化工過程開發(fā)中本質(zhì)安全化設(shè)計策略

鮮銀鑄 林海（浙江天成工程設(shè)計有限公司， 浙江 杭州 310023）

化工過程開發(fā)中本質(zhì)安全化設(shè)計策略

鮮銀鑄 林海（浙江天成工程設(shè)計有限公司， 浙江 杭州 310023）

眾所周知，化工業(yè)屬于高危行業(yè)，但同時更是組成國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)性行業(yè)。一般來說，化學品易燃易爆且有毒有害，現(xiàn)實生活中化工業(yè)更是頻發(fā)爆炸泄露等事故，進而造成嚴重的環(huán)境負擔以及給人們帶來難以磨滅的傷痛，也正是這些越來越多極具社會性、突發(fā)性、災(zāi)害性的化工事故隱患，讓人們更加關(guān)注預(yù)防化工事故的化工過程安全設(shè)計。為此，本文分析探討了本質(zhì)安全化的化工過程設(shè)計策略。

化工過程;本質(zhì)安全;設(shè)計策略

眾所周知，本質(zhì)安全化的化工過程設(shè)計由不同的部分組成，所以，化工工程開發(fā)中本質(zhì)安全化效果要達到最優(yōu)，一般最常用的方法即分步設(shè)計法。由于化學品儲存、能量釋放、溫度和壓力等是化工廠生產(chǎn)過程中最主要存在的危險因素，因此采取衰減限制、強化替代等措施處理這些危險因素，能夠有效降低甚至達到消除化工過程中危害的目的。

1 設(shè)計原則與等級

本質(zhì)安全化的化工過程設(shè)計原則包括替代、強化、限制、簡化、緩和及影響。而強化又包括最小化與消除。同時各種原則可應(yīng)用于不同的危險類型，能夠?qū)崿F(xiàn)不同的本質(zhì)安全化效果。另外，就等級而言本質(zhì)安全化設(shè)計包括距離防護、消除和減少危險。

首先，距離防護指為人或其它裝置與危險源之間設(shè)置足夠的安全距離或設(shè)備來進行防護，也就是限制影響，但設(shè)計初期無法實現(xiàn)，僅作為布局設(shè)計的考慮內(nèi)容。其次，減少危害即危害無法消除時降低危險程度，根據(jù)不同表現(xiàn)形式分為減少危險時間發(fā)生概率和后果。前者是通過強化生產(chǎn)設(shè)備，消除不必要的安全防護措施，達到減少多米諾效應(yīng)及人為失誤，簡化化工過程的目的；后者指緩和過程操作條件或減少物質(zhì)儲量等，即緩和、強化與替代。最后，消除危險指將危險物質(zhì)消除或用另一種無害物質(zhì)替代等，但要注意避免引進新的危害以保證最佳的本質(zhì)安全化設(shè)計效果。

2 本質(zhì)安全化的化工過程設(shè)計策略

（1）可行性分析 所謂可行性分析，即：通過對國家職業(yè)衛(wèi)生和安全生產(chǎn)法律法規(guī)的貫徹執(zhí)行，促進項目實現(xiàn)本質(zhì)安全，尤其是項目選址的確立，要綜合考慮地形地質(zhì)、氣象水源及周邊環(huán)境等因素，以避免周邊環(huán)境與項目間產(chǎn)生制約關(guān)系。

（2）工藝探索 通過相關(guān)工藝處理原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的過程即化工過程。而在化工過程中化學反應(yīng)占據(jù)著核心位置，所以系統(tǒng)集成中其設(shè)計具有本質(zhì)的重要性。從一定程度上來分析，對化工過程中本質(zhì)安全性起到?jīng)Q定性作用的即反應(yīng)系統(tǒng)。具體來說原料路線、反應(yīng)條件及路線是化工工藝體現(xiàn)本質(zhì)安全的關(guān)鍵，尤其是加深對化學反應(yīng)本質(zhì)過程的危險性探析，比如：爆炸范圍、評估化學活性物質(zhì)危險性、預(yù)測反應(yīng)放熱等。

首先，反應(yīng)物選擇。借助化學品理化特性數(shù)據(jù)庫，將可燃、有毒或高毒的物質(zhì)用不易燃、無毒或低毒的物質(zhì)替代等，來限制或減少危害；其次，反應(yīng)條件。通過新工藝路線應(yīng)用規(guī)避產(chǎn)生危險的中間產(chǎn)物或危險原料，或用催化劑等有效化學劑來降低副反應(yīng)危害，以改善條件苛刻度；最后，反應(yīng)路線。通過各種試驗優(yōu)化過程工藝，促使反應(yīng)介質(zhì)濃度和溫度壓力降低，從而緩和反應(yīng)條件。

（3）概念設(shè)計 該階段設(shè)計要側(cè)重降低過程環(huán)境影響和實現(xiàn)經(jīng)濟最優(yōu)。隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，人類越來越重視安全問題。為此，化工生產(chǎn)過程既要達到上述目的，也要加強過程本質(zhì)安全化設(shè)計的研究。首先，庫存設(shè)置，運用物料衡算工具減少或限制中間儲存設(shè)施及量，達到消減庫存的目的；其次，流程安全性，利用流程模擬軟件不斷模擬優(yōu)化流程，以實現(xiàn)流程的優(yōu)化簡化；最后，能量釋放，通過對化工過程反應(yīng)熱轉(zhuǎn)移與機理和動力學三者關(guān)系的分析，采取稀釋、連續(xù)過程或?qū)⒁合噙M料用氣相進料取代等，盡量緩和劇烈反應(yīng)減少熱危害。

（4）基礎(chǔ)設(shè)計 該階段以生產(chǎn)裝置型式設(shè)計為主，一般是通過提高設(shè)備可靠性實現(xiàn)本質(zhì)安全提升。而該階段應(yīng)充分考慮對新型設(shè)備和技術(shù)的應(yīng)用，以實現(xiàn)對設(shè)備大小合理調(diào)整的目的，從而避免儲存于設(shè)備內(nèi)的能量物料大量向外釋放腐蝕性，或減少危險物料量的外泄，同時要確保設(shè)備不會因腐蝕導致可靠性降低，必須合理考慮防范措施和設(shè)備材質(zhì)的選擇。

（5）工程設(shè)計 該階段要以上一階段設(shè)計內(nèi)容為基礎(chǔ)，一方面增加對定型設(shè)備規(guī)格型號、材質(zhì)及零部件等要素詳細說明的清單，另一方面則設(shè)計裝配制造非定型設(shè)備的加工圖，包括設(shè)備平面和立面的布置圖、裝置安裝施工流程圖，以及帶控制點的管線流程圖等。

3 結(jié)語

本質(zhì)安全化的化工過程設(shè)計并非純單向的，各階段均能評價前一階段工作狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)失誤或缺陷，就必須返回重新研究和修正上一階段，即通過不斷的重新設(shè)計，以充分保證設(shè)計方案的合理性、科學性。

［1］王杭州，邱彤，陳丙珍，等.本質(zhì)安全化的化工過程設(shè)計方法研究進展［J］.化學反應(yīng)工程與工藝，2014，（3）：254-261.

［2］張帆，徐偉，石寧，等.化工過程本質(zhì)安全化技術(shù)研究進展［J］.安全、健康和環(huán)境，2015，15（1）：1-4.

［3］邢銀全.本質(zhì)安全化的化工過程設(shè)計方法探討［J］.科學時代，2015，（3）：34-34.