陳建國(guó)

摘 要：化工工藝設(shè)計(jì)是化工行業(yè)較為關(guān)鍵的內(nèi)容，對(duì)化工作業(yè)安全效益的順利獲得具有直接影響，關(guān)乎化工工業(yè)的安全。因此，文章以化工工藝安全設(shè)計(jì)為入手點(diǎn)，利用指標(biāo)分析方法，從物料、流程、設(shè)備設(shè)施、條件等方面識(shí)別了化工工藝中存在的危險(xiǎn)，并就相關(guān)危險(xiǎn)點(diǎn)特征及危害范圍提出了幾點(diǎn)控制措施，希望能為化工工藝的安全運(yùn)行提供保障。

關(guān)鍵詞：化工工藝;安全設(shè)計(jì);危險(xiǎn)識(shí)別

在化工行業(yè)迅猛發(fā)展的進(jìn)程中，工藝流程、條件日趨嚴(yán)苛，危險(xiǎn)化學(xué)物料用量不斷增加，在給化工企業(yè)帶來(lái)巨額經(jīng)濟(jì)收益的同時(shí)，也產(chǎn)生了較大的安全事故隱患。而當(dāng)前我國(guó)內(nèi)部還沒(méi)有可完整、科學(xué)評(píng)估化工工藝風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的安全評(píng)價(jià)手段，無(wú)法保證化工工藝的安全性。因此，從工藝安全設(shè)計(jì)視角入手，探索化工工藝危險(xiǎn)的識(shí)別手段以及控制措施，就具有非常重要的意義。

1 化工工藝安全設(shè)計(jì)中的危險(xiǎn)識(shí)別指標(biāo)體系構(gòu)建

在化工工藝安全設(shè)計(jì)過(guò)程中，評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)造可看作具體與抽象交互影響的辯證邏輯思辨過(guò)程，即在全面認(rèn)知研究對(duì)象情況的前提下，結(jié)合生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，對(duì)化學(xué)工藝進(jìn)行深層次、系統(tǒng)化、完善化處理。典型化工工藝可以劃分為工藝所使用的物質(zhì)危險(xiǎn)性、化學(xué)反應(yīng)過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)[1]。后者主要是由于化工工藝流程中涉及了大量的熱量交換，除工藝條件高溫外，反應(yīng)過(guò)程也會(huì)進(jìn)行大量熱釋放，當(dāng)系統(tǒng)反應(yīng)散熱速率在反應(yīng)熱生成速率以下時(shí)，反應(yīng)體系溫度會(huì)持續(xù)升高，由此帶動(dòng)反應(yīng)速率持續(xù)增加，推動(dòng)熱生成速率的進(jìn)一步加快。而系統(tǒng)“自熱”的惡性循環(huán)會(huì)誘導(dǎo)反應(yīng)失控，即反應(yīng)過(guò)程涉及的物質(zhì)由亞穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)化為不穩(wěn)定狀態(tài)，甚至產(chǎn)生小分子大量存在的分解熱，增加反應(yīng)容器壓力，招致反應(yīng)器超壓破裂、爆炸等不良后果。由此可知，化工工藝安全設(shè)計(jì)中危險(xiǎn)識(shí)別指標(biāo)的關(guān)鍵為，重點(diǎn)考慮化工工藝運(yùn)作中顯著釋放熱能而引發(fā)的熱失控風(fēng)險(xiǎn)，具體指標(biāo)可以劃分為物料危險(xiǎn)性、設(shè)備危險(xiǎn)性、流程危險(xiǎn)性等幾個(gè)模塊。

2 化工工藝安全設(shè)計(jì)中的危險(xiǎn)識(shí)別結(jié)果分析

2.1 物料

化工工藝物料危險(xiǎn)主要體現(xiàn)在物質(zhì)爆炸極限、物質(zhì)毒性、物質(zhì)閃點(diǎn)等方面。從綠色化學(xué)、工藝本質(zhì)安全視角可知，化工生產(chǎn)中不同類型物質(zhì)的選擇和恰當(dāng)搭配，可以控制危險(xiǎn)事故隱患[2]。

