Research on the Identification and Control of Safety Hazards in Chemical Process Design

YANG Wei-jia

（Shijiazhuang Changfeng Environment Engineering Co.， Ltd.， Shijiazhuang 050000， China）

【摘? 要】在社會經(jīng)濟(jì)事業(yè)穩(wěn)步推進(jìn)的背景下，我國化工行業(yè)發(fā)展迅猛，在注重發(fā)展速度的同時，越來越關(guān)注發(fā)展的質(zhì)量?；すに囋O(shè)計是化工生產(chǎn)活動當(dāng)中必不可少的內(nèi)容，也是一項高度復(fù)雜的工作。在化工生產(chǎn)活動中使用的材料具有較大的毒性，操作與使用過程中的危險性較強(qiáng)，極易影響工作人員的安全和設(shè)施設(shè)備的運(yùn)行，進(jìn)而影響化工產(chǎn)品的質(zhì)量與功能，因此，在化工工藝設(shè)計中有效防控安全危險因素至關(guān)重要。對此，論文對化工工藝設(shè)計進(jìn)行介紹，詳細(xì)分析化工工藝設(shè)計中的安全危險因素，對化工工藝設(shè)計中安全危險的識別與控制策略展開深入研究，以期促進(jìn)化工行業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展。

【Abstract】Under the background of the steady advancement of social and economic undertakings， China's chemical industry has developed rapidly. While paying attention to the development speed， it pays more and more attention to the quality of development. Chemical process design is an essential part of chemical production activities， and it is also a highly complex work. The materials used in chemical production activities are highly toxic， and the operation and use process is more dangerous， which can easily affect the safety of workers and the operation of facilities and equipment， and then affect the quality and function of chemical products. Therefore， it is very important to effectively prevent and control safety hazard factors in chemical process design. In this regard， the paper introduces the chemical process design， analyzes the safety hazard factors in chemical process design in detail， and makes an in-depth study on the identification and control strategies of safety hazards in chemical process design， so as to promote the healthy and stable development of the chemical industry.

【關(guān)鍵詞】化工工藝設(shè)計;安全危險;識別;控制

【Keywords】chemical process design; safety hazards; identification; control

【中圖分類號】TQ086? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2022）03-0142-03

1 引言

化工行業(yè)在當(dāng)代工業(yè)體系當(dāng)中占據(jù)舉足輕重的地位，對于工業(yè)建設(shè)發(fā)揮著很強(qiáng)的推動作用?；ば袠I(yè)發(fā)展的重點是對化工材料進(jìn)行有效加工，使企業(yè)通過生產(chǎn)將原材料轉(zhuǎn)化為工業(yè)材料，并根據(jù)使用需要廣泛應(yīng)用到建筑、礦業(yè)等不同領(lǐng)域。化工生產(chǎn)活動對安全的要求高，在生產(chǎn)過程中要注重科學(xué)化工工藝的使用，并在工藝設(shè)計當(dāng)中排查各類安全危險因素，識別危險之后提出有效的風(fēng)險控制策略，消除設(shè)計當(dāng)中的安全隱患，確保整體設(shè)計質(zhì)量達(dá)標(biāo)?；て髽I(yè)應(yīng)該清楚認(rèn)識到工藝設(shè)計是化工生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，應(yīng)該在設(shè)計過程中積極探究生產(chǎn)環(huán)節(jié)存在的各類安全風(fēng)險，加大對化工生產(chǎn)的管控力度，消除生產(chǎn)中的安全事故，順利達(dá)成生產(chǎn)目標(biāo)。

2 化工工藝設(shè)計概述

2.1 內(nèi)涵

化工工藝指的是依托多樣化的化學(xué)技術(shù)將生產(chǎn)原料轉(zhuǎn)化成化工產(chǎn)品的過程與方法。化工工藝流程主要包括以下3個部分：第一，處理原料。原料處理的重點就是運(yùn)用凈化、混合、提濃等方法對原料進(jìn)行有效處置，最終讓原料成為符合化工生產(chǎn)要求的材料。第二，化學(xué)反應(yīng)。所謂化學(xué)反應(yīng)就是對處理完成的化學(xué)原料施加反應(yīng)條件，促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，順利完成轉(zhuǎn)化?；瘜W(xué)反應(yīng)的類別很多，例如，還原反應(yīng)、氧化反應(yīng)、聚合反應(yīng)，等等。第三，產(chǎn)品精制。對經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)所獲得的產(chǎn)品，采取分離、去雜質(zhì)等方法將其轉(zhuǎn)化成為符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品的過程就是精制的過程?；すに囋O(shè)計的內(nèi)容較為復(fù)雜，無論是哪項設(shè)計內(nèi)容，都會為產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)節(jié)的安全性帶來極大的影響。工作人員在任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)疏漏，都有可能影響化工生產(chǎn)的安全性與可靠性，使企業(yè)無法生產(chǎn)符合人們需求的化學(xué)產(chǎn)品。

