化工原料药项目安全设计要点的探讨

孙越

（南京格洛特环境工程股份有限公司，南京 210048）

化工原料药项目安全设计要点的探讨

孙越

（南京格洛特环境工程股份有限公司，南京 210048）

化工原料药生产项目涉及危险化学品和危险化工工艺。分析了原料药生产中使用的危险化学品具有易燃、易爆、有毒、腐蚀等危险性质，指出生产过程中采用的化工工艺和化工单元操作具有一定的危险性，从工艺设计角度提出了通过对装置采取监控报警、安全连锁和安全泄放等应对措施和设置安全附件，从而为项目设计提供必要的安全技术保障。

化工原料药；危险化学品；危险化工工艺；安全设计

化工原料药是西药药品的主要生产原料，其生产制造主要是采用化学品通过化学反应合成再精制的方法获得，原料药制备的化学反应按反应要求分别在有压力、温度和深冷等不同条件下进行。参与反应的化学品和溶剂大部分被列入《危险化学品目录》（2015版）[1]的危化品名单，这些溶剂和部分原料具有易燃、易爆、腐蚀和有毒的特性，鉴于上述化学品的危险特性和合成反应的性质和条件，原料药生产操作过程中具有一定的危险性，对生产安全提出了高要求。为防止生产事故的发生，结合化工原料药生产特点采取有效的安全设施是合成原料药生产装置安全运行和生产的保证。

本文从工艺角度来论述化工原料药项目的安全设计问题，为原料药装置的工艺安全设计提供一些思路和借签。

1 合成原料药制备过程的危险性

化工原料药的生产工艺与传统化工工艺比较，既有传统化工工艺的蒸发、搅拌、过滤、传质和换热等化工单元操作，也有多个反应釜可同时进行一种反应，汇合多个反应釜产物进入下个工序，较少采用塔设备进行反应合成，多在反应釜内完成化学反应。原辅材料品种多而复杂，大多为有机化合物，工艺流程长，采用萃取、结晶、离心分离、冷凝、蒸馏和干燥等化工单元操作多，对产品有洁净和质量要求，生产规模小等自身独有的特点。由于使用的有机原料需溶于溶剂再参与化学反应，该类项目设计宜配备溶剂回收装置。

1.1 原辅材料和溶剂的危险性

用于合成原料药的主要化工原料为化学品，大部分列入重点监管的危险化学品名录。一般为碱、无机酸和无机盐等无机化合物，如氢氧化钠、硫酸、三氯化铝、氨等。还有有机酸、酯、酚、苯等有机化合物，如甲酸、二乙酯、苯酚、乙醛、硝基苯等。同时对一些不能溶于水的有机物原料采用有机物做溶剂，作为反应物的载体，如甲苯、乙醚、丙酮、乙醇等。

（1）作为化工原料的的酸、碱对设备和管道具有腐蚀性，部分挥发性的酸如盐酸、氢氟酸等对人体具有一定危害。

（2）火灾类别为甲、乙类的有机化工原料和溶剂，尤其是具有低闪点、低沸点的物料，如乙醚、甲醇等易挥发形成可燃性气体，在储存和生产中易引发闪爆、爆炸和火灾事故。

（3）易燃物料在管道输送时容易产生静电积聚引发放电，造成爆炸火灾。

（4）低引燃能量的易燃物料如黄磷等置于空气中会自燃，引发火灾。

（5）溶剂如乙醚、异丙醇、四氢呋喃、1，4-二氧己环等在保存中接触空气会产生过氧化物，在使用过程中如果加热到一定温度会自爆，引发火灾危险。

（6）原料如氢化铝锂、硼氢化钠、三氯化磷、三异丙醇铝等遇水会发生剧烈反应，大量放热，引发事故发生。

（7）部分原料具有一定的毒性，在泄漏、火灾爆炸后扩散到空气或水系中，造成环境污染，甚至导致严重的中毒事故。

1.2 化学反应和工艺操作单元过程的危险性

1.2.1 原料药合成化学反应的危险性

化工原料药合成的部分化学反应（如硝化反应、氯化反应等）属于重点监控危险化工工艺，具有一定的危险性。有些化学反应过程中会生成气体或放出大量热量，若不能控制反应速率和及时移走气体和热量，会造成设备超压、冲料、爆炸和火灾事故。

