工艺系统设计的危险性分析

常　攀，刘旭红

(中海油石化工程有限公司，山东 济南 　250101)

鉴于化工行业自身的高危险性和事故多发性，目前对化工装置的安全防护措施基本上是按照洋葱模型[1]进行的。工艺系统是装个化工装置的核心。工艺设计贯穿该模型的核心工艺层、基本工艺控制系统层、安全仪表系统层和安全泄放设施层四个层次，可见工艺设计的安全性对整个化工装置的安全水平具有决定意义，所以只有对工艺设计的整个流程进行严格的管控，才能在本质上减少事故的发生。

1　化工工艺的相关概念

1.1　化工工艺的概念

化工工艺是指通过原料处理、化学反应、产品精制等化学生产方法，将原材料转变为产品的过程，这些过程通常需要相应的操作条件要求，并需使用特定的仪器和设备，使材料发生物理学上或化学上的变化。化工工艺的生产过程包括原材料处理、进行化学反应和产品的提纯处理三个步骤。

1.2　化工工艺设计的概念

化工工艺设计是指根据化学反应的原料、反应条件、反应流程等对工艺中的设备、管道、阀门以及仪表等按照相关的标准规范、安全规程进行流程设计，为后续其他专业的设计提供设计基础和条件。

1.3　工艺危险性分析的概念

工艺危险性分析，也称预先危险性分析，是对将来有可能发生的潜在工艺危险事故进行过程分析[2]，也是对假设工艺条件或者模型下，可能发生事故的危险类别、出现的条件、导致的后果进行分析评价，进而提出消除或者避免此类事故发生的建议措施。

1.4　本质安全的概念

本质安全性，一般指的是采用无危险性或者危险性较小的物料代替高危险原料，采用无危害或者危害性较小且符合安全卫生的新工艺、新技术、新设备来提高整个工艺装置的安全性。本质安全化设计所起到的效果就是依靠自身的安全设计，进行本质方面的改善，即使发生故障或者误操作，设备和系统仍能保证安全。

2　工艺设计中危险性的分析和控制

化工工艺设计是一项非常专业、严谨、细心、危险程度较高的设计工作。但是由于工艺设计过程中会受到设计基础资料不全、工作量大、设计规模不同、投资者要求节约成本等一系列因素的制约，会造成许多潜在的危险事故。因此，工艺设计中的危险性分析和控制就显得十分重要，目前比较流行的是在基础设计和详细设计过程中进行HAZOP分析[3]。

2.1　化工工艺设计中的危险性分析

化工工艺设计中涉及的装置危险因素主要有以下几点：

2.1.1中毒危险

以原材料、成品、半成品、中间体、反应副产物和杂质等形式存在的职业性接触的毒物，工人在操作时，可经过口、鼻、皮肤进入人体。

2.1.2火灾爆炸危险

装置中涉及的可燃气体、粉尘与空气形成的混合物，当其浓度达到爆炸极限时，一旦被引燃，就会发生火灾爆炸，火灾的辐射热和爆炸产生的冲击波可能对人、设备和建筑物造成杀伤和破坏。

2.1.3反应性危险

化学反应过程分吸热和放热两类。通常，放热反应较吸热反应更具危险性，特别是使用强氧化剂的氧化反应；有机分子上引入卤原子的卤化反应；用硝基取代化合物中氢原子的硝化反应；一旦失控可能产生严重后果。

2.2　工艺设计中危险因素的控制

2.2.1工艺物料方面

设计中优先采用没有危险或者危险性较小的物料作为原辅材料，同时对工艺原材料、半成品、中间产品、副产品以及在储存和运输过程中以气、液、固形式存在的化学品特性都要进行充分的了解，掌握它们的危险特性，如毒性、自燃点、闪点、沸点、爆炸极限等，在设计过程中时刻牢记物料的危险特性。

2.2.2工艺路线方面

同一种化学反应往往有多条工艺路线，尽量选择更合适的路线，减少或者消除反应带来的危险。所以应尽量选取缓和化学反应条件的方案，比如选用适合的催化剂；对过度危险的物料进行稀释来减缓反应的剧烈程度；尽量采用新技术、新设备，减少设备和管道内危险化学品的储存量，减少废料的产生量，尽量做到回收利用。

2.2.3反应器等关键设备的设计方面

反应器是化学反应进行的核心设备，它的安全性往往对工艺系统的安全起到关键作用。所以工艺设计过程中，要充分识别反应器、塔器等关键设备内物质的危险特性，识别可能发生的事故类型，以便设计必要的安全设施预防事故的发生。

2.2.4仪表及自动控制设计

仪表和自控系统的设计也是工艺设计过程中非常重要的一环。仪表是现场操作工的眼睛，自控系统是调节控制装置的中枢。

首先，要保证足够的动力系统供应(电源、气源)，一旦发生事故保证有较充裕的动力供应时间，以便对事故进行处理。

其次，选用故障安全型仪表和控制器。在重要的设计回路上应设置报警、连锁和紧急停车系统(ESD)等。

最后，散发有害气体、可燃气体或蒸汽的场合，设置可燃有毒有害监测报警设施。爆炸危险区内的仪表、分析仪表、控制器均选用相应防爆结构或正压通风结构。

2.2.5风机、泵、阀门等设备的选择

工艺设计过程中所涉及的风机、压缩机、泵、阀门等的选型，要按照最严格、最苛刻的工况进行计算，要分别能满足事故状态和正常生产状态下装置的处理能力。同时要对设备厂家返回的设备资料进行详细的研究，及时发现潜在的危险因素，及时与设备厂家进行交流，确保设备安全运行。

3　结语

总之，工艺系统设计是整个化工装置设计的源头和核心。只有重视工艺系统的安全设计，加强工艺系统设计过程中的危险性分析，才能真正实现化工装置的本质安全性，从而有效的降低事故发生率，促进化工行业更加安全的生产。

[1]白水忠,李奇,姜巍巍,等.过程工业计算机辅助安全防护层分析技术进展[J].中国安全科学学报,2008,18(12):31-35.

[2]孙强,李双华,窦景新.论石化企业危险化工工艺的辨识方法与风险[J].科技资讯,2012(7):16-27.

[3]孙成龙.设计阶段的HAZOP分析[J].现代职业安全,2011(12):14-21.