淺談化工設計

王麗碩,王青青

(河北生特瑞工程設計有限公司，河北 石家莊 050000)

化工產(chǎn)品與我們的生活息息相關，無論衣食住行，都有化工產(chǎn)品的影子。作為化工設計的產(chǎn)物，化工設計顯得尤為重要。化工設計的好壞，直接關系到整個裝置能否順利開車，獲得合格的產(chǎn)品，最終關系到工廠的經(jīng)濟效益。本文從安全、環(huán)保、經(jīng)濟等方面討論了化工設計應該注意的問題。

1 化工設計簡介

化工設計是根據(jù)一個化學反應或一項化工過程，設計工藝流程、設備布置、管道布置等圖紙，將設想轉變?yōu)閷嶋H的生產(chǎn)過程，涉及到化學、建筑、電氣、儀表、給排水等各專業(yè)。

2 安全方面

近年來，化工廠爆炸事故頻發(fā)，給人們敲響了一次次的警鐘。安全問題已經(jīng)成為化工設計中的重中之重。作為化工設計人員，安全問題應放在首位。尤其是涉及到易燃易爆介質的生產(chǎn)，更應該注意防火、防爆，做好相應的防護措施。

2.1 廠房的設計應從防火分區(qū)、防爆泄壓、安全疏散等多方面進行考慮

首先應根據(jù)介質的閃點、爆炸上下限值，確定介質的火災類別，進而確定生產(chǎn)車間(廠房)的類別。廠房選用建筑材料的耐火等級應符合規(guī)范要求。

防火分區(qū)指的是在建筑內部采用防火墻、樓板及其它防火分隔設施分隔而成，能在一定時間內防止火災向同一建筑的其余部分蔓延的局部空間[1]。根據(jù)建筑物的使用性質、火災類別、建筑物高度及火災蔓延的速度等因素確定防火分區(qū)的面積。合理劃分防火分區(qū)，若建筑物一旦發(fā)生火災，能夠將火勢控制在一定范圍內，為人員疏散及消防救援提供有利條件。有爆炸危險的廠房應設置泄壓設施。泄壓設施宜采用輕質屋面板、輕質墻體和易于泄壓的門、窗等，應采用安全玻璃等在爆炸時不產(chǎn)生尖銳碎片的材料[1]。廠房的泄壓面積根據(jù)容積和泄壓比進行計算確定。發(fā)生火災事故時，安全疏散顯得格外重要。廠房的安全出口應分散布置，每個防火分區(qū)或一個防火分區(qū)的每個樓層，其相鄰2個安全出口最近邊緣之間的水平距離不應小于5m[1]。安全出口的數(shù)量需要根據(jù)計算確定。疏散樓梯、走道、門的寬度應根據(jù)疏散人數(shù)進行計算確定。

2.2 工藝設計

工藝設計包括工藝流程、設備布置、管道布置、反應器選型計算(塔、反應釜、換熱器等)、物料衡算及能量衡算等多方面。

進行工藝設計時，應避免使用危險化工工藝，如必須采用，應最大限度的減少危險化學品的使用量。使用危險化學品的項目，應依據(jù)《危險化學品重大危險源辨識》進行辨識，是否構成危險化學品重大危險源，已經(jīng)構成重大危險源的，對重大危險源進行分級。同時加強儀表控制，采用DCS/SIS控制系統(tǒng)，有效監(jiān)控儲罐、反應釜等設備的液位、溫度、壓力等參數(shù)，確保設備參數(shù)控制在安全數(shù)值范圍內。提高整個系統(tǒng)的自動化程度，可避免裝置超溫、超壓、超負荷運行，從而保證生產(chǎn)裝置長期穩(wěn)定的運行。通過采用聯(lián)鎖保護裝置，可以提高生產(chǎn)系統(tǒng)的安全性，一旦出現(xiàn)非正常情況，聯(lián)鎖保護自動開啟，可以快速有效遏止事故蔓延，防止事故的發(fā)生。

