化工工藝安全設(shè)計(jì)中的危險(xiǎn)因素及防范措施

王力強(qiáng)

（中凱工貿(mào)有限責(zé)任公司，甘肅蘭州 730060）

近年來，我國(guó)化工行業(yè)迅速發(fā)展，已經(jīng)成為了我國(guó)經(jīng)濟(jì)的重要支柱，為增強(qiáng)我國(guó)綜合實(shí)力做出了重要貢獻(xiàn)，也促進(jìn)了人民群眾生活水平的提升，是我國(guó)發(fā)展的重要力量?；どa(chǎn)中存在著多種風(fēng)險(xiǎn)因素，許多化工原料本身具有毒性，或者易燃易爆的特性，必須要妥善管理，所用設(shè)備也容易受到化學(xué)反應(yīng)的影響出現(xiàn)故障，如不能及時(shí)解決也容易引發(fā)事故，造成經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。因此，企業(yè)必須加強(qiáng)化工工藝安全設(shè)計(jì)，加強(qiáng)對(duì)危險(xiǎn)因素的控制防范。

1 化工工藝安全設(shè)計(jì)概念及識(shí)別危險(xiǎn)因素的重要意義

對(duì)化工工藝進(jìn)行安全設(shè)計(jì)，須立足于確保系統(tǒng)安全，同時(shí)對(duì)護(hù)壁原料具備的物理和化學(xué)性質(zhì)，危險(xiǎn)級(jí)別以及庫(kù)存量進(jìn)行綜合考量，對(duì)理化反應(yīng)期間，特定化工原料最終生成化工產(chǎn)品進(jìn)行技術(shù)實(shí)現(xiàn)途徑設(shè)計(jì)。而且，還要結(jié)合管道技術(shù)、安全儀表以及發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的設(shè)施等要素，進(jìn)一步優(yōu)化完善化工產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)途徑?；ば袠I(yè)是一種工程量巨大的建設(shè)項(xiàng)目，大體量大生產(chǎn)規(guī)模，潛在或明顯的安全風(fēng)險(xiǎn)非常多，危險(xiǎn)等級(jí)較高，一旦出現(xiàn)安全事故，帶來的生命財(cái)產(chǎn)損失難以估量。因此。要求所有進(jìn)行安全設(shè)計(jì)的相關(guān)人員既要保證化工企業(yè)正常生產(chǎn)，還要對(duì)化工原料進(jìn)行性質(zhì)分析，尤其是高危化學(xué)品，一定要嚴(yán)加控制，對(duì)化工生產(chǎn)期間容易導(dǎo)致安全風(fēng)險(xiǎn)的原料。半成品，催化劑，成品以及輔料等進(jìn)行細(xì)致周到的安全測(cè)試，結(jié)合它們具備的危險(xiǎn)等級(jí)采取針對(duì)性的火災(zāi)或爆炸風(fēng)險(xiǎn)防護(hù)，加強(qiáng)安全管理，把化工生產(chǎn)工藝的風(fēng)險(xiǎn)因素降低到最低限度，保證化工企業(yè)安全生產(chǎn)，避免引發(fā)環(huán)境和社會(huì)危害確?；どa(chǎn)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

2 化工工藝安全設(shè)計(jì)特點(diǎn)

化工行業(yè)生產(chǎn)期間，化工工藝通常需要結(jié)合化學(xué)反應(yīng)過程，結(jié)合它們類型各異的反應(yīng)條件，促使特定的化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生設(shè)定的化學(xué)反應(yīng)，最終得到所需化學(xué)產(chǎn)品?；すに嚭w3個(gè)工藝流程階段：第一，設(shè)計(jì)人員通過科學(xué)合理的方式方法開始第一步處理轉(zhuǎn)化化工原料。原料歷經(jīng)加工以及純凈化等工藝流程，期間需要消耗一定時(shí)長(zhǎng)；第二，原料進(jìn)入適用的專業(yè)設(shè)備開始發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，期間可能因相關(guān)介質(zhì)被加熱，或者自身出現(xiàn)放熱，一旦控制失誤就會(huì)誘發(fā)高壓，處理不及就會(huì)爆炸；第三，原料完成化學(xué)反應(yīng)生成化工產(chǎn)品，由技術(shù)人員實(shí)施進(jìn)一步加工處理?；て髽I(yè)的實(shí)力參差不齊，一些技術(shù)和設(shè)備相對(duì)后進(jìn)的企業(yè)實(shí)力不濟(jì)，沒有搜集到足夠全面完整的數(shù)據(jù)資料，無法為化工工藝進(jìn)行安全設(shè)計(jì)的人員提供有力參考，最終成型的設(shè)計(jì)方案必定漏洞百出。

