浅谈化工设计

王丽硕,王青青

(河北生特瑞工程设计有限公司，河北 石家庄 050000)

化工产品与我们的生活息息相关，无论衣食住行，都有化工产品的影子。作为化工设计的产物，化工设计显得尤为重要。化工设计的好坏，直接关系到整个装置能否顺利开车，获得合格的产品，最终关系到工厂的经济效益。本文从安全、环保、经济等方面讨论了化工设计应该注意的问题。

1 化工设计简介

化工设计是根据一个化学反应或一项化工过程，设计工艺流程、设备布置、管道布置等图纸，将设想转变为实际的生产过程，涉及到化学、建筑、电气、仪表、给排水等各专业。

2 安全方面

近年来，化工厂爆炸事故频发，给人们敲响了一次次的警钟。安全问题已经成为化工设计中的重中之重。作为化工设计人员，安全问题应放在首位。尤其是涉及到易燃易爆介质的生产，更应该注意防火、防爆，做好相应的防护措施。

2.1 厂房的设计应从防火分区、防爆泄压、安全疏散等多方面进行考虑

首先应根据介质的闪点、爆炸上下限值，确定介质的火灾类别，进而确定生产车间(厂房)的类别。厂房选用建筑材料的耐火等级应符合规范要求。

防火分区指的是在建筑内部采用防火墙、楼板及其它防火分隔设施分隔而成，能在一定时间内防止火灾向同一建筑的其余部分蔓延的局部空间[1]。根据建筑物的使用性质、火灾类别、建筑物高度及火灾蔓延的速度等因素确定防火分区的面积。合理划分防火分区，若建筑物一旦发生火灾，能够将火势控制在一定范围内，为人员疏散及消防救援提供有利条件。有爆炸危险的厂房应设置泄压设施。泄压设施宜采用轻质屋面板、轻质墙体和易于泄压的门、窗等，应采用安全玻璃等在爆炸时不产生尖锐碎片的材料[1]。厂房的泄压面积根据容积和泄压比进行计算确定。发生火灾事故时，安全疏散显得格外重要。厂房的安全出口应分散布置，每个防火分区或一个防火分区的每个楼层，其相邻2个安全出口最近边缘之间的水平距离不应小于5m[1]。安全出口的数量需要根据计算确定。疏散楼梯、走道、门的宽度应根据疏散人数进行计算确定。

2.2 工艺设计

工艺设计包括工艺流程、设备布置、管道布置、反应器选型计算(塔、反应釜、换热器等)、物料衡算及能量衡算等多方面。

进行工艺设计时，应避免使用危险化工工艺，如必须采用，应最大限度的减少危险化学品的使用量。使用危险化学品的项目，应依据《危险化学品重大危险源辨识》进行辨识，是否构成危险化学品重大危险源，已经构成重大危险源的，对重大危险源进行分级。同时加强仪表控制，采用DCS/SIS控制系统，有效监控储罐、反应釜等设备的液位、温度、压力等参数，确保设备参数控制在安全数值范围内。提高整个系统的自动化程度，可避免装置超温、超压、超负荷运行，从而保证生产装置长期稳定的运行。通过采用联锁保护装置，可以提高生产系统的安全性，一旦出现非正常情况，联锁保护自动开启，可以快速有效遏止事故蔓延，防止事故的发生。

使用安全保护装置，如设置安全阀或爆破片，可防止生产装置系统压力超过设备和管道的设计压力，发生爆炸事故。在可燃液体储罐的放空管道上加阻火器，可有效防止火灾事故的发生。对于有毒、腐蚀性物料，应根据介质的性质，选用合适的管材、密封形式，有效防止跑冒滴漏的现象，减少化学品对操作人员的伤害。另外，操作人员应按照安全生产规章制度，正确佩戴和使用劳动防护用品。

2.3 总平面布置

化工厂区总平面布置应遵循相应的标准规范，如《工业企业总平面设计规范》、《化工企业总图运输设计规范》等，结合实际生产情况，合理布置生产区、仓储区、辅助生产区、办公区等。功能分区合理紧凑，保证物料、动力的便捷供应。

生产装置区宜布置在全年最小频率风向的上风侧，行政办公及生活服务设施区宜布置在全年最小频率风向的下风侧，辅助生产和公用工程设施区宜布置在生产装置区与行政办公及生活服务设施区之间[2]。经常散发可燃气体的场所，如储存易燃介质的罐区、隔油池等，应远离各类明火源，并布置在火源的下风侧或平行风侧。生产或使用大宗产品的装置区或设备，宜靠近其产品储存和运输区域布置。生产车间、罐区、仓库、综合楼等建构筑物的间距严格按照《石油化工企业设计防火标准》《建筑设计防火规范》等规范执行。

