化工過程單元操作的安全隱患分析與風(fēng)險(xiǎn)防控

杜 占

（應(yīng)急管理部信息研究院，北京 100029）

我國是化工大國，化工產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中處于基礎(chǔ)性、支柱性地位，約占國內(nèi)生產(chǎn)總值的12%?；ぎa(chǎn)業(yè)既關(guān)乎國計(jì)民生、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)就業(yè)，也與產(chǎn)業(yè)鏈下游的電子信息、新材料、新能源等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展密切相關(guān)。因此，發(fā)展化工產(chǎn)業(yè)對新時(shí)代社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)建設(shè)意義重大。然而，近年來，在我國化工產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展中，安全事故頻發(fā)，不僅給人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)帶來了巨大的損失，也造成了一定的社會(huì)恐慌，阻礙了化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[1-4]。

本文詳細(xì)分析了單元操作過程存在的安全隱患，并在此基礎(chǔ)上提出了有效的防控措施。

1 基于“三傳”單元操作的安全隱患分析

化工生產(chǎn)過程中，化學(xué)反應(yīng)是核心，但從設(shè)備數(shù)量和操作步驟方面看，其所占比重一般遠(yuǎn)少于單元操作。單元操作屬于物理性操作，包括原料的預(yù)處理過程和反應(yīng)產(chǎn)物的后處理過程，過程中的物質(zhì)只發(fā)生狀態(tài)變化，化學(xué)性質(zhì)不發(fā)生改變。單元操作是化工過程的共有操作，不同化工生產(chǎn)過程包含的單元操作數(shù)量不同，組合排列也不同，但進(jìn)行相同操作的設(shè)備和原理往往是一樣的，其危險(xiǎn)特性也大致相同。

1.1 動(dòng)量傳遞類單元操作的安全隱患分析

動(dòng)量傳遞類的單元操作主要包括流體輸送、攪拌、流體通過顆粒層的流動(dòng)等三大類。流體輸送包括氣力輸送和液體物料輸送。氣力輸送主要指利用真空泵或風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣流動(dòng)力實(shí)現(xiàn)粉狀物料輸送，氣力輸送系統(tǒng)除設(shè)備本身因故障損壞外，最大的安全問題是系統(tǒng)的堵塞和靜電引起的粉塵爆炸；液體物料的輸送主要依靠泵來完成，常見的泵可分為離心泵、往復(fù)泵、旋轉(zhuǎn)泵（齒輪泵、螺桿泵）、流體作用泵等4類，而化工生產(chǎn)過程中使用的泵約有80%為離心泵，離心泵在使用過程中可能發(fā)生物料泄漏、吸入空氣爆炸、靜電或軸承過熱引起燃燒、機(jī)械絞傷等安全事故。攪拌裝置有機(jī)械攪拌和氣流攪拌。機(jī)械攪拌裝置包括槳式攪拌器、螺旋槳式攪拌器、渦輪式攪拌器、特種攪拌器；氣流攪拌裝置是指利用壓縮空氣、蒸汽和氮?dú)馔ㄈ胍后w介質(zhì)中進(jìn)行鼓泡，達(dá)到攪拌的目的，易燃液態(tài)物料在攪拌過程中蒸發(fā)速度較快，產(chǎn)生大量可燃蒸汽，如果泄漏，將與空氣形成爆炸性混合物，易燃粉狀物料在攪拌過程中極易造成粉塵漂浮而導(dǎo)致粉塵爆炸。流體通過顆粒層的流動(dòng)主要指過濾過程，即在推動(dòng)力作用下，使懸浮液（或含固體顆粒熱氣體）中的液體（或氣體）透過介質(zhì)，固體顆粒及其物質(zhì)被具有許多孔隙的過濾介質(zhì)截留，從而使固體及其他物質(zhì)與液體（或氣體）分離的單元操作，常用的液固分離設(shè)備有板框壓濾機(jī)、轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)、圓形濾葉加壓葉濾機(jī)、三足式離心機(jī)、刮刀卸料離心機(jī)、旋液分離器等，常用的氣固過濾設(shè)備有降塵室、袋濾器、旋風(fēng)分離器等。過濾的主要危險(xiǎn)源于物料的危險(xiǎn)特性，懸浮液中有機(jī)溶劑的易燃易爆特性或揮發(fā)性氣體的毒害性或爆炸性、以及過氧化物濾餅的不穩(wěn)定性等。

1.2 熱量傳遞類單元操作的安全隱患分析

熱量傳遞類的單元操作主要包括換熱和蒸發(fā)兩大類。換熱是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的過程，傳遞介質(zhì)稱為換熱介質(zhì)，所用設(shè)備稱為換熱器，化工生產(chǎn)中常見的換熱器有加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等，一般有浮頭式換熱器、固定管板式換熱器、U 形管板換熱器、板式換熱器等多種結(jié)構(gòu)，換熱器的安全問題源于設(shè)備堵塞和腐蝕，如果換熱器結(jié)垢堵塞或者腐蝕損壞，將引起原料和換熱介質(zhì)泄漏，導(dǎo)致燃燒、爆炸等安全事故。蒸發(fā)按其采用的壓力可分為常壓蒸發(fā)、加壓蒸發(fā)和減壓蒸發(fā)（真空蒸發(fā)），蒸發(fā)所用設(shè)備稱為蒸發(fā)器，主要由加熱室和蒸發(fā)室兩部分組成，影響蒸發(fā)過程的主要因素有蒸發(fā)物固有性質(zhì)、溫度、相間接觸面積和相界面氣相流速，溫度越高、相間接觸面積越大、相界面氣相流速越高，蒸發(fā)速度越快，蒸發(fā)操作的安全問題源于蒸發(fā)溫度的控制，如果蒸發(fā)溫度控制不當(dāng)，將引起蒸發(fā)物分解或者蒸發(fā)器局部過熱，導(dǎo)致燃燒、爆炸等安全事故。

