化工工藝設(shè)計(jì)中安全問題及控制

王龍，葉振雷(浙江工程設(shè)計(jì)有限公司，浙江 杭州 310002)

0 引言

我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)正在飛躍式的發(fā)展，工業(yè)化程度也在持續(xù)性提升，化學(xué)工業(yè)得到了飛躍式的發(fā)展。同時(shí)，化工生產(chǎn)中存在著大量的安全問題。為了有效解決化工工藝設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中存在著的一系列安全風(fēng)險(xiǎn)以及隱患問題，必須充分考慮設(shè)計(jì)所面臨的事故預(yù)防措施，同時(shí)組織設(shè)計(jì)過程。

1 化學(xué)工藝設(shè)計(jì)詳細(xì)內(nèi)容與特征

化學(xué)工藝設(shè)計(jì)主要闡釋了化學(xué)反應(yīng)原料及條件、生產(chǎn)所需的化學(xué)設(shè)備和進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)?；瘜W(xué)工藝設(shè)計(jì)主要包括三個(gè)方面的內(nèi)容：管道、設(shè)備、工藝。特別是需要用科學(xué)的計(jì)算方法繪制化學(xué)過程的流程圖，需要把與設(shè)計(jì)將有關(guān)數(shù)據(jù)顯示在專用設(shè)備上作為測(cè)繪設(shè)備的基礎(chǔ)參考，嚴(yán)格遵循相關(guān)參數(shù)的計(jì)算結(jié)果給出過程控制，這樣可以為選擇工具提供了足夠的基礎(chǔ)。然后，設(shè)備是按照化工流程圖處理，然后設(shè)備和管道已被設(shè)計(jì)成實(shí)際設(shè)備改造。過程的設(shè)計(jì)也有獨(dú)特的特點(diǎn)，特別是三個(gè)顯著的特征：創(chuàng)新性、系統(tǒng)性和組織性。系統(tǒng)性同化學(xué)工藝在化學(xué)過程中復(fù)雜環(huán)節(jié)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)有著緊密的關(guān)聯(lián)性。在設(shè)計(jì)規(guī)模層面上的差異主要是因?yàn)樵O(shè)計(jì)過程中所需要化學(xué)原料是不一樣的，設(shè)計(jì)過程也應(yīng)當(dāng)緊密圍繞不同的化學(xué)過程開展與之相適應(yīng)的設(shè)計(jì)。創(chuàng)新在很大程度上是研究公司追求的目標(biāo)。必須不斷創(chuàng)新化學(xué)工藝，創(chuàng)意設(shè)計(jì)沒有基線數(shù)據(jù)的工藝[1]。

2 化工工藝設(shè)計(jì)安全分析

2.1 化學(xué)反應(yīng)

通過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為半成品，化學(xué)工藝允許將未經(jīng)處理的化學(xué)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為由一系列的過程制造的產(chǎn)品，然后再經(jīng)過一系列的物理反應(yīng)或者化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為精加工半成品。在整個(gè)過程中會(huì)發(fā)生大量的物理化學(xué)反應(yīng)，這是將化學(xué)原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的過程?；瘜W(xué)物質(zhì)是整個(gè)化學(xué)過程的主要來源，當(dāng)化學(xué)物質(zhì)通過物理和化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品。因此，化學(xué)品是化工過程中安全問題的主要來源，存在著很大程度上的安全因素以及安全風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)我們?cè)趫?zhí)行化學(xué)工藝設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)當(dāng)執(zhí)行原材料的嚴(yán)格檢驗(yàn)，對(duì)與項(xiàng)目有關(guān)的化學(xué)物質(zhì)的安全，監(jiān)管當(dāng)局應(yīng)對(duì)化學(xué)品的安全進(jìn)行詳細(xì)的評(píng)估，制定一項(xiàng)不容忍原材料發(fā)生任何安全隱患的政策，并將這一政策轉(zhuǎn)化為不同的具體方面，減少避免在化工生產(chǎn)過程中發(fā)生重大事故，切實(shí)保障化工企業(yè)全體員工的生命健康安全。

