齊樹文，陳達(dá)(亞德(上海)環(huán)保系統(tǒng)有限公司，上海 200233)

0 引言

化工工藝為依托化學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)原料轉(zhuǎn)變的方法、過程，由原料處理、化學(xué)反應(yīng)和產(chǎn)品精制等環(huán)節(jié)構(gòu)成，需要在特定設(shè)備、條件下完成，確保生產(chǎn)出的產(chǎn)品符合要求。相較于普通工業(yè)生產(chǎn)過程，化工生產(chǎn)存在的危險(xiǎn)源更多，因此在工藝設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)應(yīng)加強(qiáng)安全風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別，提出有效的控制措施，通過消除安全隱患保證生產(chǎn)活動(dòng)安全、可靠開展。

1 化工工藝設(shè)計(jì)中安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

1.1 工藝路線風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

不同工藝路線將發(fā)揮不同作用，同時(shí)擁有各自特性，未能進(jìn)行安全論證將遺留安全隱患。設(shè)計(jì)實(shí)踐中，未能加強(qiáng)危險(xiǎn)工藝線路管理，對(duì)反應(yīng)原料質(zhì)量管控不嚴(yán)，從一開始引入安全風(fēng)險(xiǎn)，造成線路頻繁發(fā)生安全問題。對(duì)路線中危險(xiǎn)場(chǎng)景進(jìn)行識(shí)別，從失效頻率、后果等方面進(jìn)行考量，實(shí)施預(yù)防性保護(hù)，才能達(dá)到路線安全設(shè)計(jì)要求。但目前許多化工企業(yè)將安全責(zé)任歸結(jié)于工藝質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，卻未能考慮線路流程的合理性，將難以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的有效管控。

1.2 化工物料風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

在化工工藝設(shè)計(jì)中，涉及的物料種類較多、數(shù)量不一，其中不乏有易燃易爆帶腐蝕性、有毒甚至帶有放射性的物料，未能科學(xué)管控將引發(fā)安全風(fēng)險(xiǎn)。各種物料擁有不同的物理和化學(xué)性質(zhì)，未能合理存儲(chǔ)，將給化工生產(chǎn)遺留安全隱患。而未能科學(xué)檢測(cè)，導(dǎo)致物料質(zhì)量不合格，也可能引發(fā)安全事故。在化工反應(yīng)過程中，物料狀態(tài)將發(fā)生改變，也對(duì)工藝設(shè)計(jì)提出了較高要求，應(yīng)確保不會(huì)出現(xiàn)跑、冒、漏等問題，以免給人員的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來威脅。

1.3 工藝裝置(設(shè)備)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

在化工生產(chǎn)實(shí)踐中，需要根據(jù)使用場(chǎng)合、工作特點(diǎn)、工作性能、操作工況、原材料特性、經(jīng)濟(jì)合理性等綜合因素選擇工藝裝置，所以生產(chǎn)不同化工產(chǎn)品的裝置性能、結(jié)構(gòu)形式、容量等都存在差異。選用反應(yīng)裝置，需要結(jié)合反應(yīng)工況確定是否需要承受高溫、高壓等條件，確保設(shè)備結(jié)構(gòu)、材質(zhì)等符合要求[1]?？剂康囊蛩夭蝗?，直接進(jìn)行裝置設(shè)計(jì)、制造和安裝，可能導(dǎo)致裝置出現(xiàn)密封不足、反應(yīng)溫度超反應(yīng)器承受最大限值等問題，引發(fā)泄漏、爆炸等安全事故。在工藝設(shè)計(jì)中，未能配備專業(yè)的檢驗(yàn)設(shè)備，選用的反應(yīng)類、控制類設(shè)備等無法滿足生產(chǎn)或操作準(zhǔn)確性需求，將增加化學(xué)反應(yīng)危險(xiǎn)性，給相關(guān)工序帶來不良影響。