1.3 質(zhì)量傳遞類單元操作的安全隱患分析

質(zhì)量傳遞類的單元操作主要包括吸收、精餾、萃取、結(jié)晶等四大類。氣體吸收是利用氣體混合物各組分在液體溶劑中溶解度的差異來分離氣體混合物的單位操作，其逆過程是解吸，影響吸收操作的主要因素有吸收劑純度、氣流速度、噴淋密度、溫度、壓力，吸收中的溶解熱會(huì)造成吸收操作溫度的變化，因此吸收操作的關(guān)鍵在于正確使用各種冷卻裝置來控制吸收塔溫度，吸收過程存在的安全問題實(shí)質(zhì)是換熱過程存在的安全問題。精餾是以液體混合物各組分揮發(fā)度的不同，使其分離為純組分的操作，精餾按操作壓強(qiáng)可分為常壓精餾、加壓精餾和減壓精餾（真空精餾），精餾過程的主要危險(xiǎn)性有易燃液體蒸汽與空氣形成爆炸性混合物，遇明火即發(fā)生爆炸；塔釜復(fù)雜的殘留物在高溫下發(fā)生熱分解、自聚及自燃；物料中微量的不穩(wěn)定雜質(zhì)在塔內(nèi)局部濃縮分解爆炸，低沸點(diǎn)雜質(zhì)進(jìn)入精餾塔后瞬間產(chǎn)生大量蒸汽造成設(shè)備壓力驟升而發(fā)生爆炸；設(shè)備因腐蝕泄漏引發(fā)火災(zāi)，因物料結(jié)垢堵塞發(fā)生超壓爆炸；精餾溫度控制不當(dāng)，有液泛、沖料、過熱分解、超壓、自燃及淹塔的危險(xiǎn)；加料量控制不當(dāng)，有沸溢的危險(xiǎn)，同時(shí)造成塔頂冷凝器負(fù)荷不足，使未冷凝的蒸汽進(jìn)入產(chǎn)品儲(chǔ)槽，因超壓發(fā)生爆炸；回流量控制不當(dāng)，造成精餾溫度偏離正常，同時(shí)出現(xiàn)淹塔使得操作失控，造成出口堵塞發(fā)生爆炸。萃取是指在待分離的液體混合物中加入一種適宜的溶劑，使其形成兩液相系統(tǒng)，利用液體混合物中各組分在兩相中分配差異的性質(zhì)，易溶組分較多的進(jìn)入溶劑相從而實(shí)現(xiàn)混合液的分離，萃取操作的安全關(guān)鍵是萃取劑的選擇，萃取劑需有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，避免使用過程中分解、聚合腐蝕設(shè)備，并產(chǎn)生熱效應(yīng)導(dǎo)致燃燒爆炸等事故。結(jié)晶是固體物質(zhì)以晶體狀態(tài)從蒸汽、溶液或熔融物中析出的過程，結(jié)晶設(shè)備一般按改變?nèi)芤簼舛鹊姆椒ǚ譃橐瞥糠秩軇s）結(jié)晶器、不移除部分溶劑（冷卻）結(jié)晶器或其他結(jié)晶器，結(jié)晶設(shè)備通常裝有攪拌器，攪拌作用會(huì)使晶體顆粒保持懸浮和均勻分布于溶液中，同時(shí)又能提高溶質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散速度，以加速晶體的長大，結(jié)晶操作的安全問題源于攪拌器，如果攪拌器是絕緣體或接地不良，則可能產(chǎn)生靜電危險(xiǎn)，導(dǎo)致火災(zāi)爆炸等安全事故，攪拌器應(yīng)定期維修，嚴(yán)防攪拌器斷落導(dǎo)致物料混合不均勻，局部反應(yīng)劇烈，引發(fā)爆炸；攪拌器應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和靈活性，防止變形或卡死引發(fā)火災(zāi)。

上述關(guān)于基于“三傳”單元操作的安全隱患分析，明確了化學(xué)化工過程中可能存在的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)、危險(xiǎn)源，為進(jìn)一步實(shí)施有效的風(fēng)險(xiǎn)防控指明了方向。

2 基于“三傳”單元操作的風(fēng)險(xiǎn)防控

單元操作主要是物理過程，需要嚴(yán)格按照工藝設(shè)計(jì)進(jìn)行操作，與化學(xué)反應(yīng)過程類似，也需要配置常規(guī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，對主要工藝參數(shù)進(jìn)行集中監(jiān)控及自動(dòng)調(diào)節(jié)（DCS 或PLC）；要設(shè)置偏離正常值的報(bào)警和聯(lián)鎖控制，設(shè)置爆破片和安全閥等泄放設(shè)施，設(shè)置緊急切斷、緊急終止反應(yīng)、緊急冷卻等控制措施。設(shè)備要有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和耐腐蝕能力并運(yùn)行可靠，同時(shí)需要定期維護(hù)、檢修。

3 結(jié)束語

我國一直是危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)、使用、進(jìn)出口和消費(fèi)大國。目前，我國?；钒踩a(chǎn)工作問題日益凸顯，由于設(shè)備老化等原因，安全風(fēng)險(xiǎn)加大。隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，“化工圍城”、“城圍化工”的矛盾日益顯現(xiàn)，?；飞a(chǎn)一旦發(fā)生事故，對周邊居民的危害性和影響性極大。為此，本文從基于“三傳”單元操作入手，詳細(xì)分析了化學(xué)化工過程存在的安全隱患，并在此基礎(chǔ)上提出了有效的防控措施，為化工園區(qū)的安全運(yùn)行提供一定的理論指導(dǎo)。