1.2.2 工艺操作单元过程的危险性

（1）生产操作中存在或引发爆炸、火灾危险。

在生产操作过程中，从桶或储罐抽送有机物料至计量罐加料过快，易产生静电；在釜底放料离心分离时，物料中的有机物蒸汽易在操作现场积聚；在萃取、洗涤分层和干燥过程中，低沸点的溶剂易挥发产生蒸汽外溢和集聚；干燥间通风不良，部分粉粒状可燃固体产品与空气形成爆炸混合物；在易燃、易爆物料反应结束，反应釜未降温的状况下直接空气破空，空气与易爆物料形成高温爆炸混合物；低沸点有机物料长距离输送，物料气化致使爆炸性气体逸出。

（2）生产操作中存在冲料泄漏危险。

在反应釜合成原料药过程中，投料进度过快、搅拌电机断电、冷却水（冷冻剂）断流，会使反应温度过高，造成有机物料或溶剂气化，引发冲料泄漏；低沸点物料（乙醚等）储罐冷却措施失效发生溢罐事故。

（3）生产操作中存在人身伤害危险。

在加料、过滤、干燥等人工操作过程中，部分酸碱和剧毒物料易接触人体导致人身伤害和中毒；在安全泄放过程中泄放至大气环境中的物料有引发火灾和造成人员伤害及中毒。

1.3 有机溶剂化工蒸馏的危险性

有机溶剂（醚类、醇类、酯类、烷类和苯类等）是原料药生产物料的载体，生产过程中不参与化学反应，在反应完成后需从生成物料中分离出来再回用到生产中，可以采用蒸馏的方法进行回收。

化工蒸馏是依据液体混合物的组分在不同温度下挥发度的不同，使其分离成纯组分的操作，在原料药生产中由于其分离效率高，适用范围广而应用于产品的提纯和溶剂的回收。

有机溶剂在蒸馏过程中的危险性主要在于有机溶剂自身的易燃、易爆特性，在蒸馏的密闭高温环境条件下形成的，主要体现在五个方面：

（1）在蒸馏过程中形成的有机蒸汽若排气不畅、冷却速度跟不上挥发速度的情况下致使系统压力增大，造成冲料甚至爆炸、火灾的危险。设备接口密封不严会发生蒸汽带物料泄出与设备口摩擦产生静电导致爆炸，甚至引发设备内易燃物料被点燃的危险。

（2）负压蒸馏抽出易燃易爆的有机气体直接排空有燃爆的危险。蒸馏结束后采用空气破空，有机溶剂高温液体物料或蒸汽接触空气造成爆炸和火灾的危险。

（3）蒸馏对液体物料而言是个浓缩过程，溶液中的介质随着溶剂的减少，操作控制不当会造成物料溶液变稠、结焦、固化，甚至堵塞放料口，聚集过热后有引发爆炸火灾的危险。

（4）溶剂中留存的硝基物料随着溶剂的循环套用会逐渐累积，在蒸馏过程中温度达到分解爆炸温度有爆炸和火灾的危险。

（5）蒸馏操作中冷凝接收罐有溢罐引发火灾的危险。

1.4 其他危险性

（1）低温合成冷冻剂采用液氮时，在操作中有冻伤的危险，液氮提供冷量气化后排放氮气时在泄放管出口端有结冰堵塞的危险。

（2）在使用液氮和氮气的厂房为封闭式厂房有氮气泄漏时有引发窒息的危险。

（3）置于室外无防晒措施的甲类物料中转罐易挥发逸出易燃易爆气体引发火灾的危险，尤其是低沸点物料有溢罐时有引发火灾的危险。

（4）互为禁忌的物料存放在同一仓储设施里、部分对存储温度有要求的物料在无降温设施的仓储设施有发生事故的危险。

2 合成原料药项目采取的安全防范措施

化工原料药生产装置具有一定危险性，对此从工艺上对生产原料和溶剂进行安全选择；优化工艺路线；对工艺操作参数的监控、控制和连锁调节；设备和管道配置安全附件；采取必要的安全措施和执行严格的安全管理制度，为装置的安全运行和安全应急处理提供可靠的技术和职业安全卫生保障。

2.1 按国家安监总局安全生产要求和标准规范采取安全措施

（1）尽量采用不是重点监控的危化品的原料或半成品做制药原料，如果原料和溶剂是重点监控的危险化学品，按照“重点监管的危险化学品安全措施和应急处置原则的通知”[2-3]采取安全措施和应急处置原则进行防范。

