气缸产生水锤作用,损坏缸体引发事故），确保散热良好，否则也将导致温度过高。一旦温度过高,易造成润滑剂分解，摩擦增大，功耗增加，甚至因润滑油分解、燃烧，发生爆炸事故.第二,要防止超压.为避免压缩机气缸、储气罐以及输送管路因压力过高而引起爆炸，除要求它们要有足够的机械强度外，还要安装经校验的压力表和安全阀（或爆破片）.安全阀泄压应将其危险气体导至安全的地方。还可安装超压报警器、自动调节装置或超压自动停车装置。经常检查压缩机调节系统的仪表，避免因仪表失灵发生错误判断，操作失误引起压力过高,发生燃烧爆炸事故.第三，严

20、格控制爆炸性混合物的形成,杜绝发生爆炸可能。压缩机系统中空气须彻底置换干净后才能启动压缩机;在输送易燃气体时，进气口应保持一定的余压,以免造成负压吸入空气；同时气体在高压下,极易发生泄漏，应经常检查垫圈、阀门、设备和管道的法兰、焊接处和密封等部位；对于易燃、易爆气体或蒸汽压缩设备的电机部分，应全部采用防爆型；易燃气体流速不能过高,管道应良好接地,以防止产生静电;雾化的润滑油或其分解产物与压缩空气混合，同样会产生爆炸性混合物。若压强不高，输送可燃气体，采用液环泵比较安全。此外,启动前，务必检查电机转向是否正常,压缩机个部分是否松动，安全阀工作、润滑系统及冷却系统是否正常，确定一切正常后方可启动。

21、压缩机运行中,注意观察各运转部件的运作声音，辨别其工作是否正常；检查排气温度、润滑油温度和液位、吸气压强、排气压强是否在正常范围;注意电机温升，轴承温度和电流电压表是否正常，同时用手感触压缩机各部分温度是否正常。如发现不正常现象，应立即处理或停车检查。（3 3）真空泵）真空泵应确保系统密封良好，否则不仅达不到工艺要求的真空度,更重要的事在输送易燃气体时，空气的吸入易引发爆炸事故.此外，输送易燃气体时应尽可能采用液环式真空泵。3 3。1 1。3.43.4 固体输送固体输送（1 1）机械输送）机械输送避免发生人身伤害事故 输送设备的润滑、加油和清扫工作，时操作者在日常维护中致伤的主要原因.首先，应

22、提倡安装自动注油和清扫装置，以减少这类工作的次数，降低操作者发生危险的概率.在设备没有安装自动注油和清扫装置的情况下，一律进行维护操作。其次，在输送设备的高危部位必须安装防护罩,即使这样操作者也要特别当心。例如，皮带同皮带轮接触的部位，齿轮与齿轮、齿条、链带相啮合的部位以及轴、联轴节、联轴器、键及固定螺钉等,对于操作者是极其危险的部位，可造成断肢伤害甚至危及生命安全。严禁随意拆卸这些部位的防护装置，因检修拆卸下的防护罩，事后应立即恢复。防止传动机构发生故障 对于皮带输送机,应根据输送物料的性质、负荷情况进行合理选择皮带的规格和形式，要有足够的强度，皮带胶接应平滑,并根据负荷调整松紧度。要防止在

23、运行过程中,发生因高温物料烧坏皮带或因斜偏刮档撕裂皮带的事故。对于靠齿轮传动的输送设备,其齿轮、齿条和链条应具有足够的强度，并确保它们相互啮合良好。同时,应严密注意负荷的均匀，物料的粒度情况以及混入其中的杂物,防止因卡料而拉断链条、链板，甚至拉毁整个输送设备机架。此外,应防止链斗输送机下料器下料过多、料面过高而造成链带拉断；斗式提升机应有链带拉断而坠落的保护装置.重视开、停车操作 操作者应熟悉物料输送设备的开、停车操作规程。为保证安全,输送设备处应设有事故自动停车和就地手动事故按钮停车系统外,还应安装超负荷、超行程停车保护装置和设在操作者经常停留部位的紧急事故按钮停车开关。停车检修时，开关应上

