化工工藝及化工設(shè)備適應(yīng)性設(shè)計

田啟祥 王湘宇 田藝格

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化工生產(chǎn)安全執(zhí)行的條件是化工工藝的設(shè)計，需要準(zhǔn)確依照國家相關(guān)法律完成標(biāo)注化設(shè)計。化工設(shè)備的安全評價工作具有復(fù)雜性，它的安全評價結(jié)果直接影響了安全生產(chǎn)管理。本篇文章對化工工藝安全管理展開了探討，討論了出現(xiàn)化工生產(chǎn)安全事故的原因，制定了改善化工工藝生產(chǎn)安全管理的詳細(xì)方案。給化工生產(chǎn)安全管理帶來了有效的參考價值。

1 設(shè)計中經(jīng)常出現(xiàn)的問題及相應(yīng)對策

我國在化工設(shè)備設(shè)計方面還存一定的缺陷，需要不斷對設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化，現(xiàn)階段在設(shè)計中的突出問題有如下幾點(diǎn)：（1）化工設(shè)備設(shè)計年限與實(shí)際使用年限不符的問題。對于大多數(shù)在用化工設(shè)備的使用，管理人員往往是憑經(jīng)驗(yàn)和慣例去判斷。（2）選材問題和材料替代。設(shè)計人員考慮不全面，設(shè)計時常常關(guān)注設(shè)備的性能，忽略其他因素；而生產(chǎn)企業(yè)為降低成本常常會考慮材料替代，比如在Inconel600和Inconel400兩種鈦合金材料性能相近的情況下，設(shè)計人員會選用Inconel600作為產(chǎn)品的主要材料，而生產(chǎn)企業(yè)為了降低成本則會選擇Inconel400鈦合金材料去生產(chǎn)設(shè)備，在壓力、溫度、操作環(huán)境不變的前提下，兩者必然會在實(shí)際使用中出現(xiàn)問題。（3）化工設(shè)備冷熱處理的問題。主要體現(xiàn)在熱處理的溫度控制調(diào)試不當(dāng)，時間不充足，沒有充分考慮到介質(zhì)腐蝕，變形等的影響，主要部件接管、管道、封頭等不作熱處理。相對應(yīng)的改善措施：①設(shè)計人員應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行國標(biāo)以及按照設(shè)備實(shí)際使用情況進(jìn)行設(shè)計參數(shù)，并可在大數(shù)據(jù)時代對自己企業(yè)生產(chǎn)的設(shè)備在使用中的數(shù)量和年限進(jìn)行跟蹤，得出最終的實(shí)際使用年限，并在設(shè)計圖紙上進(jìn)行標(biāo)識，提醒企業(yè)和操作者進(jìn)行使用。②選用好材料。設(shè)計人員應(yīng)嚴(yán)格按照國標(biāo)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選材，并要求生產(chǎn)企業(yè)嚴(yán)格按照圖紙進(jìn)行生產(chǎn)制造，相關(guān)監(jiān)管單位要嚴(yán)格監(jiān)管，一旦出現(xiàn)違背設(shè)計圖紙的生產(chǎn)設(shè)備，在經(jīng)濟(jì)上要有一定的處罰，涉及人身安全的，可適當(dāng)行使刑事管轄，問責(zé)到底。③在熱處理過程中，需要根據(jù)各種不同金屬材質(zhì)拼接后選擇合適的溫度，考慮不同的介質(zhì)腐蝕、變形，給與適當(dāng)熱處理的溫度區(qū)間，確保各種金屬化工設(shè)備性能都能達(dá)到最佳狀態(tài)進(jìn)行熱處理，才能有效保證質(zhì)量。

2 化工工藝過程

化工工藝是指把原料通過化學(xué)反應(yīng)生成產(chǎn)品的方式過程。它的生產(chǎn)過程包括三個步驟，分別是處理原料、進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)和細(xì)致處理產(chǎn)品。處理原料是指把不同的原料完成不同的預(yù)備處理工作，如凈化、混合等。細(xì)致處理產(chǎn)品是指通過化學(xué)反應(yīng)把混合物分開，來獲取需要的構(gòu)成規(guī)格的產(chǎn)品。化工工藝的注意事項(xiàng)是需要在指定的設(shè)備內(nèi)開始生產(chǎn)，完成需要的化學(xué)方式或物理方式轉(zhuǎn)換[1]。危險化工工藝是指在化學(xué)生產(chǎn)的時候會引發(fā)爆炸、中毒等具有危險性事故的工藝，國家安監(jiān)總局編制的危險化工工藝一共包含15種，如電解工藝，硝化工藝等。

