化工工艺及化工设备适应性设计

田启祥 王湘宇 田艺格

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化工生产安全执行的条件是化工工艺的设计，需要准确依照国家相关法律完成标注化设计。化工设备的安全评价工作具有复杂性，它的安全评价结果直接影响了安全生产管理。本篇文章对化工工艺安全管理展开了探讨，讨论了出现化工生产安全事故的原因，制定了改善化工工艺生产安全管理的详细方案。给化工生产安全管理带来了有效的参考价值。

1 设计中经常出现的问题及相应对策

我国在化工设备设计方面还存一定的缺陷，需要不断对设计进行优化，现阶段在设计中的突出问题有如下几点：（1）化工设备设计年限与实际使用年限不符的问题。对于大多数在用化工设备的使用，管理人员往往是凭经验和惯例去判断。（2）选材问题和材料替代。设计人员考虑不全面，设计时常常关注设备的性能，忽略其他因素；而生产企业为降低成本常常会考虑材料替代，比如在Inconel600和Inconel400两种钛合金材料性能相近的情况下，设计人员会选用Inconel600作为产品的主要材料，而生产企业为了降低成本则会选择Inconel400钛合金材料去生产设备，在压力、温度、操作环境不变的前提下，两者必然会在实际使用中出现问题。（3）化工设备冷热处理的问题。主要体现在热处理的温度控制调试不当，时间不充足，没有充分考虑到介质腐蚀，变形等的影响，主要部件接管、管道、封头等不作热处理。相对应的改善措施：①设计人员应严格执行国标以及按照设备实际使用情况进行设计参数，并可在大数据时代对自己企业生产的设备在使用中的数量和年限进行跟踪，得出最终的实际使用年限，并在设计图纸上进行标识，提醒企业和操作者进行使用。②选用好材料。设计人员应严格按照国标和技术标准进行选材，并要求生产企业严格按照图纸进行生产制造，相关监管单位要严格监管，一旦出现违背设计图纸的生产设备，在经济上要有一定的处罚，涉及人身安全的，可适当行使刑事管辖，问责到底。③在热处理过程中，需要根据各种不同金属材质拼接后选择合适的温度，考虑不同的介质腐蚀、变形，给与适当热处理的温度区间，确保各种金属化工设备性能都能达到最佳状态进行热处理，才能有效保证质量。

2 化工工艺过程

化工工艺是指把原料通过化学反应生成产品的方式过程。它的生产过程包括三个步骤，分别是处理原料、进行化学反应和细致处理产品。处理原料是指把不同的原料完成不同的预备处理工作，如净化、混合等。细致处理产品是指通过化学反应把混合物分开，来获取需要的构成规格的产品。化工工艺的注意事项是需要在指定的设备内开始生产，完成需要的化学方式或物理方式转换[1]。危险化工工艺是指在化学生产的时候会引发爆炸、中毒等具有危险性事故的工艺，国家安监总局编制的危险化工工艺一共包含15种，如电解工艺，硝化工艺等。

3 化工设备的安全评价

化工设备安全的评价方式为定量评价法，它可以确定化工设备风险事故的具体等级和隐藏的危险性,国内和国外大多数研究机构都曾对化工设备内危险性定量展开了许多的探讨分析，广泛运用在化工安全管理方面。化工工艺的执行环节包含原料的输送、凝固等多道工序，化工设备安全管理的关键因素是反应设备。不间断作业有着稳固的执行和很好的安全性，间断性工艺环节比较简便，执行力度比较有弹性，可运用准确度比较低的数据。如果操作设备中的某一个设备，如排泄阀管出现了安全隐患，就会影响到设备整体的安全系数，需要经过冷却并且稳固装置，才能降低化学生产的危险性[2]。