24、锁或撤掉电源.对长距离输送系统,应安装开停车联系信号,以及给料、输送、中转系统的自动联锁装置或程序控制系统。（2 2）气力输送）气力输送气力输送就是利用气体在管内流动以输送粉粒状固体的方法，作为输送介质的气体常用空气。但在输送易燃易爆粉末时，应采用惰性气体。气力输送按输送气流压强可分为吸引式气力输送（输送管中的压强低于常压的输送)和压送式气力输送（输送管中压强高于常压的输送）;按气流中固相浓度又可分为稀相输送和密相输送。气力输送方法从 19 世纪开始就用于港口码头和工厂内的谷物输送，因与其他机械输送方法相比较具有系统密闭(避免了物料的飞扬、受潮、受污染,改善了劳动条件)，设备紧凑，易于实现连续

25、化、自动化操作，便于同连续的化工过程相衔接以及可在输送过程中同时粉碎、分级、加热、冷却以及干燥等操作的优点,故其在化工生产上的应用日益增多。但也存在动力消耗大，物料易于破碎，管壁易磨损以及输送颗粒尺寸不大（一般30mm)等缺点。从安全技术考虑，气力输送系统除设备本身因故障损坏外，还应注意避免系统的堵塞和由静电引起的粉尘爆炸。为避免堵塞,设计时应确定合适的输送速度，如果过高,动力消耗大，同时增加装置尾部气固分离设备的负荷；过低，管线堵塞危险性增高.一般水平输送时应略大于其沉积速度；垂直输送时应略大于其噎噻速度。同时，合理选择管道的结构和布置形式，尽量减少弯管、接头等管件的数量，且管内表面尽量光滑

26、、不准有皱褶或凸起。此外,气力输送系统应保持良好的严密性,否则,吸引式系统的漏风会导致管道堵塞（压送式系统漏风,会将物料带出污染环境）。为了防止产生静电,可采取如下措施。根据物料性质，选取产生静电小而导电性较好的输送管道(可以通过实验进行筛选)，且直径要尽量大些,管内壁应平滑、不许装设网格之类的部件,管道弯曲和变径处要少且应尽可能平缓。确保输送管道接地良好，特别是绝缘材料的管道，管外应采取可靠的接地措施.控制好管道内风速，保持稳定的固气比。要定期清扫管壁,防止粉料在管内堆积。【事故案例】【事故案例】如图 3-2 所示,为典型浮选精煤脱水加压过滤系统的进料部分，它主要包括加压仓（操作压强 0.2

27、0。4MPa）、过滤机、进料泵、进料槽等。王立龙的论文报道了某选煤厂 2011年 4 月发生加压过滤机进料泵的瞬间炸裂事故。当时该泵的叶轮、蜗壳都被炸成碎片；泵附近的水泥横梁、立柱被冲击出两个直径约为400mm 的凹坑，露出钢筋；约 7m 高的二楼水泥顶被穿透，形成两个直径约为 250mm 的椭圆形洞；离泵约 30m 的防震玻璃被击碎，彩钢板和电茶炉被击穿,足见这起爆炸事故的威力巨大.经调查，事故发生时，加压过滤机进料桶的液位很低，事故发生前进料阀、回料阀工作正常，加压仓外进料管为安装止逆阀。事故的直接原因时进料阀的频繁启停,导致泵的进料阀门来不及关闭就又被打开，造成加压仓内的高压混合气体被反

