試論化工工藝設(shè)計中危險因素的識別控制

張洪武

摘 要：為了消除危險因素對化工生產(chǎn)的影響、減少化工生產(chǎn)安全事故，對化工工藝設(shè)計中危險因素的識別控制進(jìn)行了研究。首先，對化工工藝定義及其過程進(jìn)行了分析。然后，結(jié)合實際對影響化工工藝安全的物料、管道、裝置、線路、環(huán)境等因素進(jìn)行了分析。最后，就如何控制化工工藝設(shè)計中的各種危險因素，提出了有針對性的識別控制措施。

關(guān)鍵詞：化工工藝設(shè)計；危險因素；識別；控制

近幾年，化工生產(chǎn)安全事故頻繁發(fā)生，嚴(yán)重影響了化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。從化工工藝設(shè)計入手，進(jìn)行危險源的識別和控制，可以有效消除化工生產(chǎn)中的安全隱患，提升化工生產(chǎn)的安全性[1-3]。因此，應(yīng)繼續(xù)加強化工安全工藝的設(shè)計研究，加強化工生產(chǎn)的安全防范，創(chuàng)建出足夠安全、穩(wěn)定的化工生產(chǎn)環(huán)境。

1 化工工藝

化工工藝是指依托于化學(xué)技術(shù)，將生產(chǎn)原料轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品的過程及方法。其主要過程包括原料處理、化學(xué)反應(yīng)、產(chǎn)品精制。其中，原料處理是指對原料采取凈化、提濃、混合等操作，使其成為符合化學(xué)生產(chǎn)的材料。化學(xué)反應(yīng)是指對已經(jīng)處理過的化學(xué)原料施加一定的反應(yīng)條件，使其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，完成轉(zhuǎn)化。其中，化學(xué)反應(yīng)的類型是多種多樣的，例如氧化、還原、聚合等。產(chǎn)品精制是指對經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)得到的產(chǎn)品進(jìn)行分離、去雜質(zhì)等操作，使其成為符合要求的產(chǎn)品。產(chǎn)品精制的每一個過程都是在特定設(shè)備中完成的。

2 化工工藝設(shè)計中的危險因素

2.1 物料因素

物料是化工生產(chǎn)的根本。物料質(zhì)量不合格，化工生產(chǎn)質(zhì)量也就無從談起。更何況，化工生產(chǎn)所需的原料種類、數(shù)量非常多。不同物料的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)都不相同。若不能采用合適的方法科學(xué)存儲物料、檢測物料，就有可能留下安全隱患，影響后期的化工生產(chǎn)，甚至造成安全事故。尤其是對于一些危險化學(xué)品來說，若無有效的管控方式，有可能造成更大的安全事故，給人們的財產(chǎn)和生命帶來安全威脅。

2.2 管道因素

整個化工工藝流程的實現(xiàn)離不開管道的支持。管道的布置、設(shè)計是化工工藝設(shè)計的重要組成部分。若管道使用性能不合格，就有可能遭到化學(xué)物料的腐蝕，以致于管道出現(xiàn)漏洞，導(dǎo)致物料泄露。若管道設(shè)計不合理，彎道過多或搭接不合理，就有可能出現(xiàn)物料傳輸不及時、管道泄露等問題，以致于設(shè)定的化學(xué)反應(yīng)無法正常進(jìn)行或者引發(fā)安全事故。所以，為了保證物料的有效傳輸，應(yīng)當(dāng)做好管道設(shè)計。尤其要結(jié)合工藝實際，深入分析物料性質(zhì)差異，以便選擇性能佳、質(zhì)量好的管道。

2.3 線路因素

化工線路是化工生產(chǎn)的基礎(chǔ)保障。通常情況下，每條化工線路的作用、特性都會有所不同。若不能保證化工線路的科學(xué)性、合理性，就有可能導(dǎo)致化工產(chǎn)品產(chǎn)量下降以及安全問題。所以，在進(jìn)行化工線路設(shè)計時，設(shè)計人員要綜合考慮各方面的影響因素，保證化工線路的合理性。尤其要進(jìn)行安全論證，確認(rèn)其中無安全隱患，不會引發(fā)安全事故。

2.4 裝置因素

化工生產(chǎn)所用的各種裝置都是依據(jù)化工生產(chǎn)實際、原料特性設(shè)計的。若沒有綜合考慮各種影響因素就進(jìn)行裝置的設(shè)計、安裝，有可能留下安全隱患，導(dǎo)致裝置運行過程中出現(xiàn)泄露、爆炸等安全事故。例如裝置密封性不足，有可能導(dǎo)致物料的泄露，以致于化學(xué)反應(yīng)失控，引發(fā)安全事故。所以，在化工工藝設(shè)計中要充分考慮裝置因素帶來的危險，并提前采取措施進(jìn)行防控。