2.2 價值

化工工藝設(shè)計的實施要在特定時間范圍內(nèi)完成，確保設(shè)計任務(wù)完成的質(zhì)量以及安全性，加大成本把控力度，為廣大工作人員提供安全管理的優(yōu)質(zhì)環(huán)境。恰當(dāng)?shù)幕すに囋O(shè)計能夠讓化學(xué)產(chǎn)品生產(chǎn)所需的原材料在優(yōu)質(zhì)的環(huán)境當(dāng)中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，保證得到的產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)標(biāo)，防止在化學(xué)反應(yīng)過程中出現(xiàn)危險產(chǎn)物，影響工作人員的健康。此外，在項目的后期階段，化學(xué)工藝污染必須得到化工企業(yè)的重視?；すに囋O(shè)計涉及的化學(xué)產(chǎn)品種類較多，而大部分的化學(xué)品具有易燃易爆、有毒、腐蝕性強(qiáng)等特征。基于這種情況，如果化工工藝設(shè)計環(huán)節(jié)存在不足或者缺陷，極有可能為后續(xù)的生產(chǎn)和操作帶來不良影響，從而誘發(fā)嚴(yán)重的安全事故。為滿足化工工藝設(shè)計與安全生產(chǎn)的要求，確保生產(chǎn)活動的科學(xué)性，關(guān)于各類危險因素的識別和控制工作，應(yīng)該在工藝設(shè)計階段完成，只有這樣才能提前識別和預(yù)測風(fēng)險，了解潛在的危險因素，從而在后續(xù)的化工生產(chǎn)環(huán)節(jié)予以規(guī)避和預(yù)防。合格的設(shè)計人員應(yīng)該在設(shè)計早期評估可能對產(chǎn)品生產(chǎn)安全帶來不良影響的因素，叫停有潛在風(fēng)險的操作和工序，保證化工工藝設(shè)計與安全生產(chǎn)活動的有序推進(jìn)。從這一角度分析，化工企業(yè)應(yīng)該提高對化工工藝設(shè)計環(huán)節(jié)的重視程度，尤其是把安全管理落到實處，及時識別并且處理風(fēng)險，為化工企業(yè)的長效發(fā)展提供支持。

2.3 特征

在化工工藝設(shè)計的整個過程中，每個設(shè)計流程都具有極高的技術(shù)含量。與化工生產(chǎn)活動的其他內(nèi)容相比，化工工藝設(shè)計呈現(xiàn)以下典型特征：第一，化工工藝設(shè)計要求具備完備的設(shè)計資料?；どa(chǎn)過程當(dāng)中的資料很多，例如，企業(yè)測試數(shù)據(jù)、生產(chǎn)資料等。因為一些資料并沒有投入實際生產(chǎn)活動當(dāng)中展開驗證，造成材料可靠性欠缺。所以化工工藝設(shè)計的內(nèi)容多，設(shè)備體系復(fù)雜，想要確保整體的設(shè)計水準(zhǔn)，應(yīng)該把關(guān)注點放在收集設(shè)計資料與對資料進(jìn)行嚴(yán)格核實方面，確保各類資料可以為方案確定提供參考。第二，化工工藝設(shè)計包含極大的工作量?；どa(chǎn)要應(yīng)用各種不同類別的設(shè)備，涉及很多管線，同時，需要提高對各類材料處理的要求，當(dāng)然巨額資金的投入也必不可少。為有效提升化工生產(chǎn)效益與企業(yè)所生產(chǎn)產(chǎn)品的綜合競爭力，一些企業(yè)從工藝設(shè)計著手，縮短設(shè)計周期，運(yùn)用開發(fā)與設(shè)計同步推進(jìn)的形式，最終造成設(shè)計工作量大幅上漲，為最終的設(shè)計水平帶來極大程度的影響。因此，企業(yè)應(yīng)對設(shè)計工作內(nèi)容進(jìn)行統(tǒng)籌考慮，確保工作安排合理。第三，化工工藝設(shè)計存在規(guī)模上的差異。因為化工企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品種類很多，化工工藝設(shè)計規(guī)模各不相同，配套的設(shè)施非常復(fù)雜，一些化工企業(yè)在工藝設(shè)計過程當(dāng)中，并未嚴(yán)格遵循規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)與要求，最終造成工藝設(shè)計水平一直停留在基礎(chǔ)階段，無法確保化工生產(chǎn)安全。因此，企業(yè)應(yīng)結(jié)合自身實際和產(chǎn)品要求，設(shè)定科學(xué)合理的設(shè)計規(guī)模。

