化工工藝安全設計中的危險識別和控制措施研究

陳建國

摘 要：化工工藝設計是化工行業(yè)較為關鍵的內(nèi)容，對化工作業(yè)安全效益的順利獲得具有直接影響，關乎化工工業(yè)的安全。因此，文章以化工工藝安全設計為入手點，利用指標分析方法，從物料、流程、設備設施、條件等方面識別了化工工藝中存在的危險，并就相關危險點特征及危害范圍提出了幾點控制措施，希望能為化工工藝的安全運行提供保障。

關鍵詞：化工工藝;安全設計;危險識別

在化工行業(yè)迅猛發(fā)展的進程中，工藝流程、條件日趨嚴苛，危險化學物料用量不斷增加，在給化工企業(yè)帶來巨額經(jīng)濟收益的同時，也產(chǎn)生了較大的安全事故隱患。而當前我國內(nèi)部還沒有可完整、科學評估化工工藝風險等級的安全評價手段，無法保證化工工藝的安全性。因此，從工藝安全設計視角入手，探索化工工藝危險的識別手段以及控制措施，就具有非常重要的意義。

1 化工工藝安全設計中的危險識別指標體系構建

在化工工藝安全設計過程中，評價指標體系的構造可看作具體與抽象交互影響的辯證邏輯思辨過程，即在全面認知研究對象情況的前提下，結合生產(chǎn)經(jīng)驗、標準規(guī)范，對化學工藝進行深層次、系統(tǒng)化、完善化處理。典型化工工藝可以劃分為工藝所使用的物質(zhì)危險性、化學反應過程風險[1]。后者主要是由于化工工藝流程中涉及了大量的熱量交換，除工藝條件高溫外，反應過程也會進行大量熱釋放，當系統(tǒng)反應散熱速率在反應熱生成速率以下時，反應體系溫度會持續(xù)升高，由此帶動反應速率持續(xù)增加，推動熱生成速率的進一步加快。而系統(tǒng)“自熱”的惡性循環(huán)會誘導反應失控，即反應過程涉及的物質(zhì)由亞穩(wěn)態(tài)轉化為不穩(wěn)定狀態(tài)，甚至產(chǎn)生小分子大量存在的分解熱，增加反應容器壓力，招致反應器超壓破裂、爆炸等不良后果。由此可知，化工工藝安全設計中危險識別指標的關鍵為，重點考慮化工工藝運作中顯著釋放熱能而引發(fā)的熱失控風險，具體指標可以劃分為物料危險性、設備危險性、流程危險性等幾個模塊。

2 化工工藝安全設計中的危險識別結果分析

2.1 物料

化工工藝物料危險主要體現(xiàn)在物質(zhì)爆炸極限、物質(zhì)毒性、物質(zhì)閃點等方面。從綠色化學、工藝本質(zhì)安全視角可知，化工生產(chǎn)中不同類型物質(zhì)的選擇和恰當搭配，可以控制危險事故隱患[2]。

2.2 設備設施

設備設施特指化工工藝安全設計中所使用的工具，比如管道等。管道的主要職責為進行不同狀態(tài)物料的運輸，化工工藝所涉及的物料多具有強酸性、強堿性、易燃性或易爆性特點，若在運輸階段出現(xiàn)管道泄漏問題，將會造成嚴重的生態(tài)環(huán)境以及社會環(huán)境安全事故。

2.3 條件

化工工藝操作條件包括反應壓力、反應溫度、生產(chǎn)用量等多個部分。其中，高溫高壓、低溫低壓均對設備、工藝安全運行具有較大負面影響，而生產(chǎn)用量則通過工藝所可達到規(guī)模的直接體現(xiàn)對工藝安全造成影響。

2.4 流程

工藝流程危險主要表現(xiàn)為工藝運作過程中因化學反應熱量交換而出現(xiàn)的熱失控情況，與絕熱溫升、冷卻功率、最大反應速率、承壓能力有關。其中，冷卻功率直接影響了工藝運作中的化學放熱反應，一旦冷卻功率不足，就會導致反應熱無法被及時移走，增加工藝危險度[3]。

3 化工工藝安全設計中的危險控制措施

3.1 物料

化工生產(chǎn)原材料處理是化工工藝運作的基礎環(huán)節(jié)，需要負責人依據(jù)工作規(guī)范進行原材料類比判定。根據(jù)所獲得的信息，經(jīng)過進一步提純、混合、凈化操作，完成原材料的標準化、科學化處理，達到提升化學反應活性、效率、質(zhì)量的目的。為了精準控制化工工藝物料環(huán)節(jié)存在的危險，人員應圍繞化工工藝物料特性，依托專業(yè)經(jīng)驗，從物理、化學等多個方面進行系統(tǒng)分析，從根源上消除化工工藝運作過程中的物料風險因子。一般為獲得某一種目的的產(chǎn)品，對應原料、輔料并非唯一可用的，在有選擇余地的情況下，應優(yōu)先選擇無危險性、危險性較小的物料。同時，對于精制化學反應后出現(xiàn)的粗品，其內(nèi)部含有較多類型不一的雜質(zhì)，應利用萃取、蒸餾等方式，對其進行進一步凈化，保證化工物料應用安全。除此之外，為了避免對生態(tài)環(huán)境安全造成影響，技術人員應綜合考慮廢料是否可綜合利用（無害化處理）、過程用催化劑（或助劑、原料、載體、溶劑）是否必要或可減少、是否可回收循環(huán)使用等因素，最大程度降低生產(chǎn)廢棄料產(chǎn)生量，達到物盡其用的效果。

