电子教案与课件：制药过程安全与环保-第3章-制药设备安全技术.ppt

1、第第3章章 制药设备安全技术制药设备安全技术3.1 设备安全设备安全u3.1.1 设备安全设计概述设备安全设计概述u3.1.1.1制药设备的分类及特点制药设备的分类及特点u（1）制药设备的分类）制药设备的分类药品生产企业为进行生产所采用的各种机器设备统属于制药药品生产企业为进行生产所采用的各种机器设备统属于制药设备的范畴。国家、行业标准按制药设备产品的基本属性，设备的范畴。国家、行业标准按制药设备产品的基本属性，将制药设备分为八大类，将制药设备分为八大类，如如下下表所表所示。示。3.1 设备安全设备安全u3.1.1.1制药设备的分类及特点制药设备的分类及特点u（2）制药设备的）制药设备的特点特

2、点功能原理功能原理多样化多样化设备安全保护性要求设备安全保护性要求较高较高设备在线监测与设备在线监测与控制控制设备布局不得影响产品设备布局不得影响产品质量质量u3.1.1.2 GMP对制药设备设计选型的指导对制药设备设计选型的指导原则原则（1）产品物理特性、化学特性）产品物理特性、化学特性 产品剂型、外形尺寸、密产品剂型、外形尺寸、密度、黏度、熔点、热性能、对温湿度的敏感程度、适应的度、黏度、熔点、热性能、对温湿度的敏感程度、适应的储存条件、储存条件、pH、氧化反应、毒性、腐蚀性、稳定性、其他、氧化反应、毒性、腐蚀性、稳定性、其他特殊性质。特殊性质。（2）生产规模）生产规模 根据根据市场预测、

3、生产条件、人力资源情况，市场预测、生产条件、人力资源情况，预计设备涉及产品的年产量，每日班次。预计设备涉及产品的年产量，每日班次。3.1 设备安全设备安全u3.1.1.2 GMP对制药设备设计选型的指导对制药设备设计选型的指导原则原则（3）生产工艺要求）生产工艺要求 根据根据市场预测和生产条件提出能力需市场预测和生产条件提出能力需求，例如：生产批量，包装单位数量，装箱单位数量，生求，例如：生产批量，包装单位数量，装箱单位数量，生产设备的单位产出量，提升设备的最大提升重量和髙度等产设备的单位产出量，提升设备的最大提升重量和髙度等。（4）根据接触物料特性、环境特性、清洗特性、保证不与）根据接触物料

4、特性、环境特性、清洗特性、保证不与药品发生化学变化或吸附药品，而提出关键材料材质要求。药品发生化学变化或吸附药品，而提出关键材料材质要求。（5）清洁要求）清洁要求 物料接触处无死角，表面粗糙度，就地清物料接触处无死角，表面粗糙度，就地清洗射流强度、覆盖面积，清洗剂要求，器具表面无肉眼可洗射流强度、覆盖面积，清洗剂要求，器具表面无肉眼可见残留物，清洗水样在紫外分光检查无残留物。见残留物，清洗水样在紫外分光检查无残留物。（6）在给定条件下设备的稳定性）在给定条件下设备的稳定性需求需求。（7）根据生产工艺要求和生产条件确定设备安装区域、位）根据生产工艺要求和生产条件确定设备安装区域、位置、固定方式（

5、通常给出设备布置图）。置、固定方式（通常给出设备布置图）。（8）外观要求）外观要求 表面涂层色彩要求，表面平面度、直线度，表面涂层色彩要求，表面平面度、直线度，表面镀铬，不锈钢亚光，表面氧化处理，表面喷塑，表面表面镀铬，不锈钢亚光，表面氧化处理，表面喷塑，表面涂装某牌号的白色面漆。涂装某牌号的白色面漆。3.1 设备安全设备安全u3.1.1.2 GMP对制药设备设计选型的指导对制药设备设计选型的指导原则原则（9）满足安全要求）满足安全要求 应符合国家相关机器设备安全设计规范。应符合国家相关机器设备安全设计规范。（10）满足环境要求）满足环境要求 符合国家相关机器设备环境控制规范。符合国家相关机器

6、设备环境控制规范。（11）操作要求）操作要求 操作盘安装位置、操作盘显示语言处理、操作盘安装位置、操作盘显示语言处理、汉语标识、某工位配置桌椅。汉语标识、某工位配置桌椅。（12）维修要求）维修要求 易损部件便于更换、各部位有维修空间、易损部件便于更换、各部位有维修空间、故障自动检测系统、控制系统恢复启动备份盘。故障自动检测系统、控制系统恢复启动备份盘。（13）计量要求）计量要求 测量仪表具有溯源性、测量范围、测量仪测量仪表具有溯源性、测量范围、测量仪表的分辨率、测量仪表的精度等级、测量仪表采用标准计表的分辨率、测量仪表的精度等级、测量仪表采用标准计量单位。量单位。3.1 设备安全设备安全u3.

