化工工藝安全設計中的危險因素及防范措施

發布時間：

2023-06-10 16:08

近年來，我國化工行業迅速發展，已經成為了我國經濟的重要支柱，為增強我國綜合實力做出了重要貢獻，也促進了人民群眾生活水平的提升，是我國發展的重要力量。化工生產中存在著多種風險因素，許多化工原料本身具有毒性，或者易燃易爆的特性，必須要妥善管理，所用設備也容易受到化學反應的影響出現故障，如不能及時解決也容易引發事故，造成經濟損失和人員傷亡。因此，企業必須加強化工工藝安全設計，加強對危險因素的控制防范。

1 化工工藝安全設計概念及識別危險因素的重要意義

對化工工藝進行安全設計，須立足于確保系統安全，同時對護壁原料具備的物理和化學性質，危險級別以及庫存量進行綜合考量，對理化反應期間，特定化工原料最終生成化工產品進行技術實現途徑設計。而且，還要結合管道技術、安全儀表以及發生化學反應的設施等要素，進一步優化完善化工產品生產技術途徑。化工行業是一種工程量巨大的建設項目，大體量大生產規模，潛在或明顯的安全風險非常多，危險等級較高，一旦出現安全事故，帶來的生命財產損失難以估量。因此。要求所有進行安全設計的相關人員既要保證化工企業正常生產，還要對化工原料進行性質分析，尤其是高危化學品，一定要嚴加控制，對化工生產期間容易導致安全風險的原料。半成品，催化劑，成品以及輔料等進行細致周到的安全測試，結合它們具備的危險等級采取針對性的火災或爆炸風險防護，加強安全管理，把化工生產工藝的風險因素降低到最低限度，保證化工企業安全生產，避免引發環境和社會危害確保化工生產實現可持續發展。

2 化工工藝安全設計特點

化工行業生產期間，化工工藝通常需要結合化學反應過程，結合它們類型各異的反應條件，促使特定的化學物質產生設定的化學反應，最終得到所需化學產品。化工工藝涵蓋3 個工藝流程階段：第一，設計人員通過科學合理的方式方法開始第一步處理轉化化工原料。原料歷經加工以及純凈化等工藝流程，期間需要消耗一定時長；第二，原料進入適用的專業設備開始發生化學反應，期間可能因相關介質被加熱，或者自身出現放熱，一旦控制失誤就會誘發高壓，處理不及就會爆炸；第三，原料完成化學反應生成化工產品，由技術人員實施進一步加工處理。化工企業的實力參差不齊，一些技術和設備相對后進的企業實力不濟，沒有搜集到足夠全面完整的數據資料，無法為化工工藝進行安全設計的人員提供有力參考，最終成型的設計方案必定漏洞百出。

3 化工工藝的分類設計

①方案設計。虛構設計與概念設計互為別稱，它首先假定企業化工生產具備的大型機械，方案設計要在中試開始之前完成，目的是為了對生產路線的合理性以及工藝條件的標準化程度進行檢測，為后續小試的規模及目的提供決策依據。 ②中試設計。這個階段的檢測內容，就是對為中試量身定做的工藝條件及路線進行檢測，期間檢測系統保持間斷運行，由此測評設計的預期產品具備怎樣的應用性能，為工程設計提供備選方案。再通過對所得數據及工藝路線進行校準與建模，評價放大產生的響應，對工藝流程中積累的雜質給工藝設計和化工產品帶來的最終影響進行檢測。需要注意的是，上述內容支持局部及整體檢測，可以展開極盡詳盡的研究分析。 ③初步設計。這是化工工藝精煉設計的初步階段，最終結果就是對工藝設計進行整體預算，明確初步設計的具體執行規范。結合工程選址以及基礎設計給出的任務書，可以著手實施技術和經濟層面的總體研究與預算后確定設計方案，對設計結果的要求是保證工程旋轉計算、審核、招標以及選購生產材料及設備的所有需要，同時提供工程建設所需的投資參考。 ④施工圖設計。初步設計提交審核，上級部門會給出相關意見，設計人員可參考這些意見，明確設計工作原則及初步設計方案并設置成施工圖設計，結合工程生產及非標設備具體需要，施工圖設計依據每項設計組分的相關比例設置圖紙及文字標注，開始落實施工規劃，明確規劃目標，對方案進行優化完善，再著手初步設計。