3 化工工藝的分類設(shè)計(jì)

①方案設(shè)計(jì)。虛構(gòu)設(shè)計(jì)與概念設(shè)計(jì)互為別稱，它首先假定企業(yè)化工生產(chǎn)具備的大型機(jī)械，方案設(shè)計(jì)要在中試開始之前完成，目的是為了對(duì)生產(chǎn)路線的合理性以及工藝條件的標(biāo)準(zhǔn)化程度進(jìn)行檢測(cè)，為后續(xù)小試的規(guī)模及目的提供決策依據(jù)。②中試設(shè)計(jì)。這個(gè)階段的檢測(cè)內(nèi)容，就是對(duì)為中試量身定做的工藝條件及路線進(jìn)行檢測(cè)，期間檢測(cè)系統(tǒng)保持間斷運(yùn)行，由此測(cè)評(píng)設(shè)計(jì)的預(yù)期產(chǎn)品具備怎樣的應(yīng)用性能，為工程設(shè)計(jì)提供備選方案。再通過對(duì)所得數(shù)據(jù)及工藝路線進(jìn)行校準(zhǔn)與建模，評(píng)價(jià)放大產(chǎn)生的響應(yīng)，對(duì)工藝流程中積累的雜質(zhì)給工藝設(shè)計(jì)和化工產(chǎn)品帶來的最終影響進(jìn)行檢測(cè)。需要注意的是，上述內(nèi)容支持局部及整體檢測(cè)，可以展開極盡詳盡的研究分析。③初步設(shè)計(jì)。這是化工工藝精煉設(shè)計(jì)的初步階段，最終結(jié)果就是對(duì)工藝設(shè)計(jì)進(jìn)行整體預(yù)算，明確初步設(shè)計(jì)的具體執(zhí)行規(guī)范。結(jié)合工程選址以及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)給出的任務(wù)書，可以著手實(shí)施技術(shù)和經(jīng)濟(jì)層面的總體研究與預(yù)算后確定設(shè)計(jì)方案，對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果的要求是保證工程旋轉(zhuǎn)計(jì)算、審核、招標(biāo)以及選購(gòu)生產(chǎn)材料及設(shè)備的所有需要，同時(shí)提供工程建設(shè)所需的投資參考。④施工圖設(shè)計(jì)。初步設(shè)計(jì)提交審核，上級(jí)部門會(huì)給出相關(guān)意見，設(shè)計(jì)人員可參考這些意見，明確設(shè)計(jì)工作原則及初步設(shè)計(jì)方案并設(shè)置成施工圖設(shè)計(jì)，結(jié)合工程生產(chǎn)及非標(biāo)設(shè)備具體需要，施工圖設(shè)計(jì)依據(jù)每項(xiàng)設(shè)計(jì)組分的相關(guān)比例設(shè)置圖紙及文字標(biāo)注，開始落實(shí)施工規(guī)劃，明確規(guī)劃目標(biāo)，對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)化完善，再著手初步設(shè)計(jì)。

4 化工工藝設(shè)計(jì)中須注意的安全危險(xiǎn)

4.1 選擇化工原料控制問題

沒有化工原料，就無法生產(chǎn)出所需化工產(chǎn)品，化工生產(chǎn)的首要環(huán)節(jié)就是選擇化工原料?；すに囋O(shè)計(jì)需要對(duì)原料進(jìn)行全面的性能了解，化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱以及相關(guān)原理更要了解清楚。而且，類型不同的化工原料，運(yùn)輸及儲(chǔ)存期間所需的環(huán)境及管理?xiàng)l件都非常嚴(yán)苛，需要針對(duì)性地進(jìn)行綜合及分類設(shè)計(jì)，一旦混合放置，勢(shì)必釀成慘烈事故。

4.2 設(shè)備選型的安全問題

化工工藝設(shè)計(jì)方案涉及到化工設(shè)備及相關(guān)管道時(shí)，須綜合考量其填入的原料類型特點(diǎn)、工作期間的壓力及溫度，以及工藝流程需要，依據(jù)材料特性對(duì)設(shè)備類型進(jìn)行針對(duì)性選擇。設(shè)備應(yīng)用期間不可避免地會(huì)出現(xiàn)蠕變、磨損以及疲勞，都會(huì)導(dǎo)致設(shè)備適使用壽命縮短，合理的設(shè)備選型是防范上述因素及相關(guān)危險(xiǎn)事故的有效手段。第一，化工企業(yè)生產(chǎn)通常偏重于追求生產(chǎn)效率，一旦設(shè)備進(jìn)入工藝流程，即開始長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)行，無疑加大了設(shè)備危險(xiǎn)事故的發(fā)生概率；第二，設(shè)備運(yùn)行期間企業(yè)忽視金屬材料的必要檢測(cè)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)缺陷很難察覺；第三，疲勞狀態(tài)下的設(shè)備更容易受到腐蝕或損毀。

