何建伟 段军恒
山东省方明化工股份有限公司
摘 要：化工工艺设计是化工行业较为关键的内容，对化工作业安全效益的顺利获得具有直接影响，关乎化工工业的安全。因此，文章以化工工艺安全设计为入手点，利用指标分析方法，从物料、流程、设备设施、条件等方面识别了化工工艺中存在的危险，并就相关危险点特征及危害范围提出了几点控制措施，希望能为化工工艺的安全运行提供保障。
关键词：化工工艺;安全设计;危险识别
在化工行业迅猛发展的进程中，工艺流程、条件日趋严苛，危险化学物料用量不断增加，在给化工企业带来巨额经济收益的同时，也产生了较大的安全事故隐患。而当前我国内部还没有可完整、科学评估化工工艺风险等级的安全评价手段，无法保证化工工艺的安全性。因此，从工艺安全设计视角入手，探索化工工艺危险的识别手段以及控制措施，就具有非常重要的意义。
1 化工工藝安全设计中的危险识别指标体系构建
在化工工艺安全设计过程中，评价指标体系的构造可看作具体与抽象交互影响的辩证逻辑思辨过程，即在全面认知研究对象情况的前提下，结合生产经验、标准规范，对化学工艺进行深层次、系统化、完善化处理。典型化工工艺可以划分为工艺所使用的物质危险性、化学反应过程风险[1]。后者主要是由于化工工艺流程中涉及了大量的热量交换，除工艺条件高温外，反应过程也会进行大量热释放，当系统反应散热速率在反应热生成速率以下时，反应体系温度会持续升高，由此带动反应速率持续增加，推动热生成速率的进一步加快。而系统“自热”的恶性循环会诱导反应失控，即反应过程涉及的物质由亚稳态转化为不稳定状态，甚至产生小分子大量存在的分解热，增加反应容器压力，招致反应器超压破裂、爆炸等不良后果。由此可知，化工工艺安全设计中危险识别指标的关键为，重点考虑化工工艺运作中显著释放热能而引发的热失控风险，具体指标可以划分为物料危险性、设备危险性、流程危险性等几个模块。
2 化工工艺安全设计中的危险识别结果分析
2.1 物料
化工工艺物料危险主要体现在物质爆炸极限、物质毒性、物质闪点等方面。从绿色化学、工艺本质安全视角可知，化工生产中不同类型物质的选择和恰当搭配，可以控制危险事故隐患[2]。
2.2 设备设施
设备设施特指化工工艺安全设计中所使用的工具，比如管道等。管道的主要职责为进行不同状态物料的运输，化工工艺所涉及的物料多具有强酸性、强碱性、易燃性或易爆性特点，若在运输阶段出现管道泄漏问题，将会造成严重的生态环境以及社会环境安全事故。
2.3 条件
化工工艺操作条件包括反应压力、反应温度、生产用量等多个部分。其中，高温高压、低温低压均对设备、工艺安全运行具有较大负面影响，而生产用量则通过工艺所可达到规模的直接体现对工艺安全造成影响。
2.4 流程
工艺流程危险主要表现为工艺运作过程中因化学反应热量交换而出现的热失控情况，与绝热温升、冷却功率、最大反应速率、承压能力有关。其中，冷却功率直接影响了工艺运作中的化学放热反应，一旦冷却功率不足，就会导致反应热无法被及时移走，增加工艺危险度[3]。
3 化工工艺安全设计中的危险控制措施
3.1 物料
化工生产原材料处理是化工工艺运作的基础环节，需要负责人依据工作规范进行原材料类比判定。根据所获得的信息，经过进一步提纯、混合、净化操作，完成原材料的标准化、科学化处理，达到提升化学反应活性、效率、质量的目的。为了精准控制化工工艺物料环节存在的危险，人员应围绕化工工艺物料特性，依托专业经验，从物理、化学等多个方面进行系统分析，从根源上消除化工工艺运作过程中的物料风险因子。一般为获得某一种目的的产品，对应原料、辅料并非唯一可用的，在有选择余地的情况下，应优先选择无危险性、危险性较小的物料。同时，对于精制化学反应后出现的粗品，其内部含有较多类型不一的杂质，应利用萃取、蒸馏等方式，对其进行进一步净化，保证化工物料应用安全。除此之外，为了避免对生态环境安全造成影响，技术人员应综合考虑废料是否可综合利用（无害化处理）、过程用催化剂（或助剂、原料、载体、溶剂）是否必要或可减少、是否可回收循环使用等因素，最大程度降低生产废弃料产生量，达到物尽其用的效果。
3.2 设备设施
在化工工艺运作过程中，化学反应设施设备是关键载体，对工艺运作质量以及生产效益具有直接影响[4]。
