1.2　過程裝備安全的特點

1.2.1　過程裝備概念及分類

過程裝備通常是指過程工業生產過程中應用的各種設備。在過程工業將生產原料轉化成為合格產品的過程中，必須要經過主要的三種工序：第一個是生產原料的預處理；第二個是相關的化學或生物反應；第三個是反應后的產物提煉及分離。這一生產工藝過程主要依靠相應的機械設備實現，這樣的機械設備都屬于過程裝備。

目前，過程工業正在朝著大型化和集成化方向發展，這樣就要求我們使用的裝備有著非常好的使用性能以及運行的安全穩定性。在整個過程工業生產中如果某一個機械設備出現故障就會嚴重地影響系統的穩定運行。因此在過程工業領域，裝備運行的安全至關重要。

（1）過程裝備的分類

過程裝備通常可分為過程機械和過程設備兩大類。

過程機械（流體機械），指主要作用部件為運動的機械，如各種泵、風機、壓縮機、破碎機、過濾器、離心分離機、旋轉窯、攪拌機、旋轉干燥機等。

過程設備，指主要作用部件是靜止的或者只有很少運動的機械，如各種儲存設備（槽、罐、釜等）、反應設備（反應器、合成塔、反應爐、電解槽、聚合釜等）、換熱設備（換熱器、散熱器、廢熱鍋爐、儲熱器等）、分離設備（精餾塔、干燥器、蒸發器、結晶設備、吸附設備、普通分離設備）等。

（2）過程裝備的主要性能

過程工業的生產產量以及相應的生產成本和生產質量與過程裝備密切相關。同時過程裝備必須能夠承受高溫、高壓以及易燃易爆等苛刻的條件。因此過程裝備至少應該具備以下五種使用性能：①過程裝備應該在連續高速運轉的情況下保障其可靠性以及安全性；②過程裝備應該在特殊的條件下還能夠保障標準要求的使用強度性能；③過程裝備必須具有非常好的耐腐蝕性；④過程裝備必須要有好的密封性能；⑤過程裝備必須要按照國家節能減排的要求實現高效率、低能耗、低排放。

（3）過程裝備的主要特點

由于過程裝備的用途不同，涉及的形式種類非常多，過程裝備內物料的相互轉化是非常復雜的，常見的能量轉化主要有熱能轉化、機械能轉化以及化學能轉化等。

過程裝備在運行過程中由于運行物料的性質發生變化，導致過程裝備的組成以及相應的運行狀態也隨之變化。

過程裝備的運行工況會隨著生產系統運行參數的變化而變化，例如隨著溫度、壓力的變化而變化等。

過程裝備要求能夠在不同化學物質的生產運行過程中靈活轉換，因此過程裝備的設備結構比較復雜。

1.2.2　影響過程裝備安全的主要因素

（1）過程裝備安全的本質因素

通過對大量過程裝備事故數據統計分析，可以看到，由于過程裝備的設計不合理，造成過程裝備在使用中發生事故的情況時有發生。比如，有些過程裝備由于選材不當而引起裝置腐蝕、損壞及材料的疲勞；有些過程裝備由于設計不合理，缺少可靠的控制儀表等，在操作時，過程裝備往往會出現故障；有的過程裝備是因為外部附件設計不合理而存在危險因素；有的是操作部位不合理等。這些都直接影響過程裝備的安全性，從而使生產裝置處于不安全狀態。

過程裝備的本質安全是保證生產運行的關鍵所在。設計者必須嚴格遵循相關的規范標準，根據過程裝備的使用條件，嚴格設計，力求使過程裝備達到技術先進、性能可靠、安全耐用的標準。

在過程裝備的加工制造以及裝配過程中，可能存在不足，形成危險因素，引發事故。如過程裝備制造過程中存在的制造工藝不符合標準、加工方擅自變更圖紙、加工精度不能滿足標準或設計要求、沒有進行充分的無損檢驗或沒有經過專家驗收、對過程裝備預處理或熱處理不當、過程裝備安裝達不到技術標準要求等，均會形成潛在的不安全因素。

