风险管理下的化工工艺设计研究

摘 要：文章首先从工艺设计组成部分与风险隐患应对基础两个角度入手，对风险管理下化工工艺设计的基本研究背景进行了阐述;其后，围绕工艺流程、工艺设施以及工艺风险三个方面，分析了风险管理下化工工艺设计风险隐患的类型及来源，并提出了行之有效的优化应对策略。

关键词：化工工艺;安全风险;流程设计

化学工业是我国社会运行发展的支柱性产业，对我国的社会经济、综合国力、民生质量、科技水平、国防力量等多个方面具有重要作用。但从另一方面来看，化学工业也是我国社会中重大安全事故的主要发生领域之一。基于此，为了推动化学工业的健康发展，促进我国社会的稳定和谐，我们有必要对风险管理视角下的化工工艺设计展开探究讨论。

1 风险管理下化工工艺设计的基本研究背景

1.1 化工工艺设计的组成部分

所谓“化工工艺”，即化学工业运行过程中涉及到的工作方法与生产技术。从目前来看，其设计活动主要可分为以下几个部分：

1.1.1 工艺流程的设计

即基于化工原料的反应原理、处理思路，设计出系统性、逻辑性的施工图纸与流程方案，并确定原料投放、反应条件、检测标准等多元化的规范参数，以保证化工生产的质量、效率与安全。

1.1.2 工艺设施的设计

一套化工工艺流程的完善构成与系统运行，需要运用到多种设备设施，如加压设备、温控设备、清洗设备、离心设备、输送管道、检测仪器等。在此背景下，任何一个仪器设备或硬件设施存在设计偏误或故障问题，都会对化工生产的整体质效产生影响，甚至引发大规模、严重化的经济损失、灾害事故与污染现象。所以，相关人员还需要对工艺流程基础上的设施类型、设施参数、设施布置等进行合理设计，以保障化工工艺的稳定落实，降低化工生產中事故问题的发生几率。

1.1.3 风险应对的设计

与其他行业相比，化工行业的生产活动存在更高危险性，稍有不慎后果将十分严重。所以，设计人员除了要关注化工工艺的主体流程以外，还应对各类风险的前期预防与后期应对提起重视，设计出爆炸隐患排查、毒性气体处理、人员组织管理等化工工艺的配套方案[1]。

在分析化工工艺设计中的风险隐患及其应对策略时，可将上述部分作为研究探索的切入角度。

1.2 化工工艺设计中风险隐患的应对基础

化学工业与现代社会的发展始终是相伴而行的，所以其行业体系、行业环境已趋于成熟。在此背景下，化工工艺设计中安全问题相关研究活动已度过了“摸着石头过河”的初期阶段，保有丰富的行规标准、实践经验、学界成果等作为支持。

首先，我国化工工艺设计中可参考、需遵循的行业规范有《石油化工企业设计防火标准》（GB50160-2008，2018

年版）、《建筑设计防火规范》（GB50016-2014，2018版）、《精细化工企业工程设计防火标准》（GB 51283-2020）、《工业金属管道设计规范》（GB50316-2000，2008版）、《特种设备生产和充装单位许可规则》（TSG07-2019）、《压力管道安全技术监察规程-工业管道》（特种设备安全技术规范TSG D0001-2009）及《压力管道规范 工业管道》（GB-T20801-2006）等，且表现出多方面、细节化的规定特点，可为相关人员提供出全面性、基础性、科学性的工作依据。

其次，在工业、学界等相关领域的长期努力下，人们已经掌握了绝大部分已知化学材料、化学元素的危害特点与反应机理。例如，钾、钠等化学物质具有水敏性特点，当其与水相接触时，会形成不同程度的放热反应，并释放生成氢气。此外，硫、硅、碳、磷等物质及其化合物与水接触时，也会生成一定的氢化物。此时，一旦氢气、氢化物处在高温高压的化工工艺条件下，便极有可能引发爆炸事故，进而对化工生产的质量、效率与安全造成严重损害。基于此，相关人员在化工工艺设计中保有丰富、专业的知识素养，对各类化学反应、化学物质具备清晰、全面的认知了解，便能预先采取有效的控制手段，如合理配伍化工材料、严格把控加温加压参数等，以此实现绝大部分事故风险的预先规避。

最后，在化工行业蓬勃发展、化工事故时有发生等种种因素的影响下，化工工艺相关的设备、技术市场也将安全性视为重要指标。由此，越来越多具备安全控制能力、风险预警能力的仪器设备出现在市面上，越来越多安全环保的化工技术被研发出来，均为化工工艺设计中风险管理的研究分析与有效应对提供了便利条件。