3 化工設(shè)備的安全評價

化工設(shè)備安全的評價方式為定量評價法，它可以確定化工設(shè)備風(fēng)險事故的具體等級和隱藏的危險性,國內(nèi)和國外大多數(shù)研究機(jī)構(gòu)都曾對化工設(shè)備內(nèi)危險性定量展開了許多的探討分析，廣泛運(yùn)用在化工安全管理方面。化工工藝的執(zhí)行環(huán)節(jié)包含原料的輸送、凝固等多道工序，化工設(shè)備安全管理的關(guān)鍵因素是反應(yīng)設(shè)備。不間斷作業(yè)有著穩(wěn)固的執(zhí)行和很好的安全性，間斷性工藝環(huán)節(jié)比較簡便，執(zhí)行力度比較有彈性，可運(yùn)用準(zhǔn)確度比較低的數(shù)據(jù)。如果操作設(shè)備中的某一個設(shè)備，如排泄閥管出現(xiàn)了安全隱患，就會影響到設(shè)備整體的安全系數(shù)，需要經(jīng)過冷卻并且穩(wěn)固裝置，才能降低化學(xué)生產(chǎn)的危險性[2]。

4 化工工藝設(shè)計的方法和過程

化工廠開展化工工藝設(shè)計，是開展化工產(chǎn)品生產(chǎn)的前期基礎(chǔ)性工程。進(jìn)行化工工藝設(shè)計的人員必須具備化工工藝設(shè)計的方法和業(yè)務(wù)技術(shù)。主要包括清楚工藝設(shè)計的任務(wù)目標(biāo)、設(shè)計范圍、設(shè)計的職責(zé)，掌握化工設(shè)計的基本理論和方法，工藝設(shè)計的基本程序，能保證所進(jìn)行工藝設(shè)計的過程和成品文件滿足規(guī)范要求和用戶的需要。開展化工工藝設(shè)計必須出具工藝說明的文字材料、相關(guān)圖紙和表格。工藝說明的文字材料主要是說明化工工藝設(shè)計的范圍，對設(shè)計生產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)品方案，生產(chǎn)中使用的原材料、催化劑和化學(xué)品，產(chǎn)品生產(chǎn)需要的燃料規(guī)格、產(chǎn)品成品標(biāo)準(zhǔn)和副產(chǎn)品成分等進(jìn)行說明。還要明確工藝流程中設(shè)計的生產(chǎn)方法、化學(xué)原理等。對化工生產(chǎn)中水、電、汽、儀表空氣、氮?dú)獾认嚓P(guān)材料的消耗定額和消耗量進(jìn)行測算，對生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的三廢的排放提出包括排放組成、排放量以及排放地點(diǎn)等全套處理辦法。圖紙部分作為后續(xù)PID設(shè)計的基礎(chǔ)，主要包括總體布置圖紙、化工裝置圖紙等，要明確化工設(shè)備、化工物料的管道、控制流程、流轉(zhuǎn)方式、加熱和冷卻介質(zhì)的連鎖方案，工藝空氣的進(jìn)出位置等。表格是為整個工藝設(shè)計提供數(shù)據(jù)支撐的部分。主要包括物料平衡表，主要是說明相關(guān)物料的組成、壓力、溫度、密度、粘度等理化常數(shù)指標(biāo)[3]。工藝設(shè)備數(shù)據(jù)表，是說明設(shè)備的種類，如塔器、換熱器、機(jī)泵、鍋爐等。設(shè)備的名稱、操作條件、外形尺寸、使用材料、使用溫度等各種數(shù)據(jù)都要詳細(xì)提供。化工取樣點(diǎn)匯總表和裝置界區(qū)的條件表，是對整個化工工藝的流程和操作進(jìn)行詳細(xì)說明的表格，主要包括共用工程部分、產(chǎn)品說明、副產(chǎn)品說明等內(nèi)容。

