關于化工工藝設計中的安全問題及控制措施研究

馬 鵬，劉振貴，王志勇，高超超，楊曉波

（陜西延長中煤榆林能源化工有限公司，陜西 榆林 718500）

0 引言

化工企業生產由于易燃易爆原材料的使用，以及高溫高壓等復雜生產工況，對化工生產帶來了巨大安全隱患，很容易引發爆炸、火災事故。因此要求化工管理人員提高安全管理意識，把控化工工藝設計中的安全問題，并針對不同因素提出對應控制措施及解決方案，避免潛在危害對化工安全高效生產帶來的影響。

1 化工工藝安全設計特征分析

化工工藝是通過一定化學變化、物理變化將原材料轉化為化工產品的過程，這一過程工況相對復雜需要合理把控潛在危險因素，確保生產出質量合格化工產品。化工工藝流程包括原材料運輸、存儲、配比設計，化學反應設備選型、產品制備過程等多個生產環節，需要結合生產實際制備復合預期的化工產品，尤其所得產物中包含副產物、雜質等混合物，還需要進行產品精制。因此工作人員需要嚴格按照標準規范執行每個工序步驟，確保原材料在特定設備及工藝流程下完成化工生產過程。

2 化工工藝設計中的安全問題

1）原料選擇與存儲問題。性能優異符合質量需求的原材料是進行化工產品高效生產的關鍵，因此在原材料選材過程中必須充分重視原材料質量及性能，包括分析材料性質、反應原理等，并依據其特性對原材料進行妥善存儲，避免因化學原料泄露造成嚴重安全事故。

2）化工設備選型問題。涉及到化工設備的選型，就需要結合實際生產工藝流程、原材料特征及生產工況進行科學選型設計，尤其是化工設備所處長時間高溫、高壓等惡劣工況，設備難免發生疲勞磨損以及蠕變現象，縮短設備使用年限。在化工生產過程中為提高生產效率進行的不間斷超負荷作業，以及對原材料缺陷檢測不到位等，都會加劇設備運行發生異常的概率。對焦化粗苯加氫的制備過程進行分析，從原材料涉及種類來看，包括各種劇毒、易燃易爆等危險物質，還需要涉及催化、加熱等化學反應，生產多種有毒副產品，具體見表1 所示[1]。

表1 焦化粗苯加氫制備副產品特征

3）管道腐蝕泄露問題?；诨て髽I原材料及產品特性，運輸效率高、成本低的管道輸送方式已成為化工生產中應用最為廣泛的運輸模式，但管道輸送中存在著管道泄露、爆炸等隱患問題，需要結合化工原料及產品的化學性質特征，就管道輸送過程中潛在的腐蝕原因類型進行分析。以焦化粗苯加氫制備工藝為例，原材料參與化學反應的過程中需要不斷升溫加壓，因此必須嚴格按照行業標準規范對管線氣密性進行檢驗，要求在24 h 內壓力不得高于0.03 MPa，同時加氫管道置換超過3 次，要求含氧體積分數不得高于0.5%。在生產前要做好聯鎖裝置、DCS 控制儀的調試工作，進行蒸汽管道引汽時做到先主后支線，避免升溫速率過快損壞管道，加氫工藝需要結合催化劑升溫曲線進行控制，一般保持在30 ℃/h。最后需要注意在生產停止時要合理調節控制閥，避免因系統壓溫度瞬間升高造成法蘭、密封圈處的泄露問題，或因高溫高壓介質回流使低溫低壓設備出現爆沸超壓，引發各類安全事故。

4）生產工藝流程的選擇問題。不同的生產工藝流程在產品生產制備路線、設備管線布設等方面都存在顯著差異，在生產工藝流程選擇上要本著安全風險最低的原則下完成化工生產產能要求。首先需要合理使用催化劑，在提升反應速率的同時分析動力學及相關數據防范爆炸等潛在風險。分析副產品特性，做好混合反應下的反應數據預案，做好壓力、溫度參數波動數據記錄，保障設備、管線設計合理性。分析還原爐生產多晶硅的生產工藝過程，需要大量超標報警及安全聯鎖設備，因此生產過程中需要按照行業標準規范、禁止解除報警或隨意調節報警設定上下限。

3 安全問題控制措施

1）優化生產工藝流程設計方案。首先通過多風險評估技術，對化工工藝的安全狀態進行定量、半定量風險評估，按照自定義評估指標體系生成專家打分表單，依據評分和指標間邏輯關系進行綜合評估，如圖1 所示[2]。具體步驟包括對系統中各因素關系分析，建立評估遞進層次結構，完成生成工藝的多目標多級模糊綜合評價體系構建；其次利用層次分析法對各層因素分配權重對比，按照權重指標建立判斷矩陣確定評價集；最后進行模糊綜合評估，通過專家評價得出評價集V，利用加權計算法進行處理得出最終評估結果。在實際應用方面，還需結合產品產能需求及動態變化特征，合理調整設計方案流程，加強安全管理。以二氯硝基苯制備工藝為例，該原料具備易燃易爆性質，高溫環境中分解會釋放有毒氣體，因此進行生產工藝流程方案設計時需要控制反應條件，通過控制氮封溫度等提高生產安全性。同時要積極利用先進信息技術對生產信息、原料特性及存儲管理、安全風險等內容進行記錄分析，提升方案設計的科學合理性[3]。

圖1 多風險評估技術流程圖

2）科學合理生產設備選型。完成生產工藝流程方案設計后就需要對生產過程進行規范落實，尤其是對生產設備進行合理選型。生產設備的選型需要考慮符合生產過程中的壓力條件、反應溫度、反應介質化學特性等多種因素，從而保證生產制備過程符合預期標準。同時需要考慮到反應過程中的潛在風險，包括雜質、副反應及產品生產以及反應速率變化等帶來的影響，制定完善應急預案，保證設備的平穩運行[4]。

3）妥善處理化學反應原材料?？刂圃牧吓浔?，嚴格遵循相關安全管理和處理方案，規范使用和處理原材料，面對突發事件要做好應急預案同時積累相關經驗，不斷提升對化學反應的實踐理解，在提高化工產品生產效率的同時，嚴格把控溫度、壓力等影響化工安全生產的決定性因素，保證化工工藝設計的標準和規范，保障企業安全生產。

4 結語

通過對化工工藝設計中存在的安全問題進行分析，對應提出方案設計、設備選型、原材料存儲處理等多項防范控制措施，制定安全設計方案。要求化工企業與生產管理部門構建完善安全生產監督體系，從原材料、設備及生產工藝多角度進行風險評估處理，提升安全意識，保障化工企業的安全高效生產。