4.3 化工工藝設(shè)計(jì)缺乏完整基礎(chǔ)資料

通?；て髽I(yè)開展新的工藝包研發(fā)，須依據(jù)足夠的基礎(chǔ)資料或者按照研發(fā)機(jī)構(gòu)提供的原料完成配制，如果研發(fā)準(zhǔn)備階段沒有進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)完全或測(cè)試，資料的完整性則達(dá)不到保證工藝安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求。化工產(chǎn)品多種多樣，涉及到的設(shè)備類型即規(guī)格型號(hào)復(fù)雜多變，選擇非標(biāo)設(shè)備及定型設(shè)施時(shí)，要求相關(guān)設(shè)施必須具備超高性能，如果化工設(shè)備及工藝細(xì)節(jié)與實(shí)際需要不符，基礎(chǔ)資料不完善就會(huì)引發(fā)安全事故。

4.4 設(shè)計(jì)選擇工藝路線

設(shè)計(jì)化工工藝期間，即使是一個(gè)產(chǎn)品，也會(huì)具有差異性的工藝方法和生產(chǎn)路線，設(shè)計(jì)人員選擇時(shí)還須遵循安全風(fēng)險(xiǎn)及環(huán)境危害最小的工藝為最佳路線的原則。生產(chǎn)環(huán)節(jié)在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，須添加適用催化劑使反應(yīng)強(qiáng)度適度降低，對(duì)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析并掌握相關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)分析爆炸風(fēng)險(xiǎn)很有幫助。對(duì)化學(xué)反應(yīng)過程的潛在副反應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，對(duì)包括原料、催化劑以及輔料等在內(nèi)的材料進(jìn)行全面分析，做好混合反應(yīng)的準(zhǔn)備工作并詳細(xì)記錄。同時(shí)，還要監(jiān)測(cè)工藝條件不同情況時(shí)的化學(xué)反應(yīng)差異，監(jiān)測(cè)內(nèi)容涵蓋反應(yīng)溫度與壓力及開工和停工變化，同時(shí)記錄每個(gè)反應(yīng)罐的壓力波動(dòng)數(shù)據(jù)，化工工藝設(shè)計(jì)力求面面俱到，確保安全合理設(shè)計(jì)。

5 化工工藝安全設(shè)計(jì)危險(xiǎn)因素控制策略

5.1 優(yōu)化化工工藝安全設(shè)計(jì)方案

化工工藝開展安全設(shè)計(jì)，需要進(jìn)行全面細(xì)致的研究分析，要通過構(gòu)建理化變化的原理基礎(chǔ)，結(jié)合化工產(chǎn)品生產(chǎn)過程的具體狀況，設(shè)計(jì)期間嚴(yán)格控制化工生產(chǎn)方案。要依據(jù)化工生產(chǎn)的工藝規(guī)范和實(shí)際需要。高質(zhì)量設(shè)計(jì)化工安全生產(chǎn)工藝，結(jié)合動(dòng)態(tài)變化對(duì)設(shè)計(jì)方案中的內(nèi)容、工藝安全以及執(zhí)行流程進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，全面促進(jìn)化工工藝設(shè)計(jì)達(dá)到安全生產(chǎn)要求。通過研究分析化工安全生產(chǎn)工藝的整體設(shè)計(jì)和發(fā)展態(tài)勢(shì)，化工企業(yè)的正常生產(chǎn)還須在統(tǒng)籌兼顧安全生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)和生產(chǎn)方案的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)安全管理力度，從企業(yè)實(shí)際出發(fā)，優(yōu)化提升化工工藝開展安全設(shè)計(jì)的質(zhì)量和水平。舉例來說，2，3-二氯-硝基苯是化工生產(chǎn)的重要原料，是易燃易爆物品，處于高溫環(huán)境即立即分解，產(chǎn)生的氣體毒害性很強(qiáng)。同時(shí)，這種化工原料遇到強(qiáng)氧化劑極易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，直接危害到現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的生命安全和身體健康。這就要求設(shè)計(jì)人員全面優(yōu)化安全生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)方案，針對(duì)類似高危原料須嚴(yán)格控制反應(yīng)條件。比如，考量氮封溫度和壓力的必要性，可以起到控制安全風(fēng)險(xiǎn)的作用。要切實(shí)優(yōu)化完善化工工藝安全設(shè)計(jì)，必須引進(jìn)先進(jìn)的信息技術(shù)，把關(guān)于化工產(chǎn)品、原料以及設(shè)備等方面的信息搜羅殆盡，全部輸入信息系統(tǒng)，對(duì)包括原料特性、安全風(fēng)險(xiǎn)以及儲(chǔ)存管理等在內(nèi)的內(nèi)容進(jìn)行全面分析，切實(shí)提升設(shè)計(jì)方案的實(shí)效性。舉例來說，化工原料形態(tài)各異，儲(chǔ)存和投料等方式也千差萬別，晶料與粉料屬于固態(tài)，它們和液態(tài)原料存在很大黏度差異，而原料的易燃易爆特性也是選擇投料方式的關(guān)鍵依據(jù)。設(shè)計(jì)化工生產(chǎn)的安全工藝，還須綜合考量原料發(fā)生反應(yīng)的作用原理和安全管理?xiàng)l件，舉例來說，化學(xué)反應(yīng)屬于吸熱還是放熱，反應(yīng)需要的溫度和壓力條件，放熱過程的速度等，直接決定投料方式的選定，需要在一次性全投，還是部分定速連續(xù)投以及部分一次性全投之間合理選定。