28、吹到进料泵内，泵内多余浆料被高压气体挤回入入料桶。而进料泵因频繁启动高速空转，温度迅速升高，将附着在叶轮上的精煤浆料干燥成精煤粉，精煤粉在泵内继续摩擦，形成高温。此时，引起燃爆几个条件都已具备：密闭有限空间、可燃的煤粉尘、充足的氧气及点燃温度.干燥的精煤粉瞬间燃烧，急剧膨胀,使泵腔无法承受巨大的燃爆力,使泵体炸裂.类似的事故，国内外已发生过数起。为了避免此类事故的再次发生，可采取如下措施：在进料阀后面加装止逆阀，并定期检查进料阀门和止逆阀，保证其可靠工作;加强进料泵和进口管路的清洗，以防止泵腔或进口处的淤积堵塞；增设泵体防护罩（可用 8mm 厚钢板），并在进料泵区域安装防护挡板，增设防护警戒区

29、域，并悬挂禁止滞留警示牌；生产过程中加强对加压进料泵岗位巡捡，发现异常及时处理。事故启示：该爆炸事故发生时同时具备了引起燃爆的所有条件,因此，在生产过程中应控制引起燃爆的各个条件,杜绝同时满足.3.23.2 传热传热3.23.2。1 1 概述概述传热即热量的传递，只要有温差存在的地方，就有热量的传递。它是有物体内部或物体之间的温差引起的。传热广泛用于化工生产过程的加热或冷却（如反应、精馏.干燥、蒸发等），热能的综合利用和废热回收以及化工设备和管道的保温，是应用最普遍的单元操作之一。在换热过程中，用于供给或取走热量的载体称为载热体。起加热作用的载热体称为加热剂(或加热介质)，而起冷却作用的载热体

30、称为冷却剂(介质）。常用的加热剂有热水（40100）、饱和水蒸气（100180)、矿物油（180250）、道生油（255380）、熔盐（142530）、烟道气（5001000)或电加热（温度宽，易控，但成本高)。水的传热效果好，成本低,使用最普遍；空气，在缺水地区采用，但给热系数低，需要的传热面积大。常用冷冻剂有冷冻盐水（可低至零下十几度到几十度）、液氨蒸发（33.4)、液氮等。用于实现换热的设备常称为换热器,其种类很多，化工生产中广泛采用的是间壁式换热器，而间壁式换热器的种类也很多，由于列管式（管壳式）换热器具有单位体积设备所能提供的传热面积大,传热效果好，设备结构紧凑、坚固，且能选用多种材

31、料来制造，适用性较强等特点,因此在高温，高压和大型装置上多采用列管式换热器,在化工生产中其应用最为广泛。在列管式换热器中，由于两流体的温度不同，使管束和壳体的温度也不相同,因此它们的膨胀程度也有差别。若两流体的温度相差较大（50以上）时,就可能由于热应力而引起设备的变形,甚至弯曲或破裂，因此设计时都必须考虑这种热膨胀的影响。根据热补偿的方法不同，列管式换热器又可分为固定管板式、浮头式和U 形管式。3.23.2。2 2危险性分析危险性分析（1)1)腐蚀与结垢腐蚀与结垢传热过程中所使用的载热体，如导热油、冷冻盐水等以及工艺物料常具有腐蚀性。此外，参与换热的流体一般都会在换热面的表面产生一些额外的固

32、体物质,即结垢,如果介质不洁净或因温度变化易析出固体（如河水、自来水等），其结垢现象将更为严重。在换热器中一旦形成污垢,其传热热阻将显著增大，换热性能明显下降，同时壁温可明显升高,而且污垢的存在往往还会加速换热面的腐蚀,严重时可造成换热器的损坏。因此不仅需要注意换热设备的耐腐蚀性，而且需要采取有效措施减轻或减缓污垢的形成，并对换热设备进行定期清洗。设计时不洁净或易结垢的流体应走便于清洗的一侧.(2(2）泄漏）泄漏在化工生产中，参与换热的两种介质具有一定压强和温度，有时甚至是高压、高温,与外界压强差的存在，在换热设备的连接处势必都有发生泄漏的可能。一旦发生泄漏,不仅直接造成物料的损失，而且危害环

