关于化工工艺设计中的安全问题及控制措施研究

马 鹏，刘振贵，王志勇，高超超，杨晓波

（陕西延长中煤榆林能源化工有限公司，陕西 榆林 718500）

0 引言

化工企业生产由于易燃易爆原材料的使用，以及高温高压等复杂生产工况，对化工生产带来了巨大安全隐患，很容易引发爆炸、火灾事故。因此要求化工管理人员提高安全管理意识，把控化工工艺设计中的安全问题，并针对不同因素提出对应控制措施及解决方案，避免潜在危害对化工安全高效生产带来的影响。

1 化工工艺安全设计特征分析

化工工艺是通过一定化学变化、物理变化将原材料转化为化工产品的过程，这一过程工况相对复杂需要合理把控潜在危险因素，确保生产出质量合格化工产品。化工工艺流程包括原材料运输、存储、配比设计，化学反应设备选型、产品制备过程等多个生产环节，需要结合生产实际制备复合预期的化工产品，尤其所得产物中包含副产物、杂质等混合物，还需要进行产品精制。因此工作人员需要严格按照标准规范执行每个工序步骤，确保原材料在特定设备及工艺流程下完成化工生产过程。

2 化工工艺设计中的安全问题

1）原料选择与存储问题。性能优异符合质量需求的原材料是进行化工产品高效生产的关键，因此在原材料选材过程中必须充分重视原材料质量及性能，包括分析材料性质、反应原理等，并依据其特性对原材料进行妥善存储，避免因化学原料泄露造成严重安全事故。

2）化工设备选型问题。涉及到化工设备的选型，就需要结合实际生产工艺流程、原材料特征及生产工况进行科学选型设计，尤其是化工设备所处长时间高温、高压等恶劣工况，设备难免发生疲劳磨损以及蠕变现象，缩短设备使用年限。在化工生产过程中为提高生产效率进行的不间断超负荷作业，以及对原材料缺陷检测不到位等，都会加剧设备运行发生异常的概率。对焦化粗苯加氢的制备过程进行分析，从原材料涉及种类来看，包括各种剧毒、易燃易爆等危险物质，还需要涉及催化、加热等化学反应，生产多种有毒副产品，具体见表1 所示[1]。

表1 焦化粗苯加氢制备副产品特征

3）管道腐蚀泄露问题。基于化工企业原材料及产品特性，运输效率高、成本低的管道输送方式已成为化工生产中应用最为广泛的运输模式，但管道输送中存在着管道泄露、爆炸等隐患问题，需要结合化工原料及产品的化学性质特征，就管道输送过程中潜在的腐蚀原因类型进行分析。以焦化粗苯加氢制备工艺为例，原材料参与化学反应的过程中需要不断升温加压，因此必须严格按照行业标准规范对管线气密性进行检验，要求在24 h 内压力不得高于0.03 MPa，同时加氢管道置换超过3 次，要求含氧体积分数不得高于0.5%。在生产前要做好联锁装置、DCS 控制仪的调试工作，进行蒸汽管道引汽时做到先主后支线，避免升温速率过快损坏管道，加氢工艺需要结合催化剂升温曲线进行控制，一般保持在30 ℃/h。最后需要注意在生产停止时要合理调节控制阀，避免因系统压温度瞬间升高造成法兰、密封圈处的泄露问题，或因高温高压介质回流使低温低压设备出现爆沸超压，引发各类安全事故。

4）生产工艺流程的选择问题。不同的生产工艺流程在产品生产制备路线、设备管线布设等方面都存在显著差异，在生产工艺流程选择上要本着安全风险最低的原则下完成化工生产产能要求。首先需要合理使用催化剂，在提升反应速率的同时分析动力学及相关数据防范爆炸等潜在风险。分析副产品特性，做好混合反应下的反应数据预案，做好压力、温度参数波动数据记录，保障设备、管线设计合理性。分析还原炉生产多晶硅的生产工艺过程，需要大量超标报警及安全联锁设备，因此生产过程中需要按照行业标准规范、禁止解除报警或随意调节报警设定上下限。

3 安全问题控制措施

1）优化生产工艺流程设计方案。首先通过多风险评估技术，对化工工艺的安全状态进行定量、半定量风险评估，按照自定义评估指标体系生成专家打分表单，依据评分和指标间逻辑关系进行综合评估，如图1 所示[2]。具体步骤包括对系统中各因素关系分析，建立评估递进层次结构，完成生成工艺的多目标多级模糊综合评价体系构建；其次利用层次分析法对各层因素分配权重对比，按照权重指标建立判断矩阵确定评价集；最后进行模糊综合评估，通过专家评价得出评价集V，利用加权计算法进行处理得出最终评估结果。在实际应用方面，还需结合产品产能需求及动态变化特征，合理调整设计方案流程，加强安全管理。以二氯硝基苯制备工艺为例，该原料具备易燃易爆性质，高温环境中分解会释放有毒气体，因此进行生产工艺流程方案设计时需要控制反应条件，通过控制氮封温度等提高生产安全性。同时要积极利用先进信息技术对生产信息、原料特性及存储管理、安全风险等内容进行记录分析，提升方案设计的科学合理性[3]。

图1 多风险评估技术流程图

2）科学合理生产设备选型。完成生产工艺流程方案设计后就需要对生产过程进行规范落实，尤其是对生产设备进行合理选型。生产设备的选型需要考虑符合生产过程中的压力条件、反应温度、反应介质化学特性等多种因素，从而保证生产制备过程符合预期标准。同时需要考虑到反应过程中的潜在风险，包括杂质、副反应及产品生产以及反应速率变化等带来的影响，制定完善应急预案，保证设备的平稳运行[4]。

3）妥善处理化学反应原材料。控制原材料配比，严格遵循相关安全管理和处理方案，规范使用和处理原材料，面对突发事件要做好应急预案同时积累相关经验，不断提升对化学反应的实践理解，在提高化工产品生产效率的同时，严格把控温度、压力等影响化工安全生产的决定性因素，保证化工工艺设计的标准和规范，保障企业安全生产。

4 结语

通过对化工工艺设计中存在的安全问题进行分析，对应提出方案设计、设备选型、原材料存储处理等多项防范控制措施，制定安全设计方案。要求化工企业与生产管理部门构建完善安全生产监督体系，从原材料、设备及生产工艺多角度进行风险评估处理，提升安全意识，保障化工企业的安全高效生产。