風(fēng)險(xiǎn)管理下的化工工藝設(shè)計(jì)研究

摘 要：文章首先從工藝設(shè)計(jì)組成部分與風(fēng)險(xiǎn)隱患應(yīng)對(duì)基礎(chǔ)兩個(gè)角度入手，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)管理下化工工藝設(shè)計(jì)的基本研究背景進(jìn)行了闡述;其后，圍繞工藝流程、工藝設(shè)施以及工藝風(fēng)險(xiǎn)三個(gè)方面，分析了風(fēng)險(xiǎn)管理下化工工藝設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)隱患的類型及來(lái)源，并提出了行之有效的優(yōu)化應(yīng)對(duì)策略。

關(guān)鍵詞：化工工藝;安全風(fēng)險(xiǎn);流程設(shè)計(jì)

化學(xué)工業(yè)是我國(guó)社會(huì)運(yùn)行發(fā)展的支柱性產(chǎn)業(yè)，對(duì)我國(guó)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)、綜合國(guó)力、民生質(zhì)量、科技水平、國(guó)防力量等多個(gè)方面具有重要作用。但從另一方面來(lái)看，化學(xué)工業(yè)也是我國(guó)社會(huì)中重大安全事故的主要發(fā)生領(lǐng)域之一?；诖?，為了推動(dòng)化學(xué)工業(yè)的健康發(fā)展，促進(jìn)我國(guó)社會(huì)的穩(wěn)定和諧，我們有必要對(duì)風(fēng)險(xiǎn)管理視角下的化工工藝設(shè)計(jì)展開(kāi)探究討論。

1 風(fēng)險(xiǎn)管理下化工工藝設(shè)計(jì)的基本研究背景

1.1 化工工藝設(shè)計(jì)的組成部分

所謂“化工工藝”，即化學(xué)工業(yè)運(yùn)行過(guò)程中涉及到的工作方法與生產(chǎn)技術(shù)。從目前來(lái)看，其設(shè)計(jì)活動(dòng)主要可分為以下幾個(gè)部分：

1.1.1 工藝流程的設(shè)計(jì)

即基于化工原料的反應(yīng)原理、處理思路，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)性、邏輯性的施工圖紙與流程方案，并確定原料投放、反應(yīng)條件、檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)等多元化的規(guī)范參數(shù)，以保證化工生產(chǎn)的質(zhì)量、效率與安全。

1.1.2 工藝設(shè)施的設(shè)計(jì)

一套化工工藝流程的完善構(gòu)成與系統(tǒng)運(yùn)行，需要運(yùn)用到多種設(shè)備設(shè)施，如加壓設(shè)備、溫控設(shè)備、清洗設(shè)備、離心設(shè)備、輸送管道、檢測(cè)儀器等。在此背景下，任何一個(gè)儀器設(shè)備或硬件設(shè)施存在設(shè)計(jì)偏誤或故障問(wèn)題，都會(huì)對(duì)化工生產(chǎn)的整體質(zhì)效產(chǎn)生影響，甚至引發(fā)大規(guī)模、嚴(yán)重化的經(jīng)濟(jì)損失、災(zāi)害事故與污染現(xiàn)象。所以，相關(guān)人員還需要對(duì)工藝流程基礎(chǔ)上的設(shè)施類型、設(shè)施參數(shù)、設(shè)施布置等進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，以保障化工工藝的穩(wěn)定落實(shí)，降低化工生產(chǎn)中事故問(wèn)題的發(fā)生幾率。

1.1.3 風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)的設(shè)計(jì)

與其他行業(yè)相比，化工行業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)存在更高危險(xiǎn)性，稍有不慎后果將十分嚴(yán)重。所以，設(shè)計(jì)人員除了要關(guān)注化工工藝的主體流程以外，還應(yīng)對(duì)各類風(fēng)險(xiǎn)的前期預(yù)防與后期應(yīng)對(duì)提起重視，設(shè)計(jì)出爆炸隱患排查、毒性氣體處理、人員組織管理等化工工藝的配套方案[1]。