33、境,并易引发中毒、火灾甚至爆炸等事故。更重要的是，参与换热的两种介质往往性质各异，且不允许相互混合，但由于介质腐蚀、温度、压强作用，特别是压强、温度的波动或是突然变化（如开停车、不正常操作）,这就存在高压流体泄漏入低压流体的可能.一般管板与管的连接处以及垫片和垫圈处(如板式换热器）最容易发生泄漏,这种泄漏隐蔽性较强,如果出现这样的内部泄漏，不仅造成介质的损失和污染，而且可能因为相互作用（如发生化学反应）造成严重的事故。（3 3）堵塞）堵塞严重的结垢以及不洁净的介质易造成换热设备的堵塞.堵塞不仅造成换热器传热效率降低，还可引起流体压力增加，如硫化物等堵塞热管部分空间，致使阻力增加，加剧硫化物的沉

34、积；某些腐蚀性物料的堵塞还能加重换热管和相关部位的腐蚀,最终造成泄漏。所以过量堵塞及腐蚀属于事故性破坏范畴.（4 4）气体的集聚）气体的集聚当换热介质是液体或蒸汽时，不凝性气体如空气，会发生集聚，这将严重影响换热效果,甚至根本完不成换热任务。如在蒸汽冷凝过程中，如果存在 1%的不凝气，其冷凝给热系数将下降 60；冬天家中暖气片不热往往也是这个原因。从安全角度考虑,不凝性气体大量聚集可造成换热器压力增加，尤其是不凝性可燃气体的集聚，形成的着火爆炸的隐患。因此，换热器应设置排气口，并定期排放不凝性气体.3 3。2 2。3 3 安全技术安全技术3 3。2.32.3。1 1 加热加热根据换热任务需要，

35、合理选取加热方式及介质，在满足温位及热负荷的前提下，应尽可能选择安全性高，来源广泛,价格合理的加热介质，如在化工生产中能采用水蒸气作为加热介质的应优先采用.对于易燃、易爆物料，采用水蒸气或热水加热比较安全,但在处理与水会发生反应的物料时，不宜用水蒸气或热水加热.在间隙过程或连续过程的开车阶段的加热过程中，应严格升温速度；在正常生产过程中要严格按照操作条件控制温度。如对于吸热反应,一般随着温度升高，反应速率加快,有时可能导致反应过于剧烈,容易发生冲料，易燃物料大量气化，可能会聚集在车间内与空气形成爆炸性混合物，引起燃烧、爆炸等事故.用水蒸气或热水加热时，应定期检查蒸汽夹套和管道的耐压强度,并安装

36、压力表和安全阀，以免设备或管道炸裂，造成事故。同时注意设备的保温，避免烫伤。加热温度如果接近或超过物料的自燃点,应采用氮气保护.工业上使用温度 200350时常采用液态导热油作为加热介质,如常用的道生 A（二苯醚 73。5，联苯 26。5%）、S700 等.使用时，必须重视水等低沸点物质对导热油加热系统的破坏作用,因为水等低沸物进入加热炉中遇高温(200以上）会迅速汽化,压力骤增可导致爆炸。同时，导热油在运行过程中会发生结焦现象，如果结焦层成长，内壁积有焦炭的炉管壁温又进一步提高，就会形成恶性循环，如果不及时处理甚至会发生爆管造成事故.为了尽量减少结焦现象，就得尽量把传热膜的温度控制在一定的界

37、限之下。此外,道生 A 等二苯混合物具有较强的渗透能力,它能透过软质衬垫物(如石棉、橡胶板），因此，管道连接最好采用焊接,或加金属垫片法兰连接，防止发生泄漏引发事故.使用无机载热体加热,其加热温度可达 350500。无机载热体加热可分为盐浴(如亚硝酸钠和亚硝酸钾的混合物）和金属浴（如铅、锡、锑等低熔点的金属）。在熔融的硝酸盐浴中，如加热温度过高，或硝酸盐漏入加热炉燃烧室中，或有机物落入硝酸盐浴（具有强氧化性，与有机物会发生强烈的氧化还原反应）内，均能发生燃烧或爆炸。水及酸类流入高温盐浴或金属浴中,同样会产生爆炸危险.采用金属浴加热,操作时应防止其蒸气对人体的危害。采用电加热，温度易于控制和调节

