1.2　过程装备安全的特点

1.2.1　过程装备概念及分类

过程装备通常是指过程工业生产过程中应用的各种设备。在过程工业将生产原料转化成为合格产品的过程中，必须要经过主要的三种工序：第一个是生产原料的预处理；第二个是相关的化学或生物反应；第三个是反应后的产物提炼及分离。这一生产工艺过程主要依靠相应的机械设备实现，这样的机械设备都属于过程装备。

目前，过程工业正在朝着大型化和集成化方向发展，这样就要求我们使用的装备有着非常好的使用性能以及运行的安全稳定性。在整个过程工业生产中如果某一个机械设备出现故障就会严重地影响系统的稳定运行。因此在过程工业领域，装备运行的安全至关重要。

（1）过程装备的分类

过程装备通常可分为过程机械和过程设备两大类。

过程机械（流体机械），指主要作用部件为运动的机械，如各种泵、风机、压缩机、破碎机、过滤器、离心分离机、旋转窑、搅拌机、旋转干燥机等。

过程设备，指主要作用部件是静止的或者只有很少运动的机械，如各种储存设备（槽、罐、釜等）、反应设备（反应器、合成塔、反应炉、电解槽、聚合釜等）、换热设备（换热器、散热器、废热锅炉、储热器等）、分离设备（精馏塔、干燥器、蒸发器、结晶设备、吸附设备、普通分离设备）等。

（2）过程装备的主要性能

过程工业的生产产量以及相应的生产成本和生产质量与过程装备密切相关。同时过程装备必须能够承受高温、高压以及易燃易爆等苛刻的条件。因此过程装备至少应该具备以下五种使用性能：①过程装备应该在连续高速运转的情况下保障其可靠性以及安全性；②过程装备应该在特殊的条件下还能够保障标准要求的使用强度性能；③过程装备必须具有非常好的耐腐蚀性；④过程装备必须要有好的密封性能；⑤过程装备必须要按照国家节能减排的要求实现高效率、低能耗、低排放。

（3）过程装备的主要特点

由于过程装备的用途不同，涉及的形式种类非常多，过程装备内物料的相互转化是非常复杂的，常见的能量转化主要有热能转化、机械能转化以及化学能转化等。

过程装备在运行过程中由于运行物料的性质发生变化，导致过程装备的组成以及相应的运行状态也随之变化。

过程装备的运行工况会随着生产系统运行参数的变化而变化，例如随着温度、压力的变化而变化等。

过程装备要求能够在不同化学物质的生产运行过程中灵活转换，因此过程装备的设备结构比较复杂。

1.2.2　影响过程装备安全的主要因素

（1）过程装备安全的本质因素

通过对大量过程装备事故数据统计分析，可以看到，由于过程装备的设计不合理，造成过程装备在使用中发生事故的情况时有发生。比如，有些过程装备由于选材不当而引起装置腐蚀、损坏及材料的疲劳；有些过程装备由于设计不合理，缺少可靠的控制仪表等，在操作时，过程装备往往会出现故障；有的过程装备是因为外部附件设计不合理而存在危险因素；有的是操作部位不合理等。这些都直接影响过程装备的安全性，从而使生产装置处于不安全状态。

过程装备的本质安全是保证生产运行的关键所在。设计者必须严格遵循相关的规范标准，根据过程装备的使用条件，严格设计，力求使过程装备达到技术先进、性能可靠、安全耐用的标准。

在过程装备的加工制造以及装配过程中，可能存在不足，形成危险因素，引发事故。如过程装备制造过程中存在的制造工艺不符合标准、加工方擅自变更图纸、加工精度不能满足标准或设计要求、没有进行充分的无损检验或没有经过专家验收、对过程装备预处理或热处理不当、过程装备安装达不到技术标准要求等，均会形成潜在的不安全因素。

制造和安装单位一定要严格按照过程装备制造和安装技术标准，在制造以及安装过程中，确保质量达标。属于压力容器的，还应符合国家关于特种设备安全监察方面的相关规定。

（2）过程装备安全的使用因素

在过程工业生产中，大多数过程装备都是在苛刻的温度、压力、介质条件（如高温、高压、低温、真空、腐蚀等）等环境下运行的。相关操作人员的违规操作、误操作，工作人员对过程装备维护保养的缺失，对过程装备本身及安全附件定期检验校验的不到位，检修维修前后开停车的不按规操作等，都是过程装备在使用过程中的安全隐患，稍有不慎，就可能导致过程装备事故的发生。

为了实现过程装备安全，在使用过程中，所有过程装备管理人员和操作人员都必须经过严格地培训或考核合格，并能够自觉遵守各项规章制度。每位操作人员都必须熟悉和掌握过程装备的性能、操作要领和工艺指标，严格按照操作规程进行操作，杜绝“三违”现象。严禁过程装备超温超压超负荷运行以及超期服役，同时，要及时对过程装备进行维修和保养，以保证过程装备处于完好状态。

