化工工艺安全设计中的危险因素及防范措施

王力强

（中凯工贸有限责任公司，甘肃兰州 730060）

近年来，我国化工行业迅速发展，已经成为了我国经济的重要支柱，为增强我国综合实力做出了重要贡献，也促进了人民群众生活水平的提升，是我国发展的重要力量。化工生产中存在着多种风险因素，许多化工原料本身具有毒性，或者易燃易爆的特性，必须要妥善管理，所用设备也容易受到化学反应的影响出现故障，如不能及时解决也容易引发事故，造成经济损失和人员伤亡。因此，企业必须加强化工工艺安全设计，加强对危险因素的控制防范。

1 化工工艺安全设计概念及识别危险因素的重要意义

对化工工艺进行安全设计，须立足于确保系统安全，同时对护壁原料具备的物理和化学性质，危险级别以及库存量进行综合考量，对理化反应期间，特定化工原料最终生成化工产品进行技术实现途径设计。而且，还要结合管道技术、安全仪表以及发生化学反应的设施等要素，进一步优化完善化工产品生产技术途径。化工行业是一种工程量巨大的建设项目，大体量大生产规模，潜在或明显的安全风险非常多，危险等级较高，一旦出现安全事故，带来的生命财产损失难以估量。因此。要求所有进行安全设计的相关人员既要保证化工企业正常生产，还要对化工原料进行性质分析，尤其是高危化学品，一定要严加控制，对化工生产期间容易导致安全风险的原料。半成品，催化剂，成品以及辅料等进行细致周到的安全测试，结合它们具备的危险等级采取针对性的火灾或爆炸风险防护，加强安全管理，把化工生产工艺的风险因素降低到最低限度，保证化工企业安全生产，避免引发环境和社会危害确保化工生产实现可持续发展。

2 化工工艺安全设计特点

化工行业生产期间，化工工艺通常需要结合化学反应过程，结合它们类型各异的反应条件，促使特定的化学物质产生设定的化学反应，最终得到所需化学产品。化工工艺涵盖3个工艺流程阶段：第一，设计人员通过科学合理的方式方法开始第一步处理转化化工原料。原料历经加工以及纯净化等工艺流程，期间需要消耗一定时长；第二，原料进入适用的专业设备开始发生化学反应，期间可能因相关介质被加热，或者自身出现放热，一旦控制失误就会诱发高压，处理不及就会爆炸；第三，原料完成化学反应生成化工产品，由技术人员实施进一步加工处理。化工企业的实力参差不齐，一些技术和设备相对后进的企业实力不济，没有搜集到足够全面完整的数据资料，无法为化工工艺进行安全设计的人员提供有力参考，最终成型的设计方案必定漏洞百出。

3 化工工艺的分类设计

①方案设计。虚构设计与概念设计互为别称，它首先假定企业化工生产具备的大型机械，方案设计要在中试开始之前完成，目的是为了对生产路线的合理性以及工艺条件的标准化程度进行检测，为后续小试的规模及目的提供决策依据。②中试设计。这个阶段的检测内容，就是对为中试量身定做的工艺条件及路线进行检测，期间检测系统保持间断运行，由此测评设计的预期产品具备怎样的应用性能，为工程设计提供备选方案。再通过对所得数据及工艺路线进行校准与建模，评价放大产生的响应，对工艺流程中积累的杂质给工艺设计和化工产品带来的最终影响进行检测。需要注意的是，上述内容支持局部及整体检测，可以展开极尽详尽的研究分析。③初步设计。这是化工工艺精炼设计的初步阶段，最终结果就是对工艺设计进行整体预算，明确初步设计的具体执行规范。结合工程选址以及基础设计给出的任务书，可以着手实施技术和经济层面的总体研究与预算后确定设计方案，对设计结果的要求是保证工程旋转计算、审核、招标以及选购生产材料及设备的所有需要，同时提供工程建设所需的投资参考。④施工图设计。初步设计提交审核，上级部门会给出相关意见，设计人员可参考这些意见，明确设计工作原则及初步设计方案并设置成施工图设计，结合工程生产及非标设备具体需要，施工图设计依据每项设计组分的相关比例设置图纸及文字标注，开始落实施工规划，明确规划目标，对方案进行优化完善，再着手初步设计。

