化工装置设计运行中的安全问题及控制措施

刘小新，刘力魁，刘洋(恒力石化(大连)有限公司，辽宁 大连 116317)

0 引言

化工装置不同于普通的装置设备，其设计要求高，制约因素多，设计制造过程复杂，在进行设计、生产、操作的具体过程中都需要重视，综合分析各方面影响因素。一般情况下，化工设备有较多的影响因素，包括前期设计制造问题和人员操作不当等，这些安全隐患因素在一定条件下都会导致化工装置在运行生产过程中出现各种安全问题。对此，设计人员应高度重视，强化设计理念，在进行化工设计时需要综合分析考量装置在应用过程中的基本要求和工艺过程中的重要参数，制定科学的设计方案和对策，确保装置性能良好，满足相关要求。

1 化工装置设计、运行中的安全问题

1.1 化工装置物料问题

在化工装置设计中需要用到大量的物料和设备，对此需要加强对物料和设备的管理。化工物料本身就具有一定的易燃性、易爆性、有毒性等危险特性，在设计和生产、应用的过程中容易出现各类安全问题，需要重视物料的存放环境和运输条件。在具体进行化工装置物料管理时会存在以下安全问题，如发生有毒有害气体泄漏会造成严重的后果，尤其是对二甲苯、氢气等涉及“两重点一重大”的危险化学品，因具有特殊的化学性质，在特定的环境温度和湿度影响下极易发生各种变化，或者直接和空气接触发生反应，产生有毒有害气体。这些气体如泄漏会对人体及周边环境造成较大的影响，并产生一系列社会影响[1]。故需要慎重选择专门的存储方法和地点，更需要在平时加强科学管理与管控。

1.2 化工设备管理问题

在化工装置中会涉及很多的动静设备，这些设备管理和控制的好坏直接关系着化工装置的稳定、安全、高效运行。在化工装置在正常运行中也会发生一些变化，故需实时监控和强化对化工设备的管控。每一个化学反应都有一定的反应条件、环境要求，如果设备管理不到位会导致化学反应条件发生突变，无法生产出预期的化学反应物，意外条件发生时会出现具备危害性的化学反应。对此在具体设计时需要制定防范对策，设备运行时要加强控制，做好预防性检测与维护工作，消除安全隐患，避免安全事故的发生。

1.3 化工线路问题

在化工装置中需要配合用到大量的线路，包括提供电源的电力线路和操作设备的控制、信号电路，气动装置用的配气气路等。这些线路的走向直接关系着装置的设计，关系着化工装置控制性能和设备质量的好坏，不同的化工线路对于装置有不同的要求，在当前化工装置线路中存在的安全问题主要有：化工线路方案设计存在偏差，影响化学反应条件，导致化学反应过程无法有效控制，容易出现装置操作失误的问题，最终引发设备故障；在线路设计中会出现各种问题，线路易破损，无法满足安全生产要求。其主要原因是设计人员没有科学分析线路的特点，没有进行科学设计。

1.4 化工管道问题

在化工装置的运行需要多重专用管道，包括高压蒸汽、生产用水的输送管道，用于生产原料、半成品、催化剂、添加剂及产品输送的化学品专用管线等。高压蒸汽和化学品的输送均具有一定危害性，输送技术要求高、难度大、危险性大。如果管道出现各种跑冒滴漏的问题，会导致管道内部的各种物料产品扩散到外部环境中，最终导致出现各种安全事故，需要在设计时特别注意。一般情况下，化工生产用管道在企业内呈平行并列和弯曲形状使用，在管道弯头连接处、法兰连接处都是容易发生各种安全隐患的薄弱处，对此需要格外重视[2]。

1.5 其他危险因素

化工装置类型多，危险隐患也较多。当前化工装置中的危险因素主要包括：第一，中毒危险。化工原材料具有一定的毒性和危害性，如果长期接触对人体产生较大的危害性；第二，火灾及爆炸危险。火灾及爆炸会造成企业重大损失、人员伤亡，是危害化工生产的重要灾害性风险；第三，化学反应危险；第四，负压及超高压操作风险；第五，高温操作风险；第六，低温操作风险；第七，腐蚀风险；第八，泄漏风险。