（3）过程装备安全的管理因素

安全管理是保证生产经营单位安全运行的重要环节，也是保障过程装备安全的必要措施。必须不断完善安全管理制度，建立一套科学、合理、有效、可操作性强的安全管理和应急管理体系。通过安全管理，提高各级管理人员和员工的安全意识，规范员工的操作行为，加强对过程装备的维护保养，使设备本身和各个安全附件都处于良好状态。属于特种设备范畴的承压设备，还必须严格遵守特种设备有关定期检验的要求。积极开展安全生产标准化工作，努力提升企业对过程装备的管理水平。

加强对从业人员教育培训，不断提高对过程装备安全运行知识的掌握程度，增强员工安全意识和自我保护能力。首先，要正确认识和学习国家有关安全生产的方针、政策、法律法规以及有关过程装备方面的规章、规程、规范、标准等；其次，要普及和提高过程装备安全技术知识，使其了解相关的安全管理要求，增强安全操作技能，掌握过程装备和工作岗位存在的危险因素及防护措施、应急措施等；再次，通过对典型的事故案例进行分析，使员工从事故中汲取深刻的教训，让他们了解到自己所执行的安全管理制度及操作规程，不但是国家法律法规和标准的要求、是实践中经验的积累，也是在血淋淋的事故中总结出来的教训。要使员工明白过程装备事故的严重性和危害性，增强员工对过程装备安全运行的重视程度，以保障生产的有序进行，实现对过程装备安全的有效控制。

1.2.3　过程装备失效的主要原因

过程装备有别于其他机械装备的显著特点是：

ⅰ.涉及的能量形式多种多样，相互间转换过程也较复杂，最常见的能量形式有热能、机械能、化学能、电磁能等；

ⅱ.工质性质多变，如其组成、组分及其相态的多变等；

ⅲ.运行工况域十分宽阔，操作参数特殊，如高低压、高低转速、高低温、高低黏度等；

ⅳ.具有优良的适应不同化学性质要求的特点，从而构成了过程装备特殊结构的千变万化。

因此，过程装备的损坏形式也是多种多样的，如：表面损坏、畸变损坏、泄漏损坏、断裂损坏等。但究其原因主要有以下几个方面。

（1）腐蚀和冲蚀磨损

相关调查显示，在世界上生产的钢铁中，每年就有将近总量的10%的钢铁被腐蚀掉，因为腐蚀问题造成的经济损失大约占据了国民生产总值的2%～5%。

从过程工业生产过程看，腐蚀问题大致可以分为三种类型，即来自原料组分的腐蚀、生产过程中来自化学药剂的腐蚀以及环境的腐蚀。在各种炼油加工过程中，作为处理剂、吸收剂、催化剂等加入的各种酸及化学药剂，几乎都会对设备造成腐蚀。

另外，在机械、冶金、能源、航空等行业都广泛存在着冲蚀磨损的问题，其已经成为材料损坏的重要原因之一。据有关部门调查，在所有的锅炉事故中，有近1/3的是由于锅炉管道的冲蚀磨损造成的；运输管道、弯头的冲蚀磨损比直通管道的冲蚀磨损程度严重50倍以上。

许多储存在容器内的原料及化学品会与容器金属本身反应而造成腐蚀，在流体输送过程中对材料造成冲蚀。在一些生产操作中，腐蚀和冲蚀同时发生。

（2）疲劳

在静设备上，疲劳损坏常发生在管路和压力容器上，它的产生是由温度和压力载荷的周期性变化导致的。设备的损坏最初是以疲劳裂纹的形式出现的，随着时间的积累，逐渐形成交变应力，最终导致裂纹的快速扩展，造成设备及配件损坏。

在旋转机械特别是在往复运动的部件上，疲劳裂纹的产生非常普遍。机械的疲劳损坏，一般始于金属的表面，以裂纹形式出现，起初裂纹扩展比较缓慢，之后发展越来越快，最后导致裂纹迅速扩展以至造成设备或其零部件损坏。

（3）渗漏与泄漏

通常情况下，渗漏是由于零件的质地疏松或者存在肉眼看不到的缝隙等原因造成的液体或者气体向外流动的现象。出现渗漏的原因主要就是存在缝隙和密闭系统的压力过大，有时多种因素的共同影响也会导致渗漏的发生。要更好地解决渗漏问题，就必须采取针对性的措施，根据具体原因对症治理。

过程装备和管道上存在大量密封点，在压力、温度、介质腐蚀的联合作用下，随着时间的延续，往往出现泄漏。渗漏或泄漏都会引起有毒物质的外泄，从而危害生产和人民群众公共安全。