使用安全保護裝置，如設置安全閥或爆破片，可防止生產(chǎn)裝置系統(tǒng)壓力超過設備和管道的設計壓力，發(fā)生爆炸事故。在可燃液體儲罐的放空管道上加阻火器，可有效防止火災事故的發(fā)生。對于有毒、腐蝕性物料，應根據(jù)介質的性質，選用合適的管材、密封形式，有效防止跑冒滴漏的現(xiàn)象，減少化學品對操作人員的傷害。另外，操作人員應按照安全生產(chǎn)規(guī)章制度，正確佩戴和使用勞動防護用品。

2.3 總平面布置

化工廠區(qū)總平面布置應遵循相應的標準規(guī)范，如《工業(yè)企業(yè)總平面設計規(guī)范》、《化工企業(yè)總圖運輸設計規(guī)范》等，結合實際生產(chǎn)情況，合理布置生產(chǎn)區(qū)、倉儲區(qū)、輔助生產(chǎn)區(qū)、辦公區(qū)等。功能分區(qū)合理緊湊，保證物料、動力的便捷供應。

生產(chǎn)裝置區(qū)宜布置在全年最小頻率風向的上風側，行政辦公及生活服務設施區(qū)宜布置在全年最小頻率風向的下風側，輔助生產(chǎn)和公用工程設施區(qū)宜布置在生產(chǎn)裝置區(qū)與行政辦公及生活服務設施區(qū)之間[2]。經(jīng)常散發(fā)可燃氣體的場所，如儲存易燃介質的罐區(qū)、隔油池等，應遠離各類明火源，并布置在火源的下風側或平行風側。生產(chǎn)或使用大宗產(chǎn)品的裝置區(qū)或設備，宜靠近其產(chǎn)品儲存和運輸區(qū)域布置。生產(chǎn)車間、罐區(qū)、倉庫、綜合樓等建構筑物的間距嚴格按照《石油化工企業(yè)設計防火標準》《建筑設計防火規(guī)范》等規(guī)范執(zhí)行。

根據(jù)企業(yè)規(guī)模和功能分區(qū)，合理規(guī)劃廠區(qū)道路，確定通道寬度。布置運輸路線，應考慮物流順暢，減少折返迂回。發(fā)生火災事故時，消防道路的通暢對滅火救援非常重要，消防道路的設置應便于消防車隊能從不同方向迅速到達危險區(qū)域(生產(chǎn)車間、倉庫和罐區(qū)等儲存及使用易燃易爆物質的場所)。

2.4 消防、防雷防靜電等

從事化工生產(chǎn)的企業(yè)應配備相應的消防設施。包括消防站、消防水池、消防水泵及室內外消防管網(wǎng)等。消防水池應保證消防用水量的供給。根據(jù)物料性質合理布置消防管網(wǎng)。根據(jù)建筑生產(chǎn)的火災危險性類別及《建筑滅火器配置設計規(guī)范》配置滅火器，滅火器設置在位置明顯、便于取用的地方。根據(jù)規(guī)范有要求的需設置自動滅火系統(tǒng)。

涉及易燃易爆介質的化工生產(chǎn)裝置、罐區(qū)等場所，嚴格按照《爆炸危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范》劃分爆炸危險區(qū)域，在爆炸危險環(huán)境內，配備防爆工具，電氣設備的級別和組別不得低于爆炸性介質的級別和組別。同時，工藝裝置內建筑物、構筑物的防雷分類及措施按《建筑物防雷設計規(guī)范》執(zhí)行[3]。對爆炸、火災危險場所內可能產(chǎn)生靜電危險的設備和管道，應采取靜電接地措施[3]。

3 環(huán)保方面

化工生產(chǎn)過程中，經(jīng)常會產(chǎn)生廢水、廢渣、廢氣等有毒、有害物質，若未經(jīng)妥善處理，未達標排放，就會污染環(huán)境，破壞生態(tài)平衡。因此，需要設計人員不斷改進生產(chǎn)工藝，減少三廢排放。對于不可避免的廢物，采取合理的處理措施。如考慮廢物的回收利用，作為制備新產(chǎn)品的原輔材料。