制造和安裝單位一定要嚴格按照過程裝備制造和安裝技術標準，在制造以及安裝過程中，確保質量達標。屬于壓力容器的，還應符合國家關于特種設備安全監察方面的相關規定。

（2）過程裝備安全的使用因素

在過程工業生產中，大多數過程裝備都是在苛刻的溫度、壓力、介質條件（如高溫、高壓、低溫、真空、腐蝕等）等環境下運行的。相關操作人員的違規操作、誤操作，工作人員對過程裝備維護保養的缺失，對過程裝備本身及安全附件定期檢驗校驗的不到位，檢修維修前后開停車的不按規操作等，都是過程裝備在使用過程中的安全隱患，稍有不慎，就可能導致過程裝備事故的發生。

為了實現過程裝備安全，在使用過程中，所有過程裝備管理人員和操作人員都必須經過嚴格地培訓或考核合格，并能夠自覺遵守各項規章制度。每位操作人員都必須熟悉和掌握過程裝備的性能、操作要領和工藝指標，嚴格按照操作規程進行操作，杜絕“三違”現象。嚴禁過程裝備超溫超壓超負荷運行以及超期服役，同時，要及時對過程裝備進行維修和保養，以保證過程裝備處于完好狀態。

（3）過程裝備安全的管理因素

安全管理是保證生產經營單位安全運行的重要環節，也是保障過程裝備安全的必要措施。必須不斷完善安全管理制度，建立一套科學、合理、有效、可操作性強的安全管理和應急管理體系。通過安全管理，提高各級管理人員和員工的安全意識，規范員工的操作行為，加強對過程裝備的維護保養，使設備本身和各個安全附件都處于良好狀態。屬于特種設備范疇的承壓設備，還必須嚴格遵守特種設備有關定期檢驗的要求。積極開展安全生產標準化工作，努力提升企業對過程裝備的管理水平。

加強對從業人員教育培訓，不斷提高對過程裝備安全運行知識的掌握程度，增強員工安全意識和自我保護能力。首先，要正確認識和學習國家有關安全生產的方針、政策、法律法規以及有關過程裝備方面的規章、規程、規范、標準等；其次，要普及和提高過程裝備安全技術知識，使其了解相關的安全管理要求，增強安全操作技能，掌握過程裝備和工作崗位存在的危險因素及防護措施、應急措施等；再次，通過對典型的事故案例進行分析，使員工從事故中汲取深刻的教訓，讓他們了解到自己所執行的安全管理制度及操作規程，不但是國家法律法規和標準的要求、是實踐中經驗的積累，也是在血淋淋的事故中總結出來的教訓。要使員工明白過程裝備事故的嚴重性和危害性，增強員工對過程裝備安全運行的重視程度，以保障生產的有序進行，實現對過程裝備安全的有效控制。

1.2.3　過程裝備失效的主要原因

過程裝備有別于其他機械裝備的顯著特點是：

ⅰ.涉及的能量形式多種多樣，相互間轉換過程也較復雜，最常見的能量形式有熱能、機械能、化學能、電磁能等；

ⅱ.工質性質多變，如其組成、組分及其相態的多變等；

ⅲ.運行工況域十分寬闊，操作參數特殊，如高低壓、高低轉速、高低溫、高低黏度等；

ⅳ.具有優良的適應不同化學性質要求的特點，從而構成了過程裝備特殊結構的千變萬化。

因此，過程裝備的損壞形式也是多種多樣的，如：表面損壞、畸變損壞、泄漏損壞、斷裂損壞等。但究其原因主要有以下幾個方面。

（1）腐蝕和沖蝕磨損

相關調查顯示，在世界上生產的鋼鐵中，每年就有將近總量的10%的鋼鐵被腐蝕掉，因為腐蝕問題造成的經濟損失大約占據了國民生產總值的2%～5%。

從過程工業生產過程看，腐蝕問題大致可以分為三種類型，即來自原料組分的腐蝕、生產過程中來自化學藥劑的腐蝕以及環境的腐蝕。在各種煉油加工過程中，作為處理劑、吸收劑、催化劑等加入的各種酸及化學藥劑，幾乎都會對設備造成腐蝕。