2.4 內(nèi)容

在整個化工領(lǐng)域，化工工藝設(shè)計會對產(chǎn)品質(zhì)量帶來決定性影響，所以化工工藝設(shè)計獲得了各方面的關(guān)注。要想對工藝設(shè)計展開研究，就要對設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行把握。第一，概念設(shè)計。概念設(shè)計可以為化工工藝設(shè)計流程完整度的提高帶來關(guān)鍵支撐，概念設(shè)計是生產(chǎn)化工產(chǎn)品和建立設(shè)備操作模式的基礎(chǔ)部分。概念設(shè)計要求對化工產(chǎn)品與化工設(shè)備功能進(jìn)行細(xì)分，把抽象化概念轉(zhuǎn)化成為形象具體的模型，為后續(xù)的化工工藝設(shè)計打好基礎(chǔ)。概念設(shè)計中應(yīng)深度剖析企業(yè)生產(chǎn)資源、剖析生產(chǎn)環(huán)節(jié)存在的潛在問題。為確保概念設(shè)計流程的完整性，應(yīng)該把化工設(shè)備和化工產(chǎn)品視作一個統(tǒng)一體，有效規(guī)劃設(shè)計產(chǎn)品的功能、性能。概念設(shè)計結(jié)果要把化工制造內(nèi)容具體化，開展對整個制造過程的多角度研究，立足不同視角開展深化設(shè)計，然后逐步進(jìn)入中試設(shè)計與初步設(shè)計層面。第二，中試設(shè)計。中式設(shè)計是確保化工產(chǎn)品生產(chǎn)過程完整可靠的重要流程，應(yīng)該嚴(yán)格校驗工藝條件與整個生產(chǎn)流程，使得化工產(chǎn)品與生產(chǎn)試劑性能穩(wěn)定。在中試設(shè)計過程中，應(yīng)該收集并且整理生產(chǎn)數(shù)據(jù)，記錄生產(chǎn)當(dāng)中的控制變量。對于這個設(shè)計階段的數(shù)據(jù)誤差和其他問題，應(yīng)該認(rèn)真校對生產(chǎn)流程和有關(guān)細(xì)節(jié)，確保產(chǎn)品生產(chǎn)流程完整穩(wěn)定，同時，應(yīng)該持續(xù)完善生產(chǎn)線，確保生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。第三，施工圖設(shè)計。施工圖的設(shè)計是化工工藝設(shè)計體系當(dāng)中尤為關(guān)鍵的步驟，會對產(chǎn)品生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)帶來很大的影響。施工圖設(shè)計成果是把工藝設(shè)計和生產(chǎn)流程整合的內(nèi)容，所以要細(xì)致分析和審核施工圖紙成果。面對化工企業(yè)的差異化生產(chǎn)需要，應(yīng)該對施工圖紙設(shè)計內(nèi)容和化工產(chǎn)品生產(chǎn)設(shè)備的性質(zhì)與規(guī)格展開有效匹配，解決中試設(shè)計和初步設(shè)計環(huán)節(jié)的遺留問題。施工圖設(shè)計成果更加側(cè)重生產(chǎn)過程，對生產(chǎn)資源開展科學(xué)調(diào)配，深層次解析化工工藝的實施狀況。施工圖設(shè)計的重點是生產(chǎn)作業(yè)流程，分析實操條件，比對生產(chǎn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，保證生產(chǎn)的有效性。