3.1 廢水處理

化工裝置生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水種類繁多，應根據(jù)其性質采用不同的治理技術，有害物質能回收的盡量回收利用，不能回收的可用以下方式進行處理。(1)生化處理，利用多種微生物的生命活動將廢水中的有機物轉化為無機物。常見的有生物膜法和活性污泥法。(2)焚燒處理，對于有機物濃度較高，組分復雜的廢水，若沒有回收價值，可直接焚燒處理，將有機物高溫氧化分解為二氧化碳和水等無害或危害較小的物質排入大氣。

3.2 廢氣處理

目前，廢氣的處理方法有吸收、吸附、冷凝和燃燒。如煉油生產(chǎn)過程中排放的有機工藝尾氣，可采用鍋爐、焚燒爐、火炬等方式燃燒處理。近年來，隨著科學技術的發(fā)展，VOC(揮發(fā)性有機化合物)的處理技術逐漸成熟化、先進化，包括吸附法、吸收法和膜分離法等，通過采用選擇性吸附、膜滲透等技術來分離回收廢氣中的有機溶劑。

3.3 廢渣處理

目前，固體廢物(即廢渣)的處理方式有化學法、固化法、焚燒法及填埋等。化學法利用廢渣的化學性質，通過氧化還原、酸堿中和等方式，將廢物中的有害物質轉化為無害物質。固化法是將固體廢物與凝結劑混合固化，其中的有害物質封閉在固化體內，無法浸出，從而降低有害物質對環(huán)境的破壞。焚燒法通過燃燒，將固體廢物中的可燃介質氧化分解，從而降低毒性，是常見的工業(yè)廢渣處理方式。填埋，顧名思義，就是將廢渣填入坑中，鋪上土壤壓實，也是處置危廢物常見的一種方法。

3.4 噪聲

化工裝置中的壓縮機、離心機、泵、火炬等都會產(chǎn)生噪聲，化工設計時應選用低噪聲工藝，選擇低噪聲的設備，同時采取一些降低噪聲的措施，如設置消聲器、減震墊、配備護耳器等，盡量減少噪聲對人體的傷害。

4 經(jīng)濟方面

如今，社會經(jīng)濟快速增長，化工企業(yè)的經(jīng)濟利益需求不斷提升，為了擴大化工企業(yè)的發(fā)展空間，提升企業(yè)的經(jīng)濟效益，化工設計的優(yōu)劣至關重要。通過降低生產(chǎn)成本，擴大生產(chǎn)能力，能有效提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。

如何降低生產(chǎn)成本呢？原料的品質決定了產(chǎn)品的質量，而催化劑的效果決定了反應的產(chǎn)率，通過提高原子利用率，即提高原料的轉化率，減少生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品，可相應降低生產(chǎn)成本。在進行工藝設計之前，需要詳細了解物料性質，根據(jù)生產(chǎn)需要，制定合理的工藝流程方案，選取合適的工藝設備，合理調控反應參數(shù)，通過控制各單元操作，實現(xiàn)裝置的生產(chǎn)能力。同時，在保證產(chǎn)品質量的前提下，降低生產(chǎn)過程的能耗，對廢物進行綜合利用，盡可能減少三廢排放，實現(xiàn)文明清潔生產(chǎn)，提升化工企業(yè)在市場上的綜合競爭力。

5 小結

化工設計的質量，決定了整個項目的運行質量及經(jīng)濟效益。作為化工設計人員，需要不斷提升自己的專業(yè)技能，熟悉各類標準規(guī)范，同時結合項目的實際情況，進行合理有效的設計。在保證安全的前提下，不斷改進生產(chǎn)工藝，提高裝置的運行效率，從而提升項目的經(jīng)濟效益，同時處理好三廢問題，實現(xiàn)綠色化工生產(chǎn)，推動經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。