工藝系統設計的危險性分析

常　攀，劉旭紅

(中海油石化工程有限公司，山東 濟南 　250101)

鑒于化工行業自身的高危險性和事故多發性，目前對化工裝置的安全防護措施基本上是按照洋蔥模型[1]進行的。工藝系統是裝個化工裝置的核心。工藝設計貫穿該模型的核心工藝層、基本工藝控制系統層、安全儀表系統層和安全泄放設施層四個層次，可見工藝設計的安全性對整個化工裝置的安全水平具有決定意義，所以只有對工藝設計的整個流程進行嚴格的管控，才能在本質上減少事故的發生。

1　化工工藝的相關概念

1.1　化工工藝的概念

化工工藝是指通過原料處理、化學反應、產品精制等化學生產方法，將原材料轉變為產品的過程，這些過程通常需要相應的操作條件要求，并需使用特定的儀器和設備，使材料發生物理學上或化學上的變化。化工工藝的生產過程包括原材料處理、進行化學反應和產品的提純處理三個步驟。

1.2　化工工藝設計的概念

化工工藝設計是指根據化學反應的原料、反應條件、反應流程等對工藝中的設備、管道、閥門以及儀表等按照相關的標準規范、安全規程進行流程設計，為后續其他專業的設計提供設計基礎和條件。

1.3　工藝危險性分析的概念

工藝危險性分析，也稱預先危險性分析，是對將來有可能發生的潛在工藝危險事故進行過程分析[2]，也是對假設工藝條件或者模型下，可能發生事故的危險類別、出現的條件、導致的后果進行分析評價，進而提出消除或者避免此類事故發生的建議措施。

1.4　本質安全的概念

本質安全性，一般指的是采用無危險性或者危險性較小的物料代替高危險原料，采用無危害或者危害性較小且符合安全衛生的新工藝、新技術、新設備來提高整個工藝裝置的安全性。本質安全化設計所起到的效果就是依靠自身的安全設計，進行本質方面的改善，即使發生故障或者誤操作，設備和系統仍能保證安全。

2　工藝設計中危險性的分析和控制

化工工藝設計是一項非常專業、嚴謹、細心、危險程度較高的設計工作。但是由于工藝設計過程中會受到設計基礎資料不全、工作量大、設計規模不同、投資者要求節約成本等一系列因素的制約，會造成許多潛在的危險事故。因此，工藝設計中的危險性分析和控制就顯得十分重要，目前比較流行的是在基礎設計和詳細設計過程中進行HAZOP分析[3]。

2.1　化工工藝設計中的危險性分析

化工工藝設計中涉及的裝置危險因素主要有以下幾點：

2.1.1中毒危險

以原材料、成品、半成品、中間體、反應副產物和雜質等形式存在的職業性接觸的毒物，工人在操作時，可經過口、鼻、皮膚進入人體。

2.1.2火災爆炸危險

裝置中涉及的可燃氣體、粉塵與空氣形成的混合物，當其濃度達到爆炸極限時，一旦被引燃，就會發生火災爆炸，火災的輻射熱和爆炸產生的沖擊波可能對人、設備和建筑物造成殺傷和破壞。

2.1.3反應性危險

化學反應過程分吸熱和放熱兩類。通常，放熱反應較吸熱反應更具危險性，特別是使用強氧化劑的氧化反應；有機分子上引入鹵原子的鹵化反應；用硝基取代化合物中氫原子的硝化反應；一旦失控可能產生嚴重后果。

2.2　工藝設計中危險因素的控制

2.2.1工藝物料方面

設計中優先采用沒有危險或者危險性較小的物料作為原輔材料，同時對工藝原材料、半成品、中間產品、副產品以及在儲存和運輸過程中以氣、液、固形式存在的化學品特性都要進行充分的了解，掌握它們的危險特性，如毒性、自燃點、閃點、沸點、爆炸極限等，在設計過程中時刻牢記物料的危險特性。

2.2.2工藝路線方面

同一種化學反應往往有多條工藝路線，盡量選擇更合適的路線，減少或者消除反應帶來的危險。所以應盡量選取緩和化學反應條件的方案，比如選用適合的催化劑；對過度危險的物料進行稀釋來減緩反應的劇烈程度；盡量采用新技術、新設備，減少設備和管道內危險化學品的儲存量，減少廢料的產生量，盡量做到回收利用。

2.2.3反應器等關鍵設備的設計方面

反應器是化學反應進行的核心設備，它的安全性往往對工藝系統的安全起到關鍵作用。所以工藝設計過程中，要充分識別反應器、塔器等關鍵設備內物質的危險特性，識別可能發生的事故類型，以便設計必要的安全設施預防事故的發生。

2.2.4儀表及自動控制設計

儀表和自控系統的設計也是工藝設計過程中非常重要的一環。儀表是現場操作工的眼睛，自控系統是調節控制裝置的中樞。

首先，要保證足夠的動力系統供應(電源、氣源)，一旦發生事故保證有較充裕的動力供應時間，以便對事故進行處理。

其次，選用故障安全型儀表和控制器。在重要的設計回路上應設置報警、連鎖和緊急停車系統(ESD)等。

最后，散發有害氣體、可燃氣體或蒸汽的場合，設置可燃有毒有害監測報警設施。爆炸危險區內的儀表、分析儀表、控制器均選用相應防爆結構或正壓通風結構。

2.2.5風機、泵、閥門等設備的選擇

工藝設計過程中所涉及的風機、壓縮機、泵、閥門等的選型，要按照最嚴格、最苛刻的工況進行計算，要分別能滿足事故狀態和正常生產狀態下裝置的處理能力。同時要對設備廠家返回的設備資料進行詳細的研究，及時發現潛在的危險因素，及時與設備廠家進行交流，確保設備安全運行。

3　結語

總之，工藝系統設計是整個化工裝置設計的源頭和核心。只有重視工藝系統的安全設計，加強工藝系統設計過程中的危險性分析，才能真正實現化工裝置的本質安全性，從而有效的降低事故發生率，促進化工行業更加安全的生產。

[1]白水忠,李奇,姜巍巍,等.過程工業計算機輔助安全防護層分析技術進展[J].中國安全科學學報,2008,18(12):31-35.

[2]孫強,李雙華,竇景新.論石化企業危險化工工藝的辨識方法與風險[J].科技資訊,2012(7):16-27.

[3]孫成龍.設計階段的HAZOP分析[J].現代職業安全,2011(12):14-21.