工藝系統(tǒng)設(shè)計的危險性分析

常　攀，劉旭紅

(中海油石化工程有限公司，山東 濟南 　250101)

鑒于化工行業(yè)自身的高危險性和事故多發(fā)性，目前對化工裝置的安全防護措施基本上是按照洋蔥模型[1]進行的。工藝系統(tǒng)是裝個化工裝置的核心。工藝設(shè)計貫穿該模型的核心工藝層、基本工藝控制系統(tǒng)層、安全儀表系統(tǒng)層和安全泄放設(shè)施層四個層次，可見工藝設(shè)計的安全性對整個化工裝置的安全水平具有決定意義，所以只有對工藝設(shè)計的整個流程進行嚴格的管控，才能在本質(zhì)上減少事故的發(fā)生。

1　化工工藝的相關(guān)概念

1.1　化工工藝的概念

化工工藝是指通過原料處理、化學(xué)反應(yīng)、產(chǎn)品精制等化學(xué)生產(chǎn)方法，將原材料轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品的過程，這些過程通常需要相應(yīng)的操作條件要求，并需使用特定的儀器和設(shè)備，使材料發(fā)生物理學(xué)上或化學(xué)上的變化?；すに嚨纳a(chǎn)過程包括原材料處理、進行化學(xué)反應(yīng)和產(chǎn)品的提純處理三個步驟。

1.2　化工工藝設(shè)計的概念

化工工藝設(shè)計是指根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的原料、反應(yīng)條件、反應(yīng)流程等對工藝中的設(shè)備、管道、閥門以及儀表等按照相關(guān)的標準規(guī)范、安全規(guī)程進行流程設(shè)計，為后續(xù)其他專業(yè)的設(shè)計提供設(shè)計基礎(chǔ)和條件。

1.3　工藝危險性分析的概念

工藝危險性分析，也稱預(yù)先危險性分析，是對將來有可能發(fā)生的潛在工藝危險事故進行過程分析[2]，也是對假設(shè)工藝條件或者模型下，可能發(fā)生事故的危險類別、出現(xiàn)的條件、導(dǎo)致的后果進行分析評價，進而提出消除或者避免此類事故發(fā)生的建議措施。

1.4　本質(zhì)安全的概念

本質(zhì)安全性，一般指的是采用無危險性或者危險性較小的物料代替高危險原料，采用無危害或者危害性較小且符合安全衛(wèi)生的新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備來提高整個工藝裝置的安全性。本質(zhì)安全化設(shè)計所起到的效果就是依靠自身的安全設(shè)計，進行本質(zhì)方面的改善，即使發(fā)生故障或者誤操作，設(shè)備和系統(tǒng)仍能保證安全。

2　工藝設(shè)計中危險性的分析和控制

化工工藝設(shè)計是一項非常專業(yè)、嚴謹、細心、危險程度較高的設(shè)計工作。但是由于工藝設(shè)計過程中會受到設(shè)計基礎(chǔ)資料不全、工作量大、設(shè)計規(guī)模不同、投資者要求節(jié)約成本等一系列因素的制約，會造成許多潛在的危險事故。因此，工藝設(shè)計中的危險性分析和控制就顯得十分重要，目前比較流行的是在基礎(chǔ)設(shè)計和詳細設(shè)計過程中進行HAZOP分析[3]。

2.1　化工工藝設(shè)計中的危險性分析

化工工藝設(shè)計中涉及的裝置危險因素主要有以下幾點：

2.1.1中毒危險

以原材料、成品、半成品、中間體、反應(yīng)副產(chǎn)物和雜質(zhì)等形式存在的職業(yè)性接觸的毒物，工人在操作時，可經(jīng)過口、鼻、皮膚進入人體。

2.1.2火災(zāi)爆炸危險

裝置中涉及的可燃氣體、粉塵與空氣形成的混合物，當其濃度達到爆炸極限時，一旦被引燃，就會發(fā)生火災(zāi)爆炸，火災(zāi)的輻射熱和爆炸產(chǎn)生的沖擊波可能對人、設(shè)備和建筑物造成殺傷和破壞。

2.1.3反應(yīng)性危險

化學(xué)反應(yīng)過程分吸熱和放熱兩類。通常，放熱反應(yīng)較吸熱反應(yīng)更具危險性，特別是使用強氧化劑的氧化反應(yīng)；有機分子上引入鹵原子的鹵化反應(yīng)；用硝基取代化合物中氫原子的硝化反應(yīng)；一旦失控可能產(chǎn)生嚴重后果。