2 化工装置设计、运行中对安全问题的控制措施

2.1 加强装置设计技术管理

装置科学合理设计，是装置安全运行的第一保障，故首先要做到。(1)做好日常设计技术管理，优化设计流程，制定设计方案和设计规范要求，制定岗位操作规程，编制工艺卡片，整理技术文件；(2)加强现场纪律的检查，制定考核方案，对纪律执行进行检查，加强对生产岗位基础资料的管理，做好岗位操作数据的记录，编写交接班日记、做好技术台账，加强相关工艺技术资料的管理；(3)组织技术分析，编制设计日报周报月报季报等报表，加强组织技术的测试、装置工艺的标定；(4)做好技术分析和技术难题处理，发现问题，制定对策，确保生产装置和储运系统的安全、稳定运行；(5)对比和分析、采集国内外技术设计资料、技术发展资料，根据化工企业实际情况，推广、应用最新的技术、材料；(6)设计者学习、研究、借鉴国内外先进的工艺技术管理经验、方法等，采用现代化的方法和手段，通过信息资源的共享和利用，提高技术操作和管理水平；(7)定期组织开展技术例会、设计大会，分析技术管理过程中的各种弊端问题，动员设计人员交流、分享、学习技术管理经验，满足技术管理基本要求[4]。

2.2 加强装置条件分析

为了确保化工装置运行条件符合设计要求，保障充足，需要做好以下几方面工作：(1)在化工装置生产运行和工序投料过程中都需要使用外供物料，需加强对外供物料的检查，在下游装置和后期工序预处理时禁止采用未进行安全认证的相似物料和替代料；(2)对后期装置设备安装进度需要提前，确保其安装时间充足，便于和此工序产出物料存储处理系统保持一致；(3)可将试车计划网络中的关键线路供需工序引入到一般线路中，以此提高试车效率，缩短时间；(4)加强对新装置的外观分析，加强缺陷分析，对装置设计、生产、安装、调试、操作各个环节中的问题及时解决，将隐患排查并消除在化工投料之前；(5)加强对操作人员的岗前培训和测试，并控制化工投料、安全生产时间，减少化工投料过程中的原料和燃料的消耗，提高安全和经济性保障[3]。

2.3 明确化工装置生产开、停车的条件

设备开、停车是设备运行状态的重大转变，容易造成意外和事故出现。为此需特别注意以下几点：(1)根据企业领导者和管理者的要求、日常生产方案下达指令，执行命令；(2)处理好上游装置和下游装置与系统之间的位置关系、作用关系；(3)确保装置内蒸汽、氮气、空气、循环水等介质的使用平衡和消耗平衡；(4)分析装置的特点和性能，定期对设备进行检修，制定检维修管理制度；(5)科学分析事故发生率，在危险状态下需要做好安全预警和应急指挥处理；(6)加强信息反馈和传递；(7)科学安装装置，有效发挥装置的作用和功能；(8)制定降本增效方法措施；(9)连接装置开停车网络；(10)确保蒸汽、瓦斯、氮气的平衡；(11)制定装置用汽消耗指标；(12)明确开停车流程；(13)安排污水处理；(14)及时识别和分析装置开停车过程中的危险因素和环境变化因素。

2.4 及时处理化工装置日常生产停车问题

日常生产停车是指在化工装置在试车过程中，因为装置检修、预见公共工程供应可能不正常、工序发生变化等问题引起的主动停车和意外停车，对于该问题的处理需要采取以下几点方法：

(1)编制停车方案，加强对停车操作人员的培训和管理，确保每一个人都了解方案；

(2)加强对停车操作票证、工艺操作票证等检查和落实，及时下发到相应的岗位中；

(3)准备好停车用具、劳动防护用品、专用停车工具、对讲机等通信工具、安全防护服等；

(4)编制停车后的卫生清洁方案，绘制停车阀位图；

(5)编制停车记录表。

2.5 做好化工装置平面布置设计

明确布置设计任务，主要对厂房平面图和立体图进行设计，明确设计要求，生产设备选择要求、电气仪表设施等安装要求，满足生产流程要求，在平面上和空间上进行组合、配置，确保布局良好合规，满足生产工艺、操作、维修、安装要求，以此保证经济效益目标的实现，并缩减空间范围。对车间厂房布置设计，具体包括车间工段、设施、车间场地范围的平面布置；对车间设备布置设计，具体包括生产设备、电气仪表设施的布置。在具体进行车间布置设计时需要做好以下几点工作：

(1)绘制厂区总平面布置图；

(2)把握各装置之间的作用关系，把握辅助车间、生活设施、车间和外道路、铁路、码头、输电、消防之间的关系，并把握车间防火、防雷、防爆、防毒、卫生等设计要求和国家标准、行业规范；

(3)了解车间装置生产工艺，绘制管道图和仪表流程图，了解相关装置数据信息，原材料和成品、半成品数据信息、运输要求、存储要求等；

(4)了解车间各种设备的特点和要求，后期安装、维修、检查、使用、操作需要的时间和空间、位置等。比如人们可以根据设备操作和设计要求选择设备装置是否需要进行露天安装、是否需要定期检修、是否需要更换；

(5)了解车间装置操作的配电、仪表控制和办公、生产、生活设施之间的关系；

(6)了解车间设备表和车间成员表[5]。

2.6 确保装置运行符合安全要求

(1)减少投进物料数量。为了更好地在化学反应过程中精准控制反应速率，提高反应转化率，需要控制和调节化学反应需要的时间，以此减少各种副产物的产生，确保化工生产的安全和稳定。

