化工工艺设计化工设计经典资料 告诉我们为什么这么设计Word文件下载.docx

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这些问题可以是自然现象（冰雹是如何形成的？

）或者是科技的加工品（汽车引擎是如何发动的？

）或者我可以成为一个预想的工程师或科学家，因为首先我经常阅读报纸的“告诉我为什么”这个专栏，当我在成为戏剧演员之前。

一年以后，我已经认识到，对于化工厂以某种方式建造和运转的的原因的理解，和对于知道化工厂是这样建成和运转一样重要。

如果人们只是知道建筑的设计是什么，或者工序流程的设计是什么，他们可能随着时间的流逝会改变原来的设计和操作规程。

但是如果人们知道有些东西为什么要这么设计或这么做，他们很有可能在将来会保持原有的设计者最初的想法。

或者在科学技术不断发展前提下，找到更好的方法来实现相同的目标。

不幸的是，大多数工艺流程和工厂的设计文件在描述建成什么样子，还有设备的操作指南都描述的很好。

但我们似乎不善于说明其中的原因——工厂基本的设计标准。

我们需要改进工艺流程信息和文件来清楚地记录工厂关键的安全保护措施的设计原因，这样那些没有意识到最初的设备设计师的意图的人就不会在将来的修改中随意更改了。

固有的设计好的安全防护措施可能很脆弱，很容易被忽视，因为那可能是工厂设计最基础的部分，而且在设计好的工艺流程的安全防护措施的重要说明中也不是很明显。

以下这个案例历史说明了知道么要这么建造一个工厂的重要性。

2、处于危险中的安全防护措施

如果设计工艺特点的依据没有很清楚地记录，那些没有理解早期设计者的意图的人会在以后的大修中毁坏这些安全防护措施。

但是某些特定的操作规程、建筑规模、活动等需要特殊的答复来维持一个安全操作。

但是如果有些人在做这些事情时并没有真正了解为什么要做这些特定的事情，或者在观察安全操作后要做哪些特定的答复，这样也会妥协的。

固有的安全防护措施大多数都处在危险中，因为这些措施是设计中最基础的部分，以至于导致目的很不明显。

高流速警报、高温警报、高压警报的理由可能已经相当清楚，或者是在说明书和安全操作文件中已经很好地证实了。

但是如果进料管设计了特定的管径来限制最高的额定流速，这也是一种关键安全防护措施的很好说明吗？

2.1、案例1——防止洗涤液倒流的一种固有的安全防护措施

间歇工艺用到很多种化学物质和水一起反应。

这些物质和水一起反应是一个剧烈的放热反应，反应生成大量的不凝性气体，间歇工艺也会生成一种副产物酸性气体，要通过净化塔放出的碱性气体出去。

剧烈的放热反应存在的潜在的危害，可以在反应器中产生高压放置水火碱性溶剂从净化塔倒流到反应器中，这是设计者需要关注的重要问题。

因为部分间歇工艺操作是在高真空条件下的，在一些操作步骤中，碱性液体有很大的可能性从净化塔倒吸到反应器中。

设计者开发一种固有的安全方法使净化塔倒流到反应器中的可能性降低，最好是不可能发生的。

反应器到净化塔的通气管可以以曲折的路线到建筑物的屋顶再回到净化塔，以净化塔的水平溢流口为基准达到32英尺的高度。

因此，及时净化塔即使堵住了，液体逐渐满出来直至净化塔满了，反应器的排气阀泄漏或者无意间的打开在涉及到高真空操作步骤，这样净化塔的液体也不会倒流到反应器中。

Fig.1.Scrubbersystemdesign.

图1显示的是设计好的体系。

如果净化塔底部被堵了，液体开始流回到净化塔和排气管，这也不可能倒流到反应器，即使当反应器在条件下操作时，排气阀开着或者泄漏（图2）。

只要排气装置的收集箱经常使用，并保持微低压，净化塔的任何物质都不会倒流到反应器的。

当这个方法是不可取的，净化塔的适当监控检测到然后还是需要一个备用的做出反应，这比让碱液倒流到反应器发生剧烈反应好多了。

在这种情况下，排气管的走向是工厂的一个固有的安全防护措施。

但是这些管道的走向，设计者作为安全设计基础的一部分用文件说明了吗？

那些早期的工厂设计者已经很清楚地认识到排气管走向设计的原因。

这很有必要在危害分析过程中说明，举个例子，关于净化塔到反应器倒流的危害分析的研究中，可以作为一个安全防护措施。

但是早期的设计者可能会去做其他事情，然后这个危害可能不被新的设计者所知道。

在以后的时间里，有可能这个排气管需要更换，例如他有可能被腐蚀了。

这不难想象一个工程师没有理解早期设计者的设计意图，决定为了节约成本而把排气管做直，如图3所示。

现在，如果一个从净化塔到反应器的备用的排气阀泄漏或者没有关死，碱液很可能倒流到反应器，很可能导致一个剧烈反应从而使反应器炸裂。

Fig.2.Aqueouscausticflowwithplugatscrubbercolumnbottom.