3.2 設備設施

在化工工藝運作過程中，化學反應設施設備是關鍵載體，對工藝運作質(zhì)量以及生產(chǎn)效益具有直接影響[4]。根據(jù)化工工藝載體設備設施所處環(huán)節(jié)以及所承擔功能的差異，使用方法、維保要求也具有較大差別。因此，人員應主動了解各環(huán)節(jié)化工工藝反應載體的用途，定期檢查、剖析、記錄化工物料在對應環(huán)節(jié)的表現(xiàn)差異，結合國家標準規(guī)范進行載體裝置使用與維保方案的定期更新，保證化工工藝設備設施的安全運行?；すに囋O備設施等裝置從本質(zhì)上而言，是多個工藝操作單元的組合，技術人員可以將視線投向單元之間的安全銜接以及干擾消除視角，在其他單元正常狀態(tài)維持的情況下，進行某一單元處理事故、故障的隔離處理方案設計，達到平穩(wěn)停車目的。特別是在管道管理階段，為了避免管道運輸階段因泄露而引發(fā)安全事故，需要人員在明確現(xiàn)有化工工藝路線所涉及管道性能、材料、作用的前提下，依據(jù)物料與管道一一對應的原則，科學匹配。若系統(tǒng)存在連續(xù)散發(fā)有毒氣體、可燃氣體、酸霧、粉塵的情況，應進行密閉帶除塵、除霧、吸收裝置的設置。同時，定期對管道泄露情況進行檢查，及時采取惰性氣體密封防腐處理方式，消除管道安全隱患問題。

此外，危險介質(zhì)藏量與化工工藝安全事故發(fā)生率、損失量、影響范圍呈正相關，因此，在設備設施應用過程中，技術人員應盡可能減少危險介質(zhì)藏量。比如，利用連續(xù)反應代替間歇反應，在大型設備底部設置排量超過8m3/h的液化烴泵入口，利用膜式蒸餾代替蒸餾塔，利用離心抽提代替抽提塔，利用閃蒸干燥代替盤式干燥塔等。

3.3 條件

化工工藝過程條件的嚴苛程度并非無法變更，在富有余地的情況下，技術人員應盡可能緩和過程條件的嚴苛度。比如，采取更好的催化劑，利用氣相進料代替液相進料，稀釋進料濃度等，在一定程度上緩和化學反應的劇烈程度[5]。同時，鑒于化工工藝運行過程安全事故出現(xiàn)概率與條件參數(shù)具有較為密切的關系，且化工工藝條件參數(shù)的數(shù)量與其對工藝運行過程安全度的干擾成正比。因此，在化工工藝條件設計過程中，技術人員應貫徹刪繁就簡的原則，利用一個條件完成多種操作的模式代替多個條件分別完成一個功能的模式，在一定程度上增加生產(chǎn)可靠性、電氣安全性以及本質(zhì)安全水平。比如，對于散發(fā)有害氣體、有害蒸汽的廠房，除通風設施設置外，應依據(jù)TJ36車間空氣中有害物質(zhì)最高容許深度要求，設定機械通風取風口確保送出空氣中有害氣體、粉塵低于車間空氣有害物質(zhì)最高容許深度值的30.00%。

3.4 流程

從化工工藝安全運作層面可知，科學、恰當?shù)乜刂苹すに嚵鞒?，需要以化學反應熱量交換為重點，綜合考慮絕熱溫升、冷卻功率、最大反應速率、承壓能力等因素，進行逐一分析判定、控制[6]。具體控制作業(yè)開展前期，技術人員可以歸納整理化工工藝前期全部資料，將獲取的制作廠家數(shù)據(jù)資料、物料基礎設計包等信息進行整理匯總，同時收集所需的數(shù)據(jù)資料并研究資料的提供方法，根據(jù)所判定的提供方法進行化工工藝流程中危險環(huán)節(jié)的識別與組織控制。

一般，化工工藝流程多通過圖示的方式表示，涵蓋了化工生產(chǎn)工藝全部文件。比如，對于物料從原料到成品或半成品的工藝過程以及所涉及設備裝置、管線的設置情況，可以利用工藝流程草圖的方式設置。在工藝流程草圖中，利用示意圖表述化工工藝生產(chǎn)階段所使用的設備機器，并利用數(shù)字、文字、字母進行相關設備名稱、位號的填寫。以某物料殘液蒸餾處理的工藝方案流程草圖為例，其主要為蒸汽+物料殘液+上水→蒸餾釜→冷凝器→真空受槽→放空，或者蒸汽+物料殘液+上水→循環(huán)冷卻回水→液態(tài)物料去物料貯槽。由上述流程圖可知，工藝中所使用的設備為冷卻器、蒸餾釜、真空接受罐，流程為物料殘液與水共同進入蒸餾釜內(nèi)形成共沸物，在蒸汽加壓作用下進行常壓蒸餾處理。餾分進入冷卻器，與水逆向換熱冷卻后先后進入真空受罐、物料貯罐。而從冷卻器流出的餾分可以依靠真空泵的抽力向壓力低的位置流動。在整個流程中，風險較大的環(huán)節(jié)為物料殘液與水在蒸餾釜內(nèi)共沸、餾分進入冷卻器與水逆向換熱，技術人員可以著重監(jiān)控，細化管理方案，保證整個工藝流程安全進行。

4 結語

綜上所述，化工工藝危險可以劃分為工藝所使用的物質(zhì)危險、化學反應的過程危險兩個層面，具體涉及了物料、設備設施、流程、條件等。因此，化工工藝安全設計人員應適時利用指標分析方法，構建完善的化工工藝風險評價指標體系，確定各模塊風險特征以及危害范圍。根據(jù)識別結果，采取針對性控制措施，避免危險因子妨礙化工工藝安全運作。

參考文獻

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