3 化工工藝設(shè)計中的安全危險因素

通過上述內(nèi)容可以明確的是，化工工藝設(shè)計是化工生產(chǎn)當(dāng)中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，由于整個設(shè)計過程是非常煩瑣和復(fù)雜的，涉及的影響因素有很多，所以在整個設(shè)計體系當(dāng)中包含一定的安全危險因素，只有做好危險識別工作，才能為后續(xù)的控制工作提供參考與方向指導(dǎo)?？傮w來說，化工工藝設(shè)計中的危險因素主要包括以下幾方面：一是物料因素。物料是開展化工產(chǎn)品生產(chǎn)最為基礎(chǔ)和根本的內(nèi)容，如果物料質(zhì)量不過關(guān)，那么生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量也就得不到保證?；どa(chǎn)的原料無論是類別還是數(shù)量都非常多，每個物料所具備的物理與化學(xué)性質(zhì)也有很大的差異，如果在物料存儲、檢測等方面存在不恰當(dāng)?shù)那闆r，極有可能埋下安全隱患，威脅后期生產(chǎn)活動，特別是誘發(fā)安全事故。二是管道因素。管道在整個化工工藝流程當(dāng)中非常重要，管道設(shè)計與布置是化工工藝設(shè)計的重點。如果管道性能不過關(guān)，極易出現(xiàn)化學(xué)物料腐蝕造成管道破裂與物料泄漏。如果管道設(shè)計不科學(xué)，存在很多的彎道或者管道之間的搭接不夠合理，極易造成物料傳輸不暢或者管道泄漏等情況，誘發(fā)嚴(yán)重的化學(xué)安全事故。三是線路因素。線路設(shè)計對化工生產(chǎn)至關(guān)重要，一般而言，每條線路的特性和功能都具有差別，如果化工線路不夠科學(xué)合理，極易造成產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量下降的情況，也會留下很大的安全隱患，誘發(fā)事故。四是環(huán)境因素?；瘜W(xué)原料處理、化學(xué)反應(yīng)、產(chǎn)品精制等環(huán)節(jié)，都對環(huán)境條件提出了很高的要求，同時，部分操作流程對外部環(huán)境要求很高，如果沒有調(diào)控環(huán)境因素，遇到相對極端的環(huán)境條件，極易影響生產(chǎn)活動的正常推進(jìn)，影響化工工藝設(shè)計安全。五是裝置因素?；どa(chǎn)的各類裝置都是結(jié)合生產(chǎn)實際與生產(chǎn)原料性質(zhì)設(shè)計的，如果在沒有全面考量各類因素的情況下就進(jìn)行裝置的設(shè)計安裝，就會留下安全隱患，造成裝置運(yùn)行中的泄漏、爆炸等事故。

4 化工工藝設(shè)計中安全危險的識別及控制策略

4.1 物料方面

對完整的化學(xué)工藝流程來說，物料是貫穿全程的因素，所以物料的安全性會為化工生產(chǎn)帶來極大的影響。對此，化工工藝設(shè)計人員應(yīng)該根據(jù)物料特點和操作工藝的實際要求識別與控制物料方面存在的危險因素。化工物料有有機(jī)和無機(jī)之分，每一個部分又可以細(xì)化成不同的類別，要識別物料方面的危險因素并對其進(jìn)行控制，應(yīng)該從物料自身和物料間的反應(yīng)著手。就物料本身的特征而言，一些物料的化學(xué)性質(zhì)是很不穩(wěn)定的，極有可能受環(huán)境等多元因素影響，從而改變性質(zhì)，造成反應(yīng)異常的問題。例如，氯化工藝涉及的是放熱反應(yīng)，而在生產(chǎn)當(dāng)中運(yùn)用的材料大多是易燃易爆的，很容易因為壓力、溫度等情況誘發(fā)風(fēng)險。此外，在化工工藝當(dāng)中應(yīng)該對物料間反應(yīng)情況進(jìn)行嚴(yán)格控制。例如，在硝化工藝當(dāng)中，硝化劑和有機(jī)化合物接觸之后，容易出現(xiàn)燃爆情況，于是要在設(shè)計當(dāng)中控制兩類物料的接觸。