7、1.2 强度强度安全设计安全设计u3.1.2.1 设计载荷设计载荷（1）设计压力）设计压力（2）重量）重量载荷载荷（3）风载荷风载荷（4）地震载荷地震载荷（5）温度）温度载荷载荷（6）交变载荷交变载荷u3.1.2.2 常规常规设计设计u（1）弹性失效设计）弹性失效设计准则准则最大拉应力理论，亦称第一强度理论最大拉应力理论，亦称第一强度理论。最大伸长线应变理论，亦称第二强度理论。最大伸长线应变理论，亦称第二强度理论。最大剪应力理论，亦称第三强度理论最大剪应力理论，亦称第三强度理论。形状改变比能理论，亦称第四强度理论。形状改变比能理论，亦称第四强度理论。3.1 设备安全设备安全u3.1.2.2 常

8、规常规设计设计u（2）常规设计及其局限）常规设计及其局限常规设计又称常规设计又称“按规则设计按规则设计”，理论基础为弹性失效准则中的，理论基础为弹性失效准则中的第一强度理论第一强度理论(最大拉应力理论最大拉应力理论)，目前目前仍为各国压力容器设仍为各国压力容器设计规范所计规范所采用采用。然而也然而也有其局限性，表现在以下几方面有其局限性，表现在以下几方面。只只考虑了拉应力的作用，没有对容器不同部位、由不同载考虑了拉应力的作用，没有对容器不同部位、由不同载荷引起、对容器失效有不同影响的应力进行详尽的分析荷引起、对容器失效有不同影响的应力进行详尽的分析。没有没有考虑到温度载荷的影响，但压力容器在实

9、际运行中所考虑到温度载荷的影响，但压力容器在实际运行中所承受的载荷不但有机械载荷，往往还有温度载荷，同时这些承受的载荷不但有机械载荷，往往还有温度载荷，同时这些载荷还可能有较大的波动。由温度载荷引起的温差应力对容载荷还可能有较大的波动。由温度载荷引起的温差应力对容器的影响是不能通过提高材料设计系数或加大厚度的方法来器的影响是不能通过提高材料设计系数或加大厚度的方法来解决。解决。只只考虑单一最大载荷工况，按一次施加的静力载荷处理，考虑单一最大载荷工况，按一次施加的静力载荷处理，没有考虑交变载荷的影响，而由交变载荷引起的疲劳失效又没有考虑交变载荷的影响，而由交变载荷引起的疲劳失效又是压力容器常见的

10、失效形式。是压力容器常见的失效形式。3.1 设备安全设备安全u3.1.2.3 分析设计分析设计（1）分析设计的理论基础）分析设计的理论基础分析设计放弃了传统的弹性失效准则，采用了塑性分析设计放弃了传统的弹性失效准则，采用了塑性失效准则、弹塑性失效准则和疲劳失效失效准则、弹塑性失效准则和疲劳失效准则准则。塑性失效准则为当容器上某一点达到屈服时，不塑性失效准则为当容器上某一点达到屈服时，不会导致容器的失效，只有当容器整体屈服时，才是会导致容器的失效，只有当容器整体屈服时，才是容器承载的极限状态。容器承载的极限状态。弹塑性失效准则为当容器边缘区域出现一定量的弹塑性失效准则为当容器边缘区域出现一定量的

11、局部塑性变形时，即为容器承载的极限状态。局部塑性变形时，即为容器承载的极限状态。疲劳失效准则为容器在交变载荷的作用下，当最疲劳失效准则为容器在交变载荷的作用下，当最大交变应力或循环次数达到疲劳设计曲线的规定值大交变应力或循环次数达到疲劳设计曲线的规定值时，即为容器承载的极限状态。时，即为容器承载的极限状态。3.1 设备安全设备安全u3.1.2.3 分析设计分析设计（2）压力容器的应力分类）压力容器的应力分类比较通用的应力分类方法是将压力容器中的应力分为比较通用的应力分类方法是将压力容器中的应力分为三大类：一次应力、二次应力和峰值应力三大类：一次应力、二次应力和峰值应力。一次应力一次应力P：指指

12、平衡外加机械载荷所必须的应力平衡外加机械载荷所必须的应力。二二次应力次应力Q：是是由于容器元件自身的约束或相邻由于容器元件自身的约束或相邻元件间的相互约束而产生的正应力或剪应力元件间的相互约束而产生的正应力或剪应力。峰值应力峰值应力F：是是由于局部结构不连续和局部热应由于局部结构不连续和局部热应力的影响而叠加到一次加二次应力之上的应力增量。力的影响而叠加到一次加二次应力之上的应力增量。3.1 设备安全设备安全u3.1.2.3 分析设计分析设计（3）应力强度）应力强度压力容器各点的应力状态一般为复合应力状态，分析设计压力容器各点的应力状态一般为复合应力状态，分析设计中采用最大剪应力理论中采用最大

13、剪应力理论(第三强度理论第三强度理论)计算应力强度计算应力强度S，其值，其值为该点最大主应力与最小主应力之差。为该点最大主应力与最小主应力之差。根据各类应力及其组合对容器危害程度的不同，分析设计标根据各类应力及其组合对容器危害程度的不同，分析设计标准划分了五类基本的应力强度：一次总体薄膜应力强度准划分了五类基本的应力强度：一次总体薄膜应力强度SI；一次局部薄膜应力强度一次局部薄膜应力强度SII；一次薄膜加一次弯曲应力；一次薄膜加一次弯曲应力(PL+Pb)强度强度SIII；一次加二次应力；一次加二次应力(PL+Pb+Q)强度强度SIV；峰值应力强度；峰值应力强度SV(PL+Pb+Q+F)。3.1