5 改進(jìn)化工工藝設(shè)計問題的優(yōu)化措施

一是化工工藝設(shè)計要滿足國家發(fā)展的生態(tài)需要。在設(shè)計中，要堅決貫徹落實(shí)國家對化工廠低能耗生產(chǎn)的要求，避免對能源的過度消耗。要在設(shè)計中采用更加環(huán)保、對能源需求少，產(chǎn)出多的先進(jìn)裝置和設(shè)備。在設(shè)計指標(biāo)中，提出更加嚴(yán)格的關(guān)于生產(chǎn)原料和設(shè)備質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)。在生產(chǎn)工藝流程中，制定更為規(guī)范有效的生產(chǎn)過程，最大化地提高化工工藝設(shè)計中低能生態(tài)特點(diǎn)。二是化工工藝設(shè)計要發(fā)揮低能耗建設(shè)投資的優(yōu)勢。化工產(chǎn)品生產(chǎn)時密集型特征非常明顯。生產(chǎn)工藝上如果沒有突破性的創(chuàng)新，往往不會帶來化工生產(chǎn)工藝上的變革。所以在化工工藝設(shè)計上，要從降低基礎(chǔ)投資設(shè)計目標(biāo)、優(yōu)化設(shè)計流程、減少裝置尺寸等方面，來發(fā)揮工藝設(shè)計在節(jié)約投資成本上的優(yōu)勢。三是化工工藝設(shè)計要推行集約化管理的新模式。一些化工企業(yè)在采用傳統(tǒng)工藝方式進(jìn)行生產(chǎn)時，往往生產(chǎn)能力會受到制約。優(yōu)化工藝設(shè)計時，采用對化工工藝設(shè)計和研究成果進(jìn)行集約化管理的模式，有助于構(gòu)建化工企業(yè)低能耗、高效率，控制成本、高效生產(chǎn)的先進(jìn)生產(chǎn)模式。因此在設(shè)計中要注重收集國際上先進(jìn)的化工工藝成果，掌握最新的化工設(shè)備的性能，讓化工工藝設(shè)計更加科學(xué)，更有實(shí)效性。從上面的分析可以看到，化工工藝設(shè)計是影響化工企業(yè)生產(chǎn)總量和效率、效益的重要因素。化工工藝設(shè)計中，要從化工生產(chǎn)的全過程需要出發(fā)，針對存在的問題進(jìn)行具體分析和解決，促進(jìn)化工生產(chǎn)更為安全、更為可靠，促進(jìn)化工企業(yè)實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)安全有序生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)全面可持續(xù)發(fā)展。

改善措施：①化工設(shè)備在制造過程中優(yōu)化工藝流程步驟，規(guī)范流程控制要點(diǎn)，并且制作成工藝流程控制卡片，張貼在生產(chǎn)制造車間。生產(chǎn)操作人員每制作完一道工序，要有指定的設(shè)計人員、工藝編排人員、質(zhì)量檢查人員到場進(jìn)行查看，并做好標(biāo)記。三方人員標(biāo)記確認(rèn)無誤后，生產(chǎn)操作人員方可繼續(xù)進(jìn)行工作，把問題解決在現(xiàn)場，把安全灌注到設(shè)備中去。為了節(jié)省生產(chǎn)時間，生產(chǎn)現(xiàn)場要保留至少一名進(jìn)度檢查工作人員。完善監(jiān)督和企業(yè)的培訓(xùn)機(jī)制，定期檢驗(yàn)人員的操作水平，也可組織生產(chǎn)競賽，建立獎勵機(jī)制。②防止設(shè)備變形。依據(jù)制造工藝和材料特性嚴(yán)格規(guī)范生產(chǎn)活動，比如材料對稱切割、環(huán)縫縱縫焊接過后及時開展熱處理消除內(nèi)外應(yīng)力、盡量在同一部件生產(chǎn)企業(yè)購買配件、避免小零部件造成的組裝變形。③防止化工設(shè)備制造中出現(xiàn)裂紋，科學(xué)運(yùn)用材料和焊接技術(shù)，提高焊接工藝水平。焊接過程中要避免環(huán)境的影響，延長冷卻時間能有效減少裂紋的產(chǎn)生。

6 結(jié)語

在國民經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的今天，人們的高品質(zhì)生活水平與現(xiàn)代化工制造行業(yè)的發(fā)展密不可分。每一位化工專業(yè)人員都要肩負(fù)起身上的責(zé)任，在化工設(shè)備生產(chǎn)制造過程中不斷完善設(shè)計、工藝、焊接質(zhì)量，才能更好改進(jìn)我們的制造技術(shù)和產(chǎn)品，保證產(chǎn)品安全生產(chǎn)運(yùn)行，為國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展貢獻(xiàn)一份力量。