4 化工工藝設計中須注意的安全危險

4.1 選擇化工原料控制問題

沒有化工原料，就無法生產出所需化工產品，化工生產的首要環節就是選擇化工原料。化工工藝設計需要對原料進行全面的性能了解，化學反應的反應熱以及相關原理更要了解清楚。而且，類型不同的化工原料，運輸及儲存期間所需的環境及管理條件都非常嚴苛，需要針對性地進行綜合及分類設計，一旦混合放置，勢必釀成慘烈事故。

4.2 設備選型的安全問題

化工工藝設計方案涉及到化工設備及相關管道時，須綜合考量其填入的原料類型特點、工作期間的壓力及溫度，以及工藝流程需要，依據材料特性對設備類型進行針對性選擇。設備應用期間不可避免地會出現蠕變、磨損以及疲勞，都會導致設備適使用壽命縮短，合理的設備選型是防范上述因素及相關危險事故的有效手段。第一，化工企業生產通常偏重于追求生產效率，一旦設備進入工藝流程，即開始長期超負荷運行，無疑加大了設備危險事故的發生概率；第二，設備運行期間企業忽視金屬材料的必要檢測，導致結構缺陷很難察覺；第三，疲勞狀態下的設備更容易受到腐蝕或損毀。

4.3 化工工藝設計缺乏完整基礎資料

通常化工企業開展新的工藝包研發，須依據足夠的基礎資料或者按照研發機構提供的原料完成配制，如果研發準備階段沒有進行必要的數據完全或測試，資料的完整性則達不到保證工藝安全穩定運行的要求。化工產品多種多樣，涉及到的設備類型即規格型號復雜多變，選擇非標設備及定型設施時，要求相關設施必須具備超高性能，如果化工設備及工藝細節與實際需要不符，基礎資料不完善就會引發安全事故。

4.4 設計選擇工藝路線

設計化工工藝期間，即使是一個產品，也會具有差異性的工藝方法和生產路線，設計人員選擇時還須遵循安全風險及環境危害最小的工藝為最佳路線的原則。生產環節在發生化學反應時，須添加適用催化劑使反應強度適度降低，對化學反應進行動力學分析并掌握相關數據，對分析爆炸風險很有幫助。對化學反應過程的潛在副反應風險進行評估，對包括原料、催化劑以及輔料等在內的材料進行全面分析，做好混合反應的準備工作并詳細記錄。同時，還要監測工藝條件不同情況時的化學反應差異，監測內容涵蓋反應溫度與壓力及開工和停工變化，同時記錄每個反應罐的壓力波動數據，化工工藝設計力求面面俱到，確保安全合理設計。

5 化工工藝安全設計危險因素控制策略

5.1 優化化工工藝安全設計方案

化工工藝開展安全設計，需要進行全面細致的研究分析，要通過構建理化變化的原理基礎，結合化工產品生產過程的具體狀況，設計期間嚴格控制化工生產方案。要依據化工生產的工藝規范和實際需要。高質量設計化工安全生產工藝，結合動態變化對設計方案中的內容、工藝安全以及執行流程進行優化調整，全面促進化工工藝設計達到安全生產要求。通過研究分析化工安全生產工藝的整體設計和發展態勢，化工企業的正常生產還須在統籌兼顧安全生產工藝設計和生產方案的基礎上，加強安全管理力度，從企業實際出發，優化提升化工工藝開展安全設計的質量和水平。舉例來說， 2， 3- 二氯 - 硝基苯是化工生產的重要原料，是易燃易爆物品，處于高溫環境即立即分解，產生的氣體毒害性很強。同時，這種化工原料遇到強氧化劑極易發生化學反應，直接危害到現場作業人員的生命安全和身體健康。這就要求設計人員全面優化安全生產工藝設計方案，針對類似高危原料須嚴格控制反應條件。比如，考量氮封溫度和壓力的必要性，可以起到控制安全風險的作用。要切實優化完善化工工藝安全設計，必須引進先進的信息技術，把關于化工產品、原料以及設備等方面的信息搜羅殆盡，全部輸入信息系統，對包括原料特性、安全風險以及儲存管理等在內的內容進行全面分析，切實提升設計方案的實效性。舉例來說，化工原料形態各異，儲存和投料等方式也千差萬別，晶料與粉料屬于固態，它們和液態原料存在很大黏度差異，而原料的易燃易爆特性也是選擇投料方式的關鍵依據。設計化工生產的安全工藝，還須綜合考量原料發生反應的作用原理和安全管理條件，舉例來說，化學反應屬于吸熱還是放熱，反應需要的溫度和壓力條件，放熱過程的速度等，直接決定投料方式的選定，需要在一次性全投，還是部分定速連續投以及部分一次性全投之間合理選定。

