工藝設計在化工生產安全管理的重要性

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摘要：化工生產設計是化工企業安全平穩生產得以實施的前提，在化工安穩生產過程中起著決定性的作用。其中，設計是化工裝置生產周期的關鍵階段，且工藝設計是整個化工裝置設計的主體，因此，化工企業應當高度重視工藝設計。在化工工藝設計階段，要實施行之有效的安全管理，嚴格控制和監督工藝設計，必須保證其符合或高于相關標準及規范，并有效地利用HAZOP分析、LOPA分析，建立科學合理的SIS系統，以消除或降低化工裝置在運行過程中的生產隱患，為化工企業裝置安全平穩生產提供了安全保障和技術保障。

關鍵詞：化工生產；工藝設計；安全管理

前言

隨著我國經濟社會的迅速發展，我國化工行業的發展如雨后春筍般快速崛起，相應的化工行業的生產工藝和化工產品也越來越多，同樣也造成了相應化工生產企業越來越多，而化工生產時常伴隨著高溫高壓、易燃易爆、有毒等危險因素[1]。因此，必須保證化工企業的安全平穩生產，才能確保社會穩定發展。生產工藝設計既是化工裝置生產周期之始，又是化工企業生產安全平穩運行的基礎。因此，生產工藝設計的優劣直接影響到化工裝置能否安全平穩地運行，產品質量能否滿足生產要求，設備設施能否安全完整可靠等。工藝設計是化工裝置設計的主體，設備、電氣、儀表自控、土建等為附屬專業的設計。因此，工藝設計是化工裝置所有專業設計的“龍頭”。在化工裝置設計過程中必須高度重視化工生產工藝設計，做到行之有效的實施安全生產管理，嚴格遵循或高于相關標準、規范及法規，在設計階段消除或降低裝置安全生產隱患，確保化工裝置生產安穩進行，生產出滿足社會需求的高質量的化工產品。因此，化工生產工藝設計在化工企業的平穩運行和安全環保管理中起著舉足輕重的作用。

1化工生產工藝設計存在的普遍問題

隨著化工行業的蓬勃發展，化工企業和化工產品種類越來越多，化工工藝也隨之越來越多。不同的化工工藝生產不同的化工產品，相同的原料在不同的工藝流程、工藝參數的條件下，生產處不同的化工產品。因此，在化工行業，幾乎每套化工裝置具有自身的獨特性，同時，同類型裝置又具有相似性的特點。這就使在化工生產工藝設計時，既要考慮設計化工生產裝置的獨特性，又要兼顧其相似性帶來的安全隱患問題，并通過設計解決或降低裝置的安全生產隱患。在化工生產設計過程中，則存在以下普遍問題：（1）化工生產工藝設計基礎資料存在缺陷或有偏差。通常情況下，化工生產工藝設計基礎資料來源的途徑有兩種：其一，化工科研機構研發，通過計算機模擬軟件計算，同時經過小型實驗室試驗，得出想要的目的產品后編制新工藝；其二，現已投用于實際化工生產，裝置生產運行較平穩且產出合格的目標化工產品的工藝，此工藝資料只作為新設計化工裝置的參考設計基礎資料，但此類化工工藝原始基礎數據資料源于第一種科研機構研發的工藝基礎資料。由化工科研機構新研發的新工藝數據及其工藝包只在小型實驗室進行實驗，未經過中型實驗的校正，有時即使經過中型實驗的校正，用于實際工業生產后還可能存在其實驗數據與實際存在較大偏差。因此，工藝設計的原始基礎數據資料存在不完整或有偏差的特征。（2）工藝設計時間緊、任務重，設計存在安全隱患。隨著社會經濟的快速發展，化工企業為了盡快生產出社會需要或新高效化工產品，以提高企業經濟效益，達到占領市場的目的，往往盡可能的縮短工藝設計及其項目建設時間。在這樣的情況下，設計單位或設計人員要在短時間內完成工藝流程圖、物料衡算、儀表控制、電氣控制等設計內容，增加了工藝設計的工作強度，設計人員為了在短時間內完成工作任務，往往借鑒或照搬其它企業同類型設計，未考慮物料特性、設計加工能力等因素不同，使在設計過程中，易出現設計的安全性不高或不合理現象，為裝置安全生產運行埋下設計隱患。因在設計階段工作準備不充分，在項目建設施工過程中易暴露出諸多安全或工藝問題，經常出現邊建設邊變更設計的現象，在裝置設計階段未能真正做到本質安全設計，從而使安全隱患在設計階段就已埋伏在生產裝置中。（3）因設計者的不同其設計結果而有所差異。在化工工藝設計行業，多數設計人員基本沒有實際生產經驗，設計者只能通過自學設計規范、師父受教來逐漸提高設計能力。因此，在工藝設計時，就存在設計者的能力、經驗及思路不同，其設計的方案不盡相同，最終影響化工裝置的工藝設計結果。（4）化工企業過度干預工藝設計。隨著化工市場迅速發展，化工產品社會需求的多樣性和高質量性，企業為了更快的占領市場，為獲取企業的高回報率，則會極大程度地控制投資成本，從而降低對本質安全設計的重視程度，減少安全設施的投資設計或使用低質量設備設施，導致化工裝置設計的安全性、自動控制性的降低。（5）工藝設計后的安全性分析不透徹、設備選材選型不當。在工藝設計過程中，有時認為比較成熟的工藝包，借鑒其它企業設計，簡單地進行危險與可操作性分析（HAZOP）、保護層分析（LOPA）及安全完整性等級評估（SIL），未建立科學合理的SIS系統；同時未仔細考慮因原料物化特性、操作條件等不盡相同而完全按照設計規范進行設計，未能真正理解設計規范只是安全設計的最低標準這層涵義，致使對設備選材選型不當，為化工裝置安全生產帶來隱患。

