化工工艺设计中的安全风险因素及控制对策

董行(中国联合工程有限公司，浙江 杭州 310052)

0 引言

当前我国化工产业发展迅速，为我国的经济发展作出了巨大的贡献。然而，由于在生产过程中，一些工作人员缺乏相应的安全生产设计意识，或者企业没有加强安全管理，导致安全事故时有发生。这不但损害了企业的经济效益，更威胁了工作人员的人身安全。因此，如何尽量从源头上避免化工事故的发生，做好化工安全设计，确保化工生产的安全性，成为当前化工行业必须重视的问题。

1 化工工艺设计过程中安全风险控制的重要性

化工工艺是通过一系列系统控制的手段，将人们所需的产品生产出来的过程，主要是对化学原材料的加工生产，对生产过程的操作条件进行调控，通过化学反应、分离提纯等步骤得到所需的化工产品，从而达到生产目的。在这个过程中，需要综合应用多种技术方法，包括对有毒有害危险化学品以及其他物质的生产设备、工艺流程等环节的设计[1]。由于化工工艺设计和技术本身的特殊性，因此在设计过程中会出现诸多困难与不确定因素，带来大量安全隐患。对安全风险进行识别与控制，能够使整个化工生产的效能得到提升，提升公司的经济效益。对工艺流程进行规范标准化设计，以此来降低风险，保证化工生产安全性，从而为社会提供更多的优质化工产品。

2 化工工艺设计中存在的主要安全风险

2.1 化工原材料方面的安全风险

化工原料是确保化工生产能够顺利进行的根本。在进行化工工艺设计时，要充分考虑化工原料的性质及特点。部分化工产品在转化的过程中可能转化成具有危害性的物质，这就要技术人员对各个工序进行把控，对各个环节可能产生的危害性物质进行安全评价分析，及时对中间产品进行处理并合理存放，确保化工生产的正常运行。大部分化工原材料具有易燃易爆的特点，如液体类原料、粉尘类原料等，这些原料在运输、存储过程中很容易因为操作不当和静电效应导致燃烧或爆炸，造成人员伤亡[2]。例如，2015 年天津塘沽发生的“8.12”重大火灾爆炸事故，对社会产生了严重的影响。因此，对化工工艺设计中的化工物料进行分析管控非常重要，通过科学有效的方法识别出其中可能存在的安全隐患，来保证化工工艺安全运行。

2.2 化工设备方面的安全风险

在实际生产过程中，化学反应往往会产生大量的光、热和气体，产生高温高压的现象，高温就可能带来氢腐蚀、热膨胀等危害。这对工艺设备产生了巨大的负荷，金属的强度刚性也会因为高温高压而逐渐降低，在化工反应中存在一定的失控风险。此外，化工生产中经常用到各种腐蚀性的物质，这些物质可能会腐蚀设备，导致化工设备的破裂、漏液，甚至造成人员伤亡以及环境污染。在进行工艺设计时，要根据实际的需求，选择合理的化工工艺设备，经过安全准确计算后，才可投入生产使用。设备选型若不符合化工工艺，就有可能引发安全事故，因此应对工艺设备做好安全危险识别工作。

2.3 化工管道方面的安全风险

管道设计在化工工艺设计过程中也是非常重要的一部分。管道主要起到运输物料的作用，由于化学物料性质、特点不同，因此对管道的设计要求也就不同。比如运输的化工物料具有腐蚀性，而设计的管道规格无法满足工艺要求，就有可能导致管道被腐蚀，造成物料泄漏等安全隐患，甚至有可能威胁到人员的生命安全。如何把控好管道设计的合理性及安全性，也是化工设计中需要重点考虑的问题之一[3]。

2.4 化工工艺路线设计方面的安全风险

化工工艺路线的特点是流程复杂以及连续性强。化工工艺路线是否科学、合理、规范，将对工艺生产的品质与效率产生直接影响。在化工工艺路线的设计过程中，工艺路线往往互相关联，任何一部分出现问题，都有可能产生连锁影响，影响整体工艺生产的顺利进行，对化工企业的经济效益也产生重大的影响。

3 对工艺设计安全风险进行控制的对策

3.1 加强对化工原料的管控

在化工生产过程中，对原材料的使用管控至关重要。化工原料在生产应用中的存在形式有很多种，往往以气、液、固状态存在。一般只有在其达到相对稳定或者特定的状态下，才可以判断其是否具有危害性。因此，在进行设计之前，要对原料的危害性进行详细分析研究，对其各种状态以及在该状态下的特性进行了解，对其是否具有毒性进行判断，经过科学严谨的分析研究后，也可以在一定程度上降低安全风险的概率。在采购原料时，要严格把控原料的质量，必须符合使用标准，充分了解原料的性质及特点。根据设计要求以及生产需求，对化工原料进行科学性检测，只有在确认原材料的质量符合标准后，才能投入到生产中使用，这样做可以避免生产中原料因质量不符合标准而造成的安全事故[4]。另外，还应做好化工原料的存储管理，对化工原料存储需要进行安全风险管控，可定期对化工原料仓储负责人员进行相关培训。同时加强检查，严格管理制度，要确保化工原料的存储条件稳定，能够达到满足生产需要的性质要求。此外，还要加大对原材料使用的监管力度，详细了解原料的使用情况。化工原料的运输也是很重要的环节，在运输过程中，要控制好运输的温度计压力，同时避免原料混合的状况，从而确保安全运输。

