分析化工工艺设计中的安全问题及控制

肖龙威

肖龙威

(江苏联化科技有限公司，江苏盐城224600)

摘要：化工产业所提供的化工制品已经在我们日常的生活生产中得到广泛的应用，成为不可缺少的生活物质资料。然而化工制品的由来却并不是一帆风顺的，相反非常的“惊险刺激”。提高化工工艺生产的安全性，有效的避免危险的产生迫在眉睫。本文通过在化工工艺安全设计中的环节进行分析研究，并对具体问题加以具体分析，提出了解决问题的控制措施，以供相关人员参考。

关键词：化工工业设计；安全问题；控制

前言

经济与科技的高速发展给各行各业带来了不同的变化，但是不管变化体现在各行业的特征是否相同，变化的程度都是巨大的。由于化工行业的特殊性和高危性，化工工业在生产过程中往往伴随高危和高事故发生率，区别于其他设计行业，化工工业本身由于原材料和工业内容存在诸多的安全隐患。因此，化工企业在进行生产的过程中，应该充分了解和认识之中的利害关系，寻求解决问题的方法并加以控制，以求长期安全的发展。

1化工工艺安全设计

1.1化工工艺的概念

化工工艺不为大家所熟知的原因在于其复杂性和专业性。通过繁琐有规律的化学反应将原材料利用化学反应转变成所需要的产品的过程称为化工工艺。其生产过程分为三个具体的步骤：

（1）原材料的选择和处置。化工工艺对原材料的要求是极其严苛的，需要根据实际的生产需要对化工原材料进行不同的专业处理，通常需要进行净化、融合、提纯等多种操作。

（2）专业的化学反应处理。通过专业的化学知识熟练的运用原材料可能产生的化学反应，将预先处理好的原材料在特定的适宜的条件下进行转换，以特定的化学反应达到工艺所需要的反应转化率，生成所需要的新的化学物质。

（3）对加工后的产品的处置。化工产品的成型不光过程繁琐专业性强，而且后续处置也极为重要，不然很可能前功尽弃做了无用功。将由化学反应得来的产品利用专业的工艺程序进行提纯保存才能生成最终符合规格的制成品。

1.2化工工艺设计的概念

根据原材料的性质、需要进行反应的条件、可能发生的反应等来确定工艺流程和生产设备，这整个设计流程即化工工艺设计。要完成这个工艺的设计需要设计人员了解每种原材料和产品的设计要求和对应准则，抱着科学严谨的设计态度，遵守安全规程等一系列严苛的条件。另外还需要灵活的应变能力和专业的化学知识，既要遵从安全第一的准则，又不能和生产产生矛盾，以期达到化工生产的安全高效进行。

1.3化工工艺设计的特点

专业技术要求高，工艺流程高危、繁复是化工工艺设计最明显的特点。虽然化工工艺发展已经有一段历史了，但是我国的化工工艺依旧存在着许多隐患，如：（1）化工工艺基础设计资料不完善不健全。化工工艺设计的规律和流程无一不是通过大量的科学实践由科研单位，根据所得数据整理编辑而在化工企业中广为流传。由于许多资料在流转的过程中无法达到百分百的检验和完善验证，资料的安全性和完整性无法得到完全的保证。（2）工作量庞大。由于化工工艺的设备和过程专业性极强，设备和原材料种类多，需要注意的事项数之不清。这就要求化工工作者需要掌握大量的化工知识，另外化工工艺由于市场需求大，往往为了缩短生产周期需要不断创新，边生产边改变设计的现象是常象。（3）设计规模多变。化工工艺的生产设备有大有小，为了节约成本，加快生产周期，往往许多化工企业不会完全遵从设计规范。

2化工工艺设计的要点

2.1明确化工工艺设计的分类

化工工艺设计分为概念设计、中试设计、基础设计、初步设计和施工图设计。

（1）概念设计

概念设计是一种假象设计，只是为了检验生产的条件和方式是否合理，同时确定化工工艺设计的数据，确定小试补充的内同和中试规模以及目的。

（2）中试设计

中试设计主要是为了检验小试中确定的工艺条件和方式是否合理、是否可靠，同时试制产品的使用性能是否过关等。中试设计的内容和业务可以检验全部或者是不分，要视具体情况而定。

（3）基础设计

基础设计是技术开发阶段的最终研究成果，是为了提供建设生产设备的所有技术要点。

（4）初步设计

初步设计是精细化工程设计的开始，初步设计产生初步设计说明书和总概算书，是根据基础设计的成果和设计要求对工程在技术和经济上进行总体研究和计算的具体方案。初步设计的成果要满足项目审查和施工要求，还要能达到项目招标要求，能够获得建厂投资。