2.2 化工設(shè)備

化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)生是在安全管理中的核心關(guān)鍵點(diǎn)，在企業(yè)生產(chǎn)的化學(xué)反應(yīng)中，存在著許多發(fā)熱、發(fā)光、發(fā)散氣體的現(xiàn)象，有許多安全風(fēng)險(xiǎn)，做的事情可能會(huì)引起大型安全事故，這就要求我們投入更高的關(guān)注度，高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求化工設(shè)備，使其更加具有安全性，通過缺乏控制這些化學(xué)品的控制裝置?；瘜W(xué)反應(yīng)通常在化工產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中產(chǎn)生高壓力，很大程度上會(huì)使得產(chǎn)品發(fā)生不規(guī)則變形，甚至嚴(yán)重的安全事故，這在某種程度上將會(huì)給企業(yè)的安全生產(chǎn)以及穩(wěn)定經(jīng)營(yíng)造成了嚴(yán)重的負(fù)面效應(yīng)。排氣裝置必須安裝在化學(xué)反應(yīng)裝置。由于公司將在化學(xué)生產(chǎn)過程中的重大物理和化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致許多安全風(fēng)險(xiǎn)。在石油化工反應(yīng)環(huán)境中，溫度、濕度等這些因素決定了反應(yīng)物的使用不確定性等情況。許多因素的不確定性使得操作人員難以及時(shí)的作出處理以及響應(yīng)，威脅到化工工藝設(shè)計(jì)的安全。這些安全風(fēng)險(xiǎn)對(duì)化學(xué)反應(yīng)設(shè)備提出了更高的要求[2]。

2.3 化工工藝路線

化工工藝設(shè)計(jì)所關(guān)聯(lián)到的技術(shù)有許多種類，如果技術(shù)應(yīng)用不到位的話很容易會(huì)產(chǎn)生安全事故?；瘜W(xué)工藝設(shè)計(jì)的路線中涵蓋著大量的化工工藝技術(shù)的，化工工藝設(shè)計(jì)需要有一套完備的路線設(shè)計(jì)，整個(gè)化工工藝設(shè)計(jì)程序應(yīng)當(dāng)確保不折不扣地順利實(shí)施，因此，在化工過程設(shè)計(jì)中，對(duì)涉及到的過程方法有足夠的詳細(xì)說明，在安全風(fēng)險(xiǎn)分析中，每一個(gè)環(huán)節(jié)、每一個(gè)步驟都必須嚴(yán)格劃分到位，這是由于化工工藝路線的設(shè)計(jì)工作是非常重要且值得關(guān)注的問題。工藝的設(shè)計(jì)路線沒有一個(gè)固定的模板，更實(shí)用的化學(xué)處理設(shè)計(jì)需要緊密結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際狀況，包括材料的生產(chǎn)條件和生產(chǎn)設(shè)備的各個(gè)方面的設(shè)計(jì)，旨在通過安全的需要。所有的設(shè)計(jì)，均需要保證是沒有危害且需要將風(fēng)險(xiǎn)降到最低，危險(xiǎn)的生產(chǎn)影響的揮發(fā)性化學(xué)條件的變化，企業(yè)應(yīng)當(dāng)在更深層次上確?；ぴO(shè)備的可靠性，提高污染檢測(cè)的實(shí)用性，避免在減少環(huán)境污染的污染物排放。在化工過程的每個(gè)階段的任何簡(jiǎn)單的錯(cuò)誤都會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)線安全事故，影響生產(chǎn)順利進(jìn)行和經(jīng)濟(jì)效益。因此，為了及時(shí)識(shí)別和消除安全隱患，必須對(duì)每一個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)測(cè)和及時(shí)的評(píng)估。

