化工工藝設計中的安全風險因素及控制對策

董行(中國聯合工程有限公司，浙江 杭州 310052)

0 引言

當前我國化工產業發展迅速，為我國的經濟發展作出了巨大的貢獻。然而，由于在生產過程中，一些工作人員缺乏相應的安全生產設計意識，或者企業沒有加強安全管理，導致安全事故時有發生。這不但損害了企業的經濟效益，更威脅了工作人員的人身安全。因此，如何盡量從源頭上避免化工事故的發生，做好化工安全設計，確保化工生產的安全性，成為當前化工行業必須重視的問題。

1 化工工藝設計過程中安全風險控制的重要性

化工工藝是通過一系列系統控制的手段，將人們所需的產品生產出來的過程，主要是對化學原材料的加工生產，對生產過程的操作條件進行調控，通過化學反應、分離提純等步驟得到所需的化工產品，從而達到生產目的。在這個過程中，需要綜合應用多種技術方法，包括對有毒有害危險化學品以及其他物質的生產設備、工藝流程等環節的設計[1]。由于化工工藝設計和技術本身的特殊性，因此在設計過程中會出現諸多困難與不確定因素，帶來大量安全隱患。對安全風險進行識別與控制，能夠使整個化工生產的效能得到提升，提升公司的經濟效益。對工藝流程進行規范標準化設計，以此來降低風險，保證化工生產安全性，從而為社會提供更多的優質化工產品。

2 化工工藝設計中存在的主要安全風險

2.1 化工原材料方面的安全風險

化工原料是確保化工生產能夠順利進行的根本。在進行化工工藝設計時，要充分考慮化工原料的性質及特點。部分化工產品在轉化的過程中可能轉化成具有危害性的物質，這就要技術人員對各個工序進行把控，對各個環節可能產生的危害性物質進行安全評價分析，及時對中間產品進行處理并合理存放，確保化工生產的正常運行。大部分化工原材料具有易燃易爆的特點，如液體類原料、粉塵類原料等，這些原料在運輸、存儲過程中很容易因為操作不當和靜電效應導致燃燒或爆炸，造成人員傷亡[2]。例如，2015 年天津塘沽發生的“8.12”重大火災爆炸事故，對社會產生了嚴重的影響。因此，對化工工藝設計中的化工物料進行分析管控非常重要，通過科學有效的方法識別出其中可能存在的安全隱患，來保證化工工藝安全運行。

2.2 化工設備方面的安全風險

在實際生產過程中，化學反應往往會產生大量的光、熱和氣體，產生高溫高壓的現象，高溫就可能帶來氫腐蝕、熱膨脹等危害。這對工藝設備產生了巨大的負荷，金屬的強度剛性也會因為高溫高壓而逐漸降低，在化工反應中存在一定的失控風險。此外，化工生產中經常用到各種腐蝕性的物質，這些物質可能會腐蝕設備，導致化工設備的破裂、漏液，甚至造成人員傷亡以及環境污染。在進行工藝設計時，要根據實際的需求，選擇合理的化工工藝設備，經過安全準確計算后，才可投入生產使用。設備選型若不符合化工工藝，就有可能引發安全事故，因此應對工藝設備做好安全危險識別工作。

2.3 化工管道方面的安全風險

管道設計在化工工藝設計過程中也是非常重要的一部分。管道主要起到運輸物料的作用，由于化學物料性質、特點不同，因此對管道的設計要求也就不同。比如運輸的化工物料具有腐蝕性，而設計的管道規格無法滿足工藝要求，就有可能導致管道被腐蝕，造成物料泄漏等安全隱患，甚至有可能威脅到人員的生命安全。如何把控好管道設計的合理性及安全性，也是化工設計中需要重點考慮的問題之一[3]。

2.4 化工工藝路線設計方面的安全風險

化工工藝路線的特點是流程復雜以及連續性強。化工工藝路線是否科學、合理、規范，將對工藝生產的品質與效率產生直接影響。在化工工藝路線的設計過程中，工藝路線往往互相關聯，任何一部分出現問題，都有可能產生連鎖影響，影響整體工藝生產的順利進行，對化工企業的經濟效益也產生重大的影響。

3 對工藝設計安全風險進行控制的對策

3.1 加強對化工原料的管控

在化工生產過程中，對原材料的使用管控至關重要。化工原料在生產應用中的存在形式有很多種，往往以氣、液、固狀態存在。一般只有在其達到相對穩定或者特定的狀態下，才可以判斷其是否具有危害性。因此，在進行設計之前，要對原料的危害性進行詳細分析研究，對其各種狀態以及在該狀態下的特性進行了解，對其是否具有毒性進行判斷，經過科學嚴謹的分析研究后，也可以在一定程度上降低安全風險的概率。在采購原料時，要嚴格把控原料的質量，必須符合使用標準，充分了解原料的性質及特點。根據設計要求以及生產需求，對化工原料進行科學性檢測，只有在確認原材料的質量符合標準后，才能投入到生產中使用，這樣做可以避免生產中原料因質量不符合標準而造成的安全事故[4]。另外，還應做好化工原料的存儲管理，對化工原料存儲需要進行安全風險管控，可定期對化工原料倉儲負責人員進行相關培訓。同時加強檢查，嚴格管理制度，要確保化工原料的存儲條件穩定，能夠達到滿足生產需要的性質要求。此外，還要加大對原材料使用的監管力度，詳細了解原料的使用情況。化工原料的運輸也是很重要的環節，在運輸過程中，要控制好運輸的溫度計壓力，同時避免原料混合的狀況，從而確保安全運輸。