2 化工工艺设计中常见的风险类型与风险来源

2.1 化工工艺流程设计中的风险隐患

结合行业经验来看，化工工艺流程主要包含三个大环节，即原料处理、化学反应以及精制加工。在化工生产中，这三个环节都存在相应的安全隐患。

首先，原料处理的工艺方法有提纯、混合、粉碎、乳化等，且均有比较严格的状态标准与规格要求。如原料在净化、提纯处理后仍未达到反应需求，存在纯度不够、富含杂质等情况，不仅会对后续反应、加工的质量与效率产生影响，还可能引发工艺流程以外的特殊化学反应，并生成有毒有害、易燃易爆等危险化学物质，埋下相应的安全隐患。同理，若化工原料混合不充分、粉碎不彻底、乳化不均匀等情况，也很有可能造成前期处理阶段的工艺设计安全问题[2]。

其次，化学反应是化工生产的最关键环节，同时也是化工安全问题的最主要发生阶段。在实践中，化工工艺设计中涉及的化学反应多种多样，如磺化反应、硝化反应、聚合反应、氧化反应、还原反应、复分解反应等，且各类反应的温度、压力、载气、燃烧等条件均不相同。此时，由于化学反应的苛刻性与多样性，若相关人员对反应参数的设计不甚合理，一方面难以获得符合化工生产预期的产物，另一方面也极易导致有毒有害、易燃易爆等危险化学物质的生成，引发严重的安全问题。例如，硝化反应是现代化工工艺设计中经常涉及的化学反应之一，其常用硝化剂有高浓度的混酸、硝酸等。硝化反应会释放出大量的热量，硝化剂具有强氧化性，消化产物具有爆炸性，所硝化反应的安全控制及其重要。在设计中，若并未把控好硝化反应中材料的浓度、用量，或反应温度、压力设计不合理，将显著提高爆炸事故的发生几率。此外，若相关人员没有考虑到硝化反应在环境方面的安全保障需求，使硝化剂、消化产物存在接触酸性物质、碱性物质、明火、摩擦等影响因素的可能，还会进一步增大爆炸发生的可能性。

最后，精制加工即对化学反应获得的产物实施进一步处理，如去除副产物、去除杂质、净化污染等，从而在分离目标产品、达到生产标准的同时，降低化工排放的污染性，或实现可利用资源的有效回收。对于这一阶段，若相关人员并未在化工工艺末端设计中落实防火防爆、防毒防害的有效措施，或脱硫、脱硝等污染处理系统的构建不够合理，也会引发一定的安全问题。例如，在焦化生产中，反应生成的焦炉煤气具有易燃易爆特点，其焦油、氢、氨、苯等组分也具有不同程度的可燃、易燃、有毒等属性。此时，若其回收工艺中有高温高压的加工环节存在，或工艺环境内存在明火，都可能引发火灾、爆炸等化工事故。同时，若焦炉煤气的回收与净化不彻底，导致毒害性气体排放到外部大气环境中，也会形成大气污染、水污染等更加复杂的安全问题。

2.2 化工工艺设施设计中的风险隐患

化工工艺设施设计中的安全问题，主要是基于化工工艺的流程设计产生的。在化工生产中，化学原料、化学反应与其所处环境、环节的设备设施存在密切关联，若各要素之间无法良好匹配，势必会形成一系列的安全隐患与事故风险。例如，丙酮这一化工原料具有高毒性特点，一旦现场施工人员吸入过量，或发生长时间的皮肤接触，将会出现乏力、头晕、痉挛、昏迷、皮炎、酮症酸中毒等多种中毒反应，重者可危及生命。所以，在化工工艺的设计过程中，相关人员必须要对丙酮在生产过程中的密封情况提起重视，严格保证储藏罐、反应室、输送管道等密闭质量，以免出现不必要的安全事故。再如，在化工生产中，硝化反应会表现出很强的腐蚀性特点。此时，若相关人员对管道、容器、设备等防腐抗蚀等级的设计不达标，将很可能出现硝化剂、硝化产物的渗漏问题，形成严重的安全风险[3]。

除此之外，若相关人员在设计仪器设备的参数时，并未严格按照行业规范进行运算设置，或缺乏对工艺体系的实际性考量，也会导致仪器设备无法发挥出应有的效力，进而引发反应不充分、反应激化等负面现象，并形成相应的安全风险。

2.3 化工工艺风险设计中的风险隐患

同样以化学工艺流程的设计为基础，若相关人员缺乏对工艺流程中可能发生事故风险的预先感知，并未设计出有效的前期防控与后期应对方案，也会在无形中增大安全事故的危害性与处理难度，进一步降低化工生产的安全性、经济性与高效性。例如，苯乙烯具有高毒性、易燃性等危险特性，且为可疑致癌物。如果相关人员在工艺方案的设计中并未明确提出佩戴过滤式防毒面具、佩戴化学安全防护镜、穿着毒物渗透防护服、远离火源热源等作业要求，将很难保证化工生产现场人员及设备的施工安全。另一方面，如果相关人员未设计出二氧化碳、砂土等有效的应急灭火方案，使得现场人员在面对苯乙烯火灾时采取以水灭火的方法，也会导致消防措施的无效化，不利于事故影响的及时控制。