2.2　工藝設(shè)計中危險因素的控制

2.2.1工藝物料方面

設(shè)計中優(yōu)先采用沒有危險或者危險性較小的物料作為原輔材料，同時對工藝原材料、半成品、中間產(chǎn)品、副產(chǎn)品以及在儲存和運輸過程中以氣、液、固形式存在的化學(xué)品特性都要進行充分的了解，掌握它們的危險特性，如毒性、自燃點、閃點、沸點、爆炸極限等，在設(shè)計過程中時刻牢記物料的危險特性。

2.2.2工藝路線方面

同一種化學(xué)反應(yīng)往往有多條工藝路線，盡量選擇更合適的路線，減少或者消除反應(yīng)帶來的危險。所以應(yīng)盡量選取緩和化學(xué)反應(yīng)條件的方案，比如選用適合的催化劑；對過度危險的物料進行稀釋來減緩反應(yīng)的劇烈程度；盡量采用新技術(shù)、新設(shè)備，減少設(shè)備和管道內(nèi)危險化學(xué)品的儲存量，減少廢料的產(chǎn)生量，盡量做到回收利用。

2.2.3反應(yīng)器等關(guān)鍵設(shè)備的設(shè)計方面

反應(yīng)器是化學(xué)反應(yīng)進行的核心設(shè)備，它的安全性往往對工藝系統(tǒng)的安全起到關(guān)鍵作用。所以工藝設(shè)計過程中，要充分識別反應(yīng)器、塔器等關(guān)鍵設(shè)備內(nèi)物質(zhì)的危險特性，識別可能發(fā)生的事故類型，以便設(shè)計必要的安全設(shè)施預(yù)防事故的發(fā)生。

2.2.4儀表及自動控制設(shè)計

儀表和自控系統(tǒng)的設(shè)計也是工藝設(shè)計過程中非常重要的一環(huán)。儀表是現(xiàn)場操作工的眼睛，自控系統(tǒng)是調(diào)節(jié)控制裝置的中樞。

首先，要保證足夠的動力系統(tǒng)供應(yīng)(電源、氣源)，一旦發(fā)生事故保證有較充裕的動力供應(yīng)時間，以便對事故進行處理。

其次，選用故障安全型儀表和控制器。在重要的設(shè)計回路上應(yīng)設(shè)置報警、連鎖和緊急停車系統(tǒng)(ESD)等。

最后，散發(fā)有害氣體、可燃氣體或蒸汽的場合，設(shè)置可燃有毒有害監(jiān)測報警設(shè)施。爆炸危險區(qū)內(nèi)的儀表、分析儀表、控制器均選用相應(yīng)防爆結(jié)構(gòu)或正壓通風(fēng)結(jié)構(gòu)。

2.2.5風(fēng)機、泵、閥門等設(shè)備的選擇

工藝設(shè)計過程中所涉及的風(fēng)機、壓縮機、泵、閥門等的選型，要按照最嚴格、最苛刻的工況進行計算，要分別能滿足事故狀態(tài)和正常生產(chǎn)狀態(tài)下裝置的處理能力。同時要對設(shè)備廠家返回的設(shè)備資料進行詳細的研究，及時發(fā)現(xiàn)潛在的危險因素，及時與設(shè)備廠家進行交流，確保設(shè)備安全運行。

3　結(jié)語

總之，工藝系統(tǒng)設(shè)計是整個化工裝置設(shè)計的源頭和核心。只有重視工藝系統(tǒng)的安全設(shè)計，加強工藝系統(tǒng)設(shè)計過程中的危險性分析，才能真正實現(xiàn)化工裝置的本質(zhì)安全性，從而有效的降低事故發(fā)生率，促進化工行業(yè)更加安全的生產(chǎn)。

[1]白水忠,李奇,姜巍巍,等.過程工業(yè)計算機輔助安全防護層分析技術(shù)進展[J].中國安全科學(xué)學(xué)報,2008,18(12):31-35.

[2]孫強,李雙華,竇景新.論石化企業(yè)危險化工工藝的辨識方法與風(fēng)險[J].科技資訊,2012(7):16-27.

[3]孫成龍.設(shè)計階段的HAZOP分析[J].現(xiàn)代職業(yè)安全,2011(12):14-21.