化工過程開發(fā)中本質(zhì)安全化設(shè)計(jì)策略

鮮銀鑄 林海（浙江天成工程設(shè)計(jì)有限公司， 浙江 杭州 310023）

化工過程開發(fā)中本質(zhì)安全化設(shè)計(jì)策略

鮮銀鑄 林海（浙江天成工程設(shè)計(jì)有限公司， 浙江 杭州 310023）

眾所周知，化工業(yè)屬于高危行業(yè)，但同時(shí)更是組成國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)性行業(yè)。一般來說，化學(xué)品易燃易爆且有毒有害，現(xiàn)實(shí)生活中化工業(yè)更是頻發(fā)爆炸泄露等事故，進(jìn)而造成嚴(yán)重的環(huán)境負(fù)擔(dān)以及給人們帶來難以磨滅的傷痛，也正是這些越來越多極具社會(huì)性、突發(fā)性、災(zāi)害性的化工事故隱患，讓人們更加關(guān)注預(yù)防化工事故的化工過程安全設(shè)計(jì)。為此，本文分析探討了本質(zhì)安全化的化工過程設(shè)計(jì)策略。

化工過程;本質(zhì)安全;設(shè)計(jì)策略

眾所周知，本質(zhì)安全化的化工過程設(shè)計(jì)由不同的部分組成，所以，化工工程開發(fā)中本質(zhì)安全化效果要達(dá)到最優(yōu)，一般最常用的方法即分步設(shè)計(jì)法。由于化學(xué)品儲(chǔ)存、能量釋放、溫度和壓力等是化工廠生產(chǎn)過程中最主要存在的危險(xiǎn)因素，因此采取衰減限制、強(qiáng)化替代等措施處理這些危險(xiǎn)因素，能夠有效降低甚至達(dá)到消除化工過程中危害的目的。

1 設(shè)計(jì)原則與等級(jí)

本質(zhì)安全化的化工過程設(shè)計(jì)原則包括替代、強(qiáng)化、限制、簡(jiǎn)化、緩和及影響。而強(qiáng)化又包括最小化與消除。同時(shí)各種原則可應(yīng)用于不同的危險(xiǎn)類型，能夠?qū)崿F(xiàn)不同的本質(zhì)安全化效果。另外，就等級(jí)而言本質(zhì)安全化設(shè)計(jì)包括距離防護(hù)、消除和減少危險(xiǎn)。

首先，距離防護(hù)指為人或其它裝置與危險(xiǎn)源之間設(shè)置足夠的安全距離或設(shè)備來進(jìn)行防護(hù)，也就是限制影響，但設(shè)計(jì)初期無法實(shí)現(xiàn)，僅作為布局設(shè)計(jì)的考慮內(nèi)容。其次，減少危害即危害無法消除時(shí)降低危險(xiǎn)程度，根據(jù)不同表現(xiàn)形式分為減少危險(xiǎn)時(shí)間發(fā)生概率和后果。前者是通過強(qiáng)化生產(chǎn)設(shè)備，消除不必要的安全防護(hù)措施，達(dá)到減少多米諾效應(yīng)及人為失誤，簡(jiǎn)化化工過程的目的；后者指緩和過程操作條件或減少物質(zhì)儲(chǔ)量等，即緩和、強(qiáng)化與替代。最后，消除危險(xiǎn)指將危險(xiǎn)物質(zhì)消除或用另一種無害物質(zhì)替代等，但要注意避免引進(jìn)新的危害以保證最佳的本質(zhì)安全化設(shè)計(jì)效果。

2 本質(zhì)安全化的化工過程設(shè)計(jì)策略

（1）可行性分析 所謂可行性分析，即：通過對(duì)國(guó)家職業(yè)衛(wèi)生和安全生產(chǎn)法律法規(guī)的貫徹執(zhí)行，促進(jìn)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全，尤其是項(xiàng)目選址的確立，要綜合考慮地形地質(zhì)、氣象水源及周邊環(huán)境等因素，以避免周邊環(huán)境與項(xiàng)目間產(chǎn)生制約關(guān)系。

