關(guān)于化工工藝設(shè)計(jì)中的安全問題及控制措施研究

馬 鵬，劉振貴，王志勇，高超超，楊曉波

（陜西延長中煤榆林能源化工有限公司，陜西 榆林 718500）

0 引言

化工企業(yè)生產(chǎn)由于易燃易爆原材料的使用，以及高溫高壓等復(fù)雜生產(chǎn)工況，對化工生產(chǎn)帶來了巨大安全隱患，很容易引發(fā)爆炸、火災(zāi)事故。因此要求化工管理人員提高安全管理意識，把控化工工藝設(shè)計(jì)中的安全問題，并針對不同因素提出對應(yīng)控制措施及解決方案，避免潛在危害對化工安全高效生產(chǎn)帶來的影響。

1 化工工藝安全設(shè)計(jì)特征分析

化工工藝是通過一定化學(xué)變化、物理變化將原材料轉(zhuǎn)化為化工產(chǎn)品的過程，這一過程工況相對復(fù)雜需要合理把控潛在危險因素，確保生產(chǎn)出質(zhì)量合格化工產(chǎn)品?；すに嚵鞒贪ㄔ牧线\(yùn)輸、存儲、配比設(shè)計(jì)，化學(xué)反應(yīng)設(shè)備選型、產(chǎn)品制備過程等多個生產(chǎn)環(huán)節(jié)，需要結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際制備復(fù)合預(yù)期的化工產(chǎn)品，尤其所得產(chǎn)物中包含副產(chǎn)物、雜質(zhì)等混合物，還需要進(jìn)行產(chǎn)品精制。因此工作人員需要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范執(zhí)行每個工序步驟，確保原材料在特定設(shè)備及工藝流程下完成化工生產(chǎn)過程。

2 化工工藝設(shè)計(jì)中的安全問題

1）原料選擇與存儲問題。性能優(yōu)異符合質(zhì)量需求的原材料是進(jìn)行化工產(chǎn)品高效生產(chǎn)的關(guān)鍵，因此在原材料選材過程中必須充分重視原材料質(zhì)量及性能，包括分析材料性質(zhì)、反應(yīng)原理等，并依據(jù)其特性對原材料進(jìn)行妥善存儲，避免因化學(xué)原料泄露造成嚴(yán)重安全事故。

2）化工設(shè)備選型問題。涉及到化工設(shè)備的選型，就需要結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)工藝流程、原材料特征及生產(chǎn)工況進(jìn)行科學(xué)選型設(shè)計(jì)，尤其是化工設(shè)備所處長時間高溫、高壓等惡劣工況，設(shè)備難免發(fā)生疲勞磨損以及蠕變現(xiàn)象，縮短設(shè)備使用年限。在化工生產(chǎn)過程中為提高生產(chǎn)效率進(jìn)行的不間斷超負(fù)荷作業(yè)，以及對原材料缺陷檢測不到位等，都會加劇設(shè)備運(yùn)行發(fā)生異常的概率。對焦化粗苯加氫的制備過程進(jìn)行分析，從原材料涉及種類來看，包括各種劇毒、易燃易爆等危險物質(zhì)，還需要涉及催化、加熱等化學(xué)反應(yīng)，生產(chǎn)多種有毒副產(chǎn)品，具體見表1 所示[1]。

表1 焦化粗苯加氫制備副產(chǎn)品特征

3）管道腐蝕泄露問題?；诨て髽I(yè)原材料及產(chǎn)品特性，運(yùn)輸效率高、成本低的管道輸送方式已成為化工生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的運(yùn)輸模式，但管道輸送中存在著管道泄露、爆炸等隱患問題，需要結(jié)合化工原料及產(chǎn)品的化學(xué)性質(zhì)特征，就管道輸送過程中潛在的腐蝕原因類型進(jìn)行分析。以焦化粗苯加氫制備工藝為例，原材料參與化學(xué)反應(yīng)的過程中需要不斷升溫加壓，因此必須嚴(yán)格按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對管線氣密性進(jìn)行檢驗(yàn)，要求在24 h 內(nèi)壓力不得高于0.03 MPa，同時加氫管道置換超過3 次，要求含氧體積分?jǐn)?shù)不得高于0.5%。在生產(chǎn)前要做好聯(lián)鎖裝置、DCS 控制儀的調(diào)試工作，進(jìn)行蒸汽管道引汽時做到先主后支線，避免升溫速率過快損壞管道，加氫工藝需要結(jié)合催化劑升溫曲線進(jìn)行控制，一般保持在30 ℃/h。最后需要注意在生產(chǎn)停止時要合理調(diào)節(jié)控制閥，避免因系統(tǒng)壓溫度瞬間升高造成法蘭、密封圈處的泄露問題，或因高溫高壓介質(zhì)回流使低溫低壓設(shè)備出現(xiàn)爆沸超壓，引發(fā)各類安全事故。