對化工工藝安全設計進行優化完善，須重點關注安全性要求，作業人員的生產操作必須保證規范標準，須在原料儲存管理、投入生產以及化學反應期間加強管理的綜合力度，減少安全危害。同時，無論如何地進行安全設計，始終不能百分之百地消滅安全風險，設計人員還須從設計路徑方面加強配置的合理性。如卸料釜及高位槽添加與否，管道設計需要怎樣的高低差和走向，以及具體管徑等，都要設計人員綜合考量。一旦結束路徑設計，還須全面檢測設計方案的安全性，通過安全試驗和檢測消除設計方案的安全缺陷。化工工藝安全設計還須重點關注必須的安全設施，這是防范安全事故、降低事故危害的必備設施，須結合安全生產和防護的實際需要，提升安全設施設計質量，促進安全生產。

5.2 優化控制設備選型

化工工藝的安全設計方案出來以后，要確保嚴格貫徹落實，其中專業適用的設備選型，是安全生產的最大保障。化工生產期間，化學反應的溫度與壓力條件以及原料質量，都會直接影響到生產質量，要求設備選型必須與上述條件完全吻合，才能確保安全生產。這就要求化工設備必須嚴格落實針對性選型，管理人員須全面控制化工生產及其設備和應用過程，切實提高安全生產管理水平。

要做到合理控制化工設備，還須針對應用過程中的潛在安全風險，出臺相應的科學有效的應急預案，日常安全管理工作中，須認真排查誘發安全事故的因素，綜合分析導致化學反應失控以及其他安全隱患。選擇適用的反應器，還須從適宜工藝操作的角度出發，探究工藝應用具備的安全系數，再考量具體情況最終敲定設備型號，同時還要對化工原料做到安全使用兼顧原料反應所需的溫度與壓力條件，保證安全操作，生產抗腐蝕和抗壓能力強的化工產品。化學反應期間存在的雜質，會直接影響到反應的平衡性、速率以及副反應，安全風險會因此而上升，所以要求化反應控制必須兼顧雜質控制，確保設備安全運行。

對化工工藝進行安全設計，管道監管工作要著重分析管道的應力條件，同時也不能忽略對管道的振動、設置以及選材方面的研究，可有效提高化工工藝安全設計的安全可靠性，同時優化完善工藝流程。要根據化工管道實際需要，選材須強調安全可靠且經濟適用，結合化工原料的燃爆風險因素，有效防范斷裂風險，有效促進化工企業實現安全生產。

5.3 嚴格控制化工生產流程

化工生產其實就是工藝流程的執行過程，要完善工藝應用，提高生產質量，須全面控制化工生產的各項參數和工藝路線，第一，根據生產需要進行行之有效的科學管理，確保工藝流程能夠安全有效地貫徹執行。安全設計可根據需要適度調整相關工藝，根據生產需要教育作業人員樹立牢固的安全觀念。還要為化學反應留出足夠的環境空間，結合生產需要和工藝應用進行反應控制。第二，化工設備應用期間，要嚴格控制物料流動過程產生的流量和壓力參數，提高安全管理質量。同時，化工原料都有很高的腐蝕性，疊加溫度因素，會很大程度上影響到化學反應進程，要求化工工藝的安全設計必須控制化工設備的生產環境，強調規范化操作，為化工設備提供安全保障，降低事故率。要求化工企業必須全程實時監測生產過程，采集監測數據，據此對工藝流程進行動態化優化調整，確保安全操作。期間須全面控制化工生產的原料應用、反應程度以及工藝路線，尤其是危險等級極高的相關介質，必須嚴格控制用量，這是確保安全生產的關鍵環節。同時，還要嚴格控制生產環節，控制內容涵蓋化工原料和設備、人為及環境等影響因素，準確評估化工生產的安全風險程度，有效控制生產環節的事故風險，確保企業整體性提升工藝水平。

6 結語

化工工藝具有相當的危險性，化工工藝安全設計對于安全生產、維護群眾生命安全具有重要意義。化工工藝設計主要有方案設計、中試設計、初步設計以及施工圖設計幾種分類，設計時在化工原料選擇、設備選型、設計基礎資料、工藝路線的設計與選擇方面存在著風險因素。因此，設計方應采取相應的防范措施，完善安全設計方案，加強物料存儲管理和投放設計，進行安全試驗檢測，優化設備選型和控制，嚴格控制工藝流程，加強生產過程監測，確保安全生產。

來源：道客巴巴