3 风险管理下化工工艺设计的优化应对策略

据相关数据统计显示，在2006年至2014年之间，我国危险化学品事故的发生起数在每月200起以上。在化学工业蓬勃发展的当下，这一数据还会有所提升。由此，为了降低化工事故的发生几率，促进我国社会的和谐稳定，相关人员必须要对风险管理下化工工艺设计的优化应对提起重视。

3.1 化工工艺流程设计中风险隐患的优化应对

相关人员在化工工艺流程的设计过程中，首先要对相关生产原料、反应方式、反应产物的种类、特性进行全面分析。一方面，要严格注重各化学材料之间的配伍禁忌，尽可能地避免不必要的有毒有害、易燃易爆物质生成。另一方面，也应做好处理方式、反应参数等方面的合理把控，将安全事故的发生几率控制在最低水平。例如，对于有氢气、氢化物参与的反应环节，相关人员应严格控制相关仪器设备的升温、加压等级，以避免爆炸事故产生[4]。其次，相关人员应将规范性、公共性的文件资料作为设计标准，并在此基础上做好工艺流程的适宜性设计。例如《焦化安全规程》（GB12710-2008）中有“浓硫酸输送应采用泵送或自流方式，不应使用压缩气体输送”、“用浓硫酸配硫铵母液时，应缓慢调节流量，防止集中放热造成母液飞溅”等规定。以此为基础，相关人员在进行焦化工艺的流程设计时，就严禁采取压缩气体输送的浓硫酸输送方式，并将母液调配环节中浓硫酸的流速、流量进行柔化控制，以免引发安全事故。最后，在倡导化工生产绿色化、卫生化的大背景下，相关人员除了要从生产效益、施工安全的角度进行工艺流程本体控制以外，还需对末端精制加工与污染处理环节的安全质量提起重视。例如，在乙醛的化工生产中，若还将乙炔作为化工原料、将硫酸汞作为催化剂，虽然能达到良好的生产效果，但会形成一定的汞污染问题，不利于化工生产末端排放的安全控制。所以，在工艺设计中，可将原料由乙炔改为乙烯，采取直接氧化的反应方式：（C2H4+O2→CH3CHO）进行乙醛生产。这样一来，便能有效避免硫酸汞的生产运用，防止汞污染的情况发生。

3.2 化工工艺设施设计中风险隐患的优化应对

在化工工艺设施的设计中，相关人员主要应对设施所接触的化学原料、反应类型进行分析，并选用规格合适、性能合理的设备设施。例如，一些化学物质会在反应过程中释放大量的热量，此时就需要对其反应容器、输送管道进行耐热性设计，以免设备设施因受热而出现老化、形变、破损等问题。同理，对于硝化反应、磺化反应等腐蚀性化学反应，也要适当增厚化工管道的管壁厚度，并通过使用防腐材料、涂镀防腐涂层等有效手段提高其腐蚀抗性，以免发生管道破损、材料渗漏的安全事故。除此之外，在设备仪器、管道设施等的参数设计中，相关人员也应严格遵循《钢制化工容器设计基础规定》（HG20580-1998）、《塔器设计技术规定》（HG20652-1998）等的规范要求，从根本上保证化工工艺体系设计的规范性[5]。

3.3 化工工艺风险设计中风险隐患的优化应对

为了达到最有力的化工安全管控效果，相关人员还需做好化工工艺风险的前期预防与后期应对设计。例如，可在化工工艺流程的关键节点处设置温度检测、气体检测等传感装置，以此精准掌握化工生产的过程工况，及时排查和处理可能引发安全事故的风险隐患。再如，应围绕化工材料、化学反应的有毒有害、易燃易爆等具体特性，设计出人员防护、现场管理、灾害应对的配套方案，以提高现场人员、设备防范事故、处理事故的综合能力，为化工生产的安全稳定提供切实保障。

4 结论

总而言之，化工工艺设计中的安全风险存在于流程、设施、材料等多种设计环节当中，具有高危性、多源性特点。所以，在制定应对策略时，也应保证风险防控的多角度、广覆盖，并严格遵循化工工艺相关的各项制度规范，以达到最佳的安全保障效果，避免化工安全事故的发生。

参考文献：

[1]王丽珠.化工工艺设计中的安全问题及控制对策[J].化工管理，2020（22）：181-182.

[2]王新生.探究化工工艺安全设计中的危险识别和控制[J].化工管理，2019（36）：197-198.

[3]高雷.分析化工工藝安全设计中的危险因素及解决对策[J].化工管理，2019（35）：86-87.

[4]白春海.化工工艺设计过程中的安全管理危险性要素识别控制对策[J].科技资讯，2019，17（34）：105-106.

[5]钟正成，石海军.基于化工工艺设计中的安全问题及控制分析[J].化工管理，2018（20）：91.

作者简介：

高畅宇（1988- ），女，安徽合肥人，研究生，职称：工程师，研究方向：化工工艺及管道设计。