3.2 對化工設備的管控

科學選擇化工設備能使化工生產高效進行，這就需要設計人員對化工工藝路線進行充分的了解，掌握化工原料的性質特點，根據實際反應特點選擇合適且高性能的化工反應設備，避免化工安全事故的發生。在實際生產過程中，由于化工工藝的多樣性，往往需要化工設備滿足多種不同的反應條件要求，這就要設計人員明確化工設備的承受極限以及在不同條件下的操作要求，從而確保化工生產的安全性。由于化學品種類規格繁多且性質復雜，在化工生產中需要使用很多特殊設備，在設計過程中就需要充分了解工藝過程，確保輸入技術資料的完整性及準確性。在采購設備過程中，要對工藝設備的各項工藝參數及整體的特性指標進行詳細分析與了解，使化工設備在生產過程中能夠充分保證化工工藝設計的順利進行，從而盡量避免施工單位在施工過程中遇到的誤差等問題。另外，考慮到化工原料對化工設備產生的腐蝕性影響，結合實際生產情況，加強對化工設備的維護管理，制定設備維護措施，確保化工設備處于良好正常的運行狀態。并且要確保設備檢修維護的質量，確保設備完好，尤其是對壓力容器，應加大監測和維護的力度，可在工藝設備處設置檢漏裝置，在易漏處設置警報裝置，及時對老舊設備進行更換升級，從而降低因為化工設備的不穩定性引發的化工安全事故發生概率。

3.3 對化工管道的管控

在化工工藝設計過程中，要根據實際工藝需求選擇合適的管道材料。在生產過程中，由于長期運輸化工物料，管道會受到一定的腐蝕和磨損，因此需要定期對管道進行檢查和維護。特別是對管道彎頭以及管道之間連接處等較為薄弱環節的檢查，盡量降低因管道泄漏導致安全事故風險的概率，在確保管道的運行狀態正常的情況下才能投入生產使用。此外，管道的敷設需根據實際工藝需求進行優化，這就需要設計人員熟練掌握物料性質，分析物料在運輸過程中可能會與管道發生的反應或對管道產生的影響，從而根據總體的情況來確定管道的合適的材料。同時，設計人員還需對管道運輸存在的安全問題進行預判，在設計過程中考慮如何應對管道爆炸以及腐蝕性的問題。積極使用無毒或者危害程度低的化工物料，以此來減少對工藝設備以及對管道的腐蝕。當生產過程中化學反應較為強烈時，對管道的設計應盡可能地考慮容錯的原則[5]。

3.4 對化工工藝流程的管控

化工工藝流程設計是化工工藝設計中最重要的環節之一，必須進行嚴格管控，主要從以下方面進行：

首先是對工藝流程的優化。技術人員可以優先積極考慮使用無毒無害的物料代替傳統高危物料，使用新技術、新設備以及更有效的催化劑等[5]。例如，在丙烯腈的生產工藝中，主要使用的催化劑為鉬酸鹽類、銻酸鹽類以及釩鋁氧氮化物，其中鉬酸鹽類是使用較為廣泛的。傳統的Mo-Bi 系催化劑的催化活性不佳，且脫氫能力相對較差，在替換使用Mo-VNb-Te復合型催化劑后，不僅丙烯腈的收率得到了明顯的提升，還降低了反應的難度，增加了化工生產的安全性與穩定性。

其次是對化工生產工藝參數的控制。在生產過程中，根據工藝需求以及反應特性設定了合適的操作參數，需要確保生產能在這些操作參數下穩定運行。在生產操作過程中需要嚴格注意每一個細節，對各項操作參數都要嚴格控制，如控制反應溫度壓力、控制物料流量流速、投料比以及添加物料的順序等，控制好每一個細節也是保證安全性生產的有效措施。在化工工藝流程設計中，可以借助PDMS 等三維建模軟件，利用三維建模可視化功能，判斷管道有無交叉碰撞等問題，從而對工藝路線進行優化。

最后，需要對化工工藝設計方案進行嚴格審查，需要不斷進行科學性評估與優化。對化工工藝設計的各個環節都進行嚴格審查校核，這樣能夠使化工項目更加安全有效地推進實施，降低風險發生的概率。化工企業還需建立安全生產管理制度，技術人員在掌握工藝流程的同時，還需要被定期進行相關操作的技巧培訓以及安全生產意識培訓，增強安全生產防火防爆意識，加強對火源的管理，比如在生產區禁止吸煙、禁止明火，以及危險品要按照要求規范放置到指定位置。

4 結語

在化工工藝設計過程中，對安全風險的預判與預防極其重要，不僅對生產過程的生產效率產生影響，同時對生產的安全性也有重大的影響。因此，需要嚴格進行科學規范化設計，對化工工藝流程和生產過程的生產操作熟練掌握，嚴格把控化工原料的質量，選擇合適的生產設備，對管道進行定期檢修維護。同時，對工作人員進行定期安全教育培訓，在思想上建立安全風險防范意識，有效提高化工工藝安全設計水平，及時解決生產過程中遇到的各類問題，結合實際制定合適的解決方案，從而盡量避免化工生產過程中安全事故的發生。