1.4 工藝管道風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

按照工藝流程進(jìn)行管道布置，需要認(rèn)識(shí)到管道設(shè)計(jì)不合理將引發(fā)泄漏、物料傳輸不及時(shí)等各種情況，造成原本設(shè)計(jì)的化學(xué)反應(yīng)未能正常進(jìn)行，或因?yàn)槲ｋU(xiǎn)化學(xué)品泄漏造成安全事故。管道用于輸送物料，應(yīng)結(jié)合工藝實(shí)際進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，缺乏對(duì)不同物料性能差異的考量，選擇的管道質(zhì)量不佳或管道搭接不合理等問題的發(fā)生，就可能造成管道受到腐蝕，出現(xiàn)泄漏問題。此外，在管道設(shè)計(jì)時(shí)未考慮振動(dòng)、水錘、失穩(wěn)、腐蝕破裂、高溫蠕變等因素的影響，尺寸或輸送壓力等無法達(dá)到物料流動(dòng)要求，也將給化工生產(chǎn)帶來安全威脅。

1.5 工藝過程風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

在化工反應(yīng)工藝過程中，控制系統(tǒng)失效、人員誤操作、環(huán)境變化和機(jī)械失效等都可能引發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，要求在設(shè)計(jì)階段全面考量，做好危險(xiǎn)分類和危險(xiǎn)區(qū)劃分，對(duì)重點(diǎn)工序和危險(xiǎn)因素存在的主要作業(yè)場(chǎng)所進(jìn)行監(jiān)管。而操作危險(xiǎn)與人員對(duì)工藝、裝置、物料、控制系統(tǒng)技術(shù)要點(diǎn)的掌握程度等相關(guān)，在設(shè)計(jì)時(shí)需要提出具體要求和標(biāo)準(zhǔn)。缺少相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，未為人員作業(yè)提供科學(xué)指導(dǎo)，容易引發(fā)安全事故。部分操作工序?qū)Νh(huán)境條件也提出了較高要求，如粉塵、雜物過多可能給裝置或管道運(yùn)行帶來影響，引發(fā)爆炸等安全事故，需要做好提前防控。

2 化工工藝設(shè)計(jì)中安全風(fēng)險(xiǎn)控制

2.1 優(yōu)化工藝路線

鑒于生產(chǎn)化工產(chǎn)品的工藝路線多種多樣，不同的工藝路線存在不同的潛在風(fēng)險(xiǎn)，理想的化學(xué)反應(yīng)應(yīng)該具備以下特點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單、安全、高收益和高選擇性、節(jié)能、使用可再生或可循環(huán)利用的試劑與原料。實(shí)踐中，化工過程難以同時(shí)滿足所有的目標(biāo)，按照多目標(biāo)尋求優(yōu)化與平衡化工過程為導(dǎo)向，運(yùn)用軟件和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行定量和定性進(jìn)行分析。如廢氣廢液焚燒處理工藝中，物料經(jīng)過廢氣輸送、廢液輸送、焚燒系統(tǒng)、余熱回收系統(tǒng)、激冷降溫、煙氣凈化(脫硝、脫硫及除塵)系統(tǒng)，最后尾氣達(dá)標(biāo)通過煙囪排放。對(duì)存在安全風(fēng)險(xiǎn)的環(huán)節(jié)進(jìn)行重點(diǎn)分析，通過分段細(xì)化篩選出重點(diǎn)監(jiān)控工藝參數(shù)，采取有效控制策略。根據(jù)分析結(jié)果調(diào)整部分裝置、工藝等，并定期進(jìn)行工藝完整性分析，保證生產(chǎn)過程的順暢性和安全性。

