化工工藝設(shè)計中的安全問題及控制

魏勝桃，劉振國

（河北君圣檢測檢驗技術(shù)有限公司，河北石家莊 050051）

化工工藝設(shè)計中的安全問題及控制

魏勝桃，劉振國

（河北君圣檢測檢驗技術(shù)有限公司，河北石家莊 050051）

化工生產(chǎn)過程中常會使用一些危險化學(xué)品，尤其是在化工工藝中，由于反應(yīng)條件多為高溫、高壓，反應(yīng)激烈，會釋放大量熱量甚至產(chǎn)生一些有害氣體，容易引發(fā)安全事故，如火災(zāi)、爆炸等。對化工工藝設(shè)計過程中安全問題加強控制，對于減少化工生產(chǎn)過程中安全事故的發(fā)生具有十分重要的意義，因此主要針對化工工藝設(shè)計中的安全問題及控制措施進(jìn)行了相關(guān)的探討。

化工工藝；安全問題；控制

隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人類的正常生活對化學(xué)產(chǎn)品需求量也在不斷的增加，然而各種原因?qū)е碌陌踩a(chǎn)責(zé)任事故正在頻繁發(fā)生，不僅造成了較大的經(jīng)濟(jì)損失乃至人員傷亡，影響了我國工業(yè)生產(chǎn)的有序進(jìn)行，同時也降低了企業(yè)生產(chǎn)效率。為了從源頭解決這一問題，避免因設(shè)計缺陷導(dǎo)致事故的發(fā)生，本文從化工工藝設(shè)計入手，對化工工藝設(shè)計中的安全問題進(jìn)行控制。

1 關(guān)于化工工藝設(shè)計

1.1 化工工藝設(shè)計的內(nèi)容

化工工藝的設(shè)計主要包括三方面內(nèi)容：對化工產(chǎn)品工藝流程進(jìn)行設(shè)計、對生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場的合理布置、對化工產(chǎn)品運輸管線的布置。這三個環(huán)節(jié)是按照先后順序進(jìn)行的。首先，進(jìn)行化工工藝設(shè)計的人員通過對項目技術(shù)原始數(shù)據(jù)資料進(jìn)行研究分析，按照國家現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范等對化工產(chǎn)品生產(chǎn)工藝流程進(jìn)行設(shè)計。然后按照設(shè)計好的工藝流程，結(jié)合化工企業(yè)現(xiàn)有場地、環(huán)境條件等，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對產(chǎn)品線相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行合理布置。最后，根據(jù)生產(chǎn)工藝流程、設(shè)備布置情況，綜合考慮各類影響因素，對相關(guān)管道進(jìn)行布置。

1.2 化工工藝設(shè)計存在的問題

當(dāng)前化工設(shè)計中存在諸多問題，突出表現(xiàn)在如下方面：

化工生產(chǎn)工藝流程通常較為復(fù)雜，技術(shù)含量也比較高，決定了化工工藝設(shè)計的較大的復(fù)雜性及較高的技術(shù)難度，對設(shè)計單位技術(shù)實力、技術(shù)人員能力水平要求也較高。設(shè)計單位技術(shù)不過關(guān)，技術(shù)人員水平參差不齊直接影響了化工設(shè)計的質(zhì)量保證。

由于設(shè)計的原始資料多是由技術(shù)提供單位根據(jù)已有實驗數(shù)據(jù)編制而成，并未經(jīng)過現(xiàn)存化工企業(yè)正式生產(chǎn)運行，現(xiàn)場生產(chǎn)條件千差萬別，技術(shù)提供單位實驗數(shù)據(jù)具有一定的局限性，導(dǎo)致其可靠性較差?；て髽I(yè)生產(chǎn)工藝流程復(fù)雜、設(shè)備多、管道多，加上所有生產(chǎn)規(guī)模、場地、原輔料、產(chǎn)品、設(shè)備選型等都具有特殊性，要求在化工工藝設(shè)計中也要按照生產(chǎn)實際進(jìn)行設(shè)計，加大了化工設(shè)計的復(fù)雜性。

由于化工企業(yè)投資較大，為了盡快占領(lǐng)市場，使資金盡快回籠，建設(shè)單位通常會縮短建設(shè)周期，打破正常的設(shè)計周期。設(shè)計周期變短，導(dǎo)致邊開發(fā)邊設(shè)計，邊建設(shè)邊變更現(xiàn)象層出不窮。此外，一些規(guī)模較小的企業(yè)為節(jié)約投資成本，與設(shè)計單位缺少積極配合，設(shè)計單位處于設(shè)計費用考慮，設(shè)計過程中進(jìn)行了妥協(xié)，影響了設(shè)計的客觀性，直接導(dǎo)致工藝設(shè)計未按照國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、流程去做。