對(duì)化工工藝安全設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化完善，須重點(diǎn)關(guān)注安全性要求，作業(yè)人員的生產(chǎn)操作必須保證規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，須在原料儲(chǔ)存管理、投入生產(chǎn)以及化學(xué)反應(yīng)期間加強(qiáng)管理的綜合力度，減少安全危害。同時(shí)，無論如何地進(jìn)行安全設(shè)計(jì)，始終不能百分之百地消滅安全風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)計(jì)人員還須從設(shè)計(jì)路徑方面加強(qiáng)配置的合理性。如卸料釜及高位槽添加與否，管道設(shè)計(jì)需要怎樣的高低差和走向，以及具體管徑等，都要設(shè)計(jì)人員綜合考量。一旦結(jié)束路徑設(shè)計(jì)，還須全面檢測(cè)設(shè)計(jì)方案的安全性，通過安全試驗(yàn)和檢測(cè)消除設(shè)計(jì)方案的安全缺陷?；すに嚢踩O(shè)計(jì)還須重點(diǎn)關(guān)注必須的安全設(shè)施，這是防范安全事故、降低事故危害的必備設(shè)施，須結(jié)合安全生產(chǎn)和防護(hù)的實(shí)際需要，提升安全設(shè)施設(shè)計(jì)質(zhì)量，促進(jìn)安全生產(chǎn)。

5.2 優(yōu)化控制設(shè)備選型

化工工藝的安全設(shè)計(jì)方案出來以后，要確保嚴(yán)格貫徹落實(shí)，其中專業(yè)適用的設(shè)備選型，是安全生產(chǎn)的最大保障?；どa(chǎn)期間，化學(xué)反應(yīng)的溫度與壓力條件以及原料質(zhì)量，都會(huì)直接影響到生產(chǎn)質(zhì)量，要求設(shè)備選型必須與上述條件完全吻合，才能確保安全生產(chǎn)。這就要求化工設(shè)備必須嚴(yán)格落實(shí)針對(duì)性選型，管理人員須全面控制化工生產(chǎn)及其設(shè)備和應(yīng)用過程，切實(shí)提高安全生產(chǎn)管理水平。

要做到合理控制化工設(shè)備，還須針對(duì)應(yīng)用過程中的潛在安全風(fēng)險(xiǎn)，出臺(tái)相應(yīng)的科學(xué)有效的應(yīng)急預(yù)案，日常安全管理工作中，須認(rèn)真排查誘發(fā)安全事故的因素，綜合分析導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)失控以及其他安全隱患。選擇適用的反應(yīng)器，還須從適宜工藝操作的角度出發(fā)，探究工藝應(yīng)用具備的安全系數(shù)，再考量具體情況最終敲定設(shè)備型號(hào)，同時(shí)還要對(duì)化工原料做到安全使用，兼顧原料反應(yīng)所需的溫度與壓力條件，保證安全操作，生產(chǎn)抗腐蝕和抗壓能力強(qiáng)的化工產(chǎn)品。化學(xué)反應(yīng)期間存在的雜質(zhì)，會(huì)直接影響到反應(yīng)的平衡性、速率以及副反應(yīng)，安全風(fēng)險(xiǎn)會(huì)因此而上升，所以要求化學(xué)反應(yīng)控制必須兼顧雜質(zhì)控制，確保設(shè)備安全運(yùn)行。

