孫越

（南京格洛特環(huán)境工程股份有限公司，南京 210048）

化工原料藥項目安全設計要點的探討

孫越

（南京格洛特環(huán)境工程股份有限公司，南京 210048）

化工原料藥生產(chǎn)項目涉及危險化學品和危險化工工藝。分析了原料藥生產(chǎn)中使用的危險化學品具有易燃、易爆、有毒、腐蝕等危險性質，指出生產(chǎn)過程中采用的化工工藝和化工單元操作具有一定的危險性，從工藝設計角度提出了通過對裝置采取監(jiān)控報警、安全連鎖和安全泄放等應對措施和設置安全附件，從而為項目設計提供必要的安全技術保障。

化工原料藥；危險化學品；危險化工工藝；安全設計

化工原料藥是西藥藥品的主要生產(chǎn)原料，其生產(chǎn)制造主要是采用化學品通過化學反應合成再精制的方法獲得，原料藥制備的化學反應按反應要求分別在有壓力、溫度和深冷等不同條件下進行。參與反應的化學品和溶劑大部分被列入《危險化學品目錄》（2015版）[1]的?；访麊危@些溶劑和部分原料具有易燃、易爆、腐蝕和有毒的特性，鑒于上述化學品的危險特性和合成反應的性質和條件，原料藥生產(chǎn)操作過程中具有一定的危險性，對生產(chǎn)安全提出了高要求。為防止生產(chǎn)事故的發(fā)生，結合化工原料藥生產(chǎn)特點采取有效的安全設施是合成原料藥生產(chǎn)裝置安全運行和生產(chǎn)的保證。

本文從工藝角度來論述化工原料藥項目的安全設計問題，為原料藥裝置的工藝安全設計提供一些思路和借簽。

1 合成原料藥制備過程的危險性

化工原料藥的生產(chǎn)工藝與傳統(tǒng)化工工藝比較，既有傳統(tǒng)化工工藝的蒸發(fā)、攪拌、過濾、傳質和換熱等化工單元操作，也有多個反應釜可同時進行一種反應，匯合多個反應釜產(chǎn)物進入下個工序，較少采用塔設備進行反應合成，多在反應釜內完成化學反應。原輔材料品種多而復雜，大多為有機化合物，工藝流程長，采用萃取、結晶、離心分離、冷凝、蒸餾和干燥等化工單元操作多，對產(chǎn)品有潔凈和質量要求，生產(chǎn)規(guī)模小等自身獨有的特點。由于使用的有機原料需溶于溶劑再參與化學反應，該類項目設計宜配備溶劑回收裝置。

1.1 原輔材料和溶劑的危險性

用于合成原料藥的主要化工原料為化學品，大部分列入重點監(jiān)管的危險化學品名錄。一般為堿、無機酸和無機鹽等無機化合物，如氫氧化鈉、硫酸、三氯化鋁、氨等。還有有機酸、酯、酚、苯等有機化合物，如甲酸、二乙酯、苯酚、乙醛、硝基苯等。同時對一些不能溶于水的有機物原料采用有機物做溶劑，作為反應物的載體，如甲苯、乙醚、丙酮、乙醇等。

（1）作為化工原料的的酸、堿對設備和管道具有腐蝕性，部分揮發(fā)性的酸如鹽酸、氫氟酸等對人體具有一定危害。

（2）火災類別為甲、乙類的有機化工原料和溶劑，尤其是具有低閃點、低沸點的物料，如乙醚、甲醇等易揮發(fā)形成可燃性氣體，在儲存和生產(chǎn)中易引發(fā)閃爆、爆炸和火災事故。

（3）易燃物料在管道輸送時容易產(chǎn)生靜電積聚引發(fā)放電，造成爆炸火災。

（4）低引燃能量的易燃物料如黃磷等置于空氣中會自燃，引發(fā)火災。

（5）溶劑如乙醚、異丙醇、四氫呋喃、1，4-二氧己環(huán)等在保存中接觸空氣會產(chǎn)生過氧化物，在使用過程中如果加熱到一定溫度會自爆，引發(fā)火災危險。