2.2 掌握物料特性

針對(duì)物料因素引發(fā)的安全風(fēng)險(xiǎn)，從化工物料不同危險(xiǎn)特性角度分析揭示其不同特征結(jié)構(gòu)影響因素，明確特征結(jié)構(gòu)因素對(duì)危險(xiǎn)特性的影響程度及規(guī)律，建立物料檔案記錄，為物料的快速鑒別與篩選提供指導(dǎo)。根據(jù)工藝需求，應(yīng)采購合格的化工原材料，在進(jìn)廠前加強(qiáng)質(zhì)量檢驗(yàn)，嚴(yán)格執(zhí)行工藝標(biāo)準(zhǔn)。在物料存儲(chǔ)階段，應(yīng)按照危險(xiǎn)化學(xué)品儲(chǔ)存要求做到單獨(dú)存儲(chǔ)易燃易爆、有毒等危險(xiǎn)物料，并加強(qiáng)存儲(chǔ)數(shù)量控制，適當(dāng)降低密度[2]。在存儲(chǔ)時(shí)，禁止物料與禁忌物處于同一空間，并結(jié)合物料特性做好建構(gòu)物的設(shè)計(jì)，確?？梢詽M足防漏、防爆等要求。在工藝實(shí)踐中，需要根據(jù)物料特性合理設(shè)計(jì)反應(yīng)過程，如在硝化工藝中，使用的硝化劑多帶有強(qiáng)氧化性、腐蝕性等，與有機(jī)化合物等接觸將發(fā)生燃燒、爆炸，在工藝設(shè)計(jì)上應(yīng)確保硝化劑在反應(yīng)前不會(huì)與這些物質(zhì)接觸，有效預(yù)防安全事故發(fā)生。在工藝生產(chǎn)過程中，針對(duì)儲(chǔ)存區(qū)、生產(chǎn)區(qū)等各個(gè)區(qū)域，應(yīng)安排專人進(jìn)行巡檢，確保物料的規(guī)范管理，個(gè)人防護(hù)符合要求，消防設(shè)施齊全，全面保障物料存儲(chǔ)和使用安全。

2.3 加強(qiáng)裝置(設(shè)備)分析

在裝置選型方面，應(yīng)結(jié)合工藝特點(diǎn)完成安全與風(fēng)險(xiǎn)因素分析，考慮每個(gè)裝置(設(shè)備)對(duì)其他過程的影響，達(dá)到整個(gè)工藝過程的安全化。進(jìn)行裝置設(shè)計(jì)時(shí)，考慮以下原則：采用新設(shè)備、新技術(shù)，縮小設(shè)備尺寸，減少向外釋放的危險(xiǎn)物料量和設(shè)備儲(chǔ)存的能量，通過本質(zhì)安全設(shè)計(jì)(最小化、替代、弱化、簡(jiǎn)化等)的策略消除或減少過程中的風(fēng)險(xiǎn)。裝置(設(shè)備)的設(shè)計(jì)既要符合工藝設(shè)計(jì)溫度、壓力等要求，也要考慮物料本身對(duì)設(shè)備材質(zhì)的腐蝕等造成的影響。通常情況下，裝置應(yīng)有針對(duì)工藝要求設(shè)計(jì)合理的控制方案；針對(duì)偏離正常工藝要求的工藝過程有預(yù)警和干預(yù)措施；對(duì)超出工藝要求的異常工況有緊急安全保護(hù)系統(tǒng)。如在焚燒工藝中，選擇焚燒爐、鍋爐裝置等，應(yīng)結(jié)合以往工藝流程加強(qiáng)安全事故總結(jié)，一方面增加關(guān)鍵點(diǎn)的在線測(cè)量?jī)x表、泄壓閥等；另一方面引入SIS系統(tǒng)預(yù)防出現(xiàn)不可控工況。

2.4 管道系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)

管道設(shè)計(jì)應(yīng)符合有關(guān)的法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)程，以及系統(tǒng)流程的要求，同時(shí)滿足施工、操作和維修等方面的要求。管道的安全設(shè)計(jì)要考慮以下要點(diǎn)：第一，管徑阻力降滿足工藝流率、控制要求、泵入口必須汽蝕余量以及避免雙相流和噪聲污染等要求；第二，對(duì)輸送腐蝕、易燃易爆、有毒介質(zhì)的管路，要考慮材質(zhì)、連接形式和限制流速等要求；第三，管道布置、敷設(shè)方式、應(yīng)力分析、安全距離、管道支架形式及距離等要符合規(guī)范要求；第四，其他特殊要求，綜合考慮保證安全，例如對(duì)于可燃?xì)怏w、液化烴和可燃?xì)怏w管道的接地應(yīng)符合《化工企業(yè)靜電接地設(shè)計(jì)規(guī)程》；對(duì)于可能泄漏危險(xiǎn)化學(xué)品的泄漏點(diǎn)，設(shè)置有毒、可燃有毒氣體檢測(cè)儀，并將檢測(cè)數(shù)據(jù)引入火災(zāi)和氣體報(bào)警系統(tǒng)。要對(duì)管道安全設(shè)計(jì)進(jìn)行全方位的考量，采取多方面的措施來切實(shí)保障管道系統(tǒng)的安全。

