化工工藝設(shè)計中安全風險識別及控制

鄭 霽

（湖北固潤科技股份有限公司，湖北 荊門 448000）

據(jù)統(tǒng)計，2018年我國共發(fā)生化工事故176起，死亡223人。從地區(qū)分布來看，事故總量位居前列的省份有山東、江蘇、遼寧等化學(xué)工業(yè)發(fā)展較為發(fā)達的省份。從時間分布來看，以往主要集中在夏季及歲末年初，2018年事故發(fā)生起數(shù)較為平均，未有集中多發(fā)時間段。這就要求做好化工工藝設(shè)計安全風險識別，提前做好安全防范預(yù)案，將安全隱患消除在萌芽狀態(tài)。

1 化工工藝設(shè)計

從圖1可知，化工工藝設(shè)計是指原材料經(jīng)化學(xué)反應(yīng)，最終轉(zhuǎn)變?yōu)榛ぎa(chǎn)品的過程。其中，首要環(huán)節(jié)是原材料處理。即，將化工原料進行凈化、提濃、混合、乳化、粉碎等處理后使原料質(zhì)量滿足相應(yīng)標準。其次是化學(xué)反應(yīng)環(huán)節(jié)。即原材料經(jīng)預(yù)處理后，使其在相應(yīng)的壓力、溫度條件下完成化學(xué)反應(yīng)的過程，這一過程包括化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和收率。再次是產(chǎn)品精制環(huán)節(jié)。在這一環(huán)節(jié)，主要利用化學(xué)反應(yīng)實現(xiàn)混合物的分離，并去掉其中的雜質(zhì)，以及沒有利用價值的廢棄物。產(chǎn)品精制的工藝主要包括萃取、提純等，實現(xiàn)產(chǎn)品凈化，獲得符合相關(guān)規(guī)定或標準的產(chǎn)品。

圖1 化工工藝設(shè)計流程

化工工藝設(shè)計包括概念設(shè)計、中試設(shè)計、基礎(chǔ)設(shè)計、初步設(shè)計和施工圖設(shè)計等。其中，概念設(shè)計多為試前進行，概念設(shè)計的任務(wù)主要是檢查生產(chǎn)路線及工藝條件是否合理。中試設(shè)計的任務(wù)則主要是檢驗小試所確定的工藝路線及條件，以及試制產(chǎn)品考核使用性能，為實際生產(chǎn)時獲得相應(yīng)數(shù)據(jù)提供便利。基礎(chǔ)設(shè)計的任務(wù)則是技術(shù)開發(fā)階段的最終研究成果，主要為后期實際生產(chǎn)時提供裝置建設(shè)所需的技術(shù)要點。初步設(shè)計作為精細化工藝設(shè)計的第一環(huán)節(jié)，其初步設(shè)計的最終成果包括設(shè)計任務(wù)書、總概算書等。施工圖設(shè)計，主要任務(wù)是依據(jù)化工項目的審批意見、建筑與非標準設(shè)備制作的相關(guān)要求，把初步設(shè)計所確定的相關(guān)設(shè)計原則、方案以文字、圖樣等方式把化工工藝及設(shè)備不同部分布置進行具體化[1-2]。

2 產(chǎn)生化工工藝危險的原因分析

2.1 物料管理不當

從化工工藝設(shè)計的概念來看，原料構(gòu)成了工藝實現(xiàn)的初始環(huán)節(jié)，也是化工工藝的重要組成部分。化工原料的屬性特殊，管理不當極易造成原料性質(zhì)、屬性的改變，從而在后期的工藝生產(chǎn)環(huán)節(jié)誘發(fā)各種危險。化工物料管理不當主要表現(xiàn)有：物料運輸未按照物料性質(zhì)及特點選擇相應(yīng)的運輸方式，執(zhí)行存儲相關(guān)的安全標準，化工原料存儲條件不符合安全規(guī)定，分解或釋放出有毒有害物質(zhì)，造成安全事故等。

2.2 工藝設(shè)計不合理

化工工藝設(shè)計需要綜合考慮原材料、生產(chǎn)工藝、反應(yīng)容器、設(shè)備、安全保障等多個方面因素，工藝設(shè)計是否科學(xué)，會直接影響到整個化工工藝生產(chǎn)是否安全。工藝設(shè)計不合理的現(xiàn)實表現(xiàn)主要有：未對工藝進行對比選擇；未經(jīng)有資質(zhì)設(shè)計單位設(shè)計，簡單復(fù)制過往類似工藝設(shè)計，未充分、全面辨識工藝可能存在的安全風險，將不合理的化工工藝設(shè)計應(yīng)用到實際生產(chǎn)中，誘發(fā)各種安全風險事故。

2.3 反應(yīng)器選擇失當

化學(xué)反應(yīng)作為化工工藝設(shè)計的重要參考因素，其反應(yīng)效果如何會直接決定著工藝生產(chǎn)的成或敗，因此，未能合理選擇最佳的反應(yīng)器，將難以有效保證工藝中化學(xué)反應(yīng)達到預(yù)期效果。尤其是沒有結(jié)合化工原料的性質(zhì)及屬性，以及反應(yīng)器自身的特點，導(dǎo)致沒有根據(jù)實際情況選擇不同物質(zhì)反應(yīng)器，誘發(fā)安全事故。

