[分享] 装置布置设计经典常识

装置布置, 设计

整理汇总：李敬琦

1 装置布置设计的三重安全措施

安全生产对化工企业特别重要。这是因为化工企业的原料和产品绝大多数属于可燃、易爆、或有毒物质。潜在着火灾、爆炸或中毒的危险。火灾和爆炸的危险程度，从安全生产的角度来看，可划分为一次危险和次生危险两种。一次危险是设备或系统内潜在着发生火灾或爆炸的危险，但在正常操作状况下，不会危害人身安全或设备完成。次生危险是指由于一次危险而引起的危险，它会直接危害到人身安全、设备毁坏和建筑物的倒塌等。装置布置设计的三重安全措施是根据有关防火防爆规范的规定，首先预防一次危险引起的次生危险，其次是一旦发生次生危险则尽可能限制其危害程度和范围，第三是次生危险发生以后，能为及时抢救和安全疏散提供方便条件。

2 装置布置设计应满足工艺设计的要求

装置的生产过程是由工艺设计确定的，它主要体现在工艺流程图（P&ID、PFD、管道表、工艺说明书）和设备表（设备规格表、机泵规格表、安全阀规格表）等方面。装置布置设计将以此为依据进行。一般按照生产流程顺序和同类设备适当集中的方式进行布置。对于处理有腐蚀性、有毒和易凝物料的设备宜全部按流程紧凑地布置在一起，以便对这类特殊物料采取统一的措施，如设置围堰、敷设防腐地面等。要防止结焦、堵塞、控制温降、压降避免发生副反应等有工艺要求的相关设备，也要靠近布置。对于在生产过程中设备之间有高差要求的如：塔顶冷凝冷却器的凝液到回流罐，塔底或容器内流体到机泵，依靠重力流动的流体由高到低，固体物料的装卸要求等都要按工艺设计要求使各种设备布置在合适的标高位置。必要时需设置厂房、框架或利用管廊的上部和下部空间布置设备。

3 装置布置设计应满足操作、检修和施工的要求

一个装置建成后，操作人员要在装置中常年累月地操作和管理。因此，装置布置设计必须为操作管理提供方便。如对于主要操作点和巡回检查路线，提供较宽的通道平台、过桥、梯子等，经常上下的梯子应尽量采用斜梯。
一个装置能够长期运转，需要对设备仪表和管道进行经常性的维护和检修。检修工作，应尽量采用移动式的机动设备，将需要检修的设备或部件运走，并同时运来备用的同样设备或部件，这样可以缩短检修时间。对于没有备用部件的大型设备，需要有地检修时，则需要提供必要的检修场地和通道。在厂房内布置的设备检修时，还需要为大部件的起吊、搬运设置必要的吊车、吊装孔、出入口、通道和场地。
一个装置的施工和设备的安装，虽然是在较短时间完成的，但也需要在装置布置设计中提供必要的条件，如吊装主要设备和现场组装大型设备需要的场地、空间和通道。
在装置布置设计时应将上述操作、检修、施工所需要的通道、场地、空间结合起来综合考虑。

4 装置布置设计应满足全厂总体规划的要求

全厂总体规范包括全厂总体建设规划、全厂总流程和全厂总平面布置设计。
根据全厂总体建设规划要求，有些装置作为一期工程建设项目，另一些装置作为第二期工程建设项目。装置布置设计时，既要考虑第一期工程的地下设施不影响第二期工程的动工，又要考虑第二期工程的施工不影响第一期工程的生产。如果一个装置内的设备或建筑物需要分期建设时，应按照装置的工艺过程、生产性质和设备特点确定予留区的位置，使后期施工的工程不影响或尽量少影响前期工程的生产。
根据全厂总流程设计要求，为了合理利用能源，将一些装置并立一起组成联合装置，或者为了集中管理，将联系不太密切甚至互不相干的装置排列在一起合用一个仪表控制室，即合理化集中装置亦称联合装置。在装置布置时，应根据联合装置中各部分的占地需要合理划分区域，以使各装置的内部布置设计更为合理。
在全厂总平面布置图上确定装置的位置和占地之后，应了解原料、成品、半成品的储罐区，装置外管带、道路及有关相邻装置等的相对位置，以便确定本装置的管廊位置和设备、建筑物的布置，使原料、产品的储运系统和公用工程系统管道的布置合理，并与相邻装置在布置风格方面应相互协调。

5 装置布置设计应适应所在地区的自然条件

所谓自然条件，包括气候、风向、地形、地质等。
结合所在地区的气温、降雨量、风沙等气候条件和生产过程特点以及某些设备的特殊要求，确定那些设备可露天布置。露天布置是当前设备布置和趋势，它明显的优点是便于安装、检修，利于防火、防爆。然而我国幅员广阔，南北地区温差很大，所以在严寒地区机泵等设备宜设置在厂房内。风沙较多地区并密闭的机械传动设备也应设置在厂房内。夏季多雨地区机泵等须经常维护操作的设备不宜在雨淋下操作，应设雨棚。
装置布置设计应结合地质条件，对个别地质太差之处或靠打桩加强手段仍不理想时，应考虑将重荷载设备和有振动的设备布置在地质条件好的地段。
装置布置设计应考虑风向的影响。主要为了尽可能避免因风向而引起的火灾和尽量减少因风向而造成的污染。关于风向的提法过去习惯采用“常年主导风向”。然而根据我国的气象资料统计，全国79个城市地区的风向风玫瑰图中，全年主导风向和次导风向在同一轴线上的有39年占50%，即只提主导风向的下向向时，仍是次导风向的上风向。也就是说全年仍有较多时间受次导风向的作用而不能满足防火和减少污染的要求。所以，主导风向的提法不太确切。
所谓风向频率是统计风向频率及静风次数，在一定时间内，各种风向出现的次数占所有观察总次数的百分比，有下式表示：
风向频率＝(该风向出现次数/风向的总观察次数)×100%
所谓风向风玫瑰图是：将风向分为8个或16个方位，按照各个方位风的出现频率以相应比例长度点在8个或16个轴线图的轴线上。再将各相邻方向的线端用直线连接，即成为闭合折线，此闭合折线即风向风玫瑰图。
在近年来出版的标准规范中已采用最小频率风向。据统计，上述79个城市地区的风向风玫瑰图中，全年最小频率风向处于全年主导风向的侧面者有69个点87%（其中全年最小频率风向和次导风向处于同一轴线者有21个占28%）其余10年为全年最小频率风向和主导风向在同一轴线。
然而，考虑风向的影响，只能做到相对合理，因为一个地区的风向观察只能在该地区的某个观察站，该站与该地区的工厂建设地点可能相差很远，又有地区性的影响，所以只能作到相对合理。