（6）原料如氫化鋁鋰、硼氫化鈉、三氯化磷、三異丙醇鋁等遇水會發(fā)生劇烈反應，大量放熱，引發(fā)事故發(fā)生。

（7）部分原料具有一定的毒性，在泄漏、火災爆炸后擴散到空氣或水系中，造成環(huán)境污染，甚至導致嚴重的中毒事故。

1.2 化學反應和工藝操作單元過程的危險性

1.2.1 原料藥合成化學反應的危險性

化工原料藥合成的部分化學反應（如硝化反應、氯化反應等）屬于重點監(jiān)控危險化工工藝，具有一定的危險性。有些化學反應過程中會生成氣體或放出大量熱量，若不能控制反應速率和及時移走氣體和熱量，會造成設備超壓、沖料、爆炸和火災事故。

1.2.2 工藝操作單元過程的危險性

（1）生產(chǎn)操作中存在或引發(fā)爆炸、火災危險。

在生產(chǎn)操作過程中，從桶或儲罐抽送有機物料至計量罐加料過快，易產(chǎn)生靜電；在釜底放料離心分離時，物料中的有機物蒸汽易在操作現(xiàn)場積聚；在萃取、洗滌分層和干燥過程中，低沸點的溶劑易揮發(fā)產(chǎn)生蒸汽外溢和集聚；干燥間通風不良，部分粉粒狀可燃固體產(chǎn)品與空氣形成爆炸混合物；在易燃、易爆物料反應結束，反應釜未降溫的狀況下直接空氣破空，空氣與易爆物料形成高溫爆炸混合物；低沸點有機物料長距離輸送，物料氣化致使爆炸性氣體逸出。

（2）生產(chǎn)操作中存在沖料泄漏危險。

在反應釜合成原料藥過程中，投料進度過快、攪拌電機斷電、冷卻水（冷凍劑）斷流，會使反應溫度過高，造成有機物料或溶劑氣化，引發(fā)沖料泄漏；低沸點物料（乙醚等）儲罐冷卻措施失效發(fā)生溢罐事故。

（3）生產(chǎn)操作中存在人身傷害危險。

在加料、過濾、干燥等人工操作過程中，部分酸堿和劇毒物料易接觸人體導致人身傷害和中毒；在安全泄放過程中泄放至大氣環(huán)境中的物料有引發(fā)火災和造成人員傷害及中毒。

1.3 有機溶劑化工蒸餾的危險性

有機溶劑（醚類、醇類、酯類、烷類和苯類等）是原料藥生產(chǎn)物料的載體，生產(chǎn)過程中不參與化學反應，在反應完成后需從生成物料中分離出來再回用到生產(chǎn)中，可以采用蒸餾的方法進行回收。

化工蒸餾是依據(jù)液體混合物的組分在不同溫度下?lián)]發(fā)度的不同，使其分離成純組分的操作，在原料藥生產(chǎn)中由于其分離效率高，適用范圍廣而應用于產(chǎn)品的提純和溶劑的回收。

有機溶劑在蒸餾過程中的危險性主要在于有機溶劑自身的易燃、易爆特性，在蒸餾的密閉高溫環(huán)境條件下形成的，主要體現(xiàn)在五個方面：

（1）在蒸餾過程中形成的有機蒸汽若排氣不暢、冷卻速度跟不上揮發(fā)速度的情況下致使系統(tǒng)壓力增大，造成沖料甚至爆炸、火災的危險。設備接口密封不嚴會發(fā)生蒸汽帶物料泄出與設備口摩擦產(chǎn)生靜電導致爆炸，甚至引發(fā)設備內易燃物料被點燃的危險。

（2）負壓蒸餾抽出易燃易爆的有機氣體直接排空有燃爆的危險。蒸餾結束后采用空氣破空，有機溶劑高溫液體物料或蒸汽接觸空氣造成爆炸和火災的危險。

（3）蒸餾對液體物料而言是個濃縮過程，溶液中的介質隨著溶劑的減少，操作控制不當會造成物料溶液變稠、結焦、固化，甚至堵塞放料口，聚集過熱后有引發(fā)爆炸火災的危險。