根据企业规模和功能分区，合理规划厂区道路，确定通道宽度。布置运输路线，应考虑物流顺畅，减少折返迂回。发生火灾事故时，消防道路的通畅对灭火救援非常重要，消防道路的设置应便于消防车队能从不同方向迅速到达危险区域(生产车间、仓库和罐区等储存及使用易燃易爆物质的场所)。

2.4 消防、防雷防静电等

从事化工生产的企业应配备相应的消防设施。包括消防站、消防水池、消防水泵及室内外消防管网等。消防水池应保证消防用水量的供给。根据物料性质合理布置消防管网。根据建筑生产的火灾危险性类别及《建筑灭火器配置设计规范》配置灭火器，灭火器设置在位置明显、便于取用的地方。根据规范有要求的需设置自动灭火系统。

涉及易燃易爆介质的化工生产装置、罐区等场所，严格按照《爆炸危险环境电力装置设计规范》划分爆炸危险区域，在爆炸危险环境内，配备防爆工具，电气设备的级别和组别不得低于爆炸性介质的级别和组别。同时，工艺装置内建筑物、构筑物的防雷分类及措施按《建筑物防雷设计规范》执行[3]。对爆炸、火灾危险场所内可能产生静电危险的设备和管道，应采取静电接地措施[3]。

3 环保方面

化工生产过程中，经常会产生废水、废渣、废气等有毒、有害物质，若未经妥善处理，未达标排放，就会污染环境，破坏生态平衡。因此，需要设计人员不断改进生产工艺，减少三废排放。对于不可避免的废物，采取合理的处理措施。如考虑废物的回收利用，作为制备新产品的原辅材料。

3.1 废水处理

化工装置生产过程中产生的废水种类繁多，应根据其性质采用不同的治理技术，有害物质能回收的尽量回收利用，不能回收的可用以下方式进行处理。(1)生化处理，利用多种微生物的生命活动将废水中的有机物转化为无机物。常见的有生物膜法和活性污泥法。(2)焚烧处理，对于有机物浓度较高，组分复杂的废水，若没有回收价值，可直接焚烧处理，将有机物高温氧化分解为二氧化碳和水等无害或危害较小的物质排入大气。

3.2 废气处理

目前，废气的处理方法有吸收、吸附、冷凝和燃烧。如炼油生产过程中排放的有机工艺尾气，可采用锅炉、焚烧炉、火炬等方式燃烧处理。近年来，随着科学技术的发展，VOC(挥发性有机化合物)的处理技术逐渐成熟化、先进化，包括吸附法、吸收法和膜分离法等，通过采用选择性吸附、膜渗透等技术来分离回收废气中的有机溶剂。

3.3 废渣处理

目前，固体废物(即废渣)的处理方式有化学法、固化法、焚烧法及填埋等。化学法利用废渣的化学性质，通过氧化还原、酸碱中和等方式，将废物中的有害物质转化为无害物质。固化法是将固体废物与凝结剂混合固化，其中的有害物质封闭在固化体内，无法浸出，从而降低有害物质对环境的破坏。焚烧法通过燃烧，将固体废物中的可燃介质氧化分解，从而降低毒性，是常见的工业废渣处理方式。填埋，顾名思义，就是将废渣填入坑中，铺上土壤压实，也是处置危废物常见的一种方法。

3.4 噪声

化工装置中的压缩机、离心机、泵、火炬等都会产生噪声，化工设计时应选用低噪声工艺，选择低噪声的设备，同时采取一些降低噪声的措施，如设置消声器、减震垫、配备护耳器等，尽量减少噪声对人体的伤害。

4 经济方面

如今，社会经济快速增长，化工企业的经济利益需求不断提升，为了扩大化工企业的发展空间，提升企业的经济效益，化工设计的优劣至关重要。通过降低生产成本，扩大生产能力，能有效提高企业的经济效益。

如何降低生产成本呢？原料的品质决定了产品的质量，而催化剂的效果决定了反应的产率，通过提高原子利用率，即提高原料的转化率，减少生产过程中的副产品，可相应降低生产成本。在进行工艺设计之前，需要详细了解物料性质，根据生产需要，制定合理的工艺流程方案，选取合适的工艺设备，合理调控反应参数，通过控制各单元操作，实现装置的生产能力。同时，在保证产品质量的前提下，降低生产过程的能耗，对废物进行综合利用，尽可能减少三废排放，实现文明清洁生产，提升化工企业在市场上的综合竞争力。

5 小结

化工设计的质量，决定了整个项目的运行质量及经济效益。作为化工设计人员，需要不断提升自己的专业技能，熟悉各类标准规范，同时结合项目的实际情况，进行合理有效的设计。在保证安全的前提下，不断改进生产工艺，提高装置的运行效率，从而提升项目的经济效益，同时处理好三废问题，实现绿色化工生产，推动经济的可持续发展。