2.4 管道泄漏

在化學(xué)工藝過程中，化工管道可以說是整個(gè)工程項(xiàng)目運(yùn)轉(zhuǎn)的血管通路，它在一定程度上能夠連接到化學(xué)過程的各個(gè)部分。這些化學(xué)品是易燃的、易爆的、腐蝕性的、，易燃易爆和腐蝕性化學(xué)品可以從泄漏的地方錯(cuò)誤地泄漏到管道中，導(dǎo)致人民群眾生命群眾受到傷害，也會(huì)設(shè)備損失影響了天然化工產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。所以，企業(yè)要充分考慮到這個(gè)因素，更加謹(jǐn)慎的執(zhí)行化學(xué)工藝設(shè)計(jì)，應(yīng)適當(dāng)考慮化學(xué)品對(duì)管道的影響，選擇與之相匹配的管道材料，并進(jìn)行機(jī)械分析，以減少在運(yùn)輸發(fā)生安全事故的概率。管道的弱點(diǎn)是連接管和彎曲，這些部位的材料性能差，包括后處理，很有可能會(huì)導(dǎo)致其中化學(xué)品的泄漏，在進(jìn)行化學(xué)工藝的設(shè)計(jì)過程中，必須投入高度重視這些缺點(diǎn)，加強(qiáng)材料的使用性能，并達(dá)到最佳的管道尺寸水平。如：水錘、氣體和液體在管道中的共振會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的管道完整性風(fēng)險(xiǎn)的現(xiàn)象，我們應(yīng)當(dāng)優(yōu)化設(shè)計(jì)這些參數(shù)，以防止這些現(xiàn)象的發(fā)生。

3 優(yōu)化化工工藝設(shè)計(jì)安全控制的方案

3.1 管理化工物料性質(zhì)

化工過程涉及到許多化學(xué)品的過程的各個(gè)階段，包括化學(xué)品、半成品、中間產(chǎn)品，二次產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，產(chǎn)品最后在化學(xué)過程的不同階段，這些物質(zhì)的儲(chǔ)存和分配，包括氣體、液體以及有害物質(zhì)。化學(xué)物質(zhì)在不同的物理?xiàng)l件下具有不同的物理和化學(xué)性質(zhì)，在某些情況下，可能會(huì)對(duì)化工過程以及作業(yè)員工構(gòu)成不小的威脅。為了克服對(duì)化學(xué)品安全的威脅，化學(xué)過程中的參與者必須充分了解各種物質(zhì)的物理特性和微生物的物理特性，避免化學(xué)品和化學(xué)工藝設(shè)計(jì)不合理引起的安全事故。

3.2 改善生產(chǎn)環(huán)境

改善生產(chǎn)環(huán)境，解決化學(xué)污染問題，需要政府相關(guān)職能部門從源頭上控制污染的排放。我們所必須采取的主要措施包括：首先通過技術(shù)手段減少污染物排放；其次，回收或使用確定性排放。站在化學(xué)工藝的層面上，減少化學(xué)污染需要重點(diǎn)放在現(xiàn)有的化學(xué)工廠的科學(xué)技術(shù)更新，使其綠色化，減少污染物排放和最終處置站[1]。改進(jìn)化學(xué)反應(yīng)條件的具體措施和目標(biāo)，提高反應(yīng)效率和分離化學(xué)能源資源的回收以及循環(huán)應(yīng)用，切實(shí)提升利用率，以減少損失能量轉(zhuǎn)換，科學(xué)地使用現(xiàn)有的設(shè)備評(píng)估分析方法，包括HEN康復(fù)，持續(xù)性加以改進(jìn)。該裝置不僅提高了工業(yè)生產(chǎn)效率，而且減少了廢物處理的成本，又能大大提升經(jīng)濟(jì)效益，可以說是雙贏的局面。此外，水利是改善生產(chǎn)環(huán)境的核心關(guān)鍵點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)致力于節(jié)約用水資源。