3 化工工藝設(shè)計危險識別及控制必要性

化工工藝設(shè)計危險識別及控制，是指針對化工項目生產(chǎn)工藝的各個環(huán)節(jié)、過程及配套設(shè)施中生產(chǎn)、使用及生產(chǎn)出物質(zhì)、設(shè)備及操作環(huán)境的深入分析，針對分析的結(jié)果準確預(yù)判出工藝生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)的風險點，并根據(jù)分析出的風險點進行詳細的調(diào)查處理，選擇合適的方法將風險排除。

化工行業(yè)生產(chǎn)具有其特殊性，其中有毒性、腐蝕性和易燃易爆性是其典型特征。在化工生產(chǎn)過程中常常會面臨著高壓、高溫等特殊環(huán)境，這也增加了化工生產(chǎn)的風險性。這就需要從化工生產(chǎn)的最初設(shè)計環(huán)節(jié)開始，對后期各個環(huán)節(jié)中可能存在的風險因素進行充分的分析、研判和考量，做到防患于未然，將危險隱患排除。化工生產(chǎn)工藝設(shè)計作為化工安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，應(yīng)按照不同化工行業(yè)的安全標準和要求，做好各個環(huán)節(jié)的設(shè)計，確保工藝設(shè)計符合安全標準，實現(xiàn)經(jīng)濟效益與社會效益雙贏。

4 化工工藝設(shè)計風險識別及控制對策建議

針對化工工藝設(shè)計的環(huán)節(jié)及特點，其風險主要產(chǎn)生于物料、工藝路線、反應(yīng)裝置、管道及相關(guān)的安全防護裝置等，重點要做好這些環(huán)節(jié)的風險識別，并提供具體的對策措施，確保化工項目生產(chǎn)過程的安全、零事故。

4.1 物料

化工生產(chǎn)中原料使用種類多，且不同原料在化工生產(chǎn)過程中發(fā)生快速變化，原材料在原料—材料—半成品—中間產(chǎn)品—副產(chǎn)品—成品等環(huán)節(jié)中發(fā)生不同演變，在不同的演變流程中，原材料會改變其物理性狀和化學(xué)性狀，物料保管、處置不當，極易造成安全事故。因此，在識別出不同物料可能在某個生產(chǎn)環(huán)節(jié)中發(fā)生風險時，應(yīng)提前做好應(yīng)急準備。即，全面掌握原料屬性特點，根據(jù)其穩(wěn)定性、化學(xué)反應(yīng)活性、燃燒特性、毒性、爆炸特性、腐蝕性等，提供相應(yīng)的處置措施[3]。

4.2 工藝

化工生產(chǎn)工藝的不同，原料在各個環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的化學(xué)、物理反應(yīng)也有著較大差異。因此，除了選擇安全系數(shù)高的原料外，要高度重視化工工藝的選擇，結(jié)合原料的理化特點，尤其是發(fā)生化學(xué)反應(yīng)過程中的副產(chǎn)品是否存在毒性或腐蝕性等，對其作出相應(yīng)的處理。盡量減少生產(chǎn)環(huán)節(jié)原料的存儲量，最大限度地提高原料利用效率，減少化工生產(chǎn)過程中對生態(tài)環(huán)境的破壞。

4.3 裝置

在化工生產(chǎn)過程中，原料在不同變化過程都會在反應(yīng)裝置中完成。多數(shù)產(chǎn)品是通過化學(xué)反應(yīng)獲得，反應(yīng)裝置也是各種風險因素聚集地。因此，控制好化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生及過程中尤為重要。一方面，要結(jié)合工藝設(shè)計，在初始環(huán)節(jié)對化學(xué)工藝鏈中可能誘發(fā)安全事故及風險點進行調(diào)查分析，據(jù)此選擇更加合適的反應(yīng)器，以供化工生產(chǎn)所用，降低化工生產(chǎn)的風險[4]。

4.4 管道

化工生產(chǎn)過程中各種工藝鏈的連接主要以管道方式實現(xiàn)，其中易燃易爆易腐蝕、有害物質(zhì)借助管道實現(xiàn)物料輸送，也極易在輸送過程中發(fā)生安全風險事故。因此，需要將管道進行封閉處理，防止有毒有害物質(zhì)外泄。要做好化工工藝生產(chǎn)過程中管道設(shè)計工作，尤其是要結(jié)合原料及生產(chǎn)工藝，推測出可能發(fā)生泄漏的可能環(huán)節(jié)處，重點需要從管道連接、管道材料選取、管道受力分析等方面，防止發(fā)生泄漏安全事件。此外，還要根據(jù)管道實際，控制流經(jīng)管道中的腐蝕介質(zhì)最大流速（表1）。尤其是化工項目投產(chǎn)生產(chǎn)前，要認真地對管道控制閥門材質(zhì)進行檢查，以及管道的密閉性進行檢測，合理布設(shè)管道，防止因布設(shè)不合理，如震動等外力因素導(dǎo)致流經(jīng)管道的有毒有害物質(zhì)外泄事故。

表1 腐蝕介質(zhì)最大流速

4.5 防護

隨著安全意識的增強，在化工生產(chǎn)過程中人們越來越重視安全防護工作，提前辨識風險，以及配備必要的安全防護措施，如滅火器、防護服等。在選擇滅火器型號、數(shù)量時應(yīng)結(jié)合化工生產(chǎn)的規(guī)模及原料特性進行選擇。在一些生產(chǎn)工藝危險系數(shù)較高、使用低閃電溶劑的環(huán)節(jié)，要求生產(chǎn)作業(yè)人員統(tǒng)一著防護服（酸堿、靜電）。高危生產(chǎn)及崗位盡量選擇自動化生產(chǎn)技術(shù)，確保安全。