上述問題的存在加大了化工設(shè)計的難度，也可能引發(fā)后續(xù)生產(chǎn)過程中的安全事故。因此，加強對化工工藝設(shè)計安全問題認(rèn)識并進(jìn)行控制就顯得尤為重要。

2 化工工藝設(shè)計中的安全問題

2.1 化工反應(yīng)裝置方面的安全問題

在進(jìn)行化工工藝設(shè)計過程中，其核心問題就是對化工產(chǎn)品生產(chǎn)過程中化學(xué)反應(yīng)的控制。影響化學(xué)反應(yīng)能否正常進(jìn)行的各類因素中，最大的影響因素來自于裝置設(shè)備。在化工產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，裝置設(shè)備的選擇將直接影響化工反應(yīng)的正常進(jìn)行，一旦選擇錯誤，不能滿足企業(yè)化工產(chǎn)品生產(chǎn)要求，便可能導(dǎo)致多種安全隱患，致使產(chǎn)品存在缺陷?；ぴO(shè)計中裝置設(shè)備上通常存在的問題主要是：裝置設(shè)備選擇上未對化學(xué)反應(yīng)條件、潛在危險反應(yīng)、不良環(huán)境條件、操作異常、失控、緊急停止及放空狀態(tài)等潛在危險因素加以考慮并進(jìn)行控制，而導(dǎo)致后期生產(chǎn)過程中安全事故的發(fā)生。

2.2 化工工藝路線方面的安全問題

化工生產(chǎn)過程中一種反應(yīng)通常會存在很多條工藝路線，工藝路線的選擇至關(guān)重要，不僅關(guān)系著產(chǎn)品生產(chǎn)效率，同時還決定了不同工藝路線不同風(fēng)險等級。當(dāng)前化工設(shè)計過程中化工工藝路線安全問題主要體現(xiàn)在：工藝路線選取不當(dāng)，沒有考慮不同工藝流程在原輔材料用量、毒性、操作難度等方面對后續(xù)生產(chǎn)的不良影響，不能滿足化工產(chǎn)品生產(chǎn)要求，同時也增加了管理上的難度。

2.3 管道方面的安全問題

化工生產(chǎn)過程中，化工產(chǎn)品的運輸以及副產(chǎn)物的排放等均是通過管道進(jìn)行。由于化工企業(yè)管道輸送的多為有毒有害物質(zhì)，運輸或排放管道一旦發(fā)生泄露，不僅會產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)損失，還可能產(chǎn)生傷亡事故，甚至?xí)?dǎo)致周邊環(huán)境的污染。當(dāng)前化工設(shè)計中管道設(shè)置存在的安全問題主要包括：管道型號選取不當(dāng)，存在超負(fù)荷運輸；未考慮輸送物質(zhì)的腐蝕性，未考慮水錘、氣液共存產(chǎn)生柱塞流等危害管道安全的不良影響；未考慮環(huán)境因素的影響，設(shè)置位置不合理；管道上閥門設(shè)置不合適等。這些問題的存在容易導(dǎo)致生產(chǎn)過程中管道泄漏事故的發(fā)生。

3 加強化工工藝設(shè)計安全控制的措施

3.1 化工工藝反應(yīng)裝置的選擇

化工生產(chǎn)通常涉及多個化學(xué)反應(yīng)類型，如置換反應(yīng)、取代反應(yīng)、裂解反應(yīng)、聚合反應(yīng)、氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)、縮合反應(yīng)等，在對化工工藝反應(yīng)裝置的選擇上，應(yīng)根據(jù)所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)的類型進(jìn)行選擇，然后綜合考慮化學(xué)反應(yīng)條件（主要包括反應(yīng)速率、反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力等）、能量轉(zhuǎn)化、可能存在的潛在危險反應(yīng)、周圍環(huán)境條件、操作異常情況下的控制、反應(yīng)失控、急停及放空狀態(tài)等多種因素的安全需要，對其所需生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行全面的分析，而后進(jìn)行裝置設(shè)備的選擇。具體分析如下：