4.2 管道方面

管道方面危險因素的識別和控制的關(guān)鍵是要防止管道泄漏，所以應(yīng)該結(jié)合化工工藝的情況，剖析出現(xiàn)管道泄漏的原因，并制定相應(yīng)的方案。在管道防泄漏的工藝設(shè)計當(dāng)中，應(yīng)該做好如下工作：對管道分支數(shù)量進(jìn)行把控，最大限度地減少管道死角，防范物料傳輸不順暢等問題;盡可能選擇大排放口，避免影響正常排放;結(jié)合化工工藝需要，對小孔徑支管進(jìn)行改善，確保檢驗效果;根據(jù)管道和附件熱膨脹特征，提前設(shè)計伸縮方案，避免為正常生產(chǎn)活動帶來不良影響;對密封墊進(jìn)行合理使用，維護(hù)管道密封性能，降低危險發(fā)生率;對管道支撐進(jìn)行恰當(dāng)設(shè)計，檢驗安全閥，滿足安全管理要求;處理管道腐蝕問題，優(yōu)化防護(hù)方案。

4.3 線路方面

線路設(shè)計是整個工藝設(shè)計當(dāng)中非常重要的部分，而且在危險因素的識別控制當(dāng)中，應(yīng)該把經(jīng)濟(jì)性和安全性統(tǒng)一起來進(jìn)行考慮。設(shè)計者需要把全局作為出發(fā)點進(jìn)行分析，控制主要化學(xué)反應(yīng)，從而確保工藝路線完整性。例如，在裂解工藝設(shè)計活動當(dāng)中，整個過程涉及大量的化學(xué)反應(yīng)，例如，壓縮、干燥、縮合、脫氫等。設(shè)計人員需要篩選主要化學(xué)反應(yīng)，基于此，為裂解工藝分段，進(jìn)一步細(xì)化與完善分段工藝。同時，要篩選出需要著重監(jiān)控的化工工藝參數(shù)，做好參數(shù)設(shè)計，確定針對性強(qiáng)的控制方案。

4.4 環(huán)境方面

在環(huán)境因素的把控上，為了消除危險因素，設(shè)計人員應(yīng)該著重控制溫濕度、清潔度、壓力等因素，目的是為化工工藝設(shè)計和生產(chǎn)活動提供優(yōu)質(zhì)的生產(chǎn)環(huán)境，降低事故發(fā)生率。例如，完善配備溫度和濕度的監(jiān)測設(shè)備，了解生產(chǎn)過程當(dāng)中的溫濕度信息，便于及時進(jìn)行調(diào)控;關(guān)注化工工藝設(shè)備的清潔度，定期清掃擦拭。

4.5 裝置方面

化工裝置屬于極易出現(xiàn)安全事故的一個因素，所以在化工工藝設(shè)計當(dāng)中應(yīng)該著重關(guān)注，全面考慮其潛在風(fēng)險，完善風(fēng)險防范措施。首先，應(yīng)該認(rèn)識到化工工藝應(yīng)用的裝置數(shù)量和類別很多，所以設(shè)計者要根據(jù)工藝特征篩選裝置，提前剖析裝置危險性;其次，要對工藝操作和具體的操作范圍進(jìn)行考量，恰當(dāng)選取裝置類別和裝置的連接方法，維護(hù)生產(chǎn)安全;最后，應(yīng)該對裝置特性進(jìn)行綜合考慮，提前預(yù)防安全事故，例如，鍋爐極容易受磨損、積灰、裂縫等故障影響而誘發(fā)事故，因而在設(shè)計中應(yīng)做到提前預(yù)防，如涂抹保護(hù)劑、安裝壓力監(jiān)測設(shè)備、做好溫度控制，等等。

5 結(jié)語

在當(dāng)前的化工生產(chǎn)環(huán)節(jié)，風(fēng)險問題是普遍存在的，很多危險因素潛藏在化工生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，如果處理不當(dāng)，極易出現(xiàn)不可挽回的后果。因此，對于化工生產(chǎn)來說，安全生產(chǎn)是最為關(guān)鍵的，只有完善安全保障措施，才能讓化工生產(chǎn)有序推進(jìn)，保證廣大工作人員的安全，提高生產(chǎn)效益。隨著安全生產(chǎn)要求的提高，應(yīng)該將安全管理的一系列措施應(yīng)用于化工工藝設(shè)計環(huán)節(jié)，設(shè)定有效的工藝流程。工作人員應(yīng)該對化工工藝設(shè)計的全過程進(jìn)行追蹤，對其中的各類安全危險進(jìn)行識別和判斷，判斷危險因素所在位置和可能引發(fā)的不良影響，結(jié)合生產(chǎn)需求優(yōu)化工藝流程，制定有效的防治策略。

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【作者簡介】楊偉佳（1986-），女，甘肅平?jīng)鋈?，從事化學(xué)工程研究。