Fig.3.Aqueouscausticflowwithpluggedscrubberandmodifiedventline.

2.2、案例2——小直径的进料管可以限制反应物的流量

图4所示是一个剧烈放热反应的半连续工艺设计。

反应中的适量的反应物A连续加入，反应速度很快，实际上是瞬间的反应，所以在反应器中没有未反应的反应物A。

控制系统模拟了反应体系的温度来确定以个适合的速率来维持反应需要的温度。

当关闭反应物A的进料自控阀和一个独立的关闭的阀门，高温高压会起连锁反应。

反应器有一个很大的爆破片来阻止超高压的产生以防反应物A的进料关闭体系失灵不能阻止进料，避免工艺装置打翻导致损失比如冷却装置。

Fig.4.Semi-batchreactorfeedratelimitedbypipesizeandfeedtanklocation.

反应物A的进料管的管径对于反应器的安全设计来说是很重要的一部分。

爆破片设计的依据是反应器冷却水的完全流失，反应物A的进料阀门关闭失败导致所有的反应物A的阀门处在全开状态。

流量是取决于反应物A的进料管的管径，进料储罐和反应器的相对高度。

我们要很清楚地找到工艺安全设计的数据包对于工艺设计是很重要的，每个人都要对工厂的安全操作负责，理解进料管的管径以及净化塔和反应器的相对高度对于反应器来说是分厂重要的安全体系。

工厂员工只是知道反应物A的进料管径是不够的。

他们必须知道为什么管径要设计成这么大。

否则，在以后的工厂大修中，他们可能会改变这个进料管的大小或者其他东西，就会影响反应物A的最大额定流量，例如，重新安装进料储罐。

这可能使反应器的爆破片的设计依据遭到妥协。

案例3——正确使用三通阀

图5所示的是这样一个体系，他可以使加入到间歇反应器中的反应物不会过量。

储罐可以保证精确地加入一批的反应物，三通阀只允许溶剂从储存罐到进料管或者是进料管到反应器。

溶剂不可能直接从储存罐到反应器。

溢出的流体可以从进料罐回到储存罐。

只有一种方法使反应物从进料罐中满出来，倒空或者部分倒空进料罐，重新加入进料管，再重新加到反应器中。

如果这是不可能的，这可能要做大量的工作，这也不可能是偶然发生的。

但是这要依赖于正确使用三通阀的型号——不允许两侧端口向公用端口流，不论阀门的手柄是怎么安装的。

允许流体从储存罐到进料罐，再从进料罐到反应器，或者是完全没有流体流过。

这涉及到一个L端口的三通阀。

Fig.5.Afeedtankdesigntoholdlimitmaximumbatchcharge.

还有另一种三通阀，T端口的三通阀，通过独特的阀门构造使流体可以流过各种配置好的阀门端口。

这种类型的阀门可以为一些设施提供安全防护措施。

例如：

图6显示的一个三通阀用于高压储存罐的减压体系。

这个三通阀可以设置成一个单独的减压阀，在储存罐检修维护时使用。

如果阀门的手柄在中间位置靠左的地方，可以使流体流向两边的减压阀，保证储罐有足够的泄压能力。

Fig.6.Three-wayvalvetoallowmaintenanceonpressurereliefvalves.

工厂的文件应该提供准确的阀门的应用说明书。

然而，这可能不包括阀门选型的依据，假如这样的话过量加入反应物是不怎么可能的，确保容器通常都有一个压力释放阀保容器都有敞开的通道，另外，如果没有这些文件，这很有可能在以后的工程更改管理中那些不知道使用正确的三通阀的依据的管理者，很有可能会安装型号错误的阀门。