（2）按照“重点监管的危险化工工艺安全控制要求、重点监控参数及推荐的控制方案”[4-5]对化工原料药项目中重点监管的危险化工工艺进行安全监控和安全控制连锁设计。

（3）按《石油化工企业设计防火规范》（GB 50160—2008）[6]的要求，制药厂房尽量采用敞开式或半敞开式设计，如果确实要采用封闭式厂房必须配置相应的强制通风系统。物料在装置和管道内密闭运行，抽真空和逸散出的气体单独收集后进行无害化处理排放。对工艺装置进行设备布置，确保防火间距满足要求。

（4）针对装置各单元的危险特性制定对应的生产操作规程和严格的安全管理制度。按照《生产经营单位生产安全事故应急预案编制导则》（GB / T 29639—2013）[7]建立事故的应急预案。按照《化工企业劳动防护用品选用及配备》（AQ / T 3048—2013）[8]和《危险化学品单位应急救援物资配备要求》（GB 30077—2013）[9]的要求进行个体防护用品、应急器材的配置。

（5）应用危险与可操作性分析（HAZOP）对装置的安全性和可操作性进行设计审查，针对分析结果，采取相应的应对措施。

2.2 对危险物料采取的安全措施

（1）易自燃物料（黄磷、固体甲醇钠、硫氢化钠等）不得与有机溶剂或强氧化剂同仓储存。遇湿发热易自燃物料（氢化铝锂、硼氢化钠、三氯化磷、三异丙醇铝等）在储存中需包装完好，仓储干燥通风。化学不稳定易爆物料（过氧化物、多硝基化合物等）应单仓储存，在储存、搬运和加料操作过程中防止震动和摩擦。低沸点物料的仓储应有降温通风设施。剧毒原料仓库大门须设有双锁，现场安装视频监控。

（2）热敏性物料（乙醚、异丙醇、四氢呋喃、1，4-二氧己环等）随用随采购，储存时间过长在使用前应采用淀粉碘化钾试剂测试其是否含有过氧化物，若有应用还原剂进行去氧化物处理后再使用。

2.3 生产装置采用自控及监控报警安全设施

（1）化工原料药生产项目涉及易燃、易爆、有毒危化品和危险化工工艺，现场除必要的料桶加料、过滤和巡检操作人员以外，生产操作应由操作人员在操作室内通过自控仪表完成。项目应采用PLC自控仪表系统，经济条件允许应上集散控制系统（DCS），重要的监控参数、控制连锁和报警信号进自控系统，同时现场设置必要的操作仪表和报警器，方便安全操作。属于重点监管的危险化工工艺对重点监控信号和安全信号及连锁执行机构设置独立的安全仪表系统（SIS）。

（2）针对物料和溶剂的危险特性，生产装置现场设置易燃、易爆和有毒气体现场声光报警设施，同时信号接入自控系统。封闭厂房需连锁强制通风系统的开关。

（3）对要求控制反应速度的加料采用计量调节阀自动滴加进料的方式来控制加料，滴加管道上装有视镜便于观察，如果反应速度对温度和压力有要求，加料进度控制装置与温度和压力参数连锁。

（4）采用液氮和氮气的封闭厂房应设置氧气浓度测量仪，附带现场报警器，设置的位置在用氮设备附近。

（5）反应釜和蒸馏釜设置温度计、压力计和液位计，蒸馏硝基和聚合类物料采用真空蒸馏，以降低蒸馏温度，其蒸馏釜还需设置低液位报警器。

（6）易燃易爆、有毒物料仓库设有易燃易爆有毒气体报警装置和强制通风系统。

2.4 生产装置采用安全附件安全设施

（1）带压工艺系统的设备设置压力表，反应釜、蒸馏釜设置爆破膜，蒸馏气体管道的最高端进冷凝器前安装安全阀。

（2）输送易燃易爆物料的管道管径采用比正常大一规格的金属管道并做静电接地，桶装物料抽送采用金属软管并与接管可靠连接，所有现场金属设备、钢平台构架及金属管架采用静电接地措施。

（3）易燃、易爆、有毒、腐蚀物料、液氮和氮气进入生产装置的管道上设置切断阀和8字盲板。

（4）易燃、易爆和有毒物料计量罐设有液位计和溢流管道。

（5）真空泵排气管道上设置止逆阀，抽出的气体应设收集处理系统进行处理。

2.5 生产装置采用紧急泄放安全设施

工艺系统需设有紧急泄放系统，当发生紧急事态需紧急停车时，可采用自动或手动打开放空阀门，带压物料排出，泄放反应釜或蒸馏釜的压力，泄放的物料（包括防爆膜和安全阀泄放物料）应在屋顶设置物料收集罐收集固态和液态物料，尾气送处理系统无害化处理排放。