（5）施工图设计

施工图设计是根据上级部门对初步设计的审批，根据建筑要求和设备要求，将设计原则和设计方案具化为工艺布置和施工方法，并明确化，解决初步设计中出现或是待定的全部问题。

3化工工艺设计危险识别及控制的必要性

化工工艺设计危险识别与控制，就是指对项目生产工艺的全过程、配套公辅设施的生产过程、使用和生产出的物质、主要设备和操作条件进行解剖和分析，找到危险因素，并及时解除掉危险因素，通过采取一系列的方法手段，使危险得以消除的过程。在进行化工工艺设计中，设计人员应根据本质安全设计的原则，本着以人为本的原则，将人的安全贯穿设计全过程，这是和谐社会对设计人员的基本要求，设计人员必须考虑到人的本位、人的主体性这一设计化工工艺设计化工工艺设计理念。

化工工艺具有一定特殊性，它具有可燃性、腐蚀性或有毒性的特点，它经常需要高温或高压涉及到高危的因素较多。因此在设计初期就要考虑到各个不安全因素，做到防患于未然，从危险的起点把危险的隐患清除掉。化工工艺设计是安全生产的重要条件，只有化工工艺设计安全了，才有整个生产的安全性。因此，在化工工艺设计中，不仅设计者要按照正确严谨的态度去工作，而且，其他工作人员也要按照一定法规和标准进行操作，要有针对性，各个工作环节都要按照标准进行，保证安全性。这样，才能保证生产过程的安全性，更好地推动经济的向前发展。

4化工工艺存在的安全危险判断和控制

4.1化工工艺设计中的安全危险判断

通过对化工工艺概念和化工工艺设计特点的介绍，不难发现化工工艺其实是一项专业性要求极高，危险程度极高，对严谨性要求也极高的工艺流程。因此，化工企业对于安全危险的认识将极大的影响化工工业的发展。为确保化工工业的安全，需要对其中存在的危险有着清楚的判断和认知。化工工艺中的安全危险，通常是指化工工艺在生产活动中，由于各种化学反应所产生的各种难控制因素而引发的安全事故。安全危险的判断就是对整个工艺流程中可能出现的不可控因素和隐患进行模拟分析研究。但是由于化工工艺设计中的不可控因素具有很强的不确定性和潜发性，所以化工工艺人员需要不断加强对这些因素的分析判断能力，在操作过程中要严格遵守各种规范，最大程度的规避危险的发生，确保整个化工工艺的安全性。依据以往经验，对化工产品中存在高危性的原材料和制成品必须进行严格的监管保存，深刻的了解其危害性，认真仔细的对待每一个生产步骤，既然危险无法根除，那只能尽量降低事故的发生率。

4.2化工工艺设计中的安全问题

4.2.1物料安全问题

化工工艺在生产过程中的原材料、中间产品与副产品以及产品和贮存中的物质都是以不同的状态而存在的，这些物质都具有特殊的物化性质，在一定状态下可造成危害。因此，要了解和掌握对这些物质的危险特性，而且要养成对其稳定性与化学反应以及毒性等相关的识别意识，进而能够做出有效的评价与分析，预防危害的发生。

4.2.2化工反应装置方面的安全问题

化工反应是化工产品的生产核心，在化工反应过程中会存在许多的安全问题，甚至引发严重的安全事故，特别是在化工反应装置方面存在许多的不可控因素，在设计时需要进行严格的科学分析和计算。化工工艺设计时需要充分考虑反应物的反应速度与产生的热效应，为了控制化工反应，在工艺设计时应严格控制进料量，控制加热速度，加大冷却能力或者采用多级反应来控制反应。在实际的生产过程中，化工反应器常会因超温超压而变形，进而引发安全事故，因此化工反应装置上应安装压力释放装置。

4.2.3化工工艺路线方面的安全问题

一般的化工工艺设计都会涉及多条工艺路线，在化工设计时需要充分考虑这几条路线中存在的安全问题，尽可能地将危害降到最低。化工工艺路线的设计主要是针对生产物料、生产条件、设备进行设计，在设计时需要选择无害或者危险性低的物料，降低因生产条件变化对反应的影响，对于化工生产的设备和技术也要尽可能降低污染物的排放，降低环境污染。

4.2.4管道方面的安全问题

化工生产时管道输送的物料都为易燃、易爆、易腐蚀的物品，如果管道在生产过程中有任何部分出现渗漏，有毒物质就会流出，对环境造成污染，对化工生产本身来说也存在很大的安全隐患，因此在管道设计时需要充分考虑管道的材料以及应力分析等可能造成管道渗漏的因素。这里需要强调的是在管道连接处和拐弯处弯头的材料和管径选择，这些地方是管道易出现危险物品泄露的部位，需要格外重视这些地方的材料和管径选择。

此外，在管道设计中应避免水锤、气液共存产生柱塞流等危害管道安全的情况发生。

4.2.5电气设计方面的安全问题

电气设计中，应结合工艺的要求，按照工作环境是否属于爆炸和火灾危险环境、危险程度和危险物质状态的不同，采取相应的措施，防止由于电气设备、电气线路设计不当引起爆炸事故。