14、 设备安全设备安全u3.1.3 材料安全设计材料安全设计u3.1.3.1常用金属材料的基本性能常用金属材料的基本性能金属材料是制药设备最常用的一种材料金属材料是制药设备最常用的一种材料，基本性能主要有基本性能主要有：（1）机械性能）机械性能指金属材料在外力作用下表现出来的特性，主要包括材料强指金属材料在外力作用下表现出来的特性，主要包括材料强度、塑性、韧性和硬度等。度、塑性、韧性和硬度等。强度强度 指材料抵抗外载荷能力大小的指标，常用的强度指标指材料抵抗外载荷能力大小的指标，常用的强度指标有屈服极限有屈服极限ReL和强度极限和强度极限Rm。塑性塑性 指材料在破坏前，产生永久变形的能力。常用的塑

15、性指材料在破坏前，产生永久变形的能力。常用的塑性指标有断后伸长率指标有断后伸长率A和断面收缩率和断面收缩率Z。韧性韧性 是材料在断裂前吸收变形能量的能力。韧性好坏可用是材料在断裂前吸收变形能量的能力。韧性好坏可用冲击韧性冲击韧性K表示。表示。硬度硬度 指材料对局部塑性变形的抵抗能力。常用硬度指标有指材料对局部塑性变形的抵抗能力。常用硬度指标有布氏硬度布氏硬度(HB)，洛氏硬度，洛氏硬度(HR)等。等。3.1 设备安全设备安全u3.1.3 材料材料安全设计安全设计u3.1.3.1常用金属材料的基本性能常用金属材料的基本性能（2）耐蚀性能）耐蚀性能制药生产中所处理的物料，大多是有腐蚀性的。介质的耐

16、腐制药生产中所处理的物料，大多是有腐蚀性的。介质的耐腐蚀性能通常是选材的主要依据蚀性能通常是选材的主要依据。（3）物理性能）物理性能指导热系数、线膨胀系数、密度、熔点及导电性等指导热系数、线膨胀系数、密度、熔点及导电性等。（4）加工工艺性）加工工艺性材料的加工工艺性有可焊性、可锻性、可铸性、切削加工和材料的加工工艺性有可焊性、可锻性、可铸性、切削加工和热处理性能等。对设备用材的加工工艺性要求，取决于设备热处理性能等。对设备用材的加工工艺性要求，取决于设备的结构和加工方式。的结构和加工方式。3.1 设备安全设备安全u3.1.3 材料材料安全设计安全设计u3.1.3.2 设备材料选择依据设备材料选

17、择依据（1）设备的）设备的使用条件使用条件使用条件包括设计温度、设计压力、介质特性和操作特点，使用条件包括设计温度、设计压力、介质特性和操作特点，材料选择主要由使用条件决定材料选择主要由使用条件决定。（2）设备部件的功能）设备部件的功能明确部件的功能，选择相应性能要求的明确部件的功能，选择相应性能要求的材料材料。（3）材料的使用经验）材料的使用经验（4）综合）综合经济性经济性（5）政策法规）政策法规3.1 设备安全设备安全u3.1.3 材料材料安全设计安全设计u3.1.3.3设备常用设备常用金属材料金属材料（1）碳素钢）碳素钢碳素钢又称碳钢，是含碳量碳素钢又称碳钢，是含碳量0.02%2.11%

18、（一般低于（一般低于1.35%）的铁碳合金。压力容器用碳素钢主要有三类：第一类是碳素的铁碳合金。压力容器用碳素钢主要有三类：第一类是碳素结构钢，如结构钢，如Q235-B和和Q235-C钢板；第二类是优质碳素结构钢板；第二类是优质碳素结构钢，如钢，如10、20钢管，钢管，20、35钢锻件；第三类是压力容器专用钢锻件；第三类是压力容器专用钢板，如压力容器专用钢板钢板，如压力容器专用钢板Q245R。（2）低合金钢）低合金钢低合金钢是在碳素钢基础上加入少量合金元素的合金钢。合低合金钢是在碳素钢基础上加入少量合金元素的合金钢。合金元素的加入使其在热轧或热处理状态下除具有高的强度外，金元素的加入使其在热轧

19、或热处理状态下除具有高的强度外，还具有优良的韧性、焊接性能、成形性能和耐腐蚀性能。还具有优良的韧性、焊接性能、成形性能和耐腐蚀性能。3.1 设备安全设备安全u3.1.3 材料材料安全设计安全设计u3.1.3.3设备常用设备常用金属材料金属材料（3）高合金钢）高合金钢高合金钢大多是耐腐蚀、耐高温钢，主要有铬钢、铬镍钢和高合金钢大多是耐腐蚀、耐高温钢，主要有铬钢、铬镍钢和铬镍钼钢。以铬镍为主要合金元素的奥氏体不锈钢是应用铬镍钼钢。以铬镍为主要合金元素的奥氏体不锈钢是应用最最为广泛为广泛的一类不锈钢的一类不锈钢。u3.1.4 设备本质安全设计设备本质安全设计u3.1.4.1传统安全设计传统安全设计传