根据化工工艺载体设备设施所处环节以及所承担功能的差异，使用方法、维保要求也具有较大差别。因此，人员应主动了解各环节化工工艺反应载体的用途，定期检查、剖析、记录化工物料在对应环节的表现差异，结合国家标准规范进行载体装置使用与维保方案的定期更新，保证化工工艺设备设施的安全运行。化工工艺设备设施等装置从本质上而言，是多个工艺操作单元的组合，技术人员可以将视线投向单元之间的安全衔接以及干扰消除视角，在其他单元正常状态维持的情况下，进行某一单元处理事故、故障的隔离处理方案设计，达到平稳停车目的。特别是在管道管理阶段，为了避免管道运输阶段因泄露而引发安全事故，需要人员在明确现有化工工艺路线所涉及管道性能、材料、作用的前提下，依据物料与管道一一对应的原则，科学匹配。若系统存在连续散发有毒气体、可燃气体、酸雾、粉尘的情况，应进行密闭带除尘、除雾、吸收装置的设置。同时，定期对管道泄露情况进行检查，及时采取惰性气体密封防腐处理方式，消除管道安全隐患问题。
此外，危险介质藏量与化工工艺安全事故发生率、损失量、影响范围呈正相关，因此，在设备设施应用过程中，技术人员应尽可能减少危险介质藏量。比如，利用连续反应代替间歇反应，在大型设备底部设置排量超过8m3/h的液化烃泵入口，利用膜式蒸馏代替蒸馏塔，利用离心抽提代替抽提塔，利用闪蒸干燥代替盘式干燥塔等。
3.3 条件
化工工艺过程条件的严苛程度并非无法变更，在富有余地的情况下，技术人员应尽可能缓和过程条件的严苛度。比如，采取更好的催化剂，利用气相进料代替液相进料，稀释进料浓度等，在一定程度上缓和化学反应的剧烈程度[5]。同时，鉴于化工工艺运行过程安全事故出现概率与条件参数具有较为密切的关系，且化工工艺条件参数的数量与其对工艺运行过程安全度的干扰成正比。因此，在化工工艺条件设计过程中，技术人员应贯彻删繁就简的原则，利用一个条件完成多种操作的模式代替多个条件分别完成一个功能的模式，在一定程度上增加生产可靠性、电气安全性以及本质安全水平。比如，对于散发有害气体、有害蒸汽的厂房，除通风设施设置外，应依据TJ36车间空气中有害物质最高容许深度要求，设定机械通风取风口确保送出空气中有害气体、粉尘低于车间空气有害物质最高容许深度值的30.00%。
3.4 流程
从化工工艺安全运作层面可知，科学、恰当地控制化工工艺流程，需要以化学反应热量交换为重点，综合考虑绝热温升、冷却功率、最大反应速率、承压能力等因素，进行逐一分析判定、控制[6]。具体控制作业开展前期，技术人员可以归纳整理化工工艺前期全部资料，将获取的制作厂家数据资料、物料基础设计包等信息进行整理汇总，同时收集所需的数据资料并研究资料的提供方法，根据所判定的提供方法进行化工工艺流程中危险环节的识别与组织控制。
一般，化工工艺流程多通过图示的方式表示，涵盖了化工生产工艺全部文件。比如，对于物料从原料到成品或半成品的工艺过程以及所涉及设备装置、管线的设置情况，可以利用工艺流程草图的方式设置。在工艺流程草图中，利用示意图表述化工工艺生产阶段所使用的设备机器，并利用数字、文字、字母进行相关设备名称、位号的填写。以某物料残液蒸馏处理的工艺方案流程草图为例，其主要为蒸汽+物料残液+上水→蒸馏釜→冷凝器→真空受槽→放空，或者蒸汽+物料残液+上水→循环冷却回水→液态物料去物料贮槽。由上述流程图可知，工艺中所使用的设备为冷却器、蒸馏釜、真空接受罐，流程为物料残液与水共同进入蒸馏釜内形成共沸物，在蒸汽加压作用下进行常压蒸馏处理。馏分进入冷却器，与水逆向换热冷却后先后进入真空受罐、物料贮罐。而从冷却器流出的馏分可以依靠真空泵的抽力向压力低的位置流动。在整个流程中，风险较大的环节为物料残液与水在蒸馏釜内共沸、馏分进入冷却器与水逆向换热，技术人员可以着重监控，细化管理方案，保证整个工艺流程安全进行。
4 结语
综上所述，化工工艺危险可以划分为工艺所使用的物质危险、化学反应的过程危险两个层面，具体涉及了物料、设备设施、流程、条件等。因此，化工工艺安全设计人员应适时利用指标分析方法，构建完善的化工工艺风险评价指标体系，确定各模块风险特征以及危害范围。根据识别结果，采取针对性控制措施，避免危险因子妨碍化工工艺安全运作。
参考文献
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[3] 李天舒，姚齐峰，李红，等.用于易燃易爆危险化学品快速识别的手机拉曼系统[J].红外与激光工程，2019（007）：196-201.
[4] 窦珊，张广宇，熊智华，等.基于多源数据融合的化工园区危险态势感知[J].化工学报，2019（02）：40-46.
[5] 任常兴，张欣，张琰，等.危险化学品泄漏事故点火源辨识与分析[J].消防科学与技术，2018（006）：831-834.
[6] 陈静.化工工艺过程危險辨识与安全管控要点探究[J].当代化工，2017（263）：213-214.