另外，在機械、冶金、能源、航空等行業都廣泛存在著沖蝕磨損的問題，其已經成為材料損壞的重要原因之一。據有關部門調查，在所有的鍋爐事故中，有近1/3的是由于鍋爐管道的沖蝕磨損造成的；運輸管道、彎頭的沖蝕磨損比直通管道的沖蝕磨損程度嚴重50倍以上。

許多儲存在容器內的原料及化學品會與容器金屬本身反應而造成腐蝕，在流體輸送過程中對材料造成沖蝕。在一些生產操作中，腐蝕和沖蝕同時發生。

（2）疲勞

在靜設備上，疲勞損壞常發生在管路和壓力容器上，它的產生是由溫度和壓力載荷的周期性變化導致的。設備的損壞最初是以疲勞裂紋的形式出現的，隨著時間的積累，逐漸形成交變應力，最終導致裂紋的快速擴展，造成設備及配件損壞。

在旋轉機械特別是在往復運動的部件上，疲勞裂紋的產生非常普遍。機械的疲勞損壞，一般始于金屬的表面，以裂紋形式出現，起初裂紋擴展比較緩慢，之后發展越來越快，最后導致裂紋迅速擴展以至造成設備或其零部件損壞。

（3）滲漏與泄漏

通常情況下，滲漏是由于零件的質地疏松或者存在肉眼看不到的縫隙等原因造成的液體或者氣體向外流動的現象。出現滲漏的原因主要就是存在縫隙和密閉系統的壓力過大，有時多種因素的共同影響也會導致滲漏的發生。要更好地解決滲漏問題，就必須采取針對性的措施，根據具體原因對癥治理。

過程裝備和管道上存在大量密封點，在壓力、溫度、介質腐蝕的聯合作用下，隨著時間的延續，往往出現泄漏。滲漏或泄漏都會引起有毒物質的外泄，從而危害生產和人民群眾公共安全。

（4）運動與運轉故障

潤滑不良、工作中加料和加載不均衡，可加速軸承損壞、運轉件磨損和整個轉子不平衡，使得振動加劇，噪聲增大，嚴重時使設備損壞。

（5）溫度過高或過低

溫度過高，金屬也會發生結構變化及化學變化，如晶粒增大、過燒、石墨化、脆化等，使設備發生永久性的變形以致徹底損壞。還有高溫下的氫腐蝕、高溫蠕變、熱膨脹不一致等問題。溫度過低，設備內的水或某些化學藥劑會凍結，造成管道和容器破裂損壞。對于間歇操作的設備、消防水線及排放水線，特別容易凍壞。

（6）超壓及超負荷

在正常情況下，單純超壓并不一定會造成設備損壞，因為超壓時有安全泄放裝置可以泄放，或原設計就有輸送泵的最大壓力限制予以保護。但如果安全泄放裝置失靈或泄放通道過小，設備本身存在腐蝕使壁厚減薄過多，或存在裂紋、凹坑等缺陷，就會造成故障導致設備損壞。超壓過高時，則會引起設備爆炸。

（7）脆性斷裂

多種原因可使金屬材料呈現脆性。在無鼓脹、無變形，即沒有先兆的情況下發生裂紋迅速擴展而斷裂，其后果常常是災難性的。

（8）機械維修不當或缺乏維修管理

由于設備吊裝墜落或搬運機具碰撞等類似情況造成的機械損壞，會在裝置停工大檢修中發生。把起重卷揚機固定在管架上，卷揚機工作時，引起管架彎曲；卡車或其他搬運機動車輛，撞到構筑物柱子上，致使柱子變形、混凝土基礎損壞，撞到蒸汽管線的排凝集合管或消防水龍頭上，迫使裝置不得不停工進行修復；推土機嚴重破壞地下瓦斯管線，引起瓦斯泄漏點燃；預制好的管線從卡車上拋下，使法蘭損壞；換熱器抽出管束時，將基礎拉壞；起吊管束操作不當，將管子撞壞等也屬此類。以上事例大多發生在工程施工或大檢修過程中，純屬工作馬虎或不遵守操作規程及有關安全施工規定所致。

