化工工艺及安全设计（王桂赟）

《化工工艺及安全设计》是化工工艺与化工安全设计的有机结合。具体内容包括：绪论、烃类热裂解制乙烯、化工流程安全设计、合成氨工艺及安全、氯乙烯和聚氯乙烯工艺及安全、化工装置安全布置。其中，各产品工艺章节在论述工艺过程及工艺原理的同时，还重点关注了各生产工艺中典型单元的基本过程控制方案和安全控制方案。化工流程安全设计主要讲述在管道及仪表流程图中能体现的安全对策措施；化工装置安全布置主要论述在化工厂选址、总平面布置、车间布置及管道布置设计中的安全布置要点，论述了危险性气体检测报警系统、火灾自动报警系统、消防系统、安全卫生设施、火炬系统等化工装置中需独立设置的安全设施。在章节设置上，工艺部分和安全设计部分进行了适当穿插，这样方便引证，相关的知识讲解更加通俗易懂，论述过程中引用现行的相关法规、国家规范及行业规范。《化工工艺及安全设计》可作为化工背景的安全工程专业、化工安全专业，以及化工工艺及相关专业安全方向的本科生教材，也可以作为化工企业职工的继续教育用书及相关工程技术人员的参考书。

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第1章 绪论 001
1.1 化工工艺 001
1.1.1 化工工艺过程 001
1.1.2 典型无机化工产品的生产方法 003
1.1.3 有机化工产品的生产方法 005
1.2 化工安全设计 008
1.2.1 化工安全设计的任务 008
1.2.2 行业规范对化工安全设计的要求 008
1.2.3 化工安全设计的主要内容 010
参考文献 010
思考题 011

第2章 烃类热裂解制乙烯 012
2.1 概述 012
2.1.1 乙烯的性质、用途及制备方法 012
2.1.2 烃类热裂解制乙烯的发展历程 015
2.2 烃类热裂解制乙烯的反应原理 017
2.2.1 烃类热裂解反应 017
2.2.2 烃类热裂解反应的热力学特点 018
2.2.3 烃类热裂解反应的机理 020
2.2.4 烃类热裂解反应的动力学特点 021
2.3 热裂解反应结果的影响因素 024
2.3.1 裂解原料的特性及其对裂解反应结果的影响 024
2.3.2 操作参数对裂解反应结果的影响 027
2.4 烃类热裂解制乙烯工艺 030
2.4.1 总流程 030
2.4.2 裂解及预分馏工艺 030
2.4.3 裂解气的压缩及制冷 038
2.4.4 裂解气的净化 039
2.4.5 裂解气的精馏分离 047
2.5 烃类热裂解制乙烯的危险性及安全措施 051
2.5.1 乙烯生产中物料的危险性及安全措施 051
2.5.2 乙烯生产过程中的危险性及安全措施 052
参考文献 053
思考题 054

第3章 化工流程安全设计 055
3.1 化工流程安全设计的内容 056
3.2 危险与可操作性分析 056
3.2.1 HAZOP 方法概述 057
3.2.2 HAZOP 的分析流程及分析用术语 057
3.2.3 HAZOP 分析结果 061
3.2.4 LOPA 分析简述 064
3.3 化工过程安全控制 068
3.3.1 化工自动控制系统简述 068
3.3.2 安全仪表系统 071
3.4 化工安全附件 075
3.4.1 管道过滤器 075
3.4.2 限流孔板 076
3.4.3 安全阀和爆破片 077
3.4.4 止逆阀 079
3.4.5 阻火器 080
3.4.6 安全水封 082
3.4.7 盲板 082
3.4.8 呼吸阀 083
3.5 管道及仪表流程图 084
3.5.1 管道的基本性能参数 085
3.5.2 管道及仪表流程图的内容及绘制 089
3.6 各类设备单元的流程安全设计 100
3.6.1 反应单元的流程安全设计 100
3.6.2 精馏单元的流程安全设计 101
3.6.3 加热炉单元的流程安全设计 103
3.6.4 锅炉（汽包）的流程安全设计 106
3.6.5 离心泵的流程安全设计 107
3.6.6 压缩机系统的流程安全设计 110
3.6.7 液体储罐的流程安全设计 112
参考文献 115
思考题 116

第4章 合成氨工艺及安全 117
4.1 概述 117
4.1.1 氨的性质、用途 117
4.1.2 合成氨生产原料及工艺流程 118
4.2 合成氨粗原料气的制取及过程控制 120
4.2.1 气态烃蒸汽转化制合成气 120
4.2.2 重油部分氧化制合成气 127
4.2.3 煤气化制合成气 132
4.3 一氧化碳的变换及过程控制 140
4.3.1 变换反应原理 140
4.3.2 变换工艺流程及过程控制 141
4.4 合成氨粗原料气的净化及过程控制 146
4.4.1 含硫物质的脱除 146
4.4.2 含碳物质的粗脱除 152
4.4.3 低浓度含硫、含碳杂质气体的深度净化 154
4.5 氨的合成及过程控制 159
4.5.1 氨合成反应基础 159
4.5.2 氨合成的工艺流程及过程控制 161
4.6 合成氨工厂的其他安全措施 167
4.6.1 生产介质的危险性 167
4.6.2 专业安全设施 167
参考文献 168
思考题 169