4）生產(chǎn)工藝流程的選擇問題。不同的生產(chǎn)工藝流程在產(chǎn)品生產(chǎn)制備路線、設(shè)備管線布設(shè)等方面都存在顯著差異，在生產(chǎn)工藝流程選擇上要本著安全風(fēng)險最低的原則下完成化工生產(chǎn)產(chǎn)能要求。首先需要合理使用催化劑，在提升反應(yīng)速率的同時分析動力學(xué)及相關(guān)數(shù)據(jù)防范爆炸等潛在風(fēng)險。分析副產(chǎn)品特性，做好混合反應(yīng)下的反應(yīng)數(shù)據(jù)預(yù)案，做好壓力、溫度參數(shù)波動數(shù)據(jù)記錄，保障設(shè)備、管線設(shè)計(jì)合理性。分析還原爐生產(chǎn)多晶硅的生產(chǎn)工藝過程，需要大量超標(biāo)報警及安全聯(lián)鎖設(shè)備，因此生產(chǎn)過程中需要按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、禁止解除報警或隨意調(diào)節(jié)報警設(shè)定上下限。

3 安全問題控制措施

1）優(yōu)化生產(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì)方案。首先通過多風(fēng)險評估技術(shù)，對化工工藝的安全狀態(tài)進(jìn)行定量、半定量風(fēng)險評估，按照自定義評估指標(biāo)體系生成專家打分表單，依據(jù)評分和指標(biāo)間邏輯關(guān)系進(jìn)行綜合評估，如圖1 所示[2]。具體步驟包括對系統(tǒng)中各因素關(guān)系分析，建立評估遞進(jìn)層次結(jié)構(gòu)，完成生成工藝的多目標(biāo)多級模糊綜合評價體系構(gòu)建；其次利用層次分析法對各層因素分配權(quán)重對比，按照權(quán)重指標(biāo)建立判斷矩陣確定評價集；最后進(jìn)行模糊綜合評估，通過專家評價得出評價集V，利用加權(quán)計(jì)算法進(jìn)行處理得出最終評估結(jié)果。在實(shí)際應(yīng)用方面，還需結(jié)合產(chǎn)品產(chǎn)能需求及動態(tài)變化特征，合理調(diào)整設(shè)計(jì)方案流程，加強(qiáng)安全管理。以二氯硝基苯制備工藝為例，該原料具備易燃易爆性質(zhì)，高溫環(huán)境中分解會釋放有毒氣體，因此進(jìn)行生產(chǎn)工藝流程方案設(shè)計(jì)時需要控制反應(yīng)條件，通過控制氮封溫度等提高生產(chǎn)安全性。同時要積極利用先進(jìn)信息技術(shù)對生產(chǎn)信息、原料特性及存儲管理、安全風(fēng)險等內(nèi)容進(jìn)行記錄分析，提升方案設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性[3]。

圖1 多風(fēng)險評估技術(shù)流程圖

2）科學(xué)合理生產(chǎn)設(shè)備選型。完成生產(chǎn)工藝流程方案設(shè)計(jì)后就需要對生產(chǎn)過程進(jìn)行規(guī)范落實(shí)，尤其是對生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行合理選型。生產(chǎn)設(shè)備的選型需要考慮符合生產(chǎn)過程中的壓力條件、反應(yīng)溫度、反應(yīng)介質(zhì)化學(xué)特性等多種因素，從而保證生產(chǎn)制備過程符合預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。同時需要考慮到反應(yīng)過程中的潛在風(fēng)險，包括雜質(zhì)、副反應(yīng)及產(chǎn)品生產(chǎn)以及反應(yīng)速率變化等帶來的影響，制定完善應(yīng)急預(yù)案，保證設(shè)備的平穩(wěn)運(yùn)行[4]。

3）妥善處理化學(xué)反應(yīng)原材料?？刂圃牧吓浔?，嚴(yán)格遵循相關(guān)安全管理和處理方案，規(guī)范使用和處理原材料，面對突發(fā)事件要做好應(yīng)急預(yù)案同時積累相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，不斷提升對化學(xué)反應(yīng)的實(shí)踐理解，在提高化工產(chǎn)品生產(chǎn)效率的同時，嚴(yán)格把控溫度、壓力等影響化工安全生產(chǎn)的決定性因素，保證化工工藝設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，保障企業(yè)安全生產(chǎn)。

4 結(jié)語

通過對化工工藝設(shè)計(jì)中存在的安全問題進(jìn)行分析，對應(yīng)提出方案設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、原材料存儲處理等多項(xiàng)防范控制措施，制定安全設(shè)計(jì)方案。要求化工企業(yè)與生產(chǎn)管理部門構(gòu)建完善安全生產(chǎn)監(jiān)督體系，從原材料、設(shè)備及生產(chǎn)工藝多角度進(jìn)行風(fēng)險評估處理，提升安全意識，保障化工企業(yè)的安全高效生產(chǎn)。