（2）工藝探索 通過相關(guān)工藝處理原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的過程即化工過程。而在化工過程中化學(xué)反應(yīng)占據(jù)著核心位置，所以系統(tǒng)集成中其設(shè)計(jì)具有本質(zhì)的重要性。從一定程度上來分析，對(duì)化工過程中本質(zhì)安全性起到?jīng)Q定性作用的即反應(yīng)系統(tǒng)。具體來說原料路線、反應(yīng)條件及路線是化工工藝體現(xiàn)本質(zhì)安全的關(guān)鍵，尤其是加深對(duì)化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)過程的危險(xiǎn)性探析，比如：爆炸范圍、評(píng)估化學(xué)活性物質(zhì)危險(xiǎn)性、預(yù)測(cè)反應(yīng)放熱等。

首先，反應(yīng)物選擇。借助化學(xué)品理化特性數(shù)據(jù)庫，將可燃、有毒或高毒的物質(zhì)用不易燃、無毒或低毒的物質(zhì)替代等，來限制或減少危害；其次，反應(yīng)條件。通過新工藝路線應(yīng)用規(guī)避產(chǎn)生危險(xiǎn)的中間產(chǎn)物或危險(xiǎn)原料，或用催化劑等有效化學(xué)劑來降低副反應(yīng)危害，以改善條件苛刻度；最后，反應(yīng)路線。通過各種試驗(yàn)優(yōu)化過程工藝，促使反應(yīng)介質(zhì)濃度和溫度壓力降低，從而緩和反應(yīng)條件。

（3）概念設(shè)計(jì) 該階段設(shè)計(jì)要側(cè)重降低過程環(huán)境影響和實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)最優(yōu)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人類越來越重視安全問題。為此，化工生產(chǎn)過程既要達(dá)到上述目的，也要加強(qiáng)過程本質(zhì)安全化設(shè)計(jì)的研究。首先，庫存設(shè)置，運(yùn)用物料衡算工具減少或限制中間儲(chǔ)存設(shè)施及量，達(dá)到消減庫存的目的；其次，流程安全性，利用流程模擬軟件不斷模擬優(yōu)化流程，以實(shí)現(xiàn)流程的優(yōu)化簡(jiǎn)化；最后，能量釋放，通過對(duì)化工過程反應(yīng)熱轉(zhuǎn)移與機(jī)理和動(dòng)力學(xué)三者關(guān)系的分析，采取稀釋、連續(xù)過程或?qū)⒁合噙M(jìn)料用氣相進(jìn)料取代等，盡量緩和劇烈反應(yīng)減少熱危害。

（4）基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 該階段以生產(chǎn)裝置型式設(shè)計(jì)為主，一般是通過提高設(shè)備可靠性實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全提升。而該階段應(yīng)充分考慮對(duì)新型設(shè)備和技術(shù)的應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備大小合理調(diào)整的目的，從而避免儲(chǔ)存于設(shè)備內(nèi)的能量物料大量向外釋放腐蝕性，或減少危險(xiǎn)物料量的外泄，同時(shí)要確保設(shè)備不會(huì)因腐蝕導(dǎo)致可靠性降低，必須合理考慮防范措施和設(shè)備材質(zhì)的選擇。

（5）工程設(shè)計(jì) 該階段要以上一階段設(shè)計(jì)內(nèi)容為基礎(chǔ)，一方面增加對(duì)定型設(shè)備規(guī)格型號(hào)、材質(zhì)及零部件等要素詳細(xì)說明的清單，另一方面則設(shè)計(jì)裝配制造非定型設(shè)備的加工圖，包括設(shè)備平面和立面的布置圖、裝置安裝施工流程圖，以及帶控制點(diǎn)的管線流程圖等。

3 結(jié)語

本質(zhì)安全化的化工過程設(shè)計(jì)并非純單向的，各階段均能評(píng)價(jià)前一階段工作狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)失誤或缺陷，就必須返回重新研究和修正上一階段，即通過不斷的重新設(shè)計(jì)，以充分保證設(shè)計(jì)方案的合理性、科學(xué)性。

［1］王杭州，邱彤，陳丙珍，等.本質(zhì)安全化的化工過程設(shè)計(jì)方法研究進(jìn)展［J］.化學(xué)反應(yīng)工程與工藝，2014，（3）：254-261.

［2］張帆，徐偉，石寧，等.化工過程本質(zhì)安全化技術(shù)研究進(jìn)展［J］.安全、健康和環(huán)境，2015，15（1）：1-4.

［3］邢銀全.本質(zhì)安全化的化工過程設(shè)計(jì)方法探討［J］.科學(xué)時(shí)代，2015，（3）：34-34.