2.2 設(shè)備設(shè)施

設(shè)備設(shè)施特指化工工藝安全設(shè)計(jì)中所使用的工具，比如管道等。管道的主要職責(zé)為進(jìn)行不同狀態(tài)物料的運(yùn)輸，化工工藝所涉及的物料多具有強(qiáng)酸性、強(qiáng)堿性、易燃性或易爆性特點(diǎn)，若在運(yùn)輸階段出現(xiàn)管道泄漏問(wèn)題，將會(huì)造成嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境以及社會(huì)環(huán)境安全事故。

2.3 條件

化工工藝操作條件包括反應(yīng)壓力、反應(yīng)溫度、生產(chǎn)用量等多個(gè)部分。其中，高溫高壓、低溫低壓均對(duì)設(shè)備、工藝安全運(yùn)行具有較大負(fù)面影響，而生產(chǎn)用量則通過(guò)工藝所可達(dá)到規(guī)模的直接體現(xiàn)對(duì)工藝安全造成影響。

2.4 流程

工藝流程危險(xiǎn)主要表現(xiàn)為工藝運(yùn)作過(guò)程中因化學(xué)反應(yīng)熱量交換而出現(xiàn)的熱失控情況，與絕熱溫升、冷卻功率、最大反應(yīng)速率、承壓能力有關(guān)。其中，冷卻功率直接影響了工藝運(yùn)作中的化學(xué)放熱反應(yīng)，一旦冷卻功率不足，就會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)熱無(wú)法被及時(shí)移走，增加工藝危險(xiǎn)度[3]。

3 化工工藝安全設(shè)計(jì)中的危險(xiǎn)控制措施

3.1 物料

化工生產(chǎn)原材料處理是化工工藝運(yùn)作的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，需要負(fù)責(zé)人依據(jù)工作規(guī)范進(jìn)行原材料類比判定。根據(jù)所獲得的信息，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步提純、混合、凈化操作，完成原材料的標(biāo)準(zhǔn)化、科學(xué)化處理，達(dá)到提升化學(xué)反應(yīng)活性、效率、質(zhì)量的目的。為了精準(zhǔn)控制化工工藝物料環(huán)節(jié)存在的危險(xiǎn)，人員應(yīng)圍繞化工工藝物料特性，依托專業(yè)經(jīng)驗(yàn)，從物理、化學(xué)等多個(gè)方面進(jìn)行系統(tǒng)分析，從根源上消除化工工藝運(yùn)作過(guò)程中的物料風(fēng)險(xiǎn)因子。一般為獲得某一種目的的產(chǎn)品，對(duì)應(yīng)原料、輔料并非唯一可用的，在有選擇余地的情況下，應(yīng)優(yōu)先選擇無(wú)危險(xiǎn)性、危險(xiǎn)性較小的物料。同時(shí)，對(duì)于精制化學(xué)反應(yīng)后出現(xiàn)的粗品，其內(nèi)部含有較多類型不一的雜質(zhì)，應(yīng)利用萃取、蒸餾等方式，對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步凈化，保證化工物料應(yīng)用安全。除此之外，為了避免對(duì)生態(tài)環(huán)境安全造成影響，技術(shù)人員應(yīng)綜合考慮廢料是否可綜合利用（無(wú)害化處理）、過(guò)程用催化劑（或助劑、原料、載體、溶劑）是否必要或可減少、是否可回收循環(huán)使用等因素，最大程度降低生產(chǎn)廢棄料產(chǎn)生量，達(dá)到物盡其用的效果。