2.6 生产装置采用收集系统安全设施

（1）离心过滤机、放料处、烘干机现场附近设置吸风罩，收集飘逸出的气体集中无害化处理。

（2）低沸点物料（乙醚等）采用桶包装，现场短线真空抽料、计量罐加料的形式，桶、管线和计量罐有冷却保冷设施，加料现场设有吸风罩收集逸散气体。低沸点物料做溶剂的物料加热和蒸馏时采用热水，蒸馏接收槽有温度和液位监控。

（3）对装置中间储罐、计量罐和接收罐设置围堰等泄漏物料收集处理设施。

2.7 生产装置采用其他安全设施

（1）现场设置公用工程站，配置工艺水、仪表风和氮气供应点。采用氮气对易燃物料的压滤操作、设备和管道的气体置换和真空蒸馏的破真空。

（2）液氮放空管出口端设蒸汽加热伴管。

（3）对于部分因超温或停止搅拌造成物料聚集引发事故的反应釜供水的循环冷却水装置、搅拌器的供电采用二级电源负荷。

（4）易挥发、易燃、易爆和有毒物料的装置中间罐设置氮封保护，采取遮阳等防晒措施，中间罐设有温度计和液位计，其液位与罐区打料泵电机连锁。储罐放空管设呼吸阀和阻火器，有毒物料储罐放空应设收集处理系统。

（5）在蒸馏操作中，对常压下沸点150 ℃以上的物料采用真空蒸馏，对常压下沸点30 ～ 150℃的物料采用常压蒸馏，对常压下沸点30 ℃以下的物料采用加压蒸馏。

3 结束语

化工原料药生产项目涉及的危险化学品和危险化工工艺多，具有易燃、易爆、有毒、腐蚀等危险性，为保障项目生产过程的安全、预防重大事故和职业病的发生，消除和减弱危险有害因素，在项目实施和装置设计中采取有效的安全防范措施和安全技术、设置必要的安全附件是原料药装置安全生产的保障。

[1]国家安全生产监督管理总局等十部门公告.〔 2015〕5号 危险化学品目录2015[S].

[2]国家安全生产监督管理总局. 安监总厅管三〔2011〕142号，首批重点监管的危险化学品安全措施和应急处置原则的通知[S].

[3]国家安全生产监督管理总局. 安监总管三〔2013〕12号，第二批重点监管的危险化学品安全措施和应急处置原则的通知[S].

[4]国家安全生产监督管理总局. 安监总管三〔2009〕116号，首批重点监管的危险化工工艺目录，首批重点监管的危险化工工艺安全控制要求、重点监控参数及推荐的控制方案[S].

[5]国家安全生产监督管理总局. 安监总管三〔2013〕3号，第二批重点监管的危险化工工艺目录，第二批重点监管的危险化工工艺安全控制要求、重点监控参数及推荐的控制方案，调整的首批重点监管危险化工工艺中的部分典型工艺[S].

[6]GB 50160—2008，石油化工企业设计防火规范[S].

[7]GB / T 29639—2013，生产经营单位生产安全事故应急预案编制导则[S].

[8]AQ / T 3048—2013， 化工企业劳动防护用品选用及配备[S].

[9]GB 30077—2013，危险化学品单位应急救援物资配备要求[S].

Discussion of Key points in Safety Design for Active Pharmaceutical Ingredient Projects

Sun Yue
（Nanjing Green-Water Environment Engineering Co. Ltd, Nanjing210048）

The production of chemical API (active pharmaceutical ingredient) involves with hazardous chemicals and processes. In this article, the hazardous properties of chemicals used in the production of API, including fl ammability, explosion, poisonousness and corrosion, were analyzed. It was indicated that there is certain hazards in chemical process and unit operations used in chemical production. It was proposed, from the view points of process design, to use monitoring alarm, safe interlock and safe release devices to provide necessary safety guarantee for project design.

chemical API; hazardous chemicals; hazardous chemical process; safety design

TQ 086.3

A

2095-817X（2017）06-0027-004

2017-06-06

孙越（1964—），男，工程师，主要从事化工工程设计及项目管理工作。