4 化工工艺设计中须注意的安全危险

4.1 选择化工原料控制问题

没有化工原料，就无法生产出所需化工产品，化工生产的首要环节就是选择化工原料。化工工艺设计需要对原料进行全面的性能了解，化学反应的反应热以及相关原理更要了解清楚。而且，类型不同的化工原料，运输及储存期间所需的环境及管理条件都非常严苛，需要针对性地进行综合及分类设计，一旦混合放置，势必酿成惨烈事故。

4.2 设备选型的安全问题

化工工艺设计方案涉及到化工设备及相关管道时，须综合考量其填入的原料类型特点、工作期间的压力及温度，以及工艺流程需要，依据材料特性对设备类型进行针对性选择。设备应用期间不可避免地会出现蠕变、磨损以及疲劳，都会导致设备适使用寿命缩短，合理的设备选型是防范上述因素及相关危险事故的有效手段。第一，化工企业生产通常偏重于追求生产效率，一旦设备进入工艺流程，即开始长期超负荷运行，无疑加大了设备危险事故的发生概率；第二，设备运行期间企业忽视金属材料的必要检测，导致结构缺陷很难察觉；第三，疲劳状态下的设备更容易受到腐蚀或损毁。

4.3 化工工艺设计缺乏完整基础资料

通常化工企业开展新的工艺包研发，须依据足够的基础资料或者按照研发机构提供的原料完成配制，如果研发准备阶段没有进行必要的数据完全或测试，资料的完整性则达不到保证工艺安全稳定运行的要求。化工产品多种多样，涉及到的设备类型即规格型号复杂多变，选择非标设备及定型设施时，要求相关设施必须具备超高性能，如果化工设备及工艺细节与实际需要不符，基础资料不完善就会引发安全事故。

4.4 设计选择工艺路线

设计化工工艺期间，即使是一个产品，也会具有差异性的工艺方法和生产路线，设计人员选择时还须遵循安全风险及环境危害最小的工艺为最佳路线的原则。生产环节在发生化学反应时，须添加适用催化剂使反应强度适度降低，对化学反应进行动力学分析并掌握相关数据，对分析爆炸风险很有帮助。对化学反应过程的潜在副反应风险进行评估，对包括原料、催化剂以及辅料等在内的材料进行全面分析，做好混合反应的准备工作并详细记录。同时，还要监测工艺条件不同情况时的化学反应差异，监测内容涵盖反应温度与压力及开工和停工变化，同时记录每个反应罐的压力波动数据，化工工艺设计力求面面俱到，确保安全合理设计。

5 化工工艺安全设计危险因素控制策略

5.1 优化化工工艺安全设计方案

化工工艺开展安全设计，需要进行全面细致的研究分析，要通过构建理化变化的原理基础，结合化工产品生产过程的具体状况，设计期间严格控制化工生产方案。要依据化工生产的工艺规范和实际需要。高质量设计化工安全生产工艺，结合动态变化对设计方案中的内容、工艺安全以及执行流程进行优化调整，全面促进化工工艺设计达到安全生产要求。通过研究分析化工安全生产工艺的整体设计和发展态势，化工企业的正常生产还须在统筹兼顾安全生产工艺设计和生产方案的基础上，加强安全管理力度，从企业实际出发，优化提升化工工艺开展安全设计的质量和水平。举例来说，2，3-二氯-硝基苯是化工生产的重要原料，是易燃易爆物品，处于高温环境即立即分解，产生的气体毒害性很强。同时，这种化工原料遇到强氧化剂极易发生化学反应，直接危害到现场作业人员的生命安全和身体健康。这就要求设计人员全面优化安全生产工艺设计方案，针对类似高危原料须严格控制反应条件。比如，考量氮封温度和压力的必要性，可以起到控制安全风险的作用。要切实优化完善化工工艺安全设计，必须引进先进的信息技术，把关于化工产品、原料以及设备等方面的信息搜罗殆尽，全部输入信息系统，对包括原料特性、安全风险以及储存管理等在内的内容进行全面分析，切实提升设计方案的实效性。举例来说，化工原料形态各异，储存和投料等方式也千差万别，晶料与粉料属于固态，它们和液态原料存在很大黏度差异，而原料的易燃易爆特性也是选择投料方式的关键依据。设计化工生产的安全工艺，还须综合考量原料发生反应的作用原理和安全管理条件，举例来说，化学反应属于吸热还是放热，反应需要的温度和压力条件，放热过程的速度等，直接决定投料方式的选定，需要在一次性全投，还是部分定速连续投以及部分一次性全投之间合理选定。