4.2.6整体园区设计中的安全问题

针对我国现阶段化工园区的特点和现有监管能力严重滞后的现实，应当设立统一的安全监管和危机管理部门，创建完整的区域性安全生产标准化监管模式，构建政府主导、社会中介机构、企业一体化的综合管理体系。三方连带责任追究机制和化工园区相关安全技术标准都亟待完善，最大限度地把园区安全风险控制在可接受的范围内。

我国化工园区建设的安全生产整体实施科学化、可视化、网络化的解决方案，全流程、全方位支撑突发事件的综合应对，引领安全生产从被动应付型向主动保障型战略转变。建设全过程、全方位、空间立体的企业安全生产系统，可以有效提高化工园区安全生产水平。

4.3加强化工工艺设计安全控制的措施

4.3.1加强对化工工艺路线的安全设计

化工生产实际上具有很强的连续性，工艺路线也是非常复杂，化工工艺设计时需要加强各个环节的安全控制，因为如果一个环节出现了设备故障就很有可能影响整个生产路线，因此化工工艺路线的安全设计可以结合化工反应的类型选择合适的化工工艺路线。在化工工艺设计时应尽可能地选择低危险性的物料和反应方式，在有多条化工工艺路线可以选择时，设计人员要坚持本质安全的理念，选择涉及危险品最少的工艺路线，切实提高工艺路线的安全可靠性。

4.3.2积极改善生产环境

在化工生产过程中，污染问题是极为严重的。在化工工艺设计时需要最大限度减少污染源，并对生产过程中产生的污染物做好回收处理。化工工艺设计时需要提高化学反应速度以及能源分离效率，这样可以有效提高化工生产的能源利用率，减少能源在生产过程中的损失。化工工艺设计需要积极改善化工生产的环境，采用新方法改进和更新装置，节约能源，做好污染物的回收利用，这样既可以增加产业效益也可以最大限度地节约能源。

4.3.3化工工艺反应装置的选择

化工生产涉及多个化学反应类型，如置换反应、取代反应、裂解、聚合、氧化、还原、缩合反应等等，不同的反应类型也有不同的特性，产生的热效应不同，既有放热反应也有吸热反应，有的反应需要催化剂，有的反应需要引发剂，有的反应反应过程剧烈，有的反应则比较慢。在化工工艺设计时需要针对不同的化工反应设计或选择合适的反应装置，使反应处于可控状态，避免出现因反应不可控而造成的超温、超压甚至化学爆炸的情况。

化工工艺反应装置的类型有很多，按照物料的投料流程可以分为间歇式或连续式，按照反应器自身结构可以分为管式反应器、塔式反应器等等不同形式的反应器。在设计或选择化工工艺反应装置时需要以满足化工反应要求为前提，充分考虑生产工艺的适用性与安全性，选择合适的反应器类型。对于化工工艺反应装置的设计或选择必须要充分考虑化工生产这个不同化学物质的反应条件。对于一些反应速度快且放热较多的化工反应，反应装置设计需要充分考虑避免反应失控的问题，化工反应装置设计需要设计紧急冷却系统、反应终止系统，这样就可以在生产过程中及时控制化工反应。除此之外，化工生产还可以设计相应的保护措施来控制化工反应，比如在聚合反应生产过程中，可以在物料中添加一些阻聚剂，抑制化工反应的进行，降低化工反应的速度。为了阻止外部空气进入化工反应装置内部，化工工艺设计还可以采取正压操作，避免在化工装置中发生燃烧、爆炸。对于高温高压的反应，化工反应装置需要格外重视高压容器结构的安全设计，保证高压容器的结构强度和结构的严密性。此外，高温高压反应的化工工艺设计还需要做好反应装置的泄压工作，设置安全阀、爆破片、紧急排放系统以及回收系统等，避免压力容器发生爆炸，造成安全事故。

一些典型的化工反应过程如氯化反应、硝化反应、氟化反应等由于其具有较大的危险性，国家安监总局将其列入了重点监管的危险化工工艺目录，在此类化工反应设计时，应严格按照文件规定的安全控制要求、重点监测的关键工艺参数和推荐的控制方案进行设计，在设计时应尽量采用成熟的控制方案。

5结语

化工工艺的设计是否科学合理直接决定着化工工艺的最终成果。如何从源头上减少危险的发生，避免人员和财产的损失，要求化工工艺的设计人员充分认识安全问题的重要性，注重设计环节的科学性。本文通过对化工工艺存在的问题和相应解决方法的分析研究，以期达到化工企业增强对安全的重视，减少危险发生的目的，从而保护人民大众的人身财产安全。

参考文献：

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[2]姚慧．化工工艺设计中的安全问题及控制[J]．企业技术开发，2012（10）

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