或者机修工会用错误型号的的阀门更换这些阀门，因为他们没有认识到正确的阀门选型也是工厂安全防护措施重要的一部分。

2.4、案例4——压力表测的是什么的压力？

一些工厂设计包括与爆破片相连的减压阀是为了压力过高时的保护作用，如图7所示，可能有很多理由说明这个，以下就是列举的例子：

1、当反应釜在加固体反应物时使减压阀不被堵塞；

2、如果反应釜有反应物单体可以阻止聚合物在减压阀处形成；

3、当耐腐蚀减压阀被腐蚀性蒸汽腐蚀时，尤其是当耐腐蚀减压阀不可用的情况下，可以保护减压阀不被腐蚀

在这种情况下，我们最好使用自带的爆破片，不使用减压阀，来防止压力过高。

然而，在增加一个减压阀还是有必要的，可以限制压力过高时物料冲向紧急减压处理体系或外部环境中，因为当压力降至我们设定值时减压阀就可以关闭掉了。

这种型号的安装标准需要时时监控爆破片和减压阀对压力的影响。

爆破片的一点点泄漏就可以在这个区域形成压力。

当压差超过爆破设计压力时爆破片就会破裂，如果爆破片下面一侧没有压力，在爆破片破裂的地方压力就会相应的上升。

但是当人们读到压力表上的数据时，或者接收到自动控制系统的报警时，装置的型号知道这些吗？

以我的经验来看，答案往往是不知道。

这些适用于操作者，机械师，还有很多工程师。

他们通常认为压力表上显示的压力表明爆破片有一点泄漏，我们需要在一个适合的时间把他更换掉。

他们没有认识到，没有对爆破片和减压阀之间压力重要性的专门培训，这个完整的减压体系就会忽视这个压力。

2.5案例5——为什么要取样？

一个连续的放热反应工艺需要对反应进行取样，反应混合之前适量的反应物逐渐加入。

这个样品是用于加料开始之前成分的分析。

取样步骤包括在反应过程中，因为在化工厂里反应混合物的一种组分先和水反应，生成大多数普遍存在的潜在的污染物。

当这个反应不是剧烈的放热反应或者是危化品，这可能会改变反应混合物的成分。

结果是在逐渐加入反应物时反应变慢了，反应物的消耗也比预期的慢了。

在反应釜中未反应物质的累积会导致反应失控，如果在逐渐添加反应物时温度自控失灵。

不幸的是，在工艺流程中过程安全信息数据包没有很清晰地记录这些。

若干年后，可能会提出取消取样这种方法的建议。

工厂的操作工当时可能没有意识到为什么要取样——他们认为这是控制产品质量的目的。

在有些场合批处理样品没有达到其规格，但价格的调整并没有造成安全事故。

工厂愿意接受由于偶尔的不合格的合成物造成质量问题的可能性，但却没有意识到潜在的安全危害。

幸运的是，工程变更管理包含了参与早期设计的工程师。

工程师记得最初的样本设计意图，会保留其作为工艺流程的一部分。

程序说明书也对这些内容作了加深标识，在重要的过程安全防护措施中清晰地表明了为什么要取样。

这是一个过程安全设施自己头号敌人的例子。

如果安全设施时有效的，安全设施阻止的事故就不会发生。

人们鉴于自己的经验可能忘了这些危害，或者对潜在发生率打了折扣。

他们可能对这些安全设施会做出疑问。

“我们从来都没有发生过这类事故，为什么需要这些安全设施”？

他们没有认识到这类事故没有发生是因为有这些安全设施，而其他仍是存在的。

如果这些安全设施是好的，那么就不会发生事故。

所以有些人反对这些对安全设施有疑问人。

清晰地记录为什么需要过程安全设施是非常必要的，包括记录历史性的事件和虚惊事件，证明安全设施的重要性。

4、总结

这些例子都描述了一个问题，证明很好地记录工艺设计和工艺操作步骤的依据的文件是很重要的。

传统的工厂设计信息都擅长描述工厂建造的样子，但可能不会擅长描述工厂为什么要那样建造。

过程危害的研究，比如HAZOP分析提供了以个很好的机会来证明那些措施对于安全来说是很重要的，为什么要以某种特定的方式来建造。

工厂的操作工和大修工作的人熟悉这些文件室很重要的，然后在操作和设计的更改中利用这些文件。

他们尤其要注意的是工厂设计的特点，当出现一些古怪的设计特点时，不要轻易地去更改他，除非你知道为什么要以这种古怪的方式建造。

这些关键的工厂设计依据的信息必须在工厂的工艺安全信息管理体系中保存。

伟大的物理学家NielsBohr说过：

“真理的对立面同样是真理”。

在化工厂不同风格的设计就是一个很好的例子。

他们可能会描述一个很有的创意的方法来排除危害，或者更可靠的危害控制法。

他们可能会在工厂设计时候对相关的环境条件作出回应，但与现在的运作无关了。

当认同和管理这些危害的依据不复存在时，可能就会导致对这些危害持续的接受认同。

工厂为什么要这么设计和运作的问题可以通过完全理解设计依据来避免。