在分析化工工藝設(shè)計(jì)中的風(fēng)險(xiǎn)隱患及其應(yīng)對(duì)策略時(shí)，可將上述部分作為研究探索的切入角度。

1.2 化工工藝設(shè)計(jì)中風(fēng)險(xiǎn)隱患的應(yīng)對(duì)基礎(chǔ)

化學(xué)工業(yè)與現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展始終是相伴而行的，所以其行業(yè)體系、行業(yè)環(huán)境已趨于成熟。在此背景下，化工工藝設(shè)計(jì)中安全問(wèn)題相關(guān)研究活動(dòng)已度過(guò)了“摸著石頭過(guò)河”的初期階段，保有豐富的行規(guī)標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、學(xué)界成果等作為支持。

首先，我國(guó)化工工藝設(shè)計(jì)中可參考、需遵循的行業(yè)規(guī)范有《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》（GB50160-2008，2018

年版）、《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50016-2014，2018版）、《精細(xì)化工企業(yè)工程設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》（GB 51283-2020）、《工業(yè)金屬管道設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50316-2000，2008版）、《特種設(shè)備生產(chǎn)和充裝單位許可規(guī)則》（TSG07-2019）、《壓力管道安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程-工業(yè)管道》（特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范TSG D0001-2009）及《壓力管道規(guī)范 工業(yè)管道》（GB-T20801-2006）等，且表現(xiàn)出多方面、細(xì)節(jié)化的規(guī)定特點(diǎn)，可為相關(guān)人員提供出全面性、基礎(chǔ)性、科學(xué)性的工作依據(jù)。

其次，在工業(yè)、學(xué)界等相關(guān)領(lǐng)域的長(zhǎng)期努力下，人們已經(jīng)掌握了絕大部分已知化學(xué)材料、化學(xué)元素的危害特點(diǎn)與反應(yīng)機(jī)理。例如，鉀、鈉等化學(xué)物質(zhì)具有水敏性特點(diǎn)，當(dāng)其與水相接觸時(shí)，會(huì)形成不同程度的放熱反應(yīng)，并釋放生成氫氣。此外，硫、硅、碳、磷等物質(zhì)及其化合物與水接觸時(shí)，也會(huì)生成一定的氫化物。此時(shí)，一旦氫氣、氫化物處在高溫高壓的化工工藝條件下，便極有可能引發(fā)爆炸事故，進(jìn)而對(duì)化工生產(chǎn)的質(zhì)量、效率與安全造成嚴(yán)重?fù)p害?；诖?，相關(guān)人員在化工工藝設(shè)計(jì)中保有豐富、專業(yè)的知識(shí)素養(yǎng)，對(duì)各類化學(xué)反應(yīng)、化學(xué)物質(zhì)具備清晰、全面的認(rèn)知了解，便能預(yù)先采取有效的控制手段，如合理配伍化工材料、嚴(yán)格把控加溫加壓參數(shù)等，以此實(shí)現(xiàn)絕大部分事故風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)先規(guī)避。

最后，在化工行業(yè)蓬勃發(fā)展、化工事故時(shí)有發(fā)生等種種因素的影響下，化工工藝相關(guān)的設(shè)備、技術(shù)市場(chǎng)也將安全性視為重要指標(biāo)。由此，越來(lái)越多具備安全控制能力、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警能力的儀器設(shè)備出現(xiàn)在市面上，越來(lái)越多安全環(huán)保的化工技術(shù)被研發(fā)出來(lái)，均為化工工藝設(shè)計(jì)中風(fēng)險(xiǎn)管理的研究分析與有效應(yīng)對(duì)提供了便利條件。

2 化工工藝設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的風(fēng)險(xiǎn)類型與風(fēng)險(xiǎn)來(lái)源