20、统模式以系统安全工程学为基础，通过危险源辨识、危传统模式以系统安全工程学为基础，通过危险源辨识、危险度评价和危险源控制三个步骤进行安全设计。险度评价和危险源控制三个步骤进行安全设计。3.1 设备安全设备安全u3.1.4 设备本质安全设计设备本质安全设计u3.1.4.2 本质安全设计本质安全设计（1）本质安全设计与传统安全设计的比较）本质安全设计与传统安全设计的比较3.1 设备安全设备安全u3.1.4 设备本质安全设计设备本质安全设计u3.1.4.2 本质安全设计本质安全设计（2）本质安全设计方法）本质安全设计方法可行性研究阶段可行性研究阶段 通过实现贯彻安全生产法规、技术标准以及工通过实现贯彻

21、安全生产法规、技术标准以及工程系统资料，实现项目本质安全的总体规划布置。程系统资料，实现项目本质安全的总体规划布置。初步的设计阶段初步的设计阶段 主要对总图布置及建筑物的危险、有害因素进主要对总图布置及建筑物的危险、有害因素进行辨识，实现项目选址和厂区平面布置的本质安全。行辨识，实现项目选址和厂区平面布置的本质安全。（a）工艺流程应为低压、常温工艺，尽量避免使用高压、高温工）工艺流程应为低压、常温工艺，尽量避免使用高压、高温工艺，不存或少存爆炸危险性物质等。艺，不存或少存爆炸危险性物质等。（b）应选择无害化的工艺技术，或以无害物质代替有害物质并实）应选择无害化的工艺技术，或以无害物质代替有害物

22、质并实现自动化等，尽可能从根本上避免危险、有害因素的发生；现自动化等，尽可能从根本上避免危险、有害因素的发生；（c）当消除危险、有害因素有困难时，应采取预防措施，如设置）当消除危险、有害因素有困难时，应采取预防措施，如设置安全阀和防静电接地、防雷接地、保护接地、漏电保护等；安全阀和防静电接地、防雷接地、保护接地、漏电保护等；（d）当无法避免且难以预防时，也应该采取减少危险、有害因素）当无法避免且难以预防时，也应该采取减少危险、有害因素发生的措施如设置防火堤、防火间距、以低毒物质代替高毒物质等；发生的措施如设置防火堤、防火间距、以低毒物质代替高毒物质等；（e）如果减少毒物质无法实现时，必须采取隔

23、离和联锁装置终止）如果减少毒物质无法实现时，必须采取隔离和联锁装置终止危害因素的发生。危害因素的发生。3.1 设备安全设备安全u3.1.4 设备本质安全设计设备本质安全设计u3.1.4.2 本质安全设计本质安全设计（2）本质安全设计方法）本质安全设计方法施工图纸的设计阶段施工图纸的设计阶段 施工图设计阶段就是在选定工艺流程施工图设计阶段就是在选定工艺流程的条件下，进行设备选型、管道走线、控制方案及控制设备的条件下，进行设备选型、管道走线、控制方案及控制设备等的设计。等的设计。u3.1.5 设备平面布置安全设计设备平面布置安全设计u3.1.5.1设备平面布置总原则设备平面布置总原则（1）首先要熟

24、悉规划的装置占地和当地气象条件、全年的主）首先要熟悉规划的装置占地和当地气象条件、全年的主导风向，其中主导风向直接影响加热炉、压缩机房及控制室导风向，其中主导风向直接影响加热炉、压缩机房及控制室等的位置。从设备上泄漏的可燃气体或蒸汽不应吹向加热炉，等的位置。从设备上泄漏的可燃气体或蒸汽不应吹向加热炉，故加热炉应位于上风向或侧风向。加热炉烟囱排出的烟和气故加热炉应位于上风向或侧风向。加热炉烟囱排出的烟和气不应吹向压缩机房或控制室。不应吹向压缩机房或控制室。3.1 设备安全设备安全u3.1.5 设备平面布置安全设计设备平面布置安全设计u3.1.5.1设备平面布置总原则设备平面布置总原则（2）制药设

25、备的特点是易燃易爆，所以装置布置应严格遵）制药设备的特点是易燃易爆，所以装置布置应严格遵循安全防火和防爆规范，确定设备间的防火和防爆间距，对循安全防火和防爆规范，确定设备间的防火和防爆间距，对于防火、防爆、防腐要求相近的设备应适当集中布置。于防火、防爆、防腐要求相近的设备应适当集中布置。（3）满足工艺流程要求，按物流顺序布置设备，按照同类）满足工艺流程要求，按物流顺序布置设备，按照同类设备适当集中的原则进行分区。在管廊两侧按流程顺序布置设备适当集中的原则进行分区。在管廊两侧按流程顺序布置设备、减少占地面积、节省投资。设备、减少占地面积、节省投资。（4）满足全厂规划要求，装置主管廊和设备的布置应