对化工工艺安全设计进行优化完善，须重点关注安全性要求，作业人员的生产操作必须保证规范标准，须在原料储存管理、投入生产以及化学反应期间加强管理的综合力度，减少安全危害。同时，无论如何地进行安全设计，始终不能百分之百地消灭安全风险，设计人员还须从设计路径方面加强配置的合理性。如卸料釜及高位槽添加与否，管道设计需要怎样的高低差和走向，以及具体管径等，都要设计人员综合考量。一旦结束路径设计，还须全面检测设计方案的安全性，通过安全试验和检测消除设计方案的安全缺陷。化工工艺安全设计还须重点关注必须的安全设施，这是防范安全事故、降低事故危害的必备设施，须结合安全生产和防护的实际需要，提升安全设施设计质量，促进安全生产。

5.2 优化控制设备选型

化工工艺的安全设计方案出来以后，要确保严格贯彻落实，其中专业适用的设备选型，是安全生产的最大保障。化工生产期间，化学反应的温度与压力条件以及原料质量，都会直接影响到生产质量，要求设备选型必须与上述条件完全吻合，才能确保安全生产。这就要求化工设备必须严格落实针对性选型，管理人员须全面控制化工生产及其设备和应用过程，切实提高安全生产管理水平。

要做到合理控制化工设备，还须针对应用过程中的潜在安全风险，出台相应的科学有效的应急预案，日常安全管理工作中，须认真排查诱发安全事故的因素，综合分析导致化学反应失控以及其他安全隐患。选择适用的反应器，还须从适宜工艺操作的角度出发，探究工艺应用具备的安全系数，再考量具体情况最终敲定设备型号，同时还要对化工原料做到安全使用，兼顾原料反应所需的温度与压力条件，保证安全操作，生产抗腐蚀和抗压能力强的化工产品。化学反应期间存在的杂质，会直接影响到反应的平衡性、速率以及副反应，安全风险会因此而上升，所以要求化学反应控制必须兼顾杂质控制，确保设备安全运行。

对化工工艺进行安全设计，管道监管工作要着重分析管道的应力条件，同时也不能忽略对管道的振动、设置以及选材方面的研究，可有效提高化工工艺安全设计的安全可靠性，同时优化完善工艺流程。要根据化工管道实际需要，选材须强调安全可靠且经济适用，结合化工原料的燃爆风险因素，有效防范断裂风险，有效促进化工企业实现安全生产。

5.3 严格控制化工生产流程

化工生产其实就是工艺流程的执行过程，要完善工艺应用，提高生产质量，须全面控制化工生产的各项参数和工艺路线，第一，根据生产需要进行行之有效的科学管理，确保工艺流程能够安全有效地贯彻执行。安全设计可根据需要适度调整相关工艺，根据生产需要教育作业人员树立牢固的安全观念。还要为化学反应留出足够的环境空间，结合生产需要和工艺应用进行反应控制。第二，化工设备应用期间，要严格控制物料流动过程产生的流量和压力参数，提高安全管理质量。同时，化工原料都有很高的腐蚀性，叠加温度因素，会很大程度上影响到化学反应进程，要求化工工艺的安全设计必须控制化工设备的生产环境，强调规范化操作，为化工设备提供安全保障，降低事故概率。要求化工企业必须全程实时监测生产过程，采集监测数据，据此对工艺流程进行动态化优化调整，确保安全操作。期间须全面控制化工生产的原料应用、反应程度以及工艺路线，尤其是危险等级极高的相关介质，必须严格控制用量，这是确保安全生产的关键环节。同时，还要严格控制生产环节，控制内容涵盖化工原料和设备、人为及环境等影响因素，准确评估化工生产的安全风险程度，有效控制生产环节的事故风险，确保企业整体性提升工艺水平。

6 结语

化工工艺具有相当的危险性，化工工艺安全设计对于安全生产、维护群众生命安全具有重要意义。化工工艺设计主要有方案设计、中试设计、初步设计以及施工图设计几种分类，设计时在化工原料选择、设备选型、设计基础资料、工艺路线的设计与选择方面存在着风险因素。因此，设计方应采取相应的防范措施，完善安全设计方案，加强物料存储管理和投放设计，进行安全试验检测，优化设备选型和控制，严格控制工艺流程，加强生产过程监测，确保安全生产。