3.3 調(diào)節(jié)工藝路線

化學(xué)工藝設(shè)計(jì)存在的差異性不可避免的會(huì)導(dǎo)致路徑出現(xiàn)分歧，不同的操作路徑集可能導(dǎo)致不同的安全風(fēng)險(xiǎn)。在化學(xué)工藝設(shè)計(jì)中，應(yīng)對(duì)工藝元件組產(chǎn)生的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行系統(tǒng)性的評(píng)價(jià)，并制定程序以最大限度地提高化工生產(chǎn)的安全性[3]。詳細(xì)分析了生產(chǎn)條件和設(shè)備設(shè)計(jì)過程中的工藝路線優(yōu)化，建立其一套相對(duì)完備的化學(xué)工藝回收制度，切實(shí)降低對(duì)環(huán)境污染造成的負(fù)面影響[3]。

3.4 科學(xué)應(yīng)用化工設(shè)備

化工設(shè)備是化工工藝設(shè)計(jì)的各個(gè)階段的關(guān)鍵，如同人的心臟一樣，是化學(xué)產(chǎn)品的核心生產(chǎn)基礎(chǔ)，同時(shí)也是工藝設(shè)計(jì)中的重要組成部分。不合格的化學(xué)設(shè)備，如人的心臟，將會(huì)產(chǎn)生出各種各樣的安全問題，但在嚴(yán)重的情況下，可能導(dǎo)致生產(chǎn)事故，危害化工過程。因此，化學(xué)設(shè)備的選擇在化學(xué)設(shè)計(jì)中尤為重要，通常需要進(jìn)行科學(xué)的分析計(jì)算，以確定適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)制造設(shè)備。化學(xué)過程中有各種各樣的化學(xué)反應(yīng)，不同的物理化學(xué)效應(yīng)的光，熱和其他類型的化學(xué)反應(yīng)，并符合設(shè)備的要求。在設(shè)備設(shè)計(jì)過程中，每個(gè)單元進(jìn)行必要的化學(xué)分析，以獲得在反應(yīng)過程中所需的化學(xué)設(shè)備的溫度和壓力的變化和設(shè)計(jì)。此外，企業(yè)還可以在化工工藝設(shè)計(jì)中選擇與之相適應(yīng)的質(zhì)量降低方法，控制加熱裝置的升溫速率，采取切實(shí)可行的響應(yīng)措施，如感應(yīng)冷卻方式、多極相互作用定律、減壓效果的化工裝置等方法，以避免發(fā)生諸如化學(xué)超壓、過溫導(dǎo)致設(shè)備破壞、機(jī)械故障等現(xiàn)象。

3.5 加強(qiáng)管道安全控制

在化學(xué)工藝設(shè)計(jì)中，管道通路可以說是易燃、易爆、毒性較大的化學(xué)品運(yùn)輸?shù)礁鱾€(gè)地方的重要工具，管道的安全穩(wěn)定運(yùn)行是保證運(yùn)輸安全生產(chǎn)的基本條件。化工工藝中的管道如果被部分破壞，那么其中的危險(xiǎn)物質(zhì)必然會(huì)泄漏，將會(huì)不可避免的導(dǎo)致環(huán)境受到污染，這在很大程度上將會(huì)對(duì)化學(xué)品的生產(chǎn)和相關(guān)人員的生命健康安全構(gòu)成重大威脅。管材的選材、設(shè)計(jì)、機(jī)械分析，在很大程度上是控制管道安全的有效手段，能夠有效的降低安全隱患，不特別是材料的選擇和渠道的選擇，集中在脆弱的管道的位置，如轉(zhuǎn)彎處的運(yùn)輸和彎曲。除此之外，在生產(chǎn)過程中應(yīng)進(jìn)行不定期的安全檢查，以防止在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)安全隱患[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

化工工藝安全設(shè)計(jì)滲透在此項(xiàng)工作的全過程中。本文的研究主要通過對(duì)化工過程安全問題產(chǎn)生的根源的分析，構(gòu)建出了解決上文所提到問題的針對(duì)性措施，如科學(xué)選擇材料、改善化工工藝的途徑、提高安全控制力度等。這些措施之間是相互影響、相互聯(lián)系的。企業(yè)應(yīng)當(dāng)在實(shí)際設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程中，有必要采取多方面的措施來切實(shí)保障化工工藝安全。