26、根据）满足全厂规划要求，装置主管廊和设备的布置应根据装置在工厂总平面图上的位置以及有关装置、罐区、系统管装置在工厂总平面图上的位置以及有关装置、罐区、系统管廊、道路等的相对位置确定，并与相邻装置的布置合理协调。廊、道路等的相对位置确定，并与相邻装置的布置合理协调。（5）工艺设备的竖向布置，应按下列原则考虑：）工艺设备的竖向布置，应按下列原则考虑：工艺设计工艺设计不要求架高的设备，尤其是重型设备，应落地布置；不要求架高的设备，尤其是重型设备，应落地布置；由泵由泵抽吸的塔和容器以及真空、重力流、固体卸料等设备，应满抽吸的塔和容器以及真空、重力流、固体卸料等设备，应满足工艺流程的要求，布置在合适的高

27、层位置；足工艺流程的要求，布置在合适的高层位置；当设备的面当设备的面积受限制或经济上更为合理时，可将设备布置在构架上。积受限制或经济上更为合理时，可将设备布置在构架上。3.1 设备安全设备安全u3.1.5 设备平面布置安全设计设备平面布置安全设计u3.1.5.2 动设施平面安全布置动设施平面安全布置（1）泵的设置）泵的设置原则上，泵尽量接近吸入源，并且尽量集中有规律地排列。原则上，泵尽量接近吸入源，并且尽量集中有规律地排列。一般是将出口管线布置成一直线，纵向配管对齐。但若电极一般是将出口管线布置成一直线，纵向配管对齐。但若电极侧为通路时，应使泵的基础对齐。侧为通路时，应使泵的基础对齐。（2）压

28、缩机的布置）压缩机的布置压缩机的设置应根据压缩机的类型确定：可燃性气体压缩压缩机的设置应根据压缩机的类型确定：可燃性气体压缩机宜露天或半露天布置，但严寒或多风沙地区布置在厂房内。机宜露天或半露天布置，但严寒或多风沙地区布置在厂房内。往复式压缩机应布置在厂房或带遮阳板的敞棚内。大型往复式压缩机应布置在厂房或带遮阳板的敞棚内。大型或多段压缩机宜采用两层布置，上层布置机组（压缩机和驱或多段压缩机宜采用两层布置，上层布置机组（压缩机和驱动机），下层布置附属设备，机组的操作和检修在二层。动机），下层布置附属设备，机组的操作和检修在二层。3.1 设备安全设备安全u3.1.5 设备平面布置安全设计设备平面布

29、置安全设计u3.1.5.3静设施平面安全布置静设施平面安全布置（1）容器的布置）容器的布置立式容器的布置立式容器的布置 为了操作方便，立式容器可以安装在地面、楼板或平台上，为了操作方便，立式容器可以安装在地面、楼板或平台上，也可以穿越楼板和平台，采用支耳支承。立式容器穿越楼板也可以穿越楼板和平台，采用支耳支承。立式容器穿越楼板或平台时，应避免液位计和液位控制器穿越楼板或平台。或平台时，应避免液位计和液位控制器穿越楼板或平台。卧式容器的布置卧式容器的布置成组布置的卧式容器宜按支座基础中心线取齐或按封头切线成组布置的卧式容器宜按支座基础中心线取齐或按封头切线对齐。卧式容器之间如无阀门或仪表时巡视检

30、查通道不宜小对齐。卧式容器之间如无阀门或仪表时巡视检查通道不宜小于于0.75m，当有阀门或仪表时，操作通道净空应不小于，当有阀门或仪表时，操作通道净空应不小于1.0m。容器下方需设通道时，容器底部配管与地面净空应不小于容器下方需设通道时，容器底部配管与地面净空应不小于2.2m。3.1 设备安全设备安全u3.1.5 设备平面布置安全设计设备平面布置安全设计u3.1.5.3静设施平面安全布置静设施平面安全布置（2）换热器的布置）换热器的布置 换热器尽量设在地面上，应在通道侧靠近道路留出抽出管束换热器尽量设在地面上，应在通道侧靠近道路留出抽出管束的空间。地上的换热器，壳体封头侧应留出的空间。地上的换

31、热器，壳体封头侧应留出1.83m，管箱侧，管箱侧至少留出管束长度加上至少留出管束长度加上1.5m的空地。的空地。（3）塔的平面布置）塔的平面布置塔的布置平面塔的布置平面 塔的布置多采用单排形式，按流程顺序沿管塔的布置多采用单排形式，按流程顺序沿管廊或框架一侧中心线对齐。廊或框架一侧中心线对齐。塔的安全距离塔的安全距离 两塔之间净距不宜小于两塔之间净距不宜小于2.5m，以便敷设管道，以便敷设管道和设置平台。和设置平台。塔的安装高度塔的安装高度3.1 设备安全设备安全u3.1.5 设备平面布置安全设计设备平面布置安全设计u3.1.5.3静设施平面安全布置静设施平面安全布置（4）反应器的布置）反应器