2.5 環(huán)境因素

無論是原料處理，還是化學(xué)反應(yīng)和產(chǎn)品精制，都對環(huán)境有極高的要求。此外，某些操作工序?qū)ν饨绛h(huán)境條件也有要求。如果不重視環(huán)境因素，就有可能導(dǎo)致安全事故。例如，在高溫條件下，某些化學(xué)反應(yīng)可能會出現(xiàn)異常，進(jìn)而引發(fā)爆炸事故。又如粉塵、雜物等有可能影響管道、裝置及其他設(shè)備的正常運行，出現(xiàn)堵塞、積灰、磨損等問題。所以，在化學(xué)工藝設(shè)計中要重視環(huán)境因素帶來的影響，盡可能地提前防控安全事故。

3 化工工藝設(shè)計中危險因素的識別控制

3.1 物料方面

物料貫穿整個化工工藝過程，其安全性對化工生產(chǎn)非常重要。因此，設(shè)計人員要提前結(jié)合所用物料的特征及工藝要求，對物料危險因素進(jìn)行識別、控制。

一般情況下，可將化工物料分為有機(jī)物料和無機(jī)物料兩大類。其中，有機(jī)物料還可進(jìn)一步細(xì)分為烷烴、烯烴、醛類、醇類、有機(jī)酸、鹵代類等。無機(jī)物料還可細(xì)分為無機(jī)酸、無機(jī)鹽、工業(yè)氣體等。比較常見的化工物料包括濃硫酸、磷酸、重鉻酸鉀、氮二異丁腈等。對于物料危險因素的識別控制，可從物料自身、物料和物料之間的反應(yīng)兩個方面著手。首先，單從物料自身特性來說，某些物料的化學(xué)性質(zhì)極其不穩(wěn)定，可能會受到環(huán)境等因素的影響，發(fā)生性質(zhì)變化，進(jìn)而導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)異常。以氯化工藝為例，其化學(xué)反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)，而所用原料多屬于燃爆性危險物質(zhì)，如氫氣、氧氣、三氯化氮等，極易受到溫度、壓力等因素的影響發(fā)生危險。尤其是三氯化氮大量積累后，還有可能出現(xiàn)爆炸。若是在化學(xué)工藝設(shè)計中沒有考慮到這些燃爆性危險物質(zhì)的特性，就有可能引發(fā)安全事故。其次，在化學(xué)工藝實踐中，若是沒有控制物料與物料之間的反應(yīng)，也有可能出現(xiàn)危險。以硝化工藝為例，所用硝化劑具有強腐蝕性、強氧化性的特點，且與有機(jī)化合物、油脂等物質(zhì)接觸會出現(xiàn)燃燒、爆炸現(xiàn)象。若不在設(shè)計中控制硝化劑與其他物質(zhì)的接觸，就有可能引發(fā)安全事故。

3.2 管道方面

識別與控制管道危險的主要方法就是做好管道的防泄漏設(shè)計，并提前依據(jù)化工工藝實際，深入分析管道泄漏的原因，編制管道防泄漏方案。

在管道防泄漏設(shè)計中，要注意以下要點：（1）盡可能地控制管道分支數(shù)量，并減少管道死角，以免出現(xiàn)物料傳輸不暢、積灰、積渣問題。（2）能選擇大排放口，就盡量不要選擇小排放口，以免影響正常的排放工作。（3）一定要依據(jù)工藝要求，優(yōu)化小孔徑支管，進(jìn)一步提升檢驗結(jié)果的有效性。（4）結(jié)合管道及附件的熱膨脹特點，要提前進(jìn)行管道伸縮方案的設(shè)計，以免影響正常生產(chǎn)。（5）加強對物料排放口的控制，以免口徑過小影響物料排放及后期維修、檢查。（6）要嚴(yán)格管控密封墊，確保管道的密封性達(dá)到要求，從而有效降低管道危險。（7）科學(xué)設(shè)計管道支撐，為安全閥的檢驗奠定基礎(chǔ)，以免影響正常的安全管理工作。（8）充分考慮化工原料、主產(chǎn)品、副產(chǎn)品對管道的腐蝕問題，提前設(shè)計管道防護(hù)方案。

3.3 線路方面

化工線路設(shè)計是化工工藝設(shè)計的要點。在這一過程中，設(shè)計人員要兼顧化工工藝的安全性、經(jīng)濟(jì)性，提前進(jìn)行危險因素的識別與控制。