6 装置布置设计应力求经济合理

节约占地减少能耗。我国人多地少，土地十分宝贵，节约地地是兴办一切事业的基本国策。装置布置应在遵守国家法令、贯彻执行国家标准规范和满足上述各项要求的前提下，尽可能缩小占地面积，并应避免管道不必要的往返，减少能耗，节省投资和钢材。

7 装置布置设计应满足用户要求

装置布置设计固然是设计单位负责的。但是设计是为用户服务的。有的用户由于国情不同，或当地习惯不同，或为了操作方便，往往提出要求，如建筑物的类型、铺砌范围，楼梯、升降设备，净空高度，搬运工具等等。应做好解释工作，在不增加过多的投资情况下，使用户满意。

8 装置布置设计应注意外观美

装置布置的外观美能给常年在装置内工作的人员以美好印象。外观美也是设计人员、设计单位的实物广告。
装置布置的外观美表面在以下几个方面：
（1）设备排列整齐、成条成块；
（2）塔群高低排列协调，人孔尽可能排齐，并都朝向检修侧（道路侧）；
（3）框架、管廊立柱对齐纵横成行；
（4）建筑物轴线对齐，立面高矮适当；
（5）管道横平竖直，避免不必要的偏置歪斜；
（6）检修道路与工厂系统对齐成环形通道；
（7）与相邻装置布置格局协调。

9 防火

装置布置设计是在标准规范的指导和约束下进行的。在装置布置设计中必须遵守的国家标准规范为“防火规范”和“防爆规范”。
防火是全民性的安全问题，国家对防火的方针是“预防为主，防消结合”。防火规范主要指《石油化工企业设计防火规范》（GB 50160－92 1999年版）和《建筑设计防火规范》（GB 50074－2002）。该规范中按装置内介质的性质（可燃、易爆、毒性等）将设备、建筑物、装置进行了分类，不同分类的设备、建筑物、装置间都有不同的防火间距要求。对于建筑物的不同分类，要求有不同的耐火等级、金属结构的耐火保护等。

10 防爆

在化工生产装置中，由于可燃、易爆物质的泄漏，可能与空气混合而形成爆炸混合物。装置内又有许多电气设备及电气仪表，如果电气设备发生火花，则将引起可能形成的爆炸混合物爆炸。此外装置内还有明火加热炉和温度很高的炽热设备。温度超过可燃介质自燃点的炽热设备也可作为明火考虑。这些明火也可成为引起爆炸的火源。在装置设计中一般由电气专业绘制爆炸危险区域划分图，在爆炸危险区域内的电气设备和电气仪表、照明灯具、电气开关和电气线路均应满足防爆要求，应遵守有关规范。在装置的平面布置设计中除应考虑防火的设计要求外，还应考虑防爆的设计要求。正确处理可燃物质释放源与装置内的变配电所、仪表室、明火设备之间的关系，做得到协调合理。
产生爆炸必须同时存在以下三个条件：
（1）存在可燃气体、可燃液体的蒸汽或薄雾；
（2）上述物质与空气相混合，其浓度在爆炸极限以内；
（3）存在足以点燃爆炸性混合物的火花或高温。

防止产生爆炸的基本措施：
爆炸是在上述三个条件同时存在的情况下才能发生，所以在设计中要设法使上述三个条件同时出现的可能性减到最小程度。

1. 首先在工艺设计中应尽可能消除或减少可燃气体、可燃液体的蒸汽或薄雾的产生和积聚，其具体办法是：
（1）工艺流程设计中应尽可能采用较低的操作条件（压力、温度等）并将危险物质尽可能限制在密闭的容器内，防止泄漏；
（2）将可燃物质与空气隔离，如在容器内可燃液体界面上用氮气或其它惰性气体加以保护；
（3）采用防止事故的联锁装置和事故时加入化学药剂停止反应的措施，如聚合反应釜在事故时加入阻聚剂等。

2. 在装置布置设计中应尽可能限制和缩小危险区的范围
（1）将不同等级的爆炸危险以及它与非爆炸危险区分隔在各自的房间或界区内；
（2）设备布置尽可能采用露天或半露天布置，以使设备区空气流通，使释放的爆炸危险物质迅速稀释到爆炸下限以下；
（3）厂房内布置的设备，可在厂房内采取通风设施；
（4）对于可能释放和容易积聚爆炸性气体或蒸汽、薄雾的地点设置测量和报警装置，当气体浓度接近爆炸下限的一半时，能可靠地发出报警信号。
3. 在电工设计方面，按照相应的爆炸性气体混合物的级别和组别选用防爆电气设备、电气仪表，并按照有关规范进行电气设计和施工。

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