2化工生產工藝設計中安全管理的措施

從化工生產工藝設計存在的普遍問題可以看出，若不規避化工設計帶來的安全生產隱患，則將來必危機裝置的安全平穩運行。因此，在化工生產工藝設計階段，必須做到本質設計，消除或降低裝置安全生產隱患，為化工裝置的安全平穩運行提供技術保障。化工設計人員和化工企業應實施以下安全管理優化措施：（1）充分了解化工材料的物性化工設計人員必須充分了解化工材料的物化性質、爆炸特性、有毒性等多種物性，這樣才能在設計或開發生產工藝時，選擇適當的化工材料，達到既能生產處適合社會需求的目的化工產品，又能降低化工生產過程中的危險性。同時根據化工材料，特別是易爆高毒的化工材料，必須制定相應的應急處理預案，做到防范于未然，降低化工危化品對個人或社會可能帶來的不利影響，盡量消除其安全威脅。當然，生產的經濟性和先進性考慮是必不可少的，畢竟化工企業的生產發展是以盈利為最終目的的。若根據實際生產情況，必須選用高危險性的化工材料、化工工藝時，在研發設計過程中，應盡量降低化工生產工藝反應條件的苛刻度（如采用合適催化劑）；同時盡量使用高安全性的設備和先進成熟的工藝技術，降低裝置安全生產運行風險。在化工工藝設計階段，模擬物料流時，一些常見化學品的數據可以在很多數據庫中找到。但對于一些非常規的物料（特別是中間品），數據庫中沒有相應數據或數據不全，這樣會導致模擬結果與實際生產情況出現較大偏差。因此，在化工項目研發過程中，化工企業可以委托在該領域進行過相關研究的高校、研究院或安排實驗來獲取物質的基礎數據來獲取基礎數據。（2）完善工藝設計基礎資料在化工項目研發過程中，只經過小試驗得出的數據和資料是缺乏真實性、完整性和有效性的，因為此項目未經過中試裝置的檢驗與修正，若其項目直接應用于化工企業生產，可能存在較大的偏差和危險性。因此，只經過小型試驗的科研項目不能直接投入化工實際生產。小型試驗過程中，因其試驗容器較小，有時不考慮傳質傳熱問題或對其反應影響較小，而在實際工業化生產應用時，其產生的影響或危害較大，從而在設計階段忽略了其工藝流程的穩定性和安全性。小型試驗只是側重于研究反應機理、催化劑的選擇性等問題，其試驗與實際生產存在較大偏差，要想此研究項目投用于工業生產，必須經過中型試驗裝置的檢驗和修正，以獲得較完整的工藝設計數據，完善工藝基礎設計資料，再正式投入工業化生產[2]。（3）將化工行業成熟的工藝單元模塊化，做好技術儲備。新設計的整個化工生產工藝流程可能由多個相對成熟的工藝單元組成，只需將其成熟的工藝單元的模塊復制嵌入至新的化工工藝設計流程，進行其各部分進行連接整合，同時再根據各化工材料的理化性質、基礎數據等相關資料相關聯，這樣就能較快的設計出化工工藝流程。將其新設計的化工工藝流程通過小型、中型試驗，結合該領域生產經驗豐富的技術專家與設計人員、試驗人員一起完善、檢驗及修正基礎設計資料，從而降低了工藝設計強度，節省設計時間，保證了工藝設計質量，可以最大程度的保障了設計階段的本質安全設計。