32、的布置反应器的一般成组布置在框架内，框架顶部设有吊装催化剂反应器的一般成组布置在框架内，框架顶部设有吊装催化剂和供检修用的吊车梁。框架下部应有卸催化剂的空间，框架的和供检修用的吊车梁。框架下部应有卸催化剂的空间，框架的一侧应有管道和检修、起吊所需的空间和场地。一侧应有管道和检修、起吊所需的空间和场地。操作压力超过操作压力超过3.5MPa的反应器宜布置在装置的一端或一侧。的反应器宜布置在装置的一端或一侧。反应器的安装高度应考虑催化剂卸料口的位置和高度。反应器的安装高度应考虑催化剂卸料口的位置和高度。3.2 设备安全保护基础设备安全保护基础u3.2.1 安全装置种类与设置安全装置种类与设置u3.2

33、.1.1安全装置种类安全装置种类为确保安全生产，每台容器都要根据生产工艺条件、介质特性为确保安全生产，每台容器都要根据生产工艺条件、介质特性和容器压力来源等因素，安装必要的安全装置，也称安全附件。和容器压力来源等因素，安装必要的安全装置，也称安全附件。（1）泄压装置）泄压装置 设备超压时能自动排放介质降低压力的装置。设备超压时能自动排放介质降低压力的装置。（2）联锁装置）联锁装置 为防止人员操作失误而装设的控制机构，如安为防止人员操作失误而装设的控制机构，如安全联锁装置、紧急停车装置等。全联锁装置、紧急停车装置等。（3）计量装置）计量装置 能自动显示设备运行中与安全有关的参数或信能自动显示设备

34、运行中与安全有关的参数或信息的仪表或装置，如压力表、温度计等。息的仪表或装置，如压力表、温度计等。（4）警报装置）警报装置 设备运行过程中出现不安全因素处于危险状态设备运行过程中出现不安全因素处于危险状态时，能自动发出声光或其他明显报警信号的仪器，如压力报警时，能自动发出声光或其他明显报警信号的仪器，如压力报警器、超温报警器等。器、超温报警器等。3.2 设备安全保护基础设备安全保护基础u3.2.1 安全装置种类与设置安全装置种类与设置u3.2.1.2 安全装置通用要求安全装置通用要求（1）制造安全阀、爆破片装置的单位应当持有相应的特种设）制造安全阀、爆破片装置的单位应当持有相应的特种设备制造许

35、可证；备制造许可证；（2）安全阀、爆破片、紧急切断阀等需要型式试验的安全附）安全阀、爆破片、紧急切断阀等需要型式试验的安全附件，应当经过国家质检总局核准的型式试验机构进行型式试验件，应当经过国家质检总局核准的型式试验机构进行型式试验并且取得型式试验证明文件；并且取得型式试验证明文件；（3）安全附件的设计、制造，应当符合相关安全技术规范的）安全附件的设计、制造，应当符合相关安全技术规范的规定；规定；（4）安全附件出厂时应当随带产品质量证明文件，并且在产）安全附件出厂时应当随带产品质量证明文件，并且在产品上装设牢固的金属铭牌；品上装设牢固的金属铭牌；（5）安全附件实行定期检验制度，安全附件的定期检

36、验按照）安全附件实行定期检验制度，安全附件的定期检验按照TSG 21-2016固定式压力容器安全技术监察规程与相关安固定式压力容器安全技术监察规程与相关安全技术规范的规定进行。全技术规范的规定进行。3.2 设备安全保护基础设备安全保护基础u3.2.2 安全泄放装置安全泄放装置安全泄放装置的主要作用是防止压力容器、锅炉和管道等受压设安全泄放装置的主要作用是防止压力容器、锅炉和管道等受压设备因火灾、操作故障或停水、停电造成压力设备超过其设计压力备因火灾、操作故障或停水、停电造成压力设备超过其设计压力而发生爆炸事故。包括安全阀和爆破片装置而发生爆炸事故。包括安全阀和爆破片装置。u3.2.2.1安全阀

37、安全阀安全阀是一种超压防护装置，是目前应用最普遍的安全泄放装置。安全阀是一种超压防护装置，是目前应用最普遍的安全泄放装置。（1）安全阀的种类）安全阀的种类弹簧式安全阀弹簧式安全阀加载装置是一个弹簧，加载装置是一个弹簧，通过调节螺母，可以改变通过调节螺母，可以改变弹簧的压缩量，调节阀芯弹簧的压缩量，调节阀芯对阀座的压紧力，从而确对阀座的压紧力，从而确定其开启压力的大小定其开启压力的大小3.2 设备安全保护基础设备安全保护基础u3.2.2 安全泄放装置安全泄放装置u3.2.2.1安全阀安全阀（1）安全阀的种类）安全阀的种类杠杆式安全阀杠杆式安全阀 是运用杠杠原理通过杠杆和阀杆将重锤的重力是运用杠杠

