淺談化工設計

王麗碩,王青青

(河北生特瑞工程設計有限公司，河北 石家莊 050000)

化工產(chǎn)品與我們的生活息息相關(guān)，無論衣食住行，都有化工產(chǎn)品的影子。作為化工設計的產(chǎn)物，化工設計顯得尤為重要。化工設計的好壞，直接關(guān)系到整個裝置能否順利開車，獲得合格的產(chǎn)品，最終關(guān)系到工廠的經(jīng)濟效益。本文從安全、環(huán)保、經(jīng)濟等方面討論了化工設計應該注意的問題。

1 化工設計簡介

化工設計是根據(jù)一個化學反應或一項化工過程，設計工藝流程、設備布置、管道布置等圖紙，將設想轉(zhuǎn)變?yōu)閷嶋H的生產(chǎn)過程，涉及到化學、建筑、電氣、儀表、給排水等各專業(yè)。

2 安全方面

近年來，化工廠爆炸事故頻發(fā)，給人們敲響了一次次的警鐘。安全問題已經(jīng)成為化工設計中的重中之重。作為化工設計人員，安全問題應放在首位。尤其是涉及到易燃易爆介質(zhì)的生產(chǎn)，更應該注意防火、防爆，做好相應的防護措施。

2.1 廠房的設計應從防火分區(qū)、防爆泄壓、安全疏散等多方面進行考慮

首先應根據(jù)介質(zhì)的閃點、爆炸上下限值，確定介質(zhì)的火災類別，進而確定生產(chǎn)車間(廠房)的類別。廠房選用建筑材料的耐火等級應符合規(guī)范要求。

防火分區(qū)指的是在建筑內(nèi)部采用防火墻、樓板及其它防火分隔設施分隔而成，能在一定時間內(nèi)防止火災向同一建筑的其余部分蔓延的局部空間[1]。根據(jù)建筑物的使用性質(zhì)、火災類別、建筑物高度及火災蔓延的速度等因素確定防火分區(qū)的面積。合理劃分防火分區(qū)，若建筑物一旦發(fā)生火災，能夠?qū)⒒饎菘刂圃谝欢ǚ秶鷥?nèi)，為人員疏散及消防救援提供有利條件。有爆炸危險的廠房應設置泄壓設施。泄壓設施宜采用輕質(zhì)屋面板、輕質(zhì)墻體和易于泄壓的門、窗等，應采用安全玻璃等在爆炸時不產(chǎn)生尖銳碎片的材料[1]。廠房的泄壓面積根據(jù)容積和泄壓比進行計算確定。發(fā)生火災事故時，安全疏散顯得格外重要。廠房的安全出口應分散布置，每個防火分區(qū)或一個防火分區(qū)的每個樓層，其相鄰2個安全出口最近邊緣之間的水平距離不應小于5m[1]。安全出口的數(shù)量需要根據(jù)計算確定。疏散樓梯、走道、門的寬度應根據(jù)疏散人數(shù)進行計算確定。

2.2 工藝設計

工藝設計包括工藝流程、設備布置、管道布置、反應器選型計算(塔、反應釜、換熱器等)、物料衡算及能量衡算等多方面。

進行工藝設計時，應避免使用危險化工工藝，如必須采用，應最大限度的減少危險化學品的使用量。使用危險化學品的項目，應依據(jù)《危險化學品重大危險源辨識》進行辨識，是否構(gòu)成危險化學品重大危險源，已經(jīng)構(gòu)成重大危險源的，對重大危險源進行分級。同時加強儀表控制，采用DCS/SIS控制系統(tǒng)，有效監(jiān)控儲罐、反應釜等設備的液位、溫度、壓力等參數(shù)，確保設備參數(shù)控制在安全數(shù)值范圍內(nèi)。提高整個系統(tǒng)的自動化程度，可避免裝置超溫、超壓、超負荷運行，從而保證生產(chǎn)裝置長期穩(wěn)定的運行。通過采用聯(lián)鎖保護裝置，可以提高生產(chǎn)系統(tǒng)的安全性，一旦出現(xiàn)非正常情況，聯(lián)鎖保護自動開啟，可以快速有效遏止事故蔓延，防止事故的發(fā)生。

