化工过程开发中本质安全化设计策略

鲜银铸 林海（浙江天成工程设计有限公司， 浙江 杭州 310023）

化工过程开发中本质安全化设计策略

鲜银铸 林海（浙江天成工程设计有限公司， 浙江 杭州 310023）

众所周知，化工业属于高危行业，但同时更是组成国民经济的基础性行业。一般来说，化学品易燃易爆且有毒有害，现实生活中化工业更是频发爆炸泄露等事故，进而造成严重的环境负担以及给人们带来难以磨灭的伤痛，也正是这些越来越多极具社会性、突发性、灾害性的化工事故隐患，让人们更加关注预防化工事故的化工过程安全设计。为此，本文分析探讨了本质安全化的化工过程设计策略。

化工过程;本质安全;设计策略

众所周知，本质安全化的化工过程设计由不同的部分组成，所以，化工工程开发中本质安全化效果要达到最优，一般最常用的方法即分步设计法。由于化学品储存、能量释放、温度和压力等是化工厂生产过程中最主要存在的危险因素，因此采取衰减限制、强化替代等措施处理这些危险因素，能够有效降低甚至达到消除化工过程中危害的目的。

1 设计原则与等级

本质安全化的化工过程设计原则包括替代、强化、限制、简化、缓和及影响。而强化又包括最小化与消除。同时各种原则可应用于不同的危险类型，能够实现不同的本质安全化效果。另外，就等级而言本质安全化设计包括距离防护、消除和减少危险。

首先，距离防护指为人或其它装置与危险源之间设置足够的安全距离或设备来进行防护，也就是限制影响，但设计初期无法实现，仅作为布局设计的考虑内容。其次，减少危害即危害无法消除时降低危险程度，根据不同表现形式分为减少危险时间发生概率和后果。前者是通过强化生产设备，消除不必要的安全防护措施，达到减少多米诺效应及人为失误，简化化工过程的目的；后者指缓和过程操作条件或减少物质储量等，即缓和、强化与替代。最后，消除危险指将危险物质消除或用另一种无害物质替代等，但要注意避免引进新的危害以保证最佳的本质安全化设计效果。

2 本质安全化的化工过程设计策略

（1）可行性分析 所谓可行性分析，即：通过对国家职业卫生和安全生产法律法规的贯彻执行，促进项目实现本质安全，尤其是项目选址的确立，要综合考虑地形地质、气象水源及周边环境等因素，以避免周边环境与项目间产生制约关系。

（2）工艺探索 通过相关工艺处理原料转化为产品的过程即化工过程。而在化工过程中化学反应占据着核心位置，所以系统集成中其设计具有本质的重要性。从一定程度上来分析，对化工过程中本质安全性起到决定性作用的即反应系统。具体来说原料路线、反应条件及路线是化工工艺体现本质安全的关键，尤其是加深对化学反应本质过程的危险性探析，比如：爆炸范围、评估化学活性物质危险性、预测反应放热等。

首先，反应物选择。借助化学品理化特性数据库，将可燃、有毒或高毒的物质用不易燃、无毒或低毒的物质替代等，来限制或减少危害；其次，反应条件。通过新工艺路线应用规避产生危险的中间产物或危险原料，或用催化剂等有效化学剂来降低副反应危害，以改善条件苛刻度；最后，反应路线。通过各种试验优化过程工艺，促使反应介质浓度和温度压力降低，从而缓和反应条件。

（3）概念设计 该阶段设计要侧重降低过程环境影响和实现经济最优。随着社会经济的快速发展，人类越来越重视安全问题。为此，化工生产过程既要达到上述目的，也要加强过程本质安全化设计的研究。首先，库存设置，运用物料衡算工具减少或限制中间储存设施及量，达到消减库存的目的；其次，流程安全性，利用流程模拟软件不断模拟优化流程，以实现流程的优化简化；最后，能量释放，通过对化工过程反应热转移与机理和动力学三者关系的分析，采取稀释、连续过程或将液相进料用气相进料取代等，尽量缓和剧烈反应减少热危害。

（4）基础设计 该阶段以生产装置型式设计为主，一般是通过提高设备可靠性实现本质安全提升。而该阶段应充分考虑对新型设备和技术的应用，以实现对设备大小合理调整的目的，从而避免储存于设备内的能量物料大量向外释放腐蚀性，或减少危险物料量的外泄，同时要确保设备不会因腐蚀导致可靠性降低，必须合理考虑防范措施和设备材质的选择。

（5）工程设计 该阶段要以上一阶段设计内容为基础，一方面增加对定型设备规格型号、材质及零部件等要素详细说明的清单，另一方面则设计装配制造非定型设备的加工图，包括设备平面和立面的布置图、装置安装施工流程图，以及带控制点的管线流程图等。

3 结语

本质安全化的化工过程设计并非纯单向的，各阶段均能评价前一阶段工作状态，一旦发现失误或缺陷，就必须返回重新研究和修正上一阶段，即通过不断的重新设计，以充分保证设计方案的合理性、科学性。

［1］王杭州，邱彤，陈丙珍，等.本质安全化的化工过程设计方法研究进展［J］.化学反应工程与工艺，2014，（3）：254-261.

［2］张帆，徐伟，石宁，等.化工过程本质安全化技术研究进展［J］.安全、健康和环境，2015，15（1）：1-4.

［3］邢银全.本质安全化的化工过程设计方法探讨［J］.科学时代，2015，（3）：34-34.