第5章 氯乙烯和聚氯乙烯工艺及安全 170
5.1 概述 170
5.1.1 氯乙烯的性质、用途及制备方法 170
5.1.2 聚氯乙烯的性质、用途及制备方法 172
5.2 氧氯化法生产氯乙烯工艺及安全 173
5.2.1 氧氯化法生产氯乙烯的基本反应 173
5.2.2 氧氯化法生产氯乙烯的工艺技术 176
5.2.3 氧氯化法生产氯乙烯的工艺安全分析与设计 180
5.3 电石乙炔法生产氯乙烯工艺及安全 189
5.3.1 电石乙炔法生产氯乙烯的基本原理 190
5.3.2 电石乙炔法生产氯乙烯的工艺流程 190
5.3.3 电石乙炔法生产氯乙烯反应器的操作条件 192
5.3.4 电石乙炔法生产氯乙烯的工艺安全分析与设计 193
5.4 聚氯乙烯的生产工艺及安全 197
5.4.1 概述 197
5.4.2 聚氯乙烯的反应机理和生产工艺 199
5.4.3 聚氯乙烯生产的工艺安全分析与设计 204
参考文献 207
思考题 208

第6章 化工装置安全布置 209
6.1 厂址选择及总体布置 209
6.1.1 厂址安全选择 209
6.1.2 化工园区的安全设计 211
6.1.3 化工厂总平面的安全设计 213
6.2 车间安全布置设计 219
6.2.1 工艺装置的安全布置设计 219
6.2.2 典型设施的安全布置设计 226
6.2.3 车间布置图的绘制规定 234
6.3 管道安全布置设计 238
6.3.1 工艺及公用物料管道安全布置要点 238
6.3.2 含可燃液体的生产污水管道安全布置要点 240
6.4 化工装置专业安全设施的设置 241
6.4.1 危险性气体检测报警系统 241
6.4.2 火灾自动报警系统 244
6.4.3 消防系统 246
6.4.4 安全卫生设施 252
6.4.5 火炬系统 260
6.4.6 化工装置的其他安全防护设施 263
参考文献 265
思考题 266

化学工业是国民经济的支柱产业。化工产品生产过程因涉及的危险性物料品种多、数量大，涉及危险操作的工况多，是事故发生频率较高且事故后果较为严重的工业过程。安全设计是保障化工生产过程安全运行的基础，在预防和遏制事故发生，减少事故损失中发挥着非常重要的作用。了解化工生产过程的特点，可以更加深入地理解化工安全设计中各种安全措施设置的必要性及安全设计过程的复杂性。
要想更好地理解并有效地设计安全对策措施，要求相关的专业人员既要了解化工产品生产过程的特点，又要熟悉和掌握各种安全对策措施的特征及保护功能。将“化工工艺”和“化工安全设计”的内容设置于同一本教材中，便于读者结合学习，可以避免简单记忆相关规定的枯燥性，增加学习的趣味性，取得更好的学习效果，基于此目的，我们编写了本教材。教材力争借助对国家安监部门重点监管的三个化工产品生产工艺，即烃类热裂解制乙烯生产工艺、合成氨生产工艺、氯乙烯及聚氯乙烯生产工艺的讲解，让读者在学习三种产品具体生产技术的同时，了解化工产品生产工艺流程的结构及组织思路，了解反应及其他典型过程工艺条件确立的依据，加深对化学反应工程、化工原理、化工热力学等课程知识的认识。通过对化工流程安全设计及化工装置安全布置设计的讲解，让读者了解主要的化工安全对策措施，熟悉国家现行的相关法规和规范，学习如何将相关的安全对策措施在化工设计中体现出来。在具体内容的安排上，化工工艺和安全设计适当穿插设置，在讲授化工安全设计的内容时结合对应化工工艺产品的案例，在典型化工产品工艺讲述过程中，进一步阐述工艺控制、安全分析、安全控制方案等安全设计的内容。
具体章节安排上，第1 章为绪论。第2 章讲述一种产品工艺，即烃类热裂解制乙烯的生产工艺，首先让读者对化工产品生产工艺及其特点有一种具象的认识，方便后续讲述流程安全设计时读者对具体内容的理解。第3 章为化工流程安全设计，主要讲述在化工流程中能够体现的安全对策措施，包括基本的过程控制系统、安全仪表系统及安全附件，这样安排的目的是方便读者在后续的产品工艺及安全对策措施的学习中，理解透彻、目标明确。第4 章和第5 章分别是合成氨生产工艺及安全和氯乙烯、聚氯乙烯的生产工艺及安全，讲述相应产品的生产原理、生产工艺过程、重要的工艺参数，分析重点工艺单元的参数特征及基本过程控制方案和安全控制方案。第6 章为化工装置安全布置设计，讲述设备安全布置、管道安全布置及相对独立的安全设施，如危险性气体检测报警系统、火灾自动报警系统、消防系统、安全卫生设施、火炬系统等等。
本书为河北工业大学安全工程专业省级一流本科专业建设成果教材。第1～4 章和第6 章主要由王桂赟编写和统稿，邬长城、谭朝阳、薛伟参加了编写工作；第5 章主要由邬长城编写和统稿，吴飞超参加了编写工作。感谢王延吉、赵新强、王淑芳、王桂荣等老师在编写过程中给予的建议和意见！感谢河北工业大学化工学院各位领导的大力支持！感谢化学工程与工艺系和安全工程系各位领导和老师的帮助！
由于作者的水平有限，具体问题分析不够透彻，难免有疏漏存在；加之一手资料的不足，例证不是特别丰富；另外由于篇幅的限制，内容的深度和广度都存在一定的欠缺。恳请广大读者提出宝贵的意见！

编者
2023年6月