使用安全保護裝置，如設置安全閥或爆破片，可防止生產(chǎn)裝置系統(tǒng)壓力超過設備和管道的設計壓力，發(fā)生爆炸事故。在可燃液體儲罐的放空管道上加阻火器，可有效防止火災事故的發(fā)生。對于有毒、腐蝕性物料，應根據(jù)介質(zhì)的性質(zhì)，選用合適的管材、密封形式，有效防止跑冒滴漏的現(xiàn)象，減少化學品對操作人員的傷害。另外，操作人員應按照安全生產(chǎn)規(guī)章制度，正確佩戴和使用勞動防護用品。

2.3 總平面布置

化工廠區(qū)總平面布置應遵循相應的標準規(guī)范，如《工業(yè)企業(yè)總平面設計規(guī)范》、《化工企業(yè)總圖運輸設計規(guī)范》等，結(jié)合實際生產(chǎn)情況，合理布置生產(chǎn)區(qū)、倉儲區(qū)、輔助生產(chǎn)區(qū)、辦公區(qū)等。功能分區(qū)合理緊湊，保證物料、動力的便捷供應。

生產(chǎn)裝置區(qū)宜布置在全年最小頻率風向的上風側(cè)，行政辦公及生活服務設施區(qū)宜布置在全年最小頻率風向的下風側(cè)，輔助生產(chǎn)和公用工程設施區(qū)宜布置在生產(chǎn)裝置區(qū)與行政辦公及生活服務設施區(qū)之間[2]。經(jīng)常散發(fā)可燃氣體的場所，如儲存易燃介質(zhì)的罐區(qū)、隔油池等，應遠離各類明火源，并布置在火源的下風側(cè)或平行風側(cè)。生產(chǎn)或使用大宗產(chǎn)品的裝置區(qū)或設備，宜靠近其產(chǎn)品儲存和運輸區(qū)域布置。生產(chǎn)車間、罐區(qū)、倉庫、綜合樓等建構(gòu)筑物的間距嚴格按照《石油化工企業(yè)設計防火標準》《建筑設計防火規(guī)范》等規(guī)范執(zhí)行。

根據(jù)企業(yè)規(guī)模和功能分區(qū)，合理規(guī)劃廠區(qū)道路，確定通道寬度。布置運輸路線，應考慮物流順暢，減少折返迂回。發(fā)生火災事故時，消防道路的通暢對滅火救援非常重要，消防道路的設置應便于消防車隊能從不同方向迅速到達危險區(qū)域(生產(chǎn)車間、倉庫和罐區(qū)等儲存及使用易燃易爆物質(zhì)的場所)。

2.4 消防、防雷防靜電等

從事化工生產(chǎn)的企業(yè)應配備相應的消防設施。包括消防站、消防水池、消防水泵及室內(nèi)外消防管網(wǎng)等。消防水池應保證消防用水量的供給。根據(jù)物料性質(zhì)合理布置消防管網(wǎng)。根據(jù)建筑生產(chǎn)的火災危險性類別及《建筑滅火器配置設計規(guī)范》配置滅火器，滅火器設置在位置明顯、便于取用的地方。根據(jù)規(guī)范有要求的需設置自動滅火系統(tǒng)。

涉及易燃易爆介質(zhì)的化工生產(chǎn)裝置、罐區(qū)等場所，嚴格按照《爆炸危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范》劃分爆炸危險區(qū)域，在爆炸危險環(huán)境內(nèi)，配備防爆工具，電氣設備的級別和組別不得低于爆炸性介質(zhì)的級別和組別。同時，工藝裝置內(nèi)建筑物、構(gòu)筑物的防雷分類及措施按《建筑物防雷設計規(guī)范》執(zhí)行[3]。對爆炸、火災危險場所內(nèi)可能產(chǎn)生靜電危險的設備和管道，應采取靜電接地措施[3]。

3 環(huán)保方面

化工生產(chǎn)過程中，經(jīng)常會產(chǎn)生廢水、廢渣、廢氣等有毒、有害物質(zhì)，若未經(jīng)妥善處理，未達標排放，就會污染環(huán)境，破壞生態(tài)平衡。因此，需要設計人員不斷改進生產(chǎn)工藝，減少三廢排放。對于不可避免的廢物，采取合理的處理措施。如考慮廢物的回收利用，作為制備新產(chǎn)品的原輔材料。