3.2 对化工设备的管控

科学选择化工设备能使化工生产高效进行，这就需要设计人员对化工工艺路线进行充分的了解，掌握化工原料的性质特点，根据实际反应特点选择合适且高性能的化工反应设备，避免化工安全事故的发生。在实际生产过程中，由于化工工艺的多样性，往往需要化工设备满足多种不同的反应条件要求，这就要设计人员明确化工设备的承受极限以及在不同条件下的操作要求，从而确保化工生产的安全性。由于化学品种类规格繁多且性质复杂，在化工生产中需要使用很多特殊设备，在设计过程中就需要充分了解工艺过程，确保输入技术资料的完整性及准确性。在采购设备过程中，要对工艺设备的各项工艺参数及整体的特性指标进行详细分析与了解，使化工设备在生产过程中能够充分保证化工工艺设计的顺利进行，从而尽量避免施工单位在施工过程中遇到的误差等问题。另外，考虑到化工原料对化工设备产生的腐蚀性影响，结合实际生产情况，加强对化工设备的维护管理，制定设备维护措施，确保化工设备处于良好正常的运行状态。并且要确保设备检修维护的质量，确保设备完好，尤其是对压力容器，应加大监测和维护的力度，可在工艺设备处设置检漏装置，在易漏处设置警报装置，及时对老旧设备进行更换升级，从而降低因为化工设备的不稳定性引发的化工安全事故发生概率。

3.3 对化工管道的管控

在化工工艺设计过程中，要根据实际工艺需求选择合适的管道材料。在生产过程中，由于长期运输化工物料，管道会受到一定的腐蚀和磨损，因此需要定期对管道进行检查和维护。特别是对管道弯头以及管道之间连接处等较为薄弱环节的检查，尽量降低因管道泄漏导致安全事故风险的概率，在确保管道的运行状态正常的情况下才能投入生产使用。此外，管道的敷设需根据实际工艺需求进行优化，这就需要设计人员熟练掌握物料性质，分析物料在运输过程中可能会与管道发生的反应或对管道产生的影响，从而根据总体的情况来确定管道的合适的材料。同时，设计人员还需对管道运输存在的安全问题进行预判，在设计过程中考虑如何应对管道爆炸以及腐蚀性的问题。积极使用无毒或者危害程度低的化工物料，以此来减少对工艺设备以及对管道的腐蚀。当生产过程中化学反应较为强烈时，对管道的设计应尽可能地考虑容错的原则[5]。

3.4 对化工工艺流程的管控

化工工艺流程设计是化工工艺设计中最重要的环节之一，必须进行严格管控，主要从以下方面进行：

首先是对工艺流程的优化。技术人员可以优先积极考虑使用无毒无害的物料代替传统高危物料，使用新技术、新设备以及更有效的催化剂等[5]。例如，在丙烯腈的生产工艺中，主要使用的催化剂为钼酸盐类、锑酸盐类以及钒铝氧氮化物，其中钼酸盐类是使用较为广泛的。传统的Mo-Bi 系催化剂的催化活性不佳，且脱氢能力相对较差，在替换使用Mo-VNb-Te复合型催化剂后，不仅丙烯腈的收率得到了明显的提升，还降低了反应的难度，增加了化工生产的安全性与稳定性。

其次是对化工生产工艺参数的控制。在生产过程中，根据工艺需求以及反应特性设定了合适的操作参数，需要确保生产能在这些操作参数下稳定运行。在生产操作过程中需要严格注意每一个细节，对各项操作参数都要严格控制，如控制反应温度压力、控制物料流量流速、投料比以及添加物料的顺序等，控制好每一个细节也是保证安全性生产的有效措施。在化工工艺流程设计中，可以借助PDMS 等三维建模软件，利用三维建模可视化功能，判断管道有无交叉碰撞等问题，从而对工艺路线进行优化。

最后，需要对化工工艺设计方案进行严格审查，需要不断进行科学性评估与优化。对化工工艺设计的各个环节都进行严格审查校核，这样能够使化工项目更加安全有效地推进实施，降低风险发生的概率。化工企业还需建立安全生产管理制度，技术人员在掌握工艺流程的同时，还需要被定期进行相关操作的技巧培训以及安全生产意识培训，增强安全生产防火防爆意识，加强对火源的管理，比如在生产区禁止吸烟、禁止明火，以及危险品要按照要求规范放置到指定位置。

4 结语

在化工工艺设计过程中，对安全风险的预判与预防极其重要，不仅对生产过程的生产效率产生影响，同时对生产的安全性也有重大的影响。因此，需要严格进行科学规范化设计，对化工工艺流程和生产过程的生产操作熟练掌握，严格把控化工原料的质量，选择合适的生产设备，对管道进行定期检修维护。同时，对工作人员进行定期安全教育培训，在思想上建立安全风险防范意识，有效提高化工工艺安全设计水平，及时解决生产过程中遇到的各类问题，结合实际制定合适的解决方案，从而尽量避免化工生产过程中安全事故的发生。