（4）化工生產工藝設計過程中，設計部門應盡量安排設計能力強、經驗豐富的設計師進行設計，若設計經驗不足或無任何生產經驗的設計者（如新畢業學生）參與設計，應在經驗豐富的設計師的帶領下進行設計，既降低了工作強度，又保證了化工設計的質量，同時也為設計隊伍的技術水平提升提供了途徑。（5）化工生產工藝設計過程中，設計部門應當根據化工設計相關規范標準，同時結合實際生產情況進行設計，設計部門應根據工藝設計的要求建立自身設計主張，不能完全按照企業的意愿來設計不合規的化工裝置，必須保證工藝設計的穩定性和安全環保性，盡量使用先進的成熟的生產工藝，確保設計出來的工藝符合或高于國家的規范標準，以適應國家快速發展的步伐，使裝置不因未來幾年的政策或市場變動而再次進行工藝變更或改造。（6）在化工生產工藝設計中，化學反應是整個設計的核心，大部分化工安全事故的發生與化學反應密切相關。在化工裝置生產運行中，其化學反應放出的反應熱若不能及時得到轉移或降溫，在設備容器內局部形成高溫，且反應仍繼續放熱，極易造成設備容器內溫度、壓力超高，反應失控，從而導致發生安全事故。因此，設計人員應根據反應機理控制合適的反應溫度、壓力，設計相應的安全處理措施，如容器內設置攪拌器、容器外壁增加冷卻措施、提高承壓設備容器的標準、設置安全聯鎖系統等措施，同時，根據物料的物化性質、狀態、溫度、壓力等條件，選擇合適的設備材質，降低物料對設備的腐蝕，提高設備的溫變、承壓能力，緩和不可避免災害的風險，防止因化學反應放熱而造成的設備容器局部過熱現象發生，降低或消除其安全隱患。在工藝設計階段，要實施有效安全管理，嚴格控制和監督工藝設計，必須保證其符合或高于相關規范、標準，并有效地利用HAZOP分析、保護層分析（LOPA）、FMEA等安全分析方法，進行化工裝置的安全完整性等級（SIL）評估，根據評價結果，設置科學合理的獨立安全儀表系統（SIS），以消除或降低化工裝置在運行過程中的生產隱患。

3結語

隨著化工行業的迅速發展，化工企業的安全環保問題一直是個人和社會關注的重點，特別是今年來，化工企業重特大事故的發生，越來越引起社會的重視。要避免或降低化工企業安全環保事故的發生，主要的途徑就是在化工設計階段做到本質安全設計。設計科學合理的工藝流程、安全儀表系統及設備材質選型等安全措施，工藝設計應嚴格按照或高于國家化工行業規范、標準，提高工藝設計的穩定性、安全性，為后續的工業化生產提供強有力的安全技術保障，以消除或降低化工企業的安全隱患。因此，化工生產工藝設計在化工安全生產管理中具有舉足輕重的作用。

參考文獻

[1]呂貴江.如何做好化工安全管理工作[J].化工管理,2015(6):246.

[2]馬建偉.化工裝置的工藝設計安全管理分析[J].化工管理,2017(11):63-64.

作者:邢憲東 單位:中國石油錦州石化公司