（4）运动与运转故障

润滑不良、工作中加料和加载不均衡，可加速轴承损坏、运转件磨损和整个转子不平衡，使得振动加剧，噪声增大，严重时使设备损坏。

（5）温度过高或过低

温度过高，金属也会发生结构变化及化学变化，如晶粒增大、过烧、石墨化、脆化等，使设备发生永久性的变形以致彻底损坏。还有高温下的氢腐蚀、高温蠕变、热膨胀不一致等问题。温度过低，设备内的水或某些化学药剂会冻结，造成管道和容器破裂损坏。对于间歇操作的设备、消防水线及排放水线，特别容易冻坏。

（6）超压及超负荷

在正常情况下，单纯超压并不一定会造成设备损坏，因为超压时有安全泄放装置可以泄放，或原设计就有输送泵的最大压力限制予以保护。但如果安全泄放装置失灵或泄放通道过小，设备本身存在腐蚀使壁厚减薄过多，或存在裂纹、凹坑等缺陷，就会造成故障导致设备损坏。超压过高时，则会引起设备爆炸。

（7）脆性断裂

多种原因可使金属材料呈现脆性。在无鼓胀、无变形，即没有先兆的情况下发生裂纹迅速扩展而断裂，其后果常常是灾难性的。

（8）机械维修不当或缺乏维修管理

由于设备吊装坠落或搬运机具碰撞等类似情况造成的机械损坏，会在装置停工大检修中发生。把起重卷扬机固定在管架上，卷扬机工作时，引起管架弯曲；卡车或其他搬运机动车辆，撞到构筑物柱子上，致使柱子变形、混凝土基础损坏，撞到蒸汽管线的排凝集合管或消防水龙头上，迫使装置不得不停工进行修复；推土机严重破坏地下瓦斯管线，引起瓦斯泄漏点燃；预制好的管线从卡车上抛下，使法兰损坏；换热器抽出管束时，将基础拉坏；起吊管束操作不当，将管子撞坏等也属此类。以上事例大多发生在工程施工或大检修过程中，纯属工作马虎或不遵守操作规程及有关安全施工规定所致。

（9）地震、地基下沉、风载荷

设备经受地震、地基下沉、风载荷时，特别是当基础、支承和框架受到损坏时，设备的损坏将十分严重。还有，脚手架上的踏板没有固定好，被大风吹到附近的管线上，造成管线损坏；安装罐顶圈板，未固定加强，被狂风吹掉，造成不应有的损失等也应引起重视。

1.2.4　过程装备安全的基本要求

过程工业生产装置大型化，在基建投资和经济效益方面的优势是无可争议的，但是大型化必然带来生产的连续化、操作的集中化以及全流程的自动控制，省掉了中间储存环节，生产的弹性大大减弱。生产线上每一环节的故障都会对全局产生严重影响。对工艺设备的处理能力和工艺过程的参数要求更加严格，对控制系统和人员配置的可靠性也提出了更高的要求。大型化把各种生产过程有机地联合在一起，输入输出都是在管道内进行的。许多装置互相连接，形成一条生产线，规模巨大、结构复杂、不再独立运转，装置间互相作用、互相制约，这样就可能存在薄弱环节，使系统变得比较脆弱。为确保生产装置的正常运转并达到规定目标的产品，装置的可靠性变得越来越重要。

为了保证安全生产，过程装备必须满足如下基本要求。

（1）足够的强度

设计者在设计各种过程装备时必须严格按照国家有关标准进行设计、选材，制造者必须按照国家标准进行制造，检验人员严格按照相关标准进行检验，保证设备具有足够的强度。严禁粗制滥造和任意改变结构及材料。承压设备在使用时，要求操作人员严格履行岗位职责，遵守操作规程，严禁违章操作，严禁超温、超压、超负荷运行。同时还要加强设备的维护管理，定期检查设备、机器的腐蚀情况，发现问题及时修复更换，以免造成重大事故。

（2）良好的韧性

韧性是指材料断裂前吸收变形能量的能力。由于原材料、制造和使用等方面的原因，过程装备常带有各种各样的缺陷，如裂纹、气孔、夹渣等。研究表明，并不是所有缺陷都会危及装备的安全运行，只有当缺陷尺寸达到某一临界尺寸时，才会发生快速扩展而导致过程装备的破坏。临界尺寸与缺陷所在处的应力水平、材料韧性以及缺陷的形状和方向等因素有关，它随着材料韧性的提高而增大。材料的韧性越好，临界尺寸越大，设备对缺陷就越不敏感，因此韧性是设备材料的一个重要指标。

（3）可靠的密封

在过程工业生产中，设备中处理的物料介质大都具有易燃、易爆、毒性和腐蚀性等特性。如果由于设备与机器密封不严造成泄漏，将会对环境及人民的生命财产带来极大的危害。对于过程装备，不论是动设备还是静设备，必须特别重视设备的密封问题，防止其泄漏，避免造成不必要的危害。