38、原理通过杠杆和阀杆将重锤的重力矩作用于阀芯，以平衡气体压力作用于阀芯上的力矩矩作用于阀芯，以平衡气体压力作用于阀芯上的力矩。3.2 设备安全保护基础设备安全保护基础u3.2.2 安全泄放装置安全泄放装置u3.2.2.1安全阀安全阀（2）安全阀的选用）安全阀的选用安全阀的选用应该符合下述原则：安全阀的制造单位必须是国安全阀的选用应该符合下述原则：安全阀的制造单位必须是国家定点厂家和取得相应类别的制造许可证的单位。安全阀上应家定点厂家和取得相应类别的制造许可证的单位。安全阀上应有标牌，标牌上应注明主要技术参数，如排放量、开启压力等。有标牌，标牌上应注明主要技术参数，如排放量、开启压力等。安全阀的选

39、用根据容器的工艺条件和工作介质的特性，从容器安全阀的选用根据容器的工艺条件和工作介质的特性，从容器的安全泄放量，介质的物理化学性质以及工作压力范围等方面的安全泄放量，介质的物理化学性质以及工作压力范围等方面考虑。其中安全排放量是选用安全阀的重要因素，安全阀的排考虑。其中安全排放量是选用安全阀的重要因素，安全阀的排放量应不小于容器的安全泄放量。放量应不小于容器的安全泄放量。3.2 设备安全保护基础设备安全保护基础u3.2.2 安全泄放装置安全泄放装置u3.2.2.1安全阀安全阀（3）安全阀的安装）安全阀的安装安全阀应垂直向上安装在压力容器本体的液面以上气相空间部位，安全阀应垂直向上安装在压力容器

40、本体的液面以上气相空间部位，选择安装位置时，应考虑到安全阀的日常检查、维护和检修的方选择安装位置时，应考虑到安全阀的日常检查、维护和检修的方便。便。（4）安全阀的维护和检验）安全阀的维护和检验安全阀一般每年至少应校验一次，拆卸进行校验有困难时应采用安全阀一般每年至少应校验一次，拆卸进行校验有困难时应采用现场校验（在线校验）。校验合格后，校验单位应出具校验报告现场校验（在线校验）。校验合格后，校验单位应出具校验报告书并对校验合格的安全阀加装铅封。书并对校验合格的安全阀加装铅封。安全阀须加强日常维护检查，并经常保持清洁，防止阀底弹簧等安全阀须加强日常维护检查，并经常保持清洁，防止阀底弹簧等被油垢及

41、脏弃物所黏住或被腐蚀，还应经常检查安全阀的铅封是被油垢及脏弃物所黏住或被腐蚀，还应经常检查安全阀的铅封是否完好。否完好。3.2 设备安全保护基础设备安全保护基础u3.2.2 安全泄放装置安全泄放装置u3.2.2.2爆破片爆破片爆破片又称防爆片，是一种断裂型的超压防护装置，用来装设爆破片又称防爆片，是一种断裂型的超压防护装置，用来装设在那些不宜于装设安全阀的压力容器上，当容器内的压力超过在那些不宜于装设安全阀的压力容器上，当容器内的压力超过正常工作压力并达到设计压力时自行爆破，使容器内的气体经正常工作压力并达到设计压力时自行爆破，使容器内的气体经爆破片断裂后形成的流出口向外排出，避免容器本体发生

42、爆炸。爆破片断裂后形成的流出口向外排出，避免容器本体发生爆炸。（1）爆破片的种类）爆破片的种类正拱形爆破片正拱形爆破片 呈拱形，凹面处于压力系统的高压侧，动作时呈拱形，凹面处于压力系统的高压侧，动作时因拉伸而破裂因拉伸而破裂。3.2 设备安全保护基础设备安全保护基础u3.2.2 安全泄放装置安全泄放装置u3.2.2.2爆破片爆破片反拱形爆破片反拱形爆破片 呈拱形，凸面处于压力系统的高压侧，动作时呈拱形，凸面处于压力系统的高压侧，动作时因压缩失稳而翻转破裂或脱落因压缩失稳而翻转破裂或脱落。平板形爆破片平板形爆破片 呈平板形，动作时因拉伸、剪切或弯曲而破裂呈平板形，动作时因拉伸、剪切或弯曲而破裂。

43、3.2 设备安全保护基础设备安全保护基础u3.2.2 安全泄放装置安全泄放装置u3.2.2.2爆破片爆破片石墨爆破片石墨爆破片 由浸渍石墨、柔性石墨、复合石墨等以石墨为基由浸渍石墨、柔性石墨、复合石墨等以石墨为基体的材料制成，动作时因剪切或弯曲而破裂体的材料制成，动作时因剪切或弯曲而破裂。3.2 设备安全保护基础设备安全保护基础u3.2.2 安全泄放装置安全泄放装置u3.2.2.2爆破片爆破片（2）爆破片的选择）爆破片的选择选择爆破片安全装置时，应考虑爆破片安全装置的入口侧和出口选择爆破片安全装置时，应考虑爆破片安全装置的入口侧和出口侧两面承受的压力及压力差等因素。侧两面承受的压力及压力差等因