3.2 設(shè)備設(shè)施

在化工工藝運(yùn)作過(guò)程中，化學(xué)反應(yīng)設(shè)施設(shè)備是關(guān)鍵載體，對(duì)工藝運(yùn)作質(zhì)量以及生產(chǎn)效益具有直接影響[4]。根據(jù)化工工藝載體設(shè)備設(shè)施所處環(huán)節(jié)以及所承擔(dān)功能的差異，使用方法、維保要求也具有較大差別。因此，人員應(yīng)主動(dòng)了解各環(huán)節(jié)化工工藝反應(yīng)載體的用途，定期檢查、剖析、記錄化工物料在對(duì)應(yīng)環(huán)節(jié)的表現(xiàn)差異，結(jié)合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行載體裝置使用與維保方案的定期更新，保證化工工藝設(shè)備設(shè)施的安全運(yùn)行?；すに囋O(shè)備設(shè)施等裝置從本質(zhì)上而言，是多個(gè)工藝操作單元的組合，技術(shù)人員可以將視線投向單元之間的安全銜接以及干擾消除視角，在其他單元正常狀態(tài)維持的情況下，進(jìn)行某一單元處理事故、故障的隔離處理方案設(shè)計(jì)，達(dá)到平穩(wěn)停車目的。特別是在管道管理階段，為了避免管道運(yùn)輸階段因泄露而引發(fā)安全事故，需要人員在明確現(xiàn)有化工工藝路線所涉及管道性能、材料、作用的前提下，依據(jù)物料與管道一一對(duì)應(yīng)的原則，科學(xué)匹配。若系統(tǒng)存在連續(xù)散發(fā)有毒氣體、可燃?xì)怏w、酸霧、粉塵的情況，應(yīng)進(jìn)行密閉帶除塵、除霧、吸收裝置的設(shè)置。同時(shí)，定期對(duì)管道泄露情況進(jìn)行檢查，及時(shí)采取惰性氣體密封防腐處理方式，消除管道安全隱患問(wèn)題。

此外，危險(xiǎn)介質(zhì)藏量與化工工藝安全事故發(fā)生率、損失量、影響范圍呈正相關(guān)，因此，在設(shè)備設(shè)施應(yīng)用過(guò)程中，技術(shù)人員應(yīng)盡可能減少危險(xiǎn)介質(zhì)藏量。比如，利用連續(xù)反應(yīng)代替間歇反應(yīng)，在大型設(shè)備底部設(shè)置排量超過(guò)8m3/h的液化烴泵入口，利用膜式蒸餾代替蒸餾塔，利用離心抽提代替抽提塔，利用閃蒸干燥代替盤式干燥塔等。

3.3 條件

化工工藝過(guò)程條件的嚴(yán)苛程度并非無(wú)法變更，在富有余地的情況下，技術(shù)人員應(yīng)盡可能緩和過(guò)程條件的嚴(yán)苛度。比如，采取更好的催化劑，利用氣相進(jìn)料代替液相進(jìn)料，稀釋進(jìn)料濃度等，在一定程度上緩和化學(xué)反應(yīng)的劇烈程度[5]。同時(shí)，鑒于化工工藝運(yùn)行過(guò)程安全事故出現(xiàn)概率與條件參數(shù)具有較為密切的關(guān)系，且化工工藝條件參數(shù)的數(shù)量與其對(duì)工藝運(yùn)行過(guò)程安全度的干擾成正比。因此，在化工工藝條件設(shè)計(jì)過(guò)程中，技術(shù)人員應(yīng)貫徹刪繁就簡(jiǎn)的原則，利用一個(gè)條件完成多種操作的模式代替多個(gè)條件分別完成一個(gè)功能的模式，在一定程度上增加生產(chǎn)可靠性、電氣安全性以及本質(zhì)安全水平。比如，對(duì)于散發(fā)有害氣體、有害蒸汽的廠房，除通風(fēng)設(shè)施設(shè)置外，應(yīng)依據(jù)TJ36車間空氣中有害物質(zhì)最高容許深度要求，設(shè)定機(jī)械通風(fēng)取風(fēng)口確保送出空氣中有害氣體、粉塵低于車間空氣有害物質(zhì)最高容許深度值的30.00%。