在工藝設(shè)計中，設(shè)計人員應(yīng)注意反應(yīng)速率、反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力等反應(yīng)條件對設(shè)備選擇的特殊要求。從設(shè)備的安全角度考慮，設(shè)備不僅要有足夠的強度，防止爆裂，還應(yīng)具備良好的密封性，這樣才能防止介質(zhì)泄露，因為大量介質(zhì)的泄露會導(dǎo)致火災(zāi)或毒氣，最終釀成大禍。對高壓密封結(jié)構(gòu)的要求，其結(jié)構(gòu)必須是可靠的，在溫度和壓力有波動的情況下，仍要始終保持嚴(yán)密不漏，如果由于某種原因容器產(chǎn)生了超壓，容器就有可能因過度的塑性變形而遭到破壞。此外，還應(yīng)考慮化學(xué)反應(yīng)過程中出現(xiàn)的能量的轉(zhuǎn)化和熱效應(yīng)。避免由于化學(xué)反應(yīng)過于激烈而引起設(shè)備中的溫度、壓力過高、反應(yīng)速率過快，從而引發(fā)安全責(zé)任事故。

除了上述因素外，還應(yīng)注意周圍環(huán)境條件是否有防爆或其他特殊要求；裝置異常狀態(tài)下的操作是否能保證安全順暢；反應(yīng)失控、急停及放空狀態(tài)下是否能夠保證設(shè)備的安全。安全裝置的設(shè)置、異常狀態(tài)下物料的回收等也是化工設(shè)計中設(shè)備選擇應(yīng)該關(guān)注的重點。

3.2 加強對化工工藝路線的安全設(shè)計

在化工工藝設(shè)計過程中，應(yīng)該加強對工藝線路的考察，尋找化學(xué)反應(yīng)過程中最安全的線路。對于反應(yīng)的物料進(jìn)行選擇，應(yīng)該本著以安全為大的原則進(jìn)行選擇，盡量選擇安全系數(shù)比較高的物料，少用或不用危險物質(zhì)較多、危害較大的工藝路線。此外，當(dāng)前所有化工產(chǎn)品生產(chǎn)均具有非常強的連續(xù)性，因此在進(jìn)行化工工藝設(shè)計過程中，應(yīng)該根據(jù)想要得到的化工產(chǎn)品的特點進(jìn)行設(shè)計，使整個項目的化工工藝生產(chǎn)具有較強的連續(xù)性。在考慮上述因素的前提下，綜合考慮各條工藝路線操作難度、生產(chǎn)效率等因素。從中選擇最為合適的工藝路線。

3.3 加強對管道的安全設(shè)計

化工設(shè)計過程中，應(yīng)該對管道進(jìn)行合理布置。首先管道型號應(yīng)嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，根據(jù)物料運輸量，流速等對管道型號大小進(jìn)行設(shè)計；應(yīng)考慮輸送物質(zhì)對管道的腐蝕性，選擇合適材質(zhì)的管道；考慮周圍環(huán)境因素對輸送介質(zhì)的影響，讓管道布置遠(yuǎn)離易燃易爆場所；管道布置離不開閥門的選擇，閥門應(yīng)保證密封性良好，避免泄漏事故的發(fā)生。

化工工藝設(shè)計中安全問題除了考慮以上三方面控制措施外，尚應(yīng)考慮電氣安全問題、設(shè)備自動化水平、后期的檢修、維護(hù)的便利性等因素對化工工藝本質(zhì)安全的影響。

4 結(jié)語

成功的化工工藝設(shè)計是化工企業(yè)正常運行的先決條件，為保證化工工藝生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)均具備較高的安全性能，就必須優(yōu)化化工工藝設(shè)計，并確保其設(shè)計的科學(xué)、有效。針對當(dāng)前化工工藝設(shè)計中存在的安全問題，采取有針對性的控制措施，以提高化工工藝產(chǎn)生的安全性，促進(jìn)化工企業(yè)的正常運行。

[1] 朱曉東.淺析化工工藝設(shè)計中安全危險的問題[J].化學(xué)工程與裝備，2011，（6）.

[2] 李躍云，董喜紅.淺析化工工藝設(shè)計中安全危險的識別與控制[J].黑龍江科技信息，2010，（3）.

[3] 王小光.對化工工藝設(shè)計的幾點思考[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2011，（6）.

[4] 葛仁祥.化工工藝設(shè)計常見問題綜述及建議[J].醫(yī)藥工程設(shè)計，2011，（8）.

Safety Problems and Control in Chemical Process Design

Wei Sheng-tao，Liu Zhen-guo

Due to the chemical production process using some hazardous chemicals，especially in chemical process，the reaction conditions for high temperature and high pressure，intense reaction，will release a lot of heat and even produce some harmful gases，likely to cause accidents，such as fire，explosion etc.To strengthen the control of the safety of chemical process in the design process，is very important to reduce the occurrence of safety accidents in chemical production，the significance of this article mainly related to the study on safety problems in chemical process design and control measures.

chemical technology；safety problems；control

TQ086

A

1003–6490（2017）10–0103–02

2017–07–22

魏勝桃（1982—），女，河北石家莊人，工程師，主要從事化工設(shè)計與管理工作。