2.1 化工工藝流程設(shè)計(jì)中的風(fēng)險(xiǎn)隱患

結(jié)合行業(yè)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，化工工藝流程主要包含三個(gè)大環(huán)節(jié)，即原料處理、化學(xué)反應(yīng)以及精制加工。在化工生產(chǎn)中，這三個(gè)環(huán)節(jié)都存在相應(yīng)的安全隱患。

首先，原料處理的工藝方法有提純、混合、粉碎、乳化等，且均有比較嚴(yán)格的狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)格要求。如原料在凈化、提純處理后仍未達(dá)到反應(yīng)需求，存在純度不夠、富含雜質(zhì)等情況，不僅會(huì)對(duì)后續(xù)反應(yīng)、加工的質(zhì)量與效率產(chǎn)生影響，還可能引發(fā)工藝流程以外的特殊化學(xué)反應(yīng)，并生成有毒有害、易燃易爆等危險(xiǎn)化學(xué)物質(zhì)，埋下相應(yīng)的安全隱患。同理，若化工原料混合不充分、粉碎不徹底、乳化不均勻等情況，也很有可能造成前期處理階段的工藝設(shè)計(jì)安全問(wèn)題[2]。

其次，化學(xué)反應(yīng)是化工生產(chǎn)的最關(guān)鍵環(huán)節(jié)，同時(shí)也是化工安全問(wèn)題的最主要發(fā)生階段。在實(shí)踐中，化工工藝設(shè)計(jì)中涉及的化學(xué)反應(yīng)多種多樣，如磺化反應(yīng)、硝化反應(yīng)、聚合反應(yīng)、氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)、復(fù)分解反應(yīng)等，且各類反應(yīng)的溫度、壓力、載氣、燃燒等條件均不相同。此時(shí)，由于化學(xué)反應(yīng)的苛刻性與多樣性，若相關(guān)人員對(duì)反應(yīng)參數(shù)的設(shè)計(jì)不甚合理，一方面難以獲得符合化工生產(chǎn)預(yù)期的產(chǎn)物，另一方面也極易導(dǎo)致有毒有害、易燃易爆等危險(xiǎn)化學(xué)物質(zhì)的生成，引發(fā)嚴(yán)重的安全問(wèn)題。例如，硝化反應(yīng)是現(xiàn)代化工工藝設(shè)計(jì)中經(jīng)常涉及的化學(xué)反應(yīng)之一，其常用硝化劑有高濃度的混酸、硝酸等。硝化反應(yīng)會(huì)釋放出大量的熱量，硝化劑具有強(qiáng)氧化性，消化產(chǎn)物具有爆炸性，所硝化反應(yīng)的安全控制及其重要。在設(shè)計(jì)中，若并未把控好硝化反應(yīng)中材料的濃度、用量，或反應(yīng)溫度、壓力設(shè)計(jì)不合理，將顯著提高爆炸事故的發(fā)生幾率。此外，若相關(guān)人員沒(méi)有考慮到硝化反應(yīng)在環(huán)境方面的安全保障需求，使硝化劑、消化產(chǎn)物存在接觸酸性物質(zhì)、堿性物質(zhì)、明火、摩擦等影響因素的可能，還會(huì)進(jìn)一步增大爆炸發(fā)生的可能性。