（9）地震、地基下沉、風載荷

設備經受地震、地基下沉、風載荷時，特別是當基礎、支承和框架受到損壞時，設備的損壞將十分嚴重。還有，腳手架上的踏板沒有固定好，被大風吹到附近的管線上，造成管線損壞；安裝罐頂圈板，未固定加強，被狂風吹掉，造成不應有的損失等也應引起重視。

1.2.4　過程裝備安全的基本要求

過程工業生產裝置大型化，在基建投資和經濟效益方面的優勢是無可爭議的，但是大型化必然帶來生產的連續化、操作的集中化以及全流程的自動控制，省掉了中間儲存環節，生產的彈性大大減弱。生產線上每一環節的故障都會對全局產生嚴重影響。對工藝設備的處理能力和工藝過程的參數要求更加嚴格，對控制系統和人員配置的可靠性也提出了更高的要求。大型化把各種生產過程有機地聯合在一起，輸入輸出都是在管道內進行的。許多裝置互相連接，形成一條生產線，規模巨大、結構復雜、不再獨立運轉，裝置間互相作用、互相制約，這樣就可能存在薄弱環節，使系統變得比較脆弱。為確保生產裝置的正常運轉并達到規定目標的產品，裝置的可靠性變得越來越重要。

為了保證安全生產，過程裝備必須滿足如下基本要求。

（1）足夠的強度

設計者在設計各種過程裝備時必須嚴格按照國家有關標準進行設計、選材，制造者必須按照國家標準進行制造，檢驗人員嚴格按照相關標準進行檢驗，保證設備具有足夠的強度。嚴禁粗制濫造和任意改變結構及材料。承壓設備在使用時，要求操作人員嚴格履行崗位職責，遵守操作規程，嚴禁違章操作，嚴禁超溫、超壓、超負荷運行。同時還要加強設備的維護管理，定期檢查設備、機器的腐蝕情況，發現問題及時修復更換，以免造成重大事故。

（2）良好的韌性

韌性是指材料斷裂前吸收變形能量的能力。由于原材料、制造和使用等方面的原因，過程裝備常帶有各種各樣的缺陷，如裂紋、氣孔、夾渣等。研究表明，并不是所有缺陷都會危及裝備的安全運行，只有當缺陷尺寸達到某一臨界尺寸時，才會發生快速擴展而導致過程裝備的破壞。臨界尺寸與缺陷所在處的應力水平、材料韌性以及缺陷的形狀和方向等因素有關，它隨著材料韌性的提高而增大。材料的韌性越好，臨界尺寸越大，設備對缺陷就越不敏感，因此韌性是設備材料的一個重要指標。

（3）可靠的密封

在過程工業生產中，設備中處理的物料介質大都具有易燃、易爆、毒性和腐蝕性等特性。如果由于設備與機器密封不嚴造成泄漏，將會對環境及人民的生命財產帶來極大的危害。對于過程裝備，不論是動設備還是靜設備，必須特別重視設備的密封問題，防止其泄漏，避免造成不必要的危害。

（4）必要的安全連鎖保護裝置

隨著科學技術的發展，現代過程工業生產裝置中大多采用自動化控制、信號報警、安全聯鎖和工業電視等一系列先進安全手段。自動聯鎖與安全保護裝置的采用，在過程裝備工作出現異常情況時，會自動發出報警或自動采用安全措施，以防止事故的發生，保證安全生產。

例如，過程裝備上安裝的安全閥就是為了防止設備和容器內部壓力超過限度而發生爆炸的安全裝置。又如兩種氣體混合后進行化學反應，當混合氣體的濃度接近爆炸極限時，安裝在氣體入口管道上的安全保護裝置就會自動中斷氣體的輸入，防止燃燒爆炸事故的發生。氣體壓縮機的油壓過低保護裝置，在運轉時出現短時間油量減少或斷油時，就會發出報警與停機聯鎖，確保壓縮機的安全運行。