38、,但成本较高.加热易燃物质以及受热能挥发可燃性气体或蒸气的物质，应采用封闭式电炉。电感加热是一种新型较安全的加热设备，它是在设备或管道上缠绕绝缘导线，通入交流电，由电感涡流产生的热量来加热物料。如果电炉丝与被加热的器壁绝缘不好，电感线圈绝缘破坏、受潮、发生漏电、短路、产生电火花、电弧,或接触不良发热，均能引起易燃、易爆物质着火、爆炸.为了提高电加热设备的安全可靠性,可采用防潮、防腐蚀、耐高温的绝缘，增加绝缘层的厚度，添加绝缘保护层等措施.直接用火加热温度不易控制,易造成局部过热，引起易燃液体的燃烧和爆炸，危险性大,化工生产中尽量不使用。3 3。2 2。3 3。2 2 冷却与冷凝冷却与冷凝从传热

39、的角度，冷却与冷凝都是从热物料中移走热量，而本身介质温度升高.其主要区别在于被冷却的物料是否发生相的改变，若无相变而只是温度降低则称为冷却，若发生相变（一般由气相变为液相）则称为冷凝。应根据热物料的性质、温度、压强以及所要求冷却的工艺条件,合理选用冷却（凝）设备和冷却剂，降低发生事故的概率.冷却（凝）设备所用的冷却介质不能中断，否则会造成热量不能及时导出，系统温度和压力增高，甚至产生爆炸.另一方面冷凝器如冷却介质中断或其流量显著减小，蒸汽因来不及冷凝而造成生产异常，如果有机蒸气发生外逸，可能导致燃烧或爆炸。以冷却介质控制系统温度时，最好安装自动调节装置。对于腐蚀性物料的冷却，应选用耐腐蚀材料的

40、冷却（凝）设备。如石墨冷却器、塑料冷却器、陶瓷冷冷却、四氟换热器或钛材冷却器等,化工生产中 HCl 的冷却采用的就是石墨冷却器。确保冷却(凝）设备的密闭性良好,防止物料窜入冷却剂或冷却剂窜入被冷却的物料中。冷（凝）却设备的操作程序是：开车时，应先通冷却介质；停车时,应先停物料，后停冷却介质。对于凝固点较低或遇冷易变得黏稠甚至凝固的物料，在冷却时要注意控制温度，防止物料堵塞设备及管道.检修冷却(凝）器时,应彻底清洗、置换，切勿带料焊接，以防发生火灾、爆炸事故。如有不凝性可燃气体需排空，为保证安全，应充氮保护.3.2.33.2.3。3 3 冷冻冷冻将物料温度降到比环境温度更低的操作称为制冷或冷冻.

41、冷冻操作其实质是不断地有低温物料（被冷冻物料）取出热量，并传给高温物料（水或空气），以使被冷冻的物料温度降低。热量由低温物体到高温物体的传递过程需要借助于冷冻剂实现.一般凡冷冻范围在100以内的称为冷冻;而在-100-200或更低的温度，则称为深度冷冻或简称深冷.生产中常用的冷冻方法有三种。低沸点液体的蒸发，如液氨在0.2MPa 下蒸发，可以获得15的低温；液态氮蒸发可达-210等。冷冻剂于膨胀机中膨胀，气体对外做功，致使内能减少而获取低温。该法主要用于那些难以液化气体（如空气等）的液化过程。利用气体或蒸气在节流时所产生的温度降而获取低温的方法.目前应用较为广泛的是氨制冷压缩,它一般由压缩机、