最后，精制加工即對(duì)化學(xué)反應(yīng)獲得的產(chǎn)物實(shí)施進(jìn)一步處理，如去除副產(chǎn)物、去除雜質(zhì)、凈化污染等，從而在分離目標(biāo)產(chǎn)品、達(dá)到生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，降低化工排放的污染性，或?qū)崿F(xiàn)可利用資源的有效回收。對(duì)于這一階段，若相關(guān)人員并未在化工工藝末端設(shè)計(jì)中落實(shí)防火防爆、防毒防害的有效措施，或脫硫、脫硝等污染處理系統(tǒng)的構(gòu)建不夠合理，也會(huì)引發(fā)一定的安全問(wèn)題。例如，在焦化生產(chǎn)中，反應(yīng)生成的焦?fàn)t煤氣具有易燃易爆特點(diǎn)，其焦油、氫、氨、苯等組分也具有不同程度的可燃、易燃、有毒等屬性。此時(shí)，若其回收工藝中有高溫高壓的加工環(huán)節(jié)存在，或工藝環(huán)境內(nèi)存在明火，都可能引發(fā)火災(zāi)、爆炸等化工事故。同時(shí)，若焦?fàn)t煤氣的回收與凈化不徹底，導(dǎo)致毒害性氣體排放到外部大氣環(huán)境中，也會(huì)形成大氣污染、水污染等更加復(fù)雜的安全問(wèn)題。

2.2 化工工藝設(shè)施設(shè)計(jì)中的風(fēng)險(xiǎn)隱患

化工工藝設(shè)施設(shè)計(jì)中的安全問(wèn)題，主要是基于化工工藝的流程設(shè)計(jì)產(chǎn)生的。在化工生產(chǎn)中，化學(xué)原料、化學(xué)反應(yīng)與其所處環(huán)境、環(huán)節(jié)的設(shè)備設(shè)施存在密切關(guān)聯(lián)，若各要素之間無(wú)法良好匹配，勢(shì)必會(huì)形成一系列的安全隱患與事故風(fēng)險(xiǎn)。例如，丙酮這一化工原料具有高毒性特點(diǎn)，一旦現(xiàn)場(chǎng)施工人員吸入過(guò)量，或發(fā)生長(zhǎng)時(shí)間的皮膚接觸，將會(huì)出現(xiàn)乏力、頭暈、痙攣、昏迷、皮炎、酮癥酸中毒等多種中毒反應(yīng)，重者可危及生命。所以，在化工工藝的設(shè)計(jì)過(guò)程中，相關(guān)人員必須要對(duì)丙酮在生產(chǎn)過(guò)程中的密封情況提起重視，嚴(yán)格保證儲(chǔ)藏罐、反應(yīng)室、輸送管道等密閉質(zhì)量，以免出現(xiàn)不必要的安全事故。再如，在化工生產(chǎn)中，硝化反應(yīng)會(huì)表現(xiàn)出很強(qiáng)的腐蝕性特點(diǎn)。此時(shí)，若相關(guān)人員對(duì)管道、容器、設(shè)備等防腐抗蝕等級(jí)的設(shè)計(jì)不達(dá)標(biāo)，將很可能出現(xiàn)硝化劑、硝化產(chǎn)物的滲漏問(wèn)題，形成嚴(yán)重的安全風(fēng)險(xiǎn)[3]。

除此之外，若相關(guān)人員在設(shè)計(jì)儀器設(shè)備的參數(shù)時(shí)，并未嚴(yán)格按照行業(yè)規(guī)范進(jìn)行運(yùn)算設(shè)置，或缺乏對(duì)工藝體系的實(shí)際性考量，也會(huì)導(dǎo)致儀器設(shè)備無(wú)法發(fā)揮出應(yīng)有的效力，進(jìn)而引發(fā)反應(yīng)不充分、反應(yīng)激化等負(fù)面現(xiàn)象，并形成相應(yīng)的安全風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 化工工藝風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)中的風(fēng)險(xiǎn)隱患