（5）合理的冗余

設計者在進行過程裝備設計時，要考慮到設備實際運行過程中的種種突發現象，進行合理設計。當設備運行條件稍有變化，比如溫度、壓力等條件有變化時，設備能完全適應并維持正常運行，以便在短時間內及時修復調整。同時使用廠家還應配備有專業知識、技術熟練、經驗豐富的維修隊伍。

綜上所述，過程裝備運行狀況的好壞，將直接影響過程工業生產的連續性、穩定性和安全性。因此，為了保證安全生產，過程裝備必須滿足最基本的安全要求，確保過程裝備的安全運行。

1.2.5　過程裝備事故的預防

（1）強化故障預防

在實際的過程工業生產過程中，過程裝備故障是非常普遍的一種現象，也是無法避免的事情。就過程裝備生產成本和使用壽命而言，過程裝備的故障預防對提高生產安全性顯得尤為重要，不僅能夠及時發現存在的風險隱患，而且能夠有效降低設備故障發生率。在故障預防過程中，維修人員要進行定期或不定期的主動檢測，盡管設備維修能夠確保機械設備正常運行，但卻無法保證過程裝備在長期生產過程中不會出現任何故障，所以要以預防為本，維修為輔，而主要的過程裝備故障預防措施包括：

ⅰ.利用現代化技術手段對傳統落后的過程裝備、生產系統加以升級轉型，以提高過程裝備的可靠性、安全性和高效性；

ⅱ.定期開展故障檢測工作，及時排除設備運行隱患；

ⅲ.采取積極有效的預防措施，在確保設備正常運行的同時，有計劃、有目的地開展預防工作；

ⅳ.要強化預防意識，堅持以預防為本、維修為輔的原則。

在過程裝備維護的過程中，要以過程裝備實際運行狀況為根本依據，盡量做到對達到使用年限的過程裝備及時淘汰、不重復維修。

（2）強化巡回檢查

確保過程裝備的良好運行，務必要加強設備的巡回檢查工作。在進行巡回檢查時，其巡檢方法要遵循“聽、聞、摸、比、看”的五字原則，來對設備的運行狀態進行科學的檢查工作，確保設備做到“四不漏”，即不漏電、不漏水、不漏氣和不漏液。發現問題時，在作好記錄的同時及時向上級部門匯報，通過有效及時的處理，避免設備故障的發生。

（3）強化故障檢測

在過程裝備故障預防中，要積極利用現代化檢測技術和手段對設備運行狀態、零部件破損程度等信息加以及時全面的監測，然后將所得數據與常態下的數據作對比分析，進而實現對過程裝備故障的高效檢測，及時發現問題并予以處理。

（4）強化保養維修

ⅰ.必須要做好溫度、壓力、流量等測量設備的故障處理工作。保證測量設備在運行過程中不會出現異常情況。

ⅱ.要及時對存在故障的設備加以維修。相關人員必須全面掌握過程裝備運行原理、規律，掌握過程裝備維護技能，不斷提高自身的專業水平和技能素養。在實際的過程裝備維修中，要結合現實狀況，構建現代化管理模式，采取責任負責制，明確管理人員的職責，為設備高效可靠的維修奠定堅實基礎。

通過對過程裝備故障原因的調查結果分析，發現很大一部分的設備故障就是因為操作人員的操作不規范和個別操作人員的素質低下等人為因素造成的。所以要減少機械設備故障的出現，提高操作維修人員的技術水平和道德素質是一項重要的措施。企業可以定期組織操作維修員工，進行操作維修規范和操作維修技術學習培訓，定期開展一些針對操作維修工人的知識技能交流會，使員工之間有一個互相學習的平臺，通過彼此間的學習，大家可以更多地了解操作維修規范和系統故障的人為原因，更有利于其從自身做起，努力學習，做到懂知識、明規范、會維修，使廣大一線員工提高全面的預防和排除常見設備故障的能力。

過程裝備是過程工業發展的重要工具，也是促進過程工業發展的重要動力。因此，強化過程裝備的保養和維修，加強過程裝備管理，保障過程裝備安全有效運轉，對促進過程工業安全發展具有重要意義。