44、素。选择爆破片型式时，应综合考虑被保护承压设备的压力、温度、选择爆破片型式时，应综合考虑被保护承压设备的压力、温度、工作介质、最大操作压力比等因素的影响，以便获得较长使用周工作介质、最大操作压力比等因素的影响，以便获得较长使用周期的爆破片安全装置。期的爆破片安全装置。（3）爆破片的安装）爆破片的安装爆破片安全装置应设置在承压设备的本体或附属管道上，且应便爆破片安全装置应设置在承压设备的本体或附属管道上，且应便于安装、检查及更换。于安装、检查及更换。爆破片安全装置应设置在靠近承压设备压力源的位置。爆破片安全装置应设置在靠近承压设备压力源的位置。3.2 设备安全保护基础设备安全保护基础u3.2.2

45、 安全泄放装置安全泄放装置u3.2.2.2爆破片爆破片（4）爆破片的维护和检验）爆破片的维护和检验运行中应经常检查爆破片法兰连接处有无泄露，爆破片有无变形。运行中应经常检查爆破片法兰连接处有无泄露，爆破片有无变形。通常情况下，爆破片应每年更换一次，发生超压而未爆破的爆破通常情况下，爆破片应每年更换一次，发生超压而未爆破的爆破片应当立即更换。片应当立即更换。u3.2.3 紧急停车装置紧急停车装置u3.2.3.1紧急停车系统的概念及构成紧急停车系统的概念及构成紧急停车系统(ESD，Emergency Shutdown Device)是化工生产过程中最高级的安全保护装置。3.2 设备安全保护基础设备

46、安全保护基础u3.2.3 紧急停车装置紧急停车装置u3.2.3.1紧急停车系统的概念及构成紧急停车系统的概念及构成ESD 由检测单元（如各类开关、变送器等）、控制单元和执行由检测单元（如各类开关、变送器等）、控制单元和执行单元（如电磁阀、电动门等）组成，其核心部分是控制单元，见单元（如电磁阀、电动门等）组成，其核心部分是控制单元，见图图3-7。从。从ESD 的发展过程看，其控制单元经历了电气继电器的发展过程看，其控制单元经历了电气继电器（Electrical）、电子固态电路（）、电子固态电路（Electronic）和可编程电子系统）和可编程电子系统（Programmable Electroni

47、c System），即），即E/E/PES 三个阶段。三个阶段。3.2 设备安全保护基础设备安全保护基础u3.2.3 紧急停车装置紧急停车装置u3.2.3.2紧急停车系统的设计原则紧急停车系统的设计原则（1）独立设置原则）独立设置原则ESD 紧急停车系统按照安全独立原则要求，独立于紧急停车系统按照安全独立原则要求，独立于 DCS 集散控集散控制系统，其安全级别高于制系统，其安全级别高于 DCS。在正常情况下，处于静态的，。在正常情况下，处于静态的，不需要人为干预。凌驾于生产过程控制之上，实时在线监测装置不需要人为干预。凌驾于生产过程控制之上，实时在线监测装置的安全性。的安全性。（2）故障安全原

48、则）故障安全原则组成组成 ESD 的各环节自身出现故障的概率不可能为零，且供电、的各环节自身出现故障的概率不可能为零，且供电、供气中断亦可能发生。当内部或外部原因使供气中断亦可能发生。当内部或外部原因使 ESD 失效时，被保失效时，被保护的对象（装置）应按预定的顺序安全停车，自动转入安全状态。护的对象（装置）应按预定的顺序安全停车，自动转入安全状态。3.2 设备安全保护基础设备安全保护基础u3.2.3 紧急停车装置紧急停车装置u3.2.3.2紧急停车系统的设计原则紧急停车系统的设计原则（3）工艺过程风险的评估及安全度等级的评定）工艺过程风险的评估及安全度等级的评定 ISA-S84.01标准标准

49、美国仪表学会美国仪表学会(ISA)定义安全仪表系统，对应定义安全仪表系统，对应ISA-S84.01标准。标准。ISA-S84.01是过程工业功能安全标准，首次提出了安全完整性等级是过程工业功能安全标准，首次提出了安全完整性等级(Safety integrity level，SIL)分级概念标准，将分级概念标准，将SIL 分为分为 1、2、3 级。级。IEC61508标准标准IEC国际电工委员会定义安全要求对应的标准为国际电工委员会定义安全要求对应的标准为IEC61508标准。标准。增加了第增加了第4级标准。级标准。DIN V19250标准标准DIN V19250标准是德国莱茵认证机构对工业过程

50、安全控制系统所标准是德国莱茵认证机构对工业过程安全控制系统所作的分类等级，共分为作的分类等级，共分为8级（级（AK1-AK8），AK8是目前最高级别是目前最高级别的安全标准的安全标准。3.2 设备安全保护基础设备安全保护基础u3.2.3 紧急停车装置紧急停车装置u3.2.3.2紧急停车系统的设计原则紧急停车系统的设计原则（3）工艺过程风险的评估及安全度等级的评定）工艺过程风险的评估及安全度等级的评定3.2 设备安全保护基础设备安全保护基础u3.2.4 联锁保护装置联锁保护装置u3.2.4.1联锁保护及其目的联锁保护及其目的联锁保护系统是一种能够按照规定的条件或程序来控制有关联锁保护系统是一种能