2.5 儀表系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)

工藝的監(jiān)視和控制離不開儀表系統(tǒng)的安全可靠的運(yùn)行，為此儀表類型的合理設(shè)計(jì)、選型、安裝和維護(hù)也是工藝安全的重要組成部分。首先，在工藝設(shè)計(jì)中儀表的設(shè)置要合理有效的檢測(cè)工藝過程；其次，儀表選型要符合工藝要求、適用環(huán)境等；再次，基本過程控制系統(tǒng)和安全系統(tǒng)的獨(dú)立性，避免因環(huán)境溫度、壓力等共因失效引起的系統(tǒng)失效；然后，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔明了的人機(jī)接口畫面，對(duì)操作人員的操作任務(wù)要符合職業(yè)要求，并且安排有效的培訓(xùn)。

2.6 開展安全設(shè)計(jì)審查

在工藝設(shè)計(jì)工作中，加強(qiáng)設(shè)計(jì)程序管理，明確各專業(yè)條件和責(zé)任要求，提升專業(yè)素質(zhì)。開展內(nèi)部自查、專業(yè)審查、多專業(yè)會(huì)議評(píng)審，以及外部的審查、安全監(jiān)督管理機(jī)構(gòu)審查、預(yù)開車安全審查。不同階段安全設(shè)計(jì)審查內(nèi)容不同，前期工作，主要審查工藝設(shè)計(jì)文件、項(xiàng)目選址和總平面布置方案；在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)階段，安全審查包括總平面布置圖、裝置設(shè)備布置圖、危險(xiǎn)區(qū)域劃分圖、工藝管道和儀表流程圖(P&ID)、公用工程管道和儀表流程圖(U&ID)、火炬和安全泄放系統(tǒng)設(shè)計(jì)、消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)、《建設(shè)項(xiàng)目安全設(shè)施設(shè)計(jì)專篇》等對(duì)安全設(shè)計(jì)影響重大的設(shè)計(jì)文件的審查，以及HAZOP審查、安全儀表系統(tǒng)(SIS)審查；在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，安全審查主要包括修改或新增部分的安全審查、操作手冊(cè)審查以及HAZOP審查。對(duì)設(shè)計(jì)變更進(jìn)行評(píng)審、驗(yàn)證和確認(rèn)，如有重大安全設(shè)計(jì)方案變更時(shí)，應(yīng)進(jìn)行重新審查。在役化工裝置，要按期進(jìn)行安全設(shè)計(jì)診斷和審查。不斷在實(shí)踐中總結(jié)，以滿足最新安全法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，形成符合工藝安全設(shè)計(jì)要求的適用參考資料。

3 結(jié)語

化工工藝安全設(shè)計(jì)直接決定著化工企業(yè)的未來，化工工藝設(shè)計(jì)要達(dá)到最佳流程與設(shè)備單元及其間的最佳組合，并創(chuàng)造最佳操作條件，在此條件下使產(chǎn)品成本降低。所有這些目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，離不開化工工藝的安全設(shè)計(jì)。深入認(rèn)識(shí)化工生產(chǎn)過程中存在的風(fēng)險(xiǎn)、有害因素及危險(xiǎn)源、并對(duì)潛在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，才能科學(xué)、合理性地采取管控措施，消除隱患、降低風(fēng)險(xiǎn)，保證企業(yè)與社會(huì)人員生命與財(cái)產(chǎn)安全。