設(shè)計人員應(yīng)從大局出發(fā)，對主要的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行分析、把控，以此設(shè)計完整的工藝線路。以裂解工藝為例，主要就是指烴類原料在高溫、高壓條件下，發(fā)生碳鏈斷裂、脫氫反應(yīng)，生成烯烴及其他產(chǎn)物。該過程包含急冷、壓縮、激冷、分流、干燥、加氫、縮合、環(huán)化、脫氫等化學(xué)反應(yīng)。設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)從中篩選出主要的化學(xué)反應(yīng)，并以此為基礎(chǔ)對裂解工藝進(jìn)行分段，然后對分段工藝進(jìn)行細(xì)化、完善。同時，還應(yīng)篩選出重點監(jiān)控工藝參數(shù)，提前進(jìn)行工藝參數(shù)的設(shè)置，并制定相應(yīng)的控制措施。例如，在裂解反應(yīng)中，關(guān)鍵工藝參數(shù)包括裂解爐進(jìn)料流量、引風(fēng)機(jī)電流、燃料油壓力、主風(fēng)流量控制等。對此，可采取設(shè)置聯(lián)鎖關(guān)系、加裝信號控制設(shè)備、加裝保護(hù)控制、加裝報警裝置等方式，確保整個生產(chǎn)工藝的安全。

3.4 裝置方面

化工裝置是最容易引發(fā)安全事故的因素。在化工工藝設(shè)計中，設(shè)計人員要全面考慮各種可能會發(fā)生的安全事故，并提前進(jìn)行防范。

首先，考慮到化工工藝所需的裝置種類、數(shù)量極多，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合工藝特點，進(jìn)行裝置的篩選，并對裝置危險因素提前進(jìn)行分析。例如，在裂解工藝中，要重點對裂解爐、冷卻裝置、鍋爐等裝置進(jìn)行分析，并結(jié)合具體工藝流程對可能發(fā)生的安全事故進(jìn)行總結(jié)。其次，充分考慮工藝操作及操作范圍，合理選擇裝置類型及連接方式等，進(jìn)一步提高化工生產(chǎn)的安全性。例如，為了防止裂解過程中出現(xiàn)水、電、蒸汽等故障，可采用合適的方式將裂解爐、鍋爐聯(lián)鎖在一起，保證能及時應(yīng)對各種安全事故。最后，還要充分考慮裝置特性。以鍋爐為例，很可能會受到積渣、積灰、裂縫、磨損等故障的影響，出現(xiàn)安全事故。所以，在工藝設(shè)計中要提前進(jìn)行預(yù)防，例如涂抹保護(hù)劑、加裝溫度及壓力監(jiān)測設(shè)備等。

3.5 環(huán)境方面

對于環(huán)境方面的管控，設(shè)計人員要重點從溫度、濕度、壓力、清潔度等幾個方面入手。例如加裝溫度監(jiān)測設(shè)備，確保化工生產(chǎn)不會受到外界溫度的影響；對化工工藝設(shè)備的清潔提出要求，保證工作人員能定期清掃、擦拭。總之，只有營造良好的生產(chǎn)環(huán)境，才能減少安全事故。

4 結(jié)語

提升化工生產(chǎn)安全性的前提是在化工工藝設(shè)計階段控制各種危險因素，加強對安全事故的防控。因此，設(shè)計人員應(yīng)深入化工生產(chǎn)實際，分析物料、裝置、環(huán)境等因素帶來的危險，并結(jié)合設(shè)計工作要求，制定有效的識別、控制措施。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 莊德峰.分析化工工藝安全設(shè)計中危險識別和控制[J].化學(xué)工程與裝備，2019（11）：214，234-235.

[2] 尚冬梅，劉乃明，何鑫，等.化工工藝安全設(shè)計中危險識別和控制[J].現(xiàn)代鹽化工，2019，46（4）：68-69.

[3] 江南.化工工藝安全設(shè)計中危險識別和控制策略研究[J].現(xiàn)代鹽化工，2020，47（1）：54-55.

Discussion on identification and control of risk factors in chemical process design

Zhang Hongwu

（Heilongjiang Haohua Chemical Co. Ltd.， Qiqihar 161033， China）

Abstract：In order to eliminate the influence of risk factors on chemical production and reduce the safety accidents of chemical production， the identification and control of risk factors in chemical process design are studied. Firstly， the chemical process definition and its process are analyzed. Then， combined with the actual situation the material， pipeline， device， line， environment and other factors affecting the safety of chemical process are analyzed. Finally， some measures are put forward on how to control various risk factors in chemical process design.

Key words：chemical process design； risk factors； identification； control