（4）溶劑中留存的硝基物料隨著溶劑的循環(huán)套用會逐漸累積，在蒸餾過程中溫度達到分解爆炸溫度有爆炸和火災的危險。

（5）蒸餾操作中冷凝接收罐有溢罐引發(fā)火災的危險。

1.4 其他危險性

（1）低溫合成冷凍劑采用液氮時，在操作中有凍傷的危險，液氮提供冷量氣化后排放氮氣時在泄放管出口端有結冰堵塞的危險。

（2）在使用液氮和氮氣的廠房為封閉式廠房有氮氣泄漏時有引發(fā)窒息的危險。

（3）置于室外無防曬措施的甲類物料中轉罐易揮發(fā)逸出易燃易爆氣體引發(fā)火災的危險，尤其是低沸點物料有溢罐時有引發(fā)火災的危險。

（4）互為禁忌的物料存放在同一倉儲設施里、部分對存儲溫度有要求的物料在無降溫設施的倉儲設施有發(fā)生事故的危險。

2 合成原料藥項目采取的安全防范措施

化工原料藥生產(chǎn)裝置具有一定危險性，對此從工藝上對生產(chǎn)原料和溶劑進行安全選擇；優(yōu)化工藝路線；對工藝操作參數(shù)的監(jiān)控、控制和連鎖調節(jié)；設備和管道配置安全附件；采取必要的安全措施和執(zhí)行嚴格的安全管理制度，為裝置的安全運行和安全應急處理提供可靠的技術和職業(yè)安全衛(wèi)生保障。

2.1 按國家安監(jiān)總局安全生產(chǎn)要求和標準規(guī)范采取安全措施

（1）盡量采用不是重點監(jiān)控的?；返脑匣虬氤善纷鲋扑幵?，如果原料和溶劑是重點監(jiān)控的危險化學品，按照“重點監(jiān)管的危險化學品安全措施和應急處置原則的通知”[2-3]采取安全措施和應急處置原則進行防范。

（2）按照“重點監(jiān)管的危險化工工藝安全控制要求、重點監(jiān)控參數(shù)及推薦的控制方案”[4-5]對化工原料藥項目中重點監(jiān)管的危險化工工藝進行安全監(jiān)控和安全控制連鎖設計。

（3）按《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》（GB 50160—2008）[6]的要求，制藥廠房盡量采用敞開式或半敞開式設計，如果確實要采用封閉式廠房必須配置相應的強制通風系統(tǒng)。物料在裝置和管道內密閉運行，抽真空和逸散出的氣體單獨收集后進行無害化處理排放。對工藝裝置進行設備布置，確保防火間距滿足要求。

（4）針對裝置各單元的危險特性制定對應的生產(chǎn)操作規(guī)程和嚴格的安全管理制度。按照《生產(chǎn)經(jīng)營單位生產(chǎn)安全事故應急預案編制導則》（GB / T 29639—2013）[7]建立事故的應急預案。按照《化工企業(yè)勞動防護用品選用及配備》（AQ / T 3048—2013）[8]和《危險化學品單位應急救援物資配備要求》（GB 30077—2013）[9]的要求進行個體防護用品、應急器材的配置。

（5）應用危險與可操作性分析（HAZOP）對裝置的安全性和可操作性進行設計審查，針對分析結果，采取相應的應對措施。

2.2 對危險物料采取的安全措施

（1）易自燃物料（黃磷、固體甲醇鈉、硫氫化鈉等）不得與有機溶劑或強氧化劑同倉儲存。遇濕發(fā)熱易自燃物料（氫化鋁鋰、硼氫化鈉、三氯化磷、三異丙醇鋁等）在儲存中需包裝完好，倉儲干燥通風?；瘜W不穩(wěn)定易爆物料（過氧化物、多硝基化合物等）應單倉儲存，在儲存、搬運和加料操作過程中防止震動和摩擦。低沸點物料的倉儲應有降溫通風設施。劇毒原料倉庫大門須設有雙鎖，現(xiàn)場安裝視頻監(jiān)控。