42、冷凝器、蒸发器与膨胀阀四个基本部分组成。除压缩机操作安全外，冷冻还需注意以下安全问题。制冷剂的泄漏以及危害。如以液氨为制冷剂的制冷机组，其最大的危险是泄漏，液氨泄漏的危害注意有三种：人员中毒、火灾爆炸（氨的爆炸范围为15.5%27。4%）和致人冻伤。国内氨冷库发生了多次特重大事故,2013 年 8 月 31 号上海翁牌冷藏实业有限公司发生液氨泄漏，造成 15 人死亡、25 人受伤;而因燃烧产生的高温导致氨设备和氨管道发生物理爆炸的吉林长春市宝源丰禽业有限公司“63事故更是造成 121 人死亡。一旦氨压缩机发生漏氨事故,应立即切断压缩机电源，马上关闭排气阀、吸气阀，关闭机房运行的全部机器，如漏氨

43、事故较大，无法靠近事故机，应到室外停机，并迅速开启氨压缩机机房所有的事故排风扇。合理选取冷冻介质（往返于冷冻机与被冷物料之间的热量载体），并确保其输送安全。常用的冷冻介质有氯化钠、氯化钙、氯化镁等水溶液。对于一定浓度的冷冻盐水,有一定的凝固点，应确保所用冷冻盐水的浓度应较所需的浓度大，防止产生冻结现象.盐水对金属材料有较大的腐蚀作用，在空气存在时,其氧化腐蚀作用更强。因此,一般均应采用闭式盐水系统，并在其中加入缓蚀剂.装有冷料的设备及管道，应注意其低温材质的选择,防止金属的低温脆裂.【事故案例事故案例】案例案例 1 1上海某染化厂生产丙烯腈苯乙烯树脂中间体的碳酸化锅（俗称高压釜）,用道生油夹套

44、加热.高压釜下端环焊缝有许多微孔，设备检修时并未发现,却用水进行了冲洗，洗涤水渗漏到夹套形成积水，烘炉时积水沿道生回流管进入已升温到258的道生炉内，迅即发生爆炸。重 2t 的道生炉飞起 20 余米高，落到 50m 以外炸裂.事故毁坏厂房 839，现场 5 名工人中 3 人被炸死，2 人受重伤，经济损失 4.3 万元（当时的价格）.事后检查压力表得知临爆炸时的压强为3.6MPa。事故原因事故原因由于道生油等导热油的饱和蒸气压远小于水的饱和蒸气压，如果一旦有足量的水混入高温的导热油加热系统，骤然气化的水蒸气会使系统的压力急剧上升，甚至迅即引起爆炸.这起事故的原因就是因为高压釜夹套的积水顺着道生回

45、流管进入高温导热油的加热炉，水在高温下急剧气化产生高压引起的。安全措施安全措施采用导热油加热时,一定要严防水分进入高温的导热油加热系统。案例案例 2 22011 年 7 月，中石油某石化公司 1000 万吨/年常减压蒸馏联合装置的减压蒸馏塔塔底换热器出现泄漏并引起火灾事故，造成直接经济损失187。7 万元。事故原因事故原因直接原因就是换热器管箱法兰检修时,更换的垫片不符合设计要求,且安装不正,后经 2 次紧固，垫片局部被“压溃”，造成原油泄漏，泄漏的原油流淌到泄漏点下方换热器的高温表面被引燃所致。安全措施安全措施严格按照相关标准要求进行设备的设计、安装与检修。事故简评事故简评上述两起事故均与检

46、修有关，这充分说明严格按照规程进行认真检修是非常重要的。3 3。3 3非均相混合物分离非均相混合物分离3 3。3.13.1概述概述化工生产中涉及到许多混合物,它们一般可分为两大类.（1 1）均相混合物）均相混合物物系内部各处物料性质均匀且不存在相界面的混合物，称为均相混合物或均相物系。如气体混合物、液体混合物（溶液）等.(2(2）非均相混合物）非均相混合物凡物系内部存在两相界面且界面两侧的物料性质不同的混合物，称为非均相混合物或非均相物系，如悬浮液、含尘气体、含雾气体等.非均相混合物中处于分散状态的物质，称为分散相或分散物质,如含尘气体中的尘粒、悬浮液中的颗粒等都是分散相.非均相混合物中包围着