同樣以化學(xué)工藝流程的設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，若相關(guān)人員缺乏對(duì)工藝流程中可能發(fā)生事故風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)先感知，并未設(shè)計(jì)出有效的前期防控與后期應(yīng)對(duì)方案，也會(huì)在無(wú)形中增大安全事故的危害性與處理難度，進(jìn)一步降低化工生產(chǎn)的安全性、經(jīng)濟(jì)性與高效性。例如，苯乙烯具有高毒性、易燃性等危險(xiǎn)特性，且為可疑致癌物。如果相關(guān)人員在工藝方案的設(shè)計(jì)中并未明確提出佩戴過(guò)濾式防毒面具、佩戴化學(xué)安全防護(hù)鏡、穿著毒物滲透防護(hù)服、遠(yuǎn)離火源熱源等作業(yè)要求，將很難保證化工生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)人員及設(shè)備的施工安全。另一方面，如果相關(guān)人員未設(shè)計(jì)出二氧化碳、砂土等有效的應(yīng)急滅火方案，使得現(xiàn)場(chǎng)人員在面對(duì)苯乙烯火災(zāi)時(shí)采取以水滅火的方法，也會(huì)導(dǎo)致消防措施的無(wú)效化，不利于事故影響的及時(shí)控制。

3 風(fēng)險(xiǎn)管理下化工工藝設(shè)計(jì)的優(yōu)化應(yīng)對(duì)策略

據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，在2006年至2014年之間，我國(guó)危險(xiǎn)化學(xué)品事故的發(fā)生起數(shù)在每月200起以上。在化學(xué)工業(yè)蓬勃發(fā)展的當(dāng)下，這一數(shù)據(jù)還會(huì)有所提升。由此，為了降低化工事故的發(fā)生幾率，促進(jìn)我國(guó)社會(huì)的和諧穩(wěn)定，相關(guān)人員必須要對(duì)風(fēng)險(xiǎn)管理下化工工藝設(shè)計(jì)的優(yōu)化應(yīng)對(duì)提起重視。

3.1 化工工藝流程設(shè)計(jì)中風(fēng)險(xiǎn)隱患的優(yōu)化應(yīng)對(duì)

相關(guān)人員在化工工藝流程的設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先要對(duì)相關(guān)生產(chǎn)原料、反應(yīng)方式、反應(yīng)產(chǎn)物的種類、特性進(jìn)行全面分析。一方面，要嚴(yán)格注重各化學(xué)材料之間的配伍禁忌，盡可能地避免不必要的有毒有害、易燃易爆物質(zhì)生成。另一方面，也應(yīng)做好處理方式、反應(yīng)參數(shù)等方面的合理把控，將安全事故的發(fā)生幾率控制在最低水平。例如，對(duì)于有氫氣、氫化物參與的反應(yīng)環(huán)節(jié)，相關(guān)人員應(yīng)嚴(yán)格控制相關(guān)儀器設(shè)備的升溫、加壓等級(jí)，以避免爆炸事故產(chǎn)生[4]。其次，相關(guān)人員應(yīng)將規(guī)范性、公共性的文件資料作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并在此基礎(chǔ)上做好工藝流程的適宜性設(shè)計(jì)。例如《焦化安全規(guī)程》（GB12710-2008）中有“濃硫酸輸送應(yīng)采用泵送或自流方式，不應(yīng)使用壓縮氣體輸送”、“用濃硫酸配硫銨母液時(shí)，應(yīng)緩慢調(diào)節(jié)流量，防止集中放熱造成母液飛濺”等規(guī)定。以此為基礎(chǔ)，相關(guān)人員在進(jìn)行焦化工藝的流程設(shè)計(jì)時(shí)，就嚴(yán)禁采取壓縮氣體輸送的濃硫酸輸送方式，并將母液調(diào)配環(huán)節(jié)中濃硫酸的流速、流量進(jìn)行柔化控制，以免引發(fā)安全事故。最后，在倡導(dǎo)化工生產(chǎn)綠色化、衛(wèi)生化的大背景下，相關(guān)人員除了要從生產(chǎn)效益、施工安全的角度進(jìn)行工藝流程本體控制以外，還需對(duì)末端精制加工與污染處理環(huán)節(jié)的安全質(zhì)量提起重視。例如，在乙醛的化工生產(chǎn)中，若還將乙炔作為化工原料、將硫酸汞作為催化劑，雖然能達(dá)到良好的生產(chǎn)效果，但會(huì)形成一定的汞污染問(wèn)題，不利于化工生產(chǎn)末端排放的安全控制。所以，在工藝設(shè)計(jì)中，可將原料由乙炔改為乙烯，采取直接氧化的反應(yīng)方式：（C2H4+O2→CH3CHO）進(jìn)行乙醛生產(chǎn)。這樣一來(lái)，便能有效避免硫酸汞的生產(chǎn)運(yùn)用，防止汞污染的情況發(fā)生。