3.1 廢水處理

化工裝置生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水種類繁多，應根據(jù)其性質(zhì)采用不同的治理技術(shù)，有害物質(zhì)能回收的盡量回收利用，不能回收的可用以下方式進行處理。(1)生化處理，利用多種微生物的生命活動將廢水中的有機物轉(zhuǎn)化為無機物。常見的有生物膜法和活性污泥法。(2)焚燒處理，對于有機物濃度較高，組分復雜的廢水，若沒有回收價值，可直接焚燒處理，將有機物高溫氧化分解為二氧化碳和水等無害或危害較小的物質(zhì)排入大氣。

3.2 廢氣處理

目前，廢氣的處理方法有吸收、吸附、冷凝和燃燒。如煉油生產(chǎn)過程中排放的有機工藝尾氣，可采用鍋爐、焚燒爐、火炬等方式燃燒處理。近年來，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，VOC(揮發(fā)性有機化合物)的處理技術(shù)逐漸成熟化、先進化，包括吸附法、吸收法和膜分離法等，通過采用選擇性吸附、膜滲透等技術(shù)來分離回收廢氣中的有機溶劑。

3.3 廢渣處理

目前，固體廢物(即廢渣)的處理方式有化學法、固化法、焚燒法及填埋等。化學法利用廢渣的化學性質(zhì)，通過氧化還原、酸堿中和等方式，將廢物中的有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)。固化法是將固體廢物與凝結(jié)劑混合固化，其中的有害物質(zhì)封閉在固化體內(nèi)，無法浸出，從而降低有害物質(zhì)對環(huán)境的破壞。焚燒法通過燃燒，將固體廢物中的可燃介質(zhì)氧化分解，從而降低毒性，是常見的工業(yè)廢渣處理方式。填埋，顧名思義，就是將廢渣填入坑中，鋪上土壤壓實，也是處置危廢物常見的一種方法。

3.4 噪聲

化工裝置中的壓縮機、離心機、泵、火炬等都會產(chǎn)生噪聲，化工設計時應選用低噪聲工藝，選擇低噪聲的設備，同時采取一些降低噪聲的措施，如設置消聲器、減震墊、配備護耳器等，盡量減少噪聲對人體的傷害。

4 經(jīng)濟方面

如今，社會經(jīng)濟快速增長，化工企業(yè)的經(jīng)濟利益需求不斷提升，為了擴大化工企業(yè)的發(fā)展空間，提升企業(yè)的經(jīng)濟效益，化工設計的優(yōu)劣至關(guān)重要。通過降低生產(chǎn)成本，擴大生產(chǎn)能力，能有效提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。

如何降低生產(chǎn)成本呢？原料的品質(zhì)決定了產(chǎn)品的質(zhì)量，而催化劑的效果決定了反應的產(chǎn)率，通過提高原子利用率，即提高原料的轉(zhuǎn)化率，減少生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品，可相應降低生產(chǎn)成本。在進行工藝設計之前，需要詳細了解物料性質(zhì)，根據(jù)生產(chǎn)需要，制定合理的工藝流程方案，選取合適的工藝設備，合理調(diào)控反應參數(shù)，通過控制各單元操作，實現(xiàn)裝置的生產(chǎn)能力。同時，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，降低生產(chǎn)過程的能耗，對廢物進行綜合利用，盡可能減少三廢排放，實現(xiàn)文明清潔生產(chǎn)，提升化工企業(yè)在市場上的綜合競爭力。

5 小結(jié)

化工設計的質(zhì)量，決定了整個項目的運行質(zhì)量及經(jīng)濟效益。作為化工設計人員，需要不斷提升自己的專業(yè)技能，熟悉各類標準規(guī)范，同時結(jié)合項目的實際情況，進行合理有效的設計。在保證安全的前提下，不斷改進生產(chǎn)工藝，提高裝置的運行效率，從而提升項目的經(jīng)濟效益，同時處理好三廢問題，實現(xiàn)綠色化工生產(chǎn)，推動經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。