對(duì)化工工藝進(jìn)行安全設(shè)計(jì)，管道監(jiān)管工作要著重分析管道的應(yīng)力條件，同時(shí)也不能忽略對(duì)管道的振動(dòng)、設(shè)置以及選材方面的研究，可有效提高化工工藝安全設(shè)計(jì)的安全可靠性，同時(shí)優(yōu)化完善工藝流程。要根據(jù)化工管道實(shí)際需要，選材須強(qiáng)調(diào)安全可靠且經(jīng)濟(jì)適用，結(jié)合化工原料的燃爆風(fēng)險(xiǎn)因素，有效防范斷裂風(fēng)險(xiǎn)，有效促進(jìn)化工企業(yè)實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。

5.3 嚴(yán)格控制化工生產(chǎn)流程

化工生產(chǎn)其實(shí)就是工藝流程的執(zhí)行過程，要完善工藝應(yīng)用，提高生產(chǎn)質(zhì)量，須全面控制化工生產(chǎn)的各項(xiàng)參數(shù)和工藝路線，第一，根據(jù)生產(chǎn)需要進(jìn)行行之有效的科學(xué)管理，確保工藝流程能夠安全有效地貫徹執(zhí)行。安全設(shè)計(jì)可根據(jù)需要適度調(diào)整相關(guān)工藝，根據(jù)生產(chǎn)需要教育作業(yè)人員樹立牢固的安全觀念。還要為化學(xué)反應(yīng)留出足夠的環(huán)境空間，結(jié)合生產(chǎn)需要和工藝應(yīng)用進(jìn)行反應(yīng)控制。第二，化工設(shè)備應(yīng)用期間，要嚴(yán)格控制物料流動(dòng)過程產(chǎn)生的流量和壓力參數(shù)，提高安全管理質(zhì)量。同時(shí)，化工原料都有很高的腐蝕性，疊加溫度因素，會(huì)很大程度上影響到化學(xué)反應(yīng)進(jìn)程，要求化工工藝的安全設(shè)計(jì)必須控制化工設(shè)備的生產(chǎn)環(huán)境，強(qiáng)調(diào)規(guī)范化操作，為化工設(shè)備提供安全保障，降低事故概率。要求化工企業(yè)必須全程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)過程，采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，據(jù)此對(duì)工藝流程進(jìn)行動(dòng)態(tài)化優(yōu)化調(diào)整，確保安全操作。期間須全面控制化工生產(chǎn)的原料應(yīng)用、反應(yīng)程度以及工藝路線，尤其是危險(xiǎn)等級(jí)極高的相關(guān)介質(zhì)，必須嚴(yán)格控制用量，這是確保安全生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。同時(shí)，還要嚴(yán)格控制生產(chǎn)環(huán)節(jié)，控制內(nèi)容涵蓋化工原料和設(shè)備、人為及環(huán)境等影響因素，準(zhǔn)確評(píng)估化工生產(chǎn)的安全風(fēng)險(xiǎn)程度，有效控制生產(chǎn)環(huán)節(jié)的事故風(fēng)險(xiǎn)，確保企業(yè)整體性提升工藝水平。

6 結(jié)語

化工工藝具有相當(dāng)?shù)奈ｋU(xiǎn)性，化工工藝安全設(shè)計(jì)對(duì)于安全生產(chǎn)、維護(hù)群眾生命安全具有重要意義?；すに囋O(shè)計(jì)主要有方案設(shè)計(jì)、中試設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)以及施工圖設(shè)計(jì)幾種分類，設(shè)計(jì)時(shí)在化工原料選擇、設(shè)備選型、設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料、工藝路線的設(shè)計(jì)與選擇方面存在著風(fēng)險(xiǎn)因素。因此，設(shè)計(jì)方應(yīng)采取相應(yīng)的防范措施，完善安全設(shè)計(jì)方案，加強(qiáng)物料存儲(chǔ)管理和投放設(shè)計(jì)，進(jìn)行安全試驗(yàn)檢測(cè)，優(yōu)化設(shè)備選型和控制，嚴(yán)格控制工藝流程，加強(qiáng)生產(chǎn)過程監(jiān)測(cè)，確保安全生產(chǎn)。