4 化工工艺设计的方法和过程

化工厂开展化工工艺设计，是开展化工产品生产的前期基础性工程。进行化工工艺设计的人员必须具备化工工艺设计的方法和业务技术。主要包括清楚工艺设计的任务目标、设计范围、设计的职责，掌握化工设计的基本理论和方法，工艺设计的基本程序，能保证所进行工艺设计的过程和成品文件满足规范要求和用户的需要。开展化工工艺设计必须出具工艺说明的文字材料、相关图纸和表格。工艺说明的文字材料主要是说明化工工艺设计的范围，对设计生产规模、产品方案，生产中使用的原材料、催化剂和化学品，产品生产需要的燃料规格、产品成品标准和副产品成分等进行说明。还要明确工艺流程中设计的生产方法、化学原理等。对化工生产中水、电、汽、仪表空气、氮气等相关材料的消耗定额和消耗量进行测算，对生产过程中出现的三废的排放提出包括排放组成、排放量以及排放地点等全套处理办法。图纸部分作为后续PID设计的基础，主要包括总体布置图纸、化工装置图纸等，要明确化工设备、化工物料的管道、控制流程、流转方式、加热和冷却介质的连锁方案，工艺空气的进出位置等。表格是为整个工艺设计提供数据支撑的部分。主要包括物料平衡表，主要是说明相关物料的组成、压力、温度、密度、粘度等理化常数指标[3]。工艺设备数据表，是说明设备的种类，如塔器、换热器、机泵、锅炉等。设备的名称、操作条件、外形尺寸、使用材料、使用温度等各种数据都要详细提供。化工取样点汇总表和装置界区的条件表，是对整个化工工艺的流程和操作进行详细说明的表格，主要包括共用工程部分、产品说明、副产品说明等内容。

5 改进化工工艺设计问题的优化措施

一是化工工艺设计要满足国家发展的生态需要。在设计中，要坚决贯彻落实国家对化工厂低能耗生产的要求，避免对能源的过度消耗。要在设计中采用更加环保、对能源需求少，产出多的先进装置和设备。在设计指标中，提出更加严格的关于生产原料和设备质量的标准。在生产工艺流程中，制定更为规范有效的生产过程，最大化地提高化工工艺设计中低能生态特点。二是化工工艺设计要发挥低能耗建设投资的优势。化工产品生产时密集型特征非常明显。生产工艺上如果没有突破性的创新，往往不会带来化工生产工艺上的变革。所以在化工工艺设计上，要从降低基础投资设计目标、优化设计流程、减少装置尺寸等方面，来发挥工艺设计在节约投资成本上的优势。三是化工工艺设计要推行集约化管理的新模式。一些化工企业在采用传统工艺方式进行生产时，往往生产能力会受到制约。优化工艺设计时，采用对化工工艺设计和研究成果进行集约化管理的模式，有助于构建化工企业低能耗、高效率，控制成本、高效生产的先进生产模式。因此在设计中要注重收集国际上先进的化工工艺成果，掌握最新的化工设备的性能，让化工工艺设计更加科学，更有实效性。从上面的分析可以看到，化工工艺设计是影响化工企业生产总量和效率、效益的重要因素。化工工艺设计中，要从化工生产的全过程需要出发，针对存在的问题进行具体分析和解决，促进化工生产更为安全、更为可靠，促进化工企业实现平稳安全有序生产，实现全面可持续发展。

改善措施：①化工设备在制造过程中优化工艺流程步骤，规范流程控制要点，并且制作成工艺流程控制卡片，张贴在生产制造车间。生产操作人员每制作完一道工序，要有指定的设计人员、工艺编排人员、质量检查人员到场进行查看，并做好标记。三方人员标记确认无误后，生产操作人员方可继续进行工作，把问题解决在现场，把安全灌注到设备中去。为了节省生产时间，生产现场要保留至少一名进度检查工作人员。完善监督和企业的培训机制，定期检验人员的操作水平，也可组织生产竞赛，建立奖励机制。②防止设备变形。依据制造工艺和材料特性严格规范生产活动，比如材料对称切割、环缝纵缝焊接过后及时开展热处理消除内外应力、尽量在同一部件生产企业购买配件、避免小零部件造成的组装变形。③防止化工设备制造中出现裂纹，科学运用材料和焊接技术，提高焊接工艺水平。焊接过程中要避免环境的影响，延长冷却时间能有效减少裂纹的产生。

6 结语

在国民经济飞速发展的今天，人们的高品质生活水平与现代化工制造行业的发展密不可分。每一位化工专业人员都要肩负起身上的责任，在化工设备生产制造过程中不断完善设计、工艺、焊接质量，才能更好改进我们的制造技术和产品，保证产品安全生产运行，为国民经济持续健康发展贡献一份力量。