47、分散物质而处于连续状态的物质，则称为连续相或分散介质,如含尘气体中的气体、悬浮液中的液体则是连续相。为了获得纯度较高的产品，需要对混合物进行分离。非均相混合物的分离方法主要有果过滤和沉降。（1 1）过滤）过滤过滤就是在外力的作用下使含有固体颗粒的非均相物系（气-固或液固物系）通过多孔性物质，混合物中固体颗粒被截留,流体则穿过介质流出,从而实现固体与流体分离的操作。虽然过滤包括含尘气体的过滤和悬浮溶液的过滤。但通常所说的“过滤”往往是指悬浮液的过滤。化工生产中所涉及到的过滤一般为表面过滤或称为滤饼过滤。在表面过滤中,真正发挥分离作用的主要是滤饼层,而不是过滤介质。根据推动力不同，过滤可分为重力过

48、滤(过滤速度慢，如滤纸过滤）、离心过滤（过滤速度快，设备投资和动力消耗较大,多用于颗粒大、浓度高悬浮液的过滤）和压差过滤（应用最广，可分为加压过滤和真空过滤）。随着过滤的进行,被过滤介质截留的固体颗粒越来越多，液体的流动阻力逐渐增加.压差过滤又可分为恒压过滤(即维持操作压强差不变的过滤过程,其过滤速度将逐渐下降)和恒速过滤（操作时逐渐加大压强差以维持过滤速度不变的过滤）。过滤设备按操作方式可分为：间歇式，出现早，结构简单,操作压强可以较高，如压滤机、叶滤机等；连续式，出现晚,多为真空操作,如转鼓真空过滤机等。若按压差产生方式过滤设备又可分为：过滤和吸滤设备，如压滤机、叶滤机、转鼓真空过滤机等；

49、离心过滤设备，如离心过滤机.(2(2）沉降）沉降沉降就是依据连续相（流体)和分散相（颗粒）的密度差异，在重力场或离心场中在场力作用下实现两相分离的操作.它可用于回收分散相，净化连续相或保护环境。用来实现这种过程的作用力可以是重力，也可以是离心力.因此，沉降又可分为重力沉降和离心沉降.重力沉降多用于大颗粒的分离,而离心沉降则多用于小颗粒的分离。降尘室是应用最早的重力沉降设备，常用于含尘气体的预分离；连续式沉降槽（增稠器）一般用于悬浮液的重力沉降分离.旋风分离器是利用惯性离心力的作用从气流中分离出所含尘粒的设备。旋风分离器器体一般上部为圆筒形，下部为圆锥形。含尘气体从圆筒上侧的进气管以切线方向进入

50、,受器壁约束而旋转向下作螺旋运动，分离出粉尘后从圆筒顶的排气管排出.粉尘颗粒自锥形底落入灰斗。旋风分离器具有结构简单,没有运动部件，分离效率较高,可分离出小到 5m 的颗粒,是气-固混合物分离的常用设备。但其阻力损失较大，颗粒磨损严重.沉降离心机是利用机械带动液体旋转，分离非均相混合物的常用设备，其分离速度快、效率高，但能耗大。3 3。3 3。2 2危险性分析危险性分析（1 1）存在中毒、火灾和爆炸危险）存在中毒、火灾和爆炸危险悬浮液中的溶剂都有一定的挥发性，特别是有机溶剂还具有有毒、易燃、易爆性，在过滤或沉降(如离心沉降）过程中不可避免地存在溶剂暴露问题,特别是在卸渣时更为严重。因此，在操作