（2）熱敏性物料（乙醚、異丙醇、四氫呋喃、1，4-二氧己環(huán)等）隨用隨采購，儲存時間過長在使用前應采用淀粉碘化鉀試劑測試其是否含有過氧化物，若有應用還原劑進行去氧化物處理后再使用。

2.3 生產(chǎn)裝置采用自控及監(jiān)控報警安全設施

（1）化工原料藥生產(chǎn)項目涉及易燃、易爆、有毒?；泛臀ｋU化工工藝，現(xiàn)場除必要的料桶加料、過濾和巡檢操作人員以外，生產(chǎn)操作應由操作人員在操作室內通過自控儀表完成。項目應采用PLC自控儀表系統(tǒng)，經(jīng)濟條件允許應上集散控制系統(tǒng)（DCS），重要的監(jiān)控參數(shù)、控制連鎖和報警信號進自控系統(tǒng)，同時現(xiàn)場設置必要的操作儀表和報警器，方便安全操作。屬于重點監(jiān)管的危險化工工藝對重點監(jiān)控信號和安全信號及連鎖執(zhí)行機構設置獨立的安全儀表系統(tǒng)（SIS）。

（2）針對物料和溶劑的危險特性，生產(chǎn)裝置現(xiàn)場設置易燃、易爆和有毒氣體現(xiàn)場聲光報警設施，同時信號接入自控系統(tǒng)。封閉廠房需連鎖強制通風系統(tǒng)的開關。

（3）對要求控制反應速度的加料采用計量調節(jié)閥自動滴加進料的方式來控制加料，滴加管道上裝有視鏡便于觀察，如果反應速度對溫度和壓力有要求，加料進度控制裝置與溫度和壓力參數(shù)連鎖。

（4）采用液氮和氮氣的封閉廠房應設置氧氣濃度測量儀，附帶現(xiàn)場報警器，設置的位置在用氮設備附近。

（5）反應釜和蒸餾釜設置溫度計、壓力計和液位計，蒸餾硝基和聚合類物料采用真空蒸餾，以降低蒸餾溫度，其蒸餾釜還需設置低液位報警器。

（6）易燃易爆、有毒物料倉庫設有易燃易爆有毒氣體報警裝置和強制通風系統(tǒng)。

2.4 生產(chǎn)裝置采用安全附件安全設施

（1）帶壓工藝系統(tǒng)的設備設置壓力表，反應釜、蒸餾釜設置爆破膜，蒸餾氣體管道的最高端進冷凝器前安裝安全閥。

（2）輸送易燃易爆物料的管道管徑采用比正常大一規(guī)格的金屬管道并做靜電接地，桶裝物料抽送采用金屬軟管并與接管可靠連接，所有現(xiàn)場金屬設備、鋼平臺構架及金屬管架采用靜電接地措施。

（3）易燃、易爆、有毒、腐蝕物料、液氮和氮氣進入生產(chǎn)裝置的管道上設置切斷閥和8字盲板。

（4）易燃、易爆和有毒物料計量罐設有液位計和溢流管道。

（5）真空泵排氣管道上設置止逆閥，抽出的氣體應設收集處理系統(tǒng)進行處理。

2.5 生產(chǎn)裝置采用緊急泄放安全設施

工藝系統(tǒng)需設有緊急泄放系統(tǒng)，當發(fā)生緊急事態(tài)需緊急停車時，可采用自動或手動打開放空閥門，帶壓物料排出，泄放反應釜或蒸餾釜的壓力，泄放的物料（包括防爆膜和安全閥泄放物料）應在屋頂設置物料收集罐收集固態(tài)和液態(tài)物料，尾氣送處理系統(tǒng)無害化處理排放。

2.6 生產(chǎn)裝置采用收集系統(tǒng)安全設施

（1）離心過濾機、放料處、烘干機現(xiàn)場附近設置吸風罩，收集飄逸出的氣體集中無害化處理。

（2）低沸點物料（乙醚等）采用桶包裝，現(xiàn)場短線真空抽料、計量罐加料的形式，桶、管線和計量罐有冷卻保冷設施，加料現(xiàn)場設有吸風罩收集逸散氣體。低沸點物料做溶劑的物料加熱和蒸餾時采用熱水，蒸餾接收槽有溫度和液位監(jiān)控。