（4）必要的安全连锁保护装置

随着科学技术的发展，现代过程工业生产装置中大多采用自动化控制、信号报警、安全联锁和工业电视等一系列先进安全手段。自动联锁与安全保护装置的采用，在过程装备工作出现异常情况时，会自动发出报警或自动采用安全措施，以防止事故的发生，保证安全生产。

例如，过程装备上安装的安全阀就是为了防止设备和容器内部压力超过限度而发生爆炸的安全装置。又如两种气体混合后进行化学反应，当混合气体的浓度接近爆炸极限时，安装在气体入口管道上的安全保护装置就会自动中断气体的输入，防止燃烧爆炸事故的发生。气体压缩机的油压过低保护装置，在运转时出现短时间油量减少或断油时，就会发出报警与停机联锁，确保压缩机的安全运行。

（5）合理的冗余

设计者在进行过程装备设计时，要考虑到设备实际运行过程中的种种突发现象，进行合理设计。当设备运行条件稍有变化，比如温度、压力等条件有变化时，设备能完全适应并维持正常运行，以便在短时间内及时修复调整。同时使用厂家还应配备有专业知识、技术熟练、经验丰富的维修队伍。

综上所述，过程装备运行状况的好坏，将直接影响过程工业生产的连续性、稳定性和安全性。因此，为了保证安全生产，过程装备必须满足最基本的安全要求，确保过程装备的安全运行。

1.2.5　过程装备事故的预防

（1）强化故障预防

在实际的过程工业生产过程中，过程装备故障是非常普遍的一种现象，也是无法避免的事情。就过程装备生产成本和使用寿命而言，过程装备的故障预防对提高生产安全性显得尤为重要，不仅能够及时发现存在的风险隐患，而且能够有效降低设备故障发生率。在故障预防过程中，维修人员要进行定期或不定期的主动检测，尽管设备维修能够确保机械设备正常运行，但却无法保证过程装备在长期生产过程中不会出现任何故障，所以要以预防为本，维修为辅，而主要的过程装备故障预防措施包括：

ⅰ.利用现代化技术手段对传统落后的过程装备、生产系统加以升级转型，以提高过程装备的可靠性、安全性和高效性；

ⅱ.定期开展故障检测工作，及时排除设备运行隐患；

ⅲ.采取积极有效的预防措施，在确保设备正常运行的同时，有计划、有目的地开展预防工作；

ⅳ.要强化预防意识，坚持以预防为本、维修为辅的原则。

在过程装备维护的过程中，要以过程装备实际运行状况为根本依据，尽量做到对达到使用年限的过程装备及时淘汰、不重复维修。

（2）强化巡回检查

确保过程装备的良好运行，务必要加强设备的巡回检查工作。在进行巡回检查时，其巡检方法要遵循“听、闻、摸、比、看”的五字原则，来对设备的运行状态进行科学的检查工作，确保设备做到“四不漏”，即不漏电、不漏水、不漏气和不漏液。发现问题时，在作好记录的同时及时向上级部门汇报，通过有效及时的处理，避免设备故障的发生。

（3）强化故障检测

在过程装备故障预防中，要积极利用现代化检测技术和手段对设备运行状态、零部件破损程度等信息加以及时全面的监测，然后将所得数据与常态下的数据作对比分析，进而实现对过程装备故障的高效检测，及时发现问题并予以处理。

（4）强化保养维修

ⅰ.必须要做好温度、压力、流量等测量设备的故障处理工作。保证测量设备在运行过程中不会出现异常情况。

ⅱ.要及时对存在故障的设备加以维修。相关人员必须全面掌握过程装备运行原理、规律，掌握过程装备维护技能，不断提高自身的专业水平和技能素养。在实际的过程装备维修中，要结合现实状况，构建现代化管理模式，采取责任负责制，明确管理人员的职责，为设备高效可靠的维修奠定坚实基础。

通过对过程装备故障原因的调查结果分析，发现很大一部分的设备故障就是因为操作人员的操作不规范和个别操作人员的素质低下等人为因素造成的。所以要减少机械设备故障的出现，提高操作维修人员的技术水平和道德素质是一项重要的措施。企业可以定期组织操作维修员工，进行操作维修规范和操作维修技术学习培训，定期开展一些针对操作维修工人的知识技能交流会，使员工之间有一个互相学习的平台，通过彼此间的学习，大家可以更多地了解操作维修规范和系统故障的人为原因，更有利于其从自身做起，努力学习，做到懂知识、明规范、会维修，使广大一线员工提高全面的预防和排除常见设备故障的能力。

过程装备是过程工业发展的重要工具，也是促进过程工业发展的重要动力。因此，强化过程装备的保养和维修，加强过程装备管理，保障过程装备安全有效运转，对促进过程工业安全发展具有重要意义。