3.2 化工工藝設(shè)施設(shè)計(jì)中風(fēng)險(xiǎn)隱患的優(yōu)化應(yīng)對(duì)

在化工工藝設(shè)施的設(shè)計(jì)中，相關(guān)人員主要應(yīng)對(duì)設(shè)施所接觸的化學(xué)原料、反應(yīng)類型進(jìn)行分析，并選用規(guī)格合適、性能合理的設(shè)備設(shè)施。例如，一些化學(xué)物質(zhì)會(huì)在反應(yīng)過(guò)程中釋放大量的熱量，此時(shí)就需要對(duì)其反應(yīng)容器、輸送管道進(jìn)行耐熱性設(shè)計(jì)，以免設(shè)備設(shè)施因受熱而出現(xiàn)老化、形變、破損等問(wèn)題。同理，對(duì)于硝化反應(yīng)、磺化反應(yīng)等腐蝕性化學(xué)反應(yīng)，也要適當(dāng)增厚化工管道的管壁厚度，并通過(guò)使用防腐材料、涂鍍防腐涂層等有效手段提高其腐蝕抗性，以免發(fā)生管道破損、材料滲漏的安全事故。除此之外，在設(shè)備儀器、管道設(shè)施等的參數(shù)設(shè)計(jì)中，相關(guān)人員也應(yīng)嚴(yán)格遵循《鋼制化工容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)規(guī)定》（HG20580-1998）、《塔器設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》（HG20652-1998）等的規(guī)范要求，從根本上保證化工工藝體系設(shè)計(jì)的規(guī)范性[5]。

3.3 化工工藝風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)中風(fēng)險(xiǎn)隱患的優(yōu)化應(yīng)對(duì)

為了達(dá)到最有力的化工安全管控效果，相關(guān)人員還需做好化工工藝風(fēng)險(xiǎn)的前期預(yù)防與后期應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)。例如，可在化工工藝流程的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)處設(shè)置溫度檢測(cè)、氣體檢測(cè)等傳感裝置，以此精準(zhǔn)掌握化工生產(chǎn)的過(guò)程工況，及時(shí)排查和處理可能引發(fā)安全事故的風(fēng)險(xiǎn)隱患。再如，應(yīng)圍繞化工材料、化學(xué)反應(yīng)的有毒有害、易燃易爆等具體特性，設(shè)計(jì)出人員防護(hù)、現(xiàn)場(chǎng)管理、災(zāi)害應(yīng)對(duì)的配套方案，以提高現(xiàn)場(chǎng)人員、設(shè)備防范事故、處理事故的綜合能力，為化工生產(chǎn)的安全穩(wěn)定提供切實(shí)保障。

4 結(jié)論

總而言之，化工工藝設(shè)計(jì)中的安全風(fēng)險(xiǎn)存在于流程、設(shè)施、材料等多種設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)當(dāng)中，具有高危性、多源性特點(diǎn)。所以，在制定應(yīng)對(duì)策略時(shí)，也應(yīng)保證風(fēng)險(xiǎn)防控的多角度、廣覆蓋，并嚴(yán)格遵循化工工藝相關(guān)的各項(xiàng)制度規(guī)范，以達(dá)到最佳的安全保障效果，避免化工安全事故的發(fā)生。

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作者簡(jiǎn)介：

高暢宇（1988- ），女，安徽合肥人，研究生，職稱：工程師，研究方向：化工工藝及管道設(shè)計(jì)。