（3）對裝置中間儲罐、計量罐和接收罐設置圍堰等泄漏物料收集處理設施。

2.7 生產(chǎn)裝置采用其他安全設施

（1）現(xiàn)場設置公用工程站，配置工藝水、儀表風和氮氣供應點。采用氮氣對易燃物料的壓濾操作、設備和管道的氣體置換和真空蒸餾的破真空。

（2）液氮放空管出口端設蒸汽加熱伴管。

（3）對于部分因超溫或停止攪拌造成物料聚集引發(fā)事故的反應釜供水的循環(huán)冷卻水裝置、攪拌器的供電采用二級電源負荷。

（4）易揮發(fā)、易燃、易爆和有毒物料的裝置中間罐設置氮封保護，采取遮陽等防曬措施，中間罐設有溫度計和液位計，其液位與罐區(qū)打料泵電機連鎖。儲罐放空管設呼吸閥和阻火器，有毒物料儲罐放空應設收集處理系統(tǒng)。

（5）在蒸餾操作中，對常壓下沸點150 ℃以上的物料采用真空蒸餾，對常壓下沸點30 ～ 150℃的物料采用常壓蒸餾，對常壓下沸點30 ℃以下的物料采用加壓蒸餾。

3 結束語

化工原料藥生產(chǎn)項目涉及的危險化學品和危險化工工藝多，具有易燃、易爆、有毒、腐蝕等危險性，為保障項目生產(chǎn)過程的安全、預防重大事故和職業(yè)病的發(fā)生，消除和減弱危險有害因素，在項目實施和裝置設計中采取有效的安全防范措施和安全技術、設置必要的安全附件是原料藥裝置安全生產(chǎn)的保障。

[1]國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局等十部門公告.〔 2015〕5號 危險化學品目錄2015[S].

[2]國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局. 安監(jiān)總廳管三〔2011〕142號，首批重點監(jiān)管的危險化學品安全措施和應急處置原則的通知[S].

[3]國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局. 安監(jiān)總管三〔2013〕12號，第二批重點監(jiān)管的危險化學品安全措施和應急處置原則的通知[S].

[4]國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局. 安監(jiān)總管三〔2009〕116號，首批重點監(jiān)管的危險化工工藝目錄，首批重點監(jiān)管的危險化工工藝安全控制要求、重點監(jiān)控參數(shù)及推薦的控制方案[S].

[5]國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局. 安監(jiān)總管三〔2013〕3號，第二批重點監(jiān)管的危險化工工藝目錄，第二批重點監(jiān)管的危險化工工藝安全控制要求、重點監(jiān)控參數(shù)及推薦的控制方案，調整的首批重點監(jiān)管危險化工工藝中的部分典型工藝[S].

[6]GB 50160—2008，石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范[S].

[7]GB / T 29639—2013，生產(chǎn)經(jīng)營單位生產(chǎn)安全事故應急預案編制導則[S].

[8]AQ / T 3048—2013， 化工企業(yè)勞動防護用品選用及配備[S].

[9]GB 30077—2013，危險化學品單位應急救援物資配備要求[S].

Discussion of Key points in Safety Design for Active Pharmaceutical Ingredient Projects

Sun Yue
（Nanjing Green-Water Environment Engineering Co. Ltd, Nanjing210048）

The production of chemical API (active pharmaceutical ingredient) involves with hazardous chemicals and processes. In this article, the hazardous properties of chemicals used in the production of API, including fl ammability, explosion, poisonousness and corrosion, were analyzed. It was indicated that there is certain hazards in chemical process and unit operations used in chemical production. It was proposed, from the view points of process design, to use monitoring alarm, safe interlock and safe release devices to provide necessary safety guarantee for project design.

chemical API; hazardous chemicals; hazardous chemical process; safety design

TQ 086.3

A

2095-817X（2017）06-0027-004

2017-06-06

孫越（1964—），男，工程師，主要從事化工工程設計及項目管理工作。