(2)在化学反应中，反应设备本身的安全与反应过程的控制有着直接的关系，如果在化学反应中发生了各种超温、超压的问题会导致设备出现故障问题，导致安全事件、事故的发生。故在化学反应中需要及时调整反应参数信息，避免反应装置出现各种超温、超压的问题。

(3)及时合规处理三废。在化学反应过程中会产生大量的副产品和废弃物，这些物料的科学处置和利用直接关系着化工企业生产效益的提升。同时一些废物不仅不具备在生产价值，还具备危害性，对环境会产生污染且和环境发生作用后也会产生危害性。对此，在化工装置设计的过程中人们还需要处理好废弃物的排放和利用问题，需要根据相关指标在处理后进行规范排放，在保护现场环境的同时也可以确保现场化工装置设计的安全与可靠。

(4)确保装置的安全和稳定。化工装置设计的目的是保证化工设备的安全，在设备操作中会涉及很多的工艺流程，需要保证设备的安全。很多化工装置在制造的过程要针对性地选择具备防腐性能、抗氧化性能的材料，确保设备的安全与可靠。

(5)根据化工设备操作要求，优化设计结构，对于设备的型号、安全等级、参数等信息加强控制，根据相关规范要求设计，保证设备质量符合要求[6]。

2.7 明确安装设计顺序

在化工装置设计制造完成后，需要进行设备安装。在具体安装时需要遵循化工装置生产线设计原则，综合分析各种设备之间衔接的可靠性、可操作性，一般先需要安装操作要求高、安装难度大、设备规模大的设备，后安装操作要求低、难度小、设备规模小的设备，便于为大型设备预留充足的吊装操作空间[7]。

2.8 加强对安装焊接质量的控制

化工设备焊接质量不但直接关系着化工设备制造质量，也直接关系到设备的安装与设备后期的运行安全。为了打造化工设备精品，避免发生生产安全事故，需在设备制造和安装全过程和全周期加强对焊接工艺质量进行专门的监控。在具体进行产品焊接的过程中需要严格根据相关工序进行，加强环节控制，做好质量测试工作，通过层层控制及时消除焊接隐患。在此过程中要通过自检、互检、专检的多重检测对焊接质量进行科学鉴定、识别和分析。在检验完成进行产品安装时也需要制定可靠的方案，根据安装焊接工艺方案制定工艺操作的细节要求，进行焊接安装，确保降低焊接风险，焊接操作符合工艺要求，确保焊接安装的质量。

2.9 科学制定化工装置运行安全技术要求

化工装置操作、试行流程复杂，涉及危险因素多，工艺参数选择要求高、高温高温、过程控制难度大、安全隐患大、控制要点多，对此在化工装置设计完成后，在正式开车运行前，需要加强对化工装置的检查，对化工生产装置进行安全测试和验收，以此确保化工生产装置各方面都符合化工生产安全运行条件。通过安全测试后，才可确保设备具备安全、规范运行的质量条件。具体可以从以下几个方面进行：

(1)在具体测试和运行装置时需要明确安全检查基本内容和要求，了解试压测试应用方法、化工设备相关知识和化工生产专项技能要求；

(2)了解化工装置试运行方法和内容，了解化工投料运行的要求，了解化工装置安全生命周期管理和验收要求；

(3)学习试压测试技能，进行设备单机测试、化工单元操作运行测试、系统联动试车；

(4)编写化工装置操作规程、安全规程、制作生产运行方案，确定化工装置现场管理细则。

2.10 加强设备安全检查

装置开车前也需要对设计效果，试行情况进行检查，确保化工装置符合安全生产和操作要求，一般需要检查以下几方面工作：

(1)检查设计详图、安装记录、产品质量控制等资料的完整性、及时性；

(2)检查安装和试运行完成情况。检查装置是否全部安装施工完成，施工现场是否存在安全隐患，废弃物是否清理完成；

(3)根据设计要求对施工进行预检查，根据安全运行要求设计安全预检查表，规范性的开展检查工作；

(4)提高试车检验装置检修的可靠性。试车的目的是对检修后的设备功能和性能进行再测试，当前试车常用的方法包括单体试车、分段试车、联动试车[8]。

3 结语

综上所述，在化工装置设计的过程中会遇到多种安全问题，故此在进行装置设计时需要提高重视，要准确把握产品生产特点和要求，做好相关设计；从整体出发，重视各个设备操作过程中的危害性，制定防范措施，及时处理隐患，降低安全事件、事故的发生率；在选择不同的反应装置和化工路线时也需要加强重视，制定科学的设计方案，提高设备的安全性能，为化工生产的安全、稳定进行奠定基础。