3.4 流程

從化工工藝安全運(yùn)作層面可知，科學(xué)、恰當(dāng)?shù)乜刂苹すに嚵鞒?，需要以化學(xué)反應(yīng)熱量交換為重點(diǎn)，綜合考慮絕熱溫升、冷卻功率、最大反應(yīng)速率、承壓能力等因素，進(jìn)行逐一分析判定、控制[6]。具體控制作業(yè)開(kāi)展前期，技術(shù)人員可以歸納整理化工工藝前期全部資料，將獲取的制作廠家數(shù)據(jù)資料、物料基礎(chǔ)設(shè)計(jì)包等信息進(jìn)行整理匯總，同時(shí)收集所需的數(shù)據(jù)資料并研究資料的提供方法，根據(jù)所判定的提供方法進(jìn)行化工工藝流程中危險(xiǎn)環(huán)節(jié)的識(shí)別與組織控制。

一般，化工工藝流程多通過(guò)圖示的方式表示，涵蓋了化工生產(chǎn)工藝全部文件。比如，對(duì)于物料從原料到成品或半成品的工藝過(guò)程以及所涉及設(shè)備裝置、管線的設(shè)置情況，可以利用工藝流程草圖的方式設(shè)置。在工藝流程草圖中，利用示意圖表述化工工藝生產(chǎn)階段所使用的設(shè)備機(jī)器，并利用數(shù)字、文字、字母進(jìn)行相關(guān)設(shè)備名稱、位號(hào)的填寫(xiě)。以某物料殘液蒸餾處理的工藝方案流程草圖為例，其主要為蒸汽+物料殘液+上水→蒸餾釜→冷凝器→真空受槽→放空，或者蒸汽+物料殘液+上水→循環(huán)冷卻回水→液態(tài)物料去物料貯槽。由上述流程圖可知，工藝中所使用的設(shè)備為冷卻器、蒸餾釜、真空接受罐，流程為物料殘液與水共同進(jìn)入蒸餾釜內(nèi)形成共沸物，在蒸汽加壓作用下進(jìn)行常壓蒸餾處理。餾分進(jìn)入冷卻器，與水逆向換熱冷卻后先后進(jìn)入真空受罐、物料貯罐。而從冷卻器流出的餾分可以依靠真空泵的抽力向壓力低的位置流動(dòng)。在整個(gè)流程中，風(fēng)險(xiǎn)較大的環(huán)節(jié)為物料殘液與水在蒸餾釜內(nèi)共沸、餾分進(jìn)入冷卻器與水逆向換熱，技術(shù)人員可以著重監(jiān)控，細(xì)化管理方案，保證整個(gè)工藝流程安全進(jìn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，化工工藝危險(xiǎn)可以劃分為工藝所使用的物質(zhì)危險(xiǎn)、化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程危險(xiǎn)兩個(gè)層面，具體涉及了物料、設(shè)備設(shè)施、流程、條件等。因此，化工工藝安全設(shè)計(jì)人員應(yīng)適時(shí)利用指標(biāo)分析方法，構(gòu)建完善的化工工藝風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，確定各模塊風(fēng)險(xiǎn)特征以及危害范圍。根據(jù)識(shí)別結(jié)果，采取針對(duì)性控制措施，避免危險(xiǎn)因子妨礙化工工藝安全運(yùn)作。

參考文獻(xiàn)

[1] 史哲齊，李繼繁，王悅，等.基于TOPSIS-AHP法的石化企業(yè)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)篩選研究[J].南開(kāi)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2020（1）：17-25.

[2] 白洪濤.危險(xiǎn)化工工藝風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)方法研究[J].石化技術(shù)，2018（05）：50.

[3] 李天舒，姚齊峰，李紅，等.用于易燃易爆危險(xiǎn)化學(xué)品快速識(shí)別的手機(jī)拉曼系統(tǒng)[J].紅外與激光工程，2019（007）：196-201.

[4] 竇珊，張廣宇，熊智華，等.基于多源數(shù)據(jù)融合的化工園區(qū)危險(xiǎn)態(tài)勢(shì)感知[J].化工學(xué)報(bào)，2019（02）：40-46.

[5] 任常興，張欣，張琰，等.危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏事故點(diǎn)火源辨識(shí)與分析[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2018（006）：831-834.

[6] 陳靜.化工工藝過(guò)程危險(xiǎn)辨識(shí)與安全管控要點(diǎn)探究[J].當(dāng)代化工，2017（263）：213-214.