工艺设计在化工生产安全管理的重要性

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摘要：化工生产设计是化工企业安全平稳生产得以实施的前提，在化工安稳生产过程中起着决定性的作用。其中，设计是化工装置生产周期的关键阶段，且工艺设计是整个化工装置设计的主体，因此，化工企业应当高度重视工艺设计。在化工工艺设计阶段，要实施行之有效的安全管理，严格控制和监督工艺设计，必须保证其符合或高于相关标准及规范，并有效地利用HAZOP分析、LOPA分析，建立科学合理的SIS系统，以消除或降低化工装置在运行过程中的生产隐患，为化工企业装置安全平稳生产提供了安全保障和技术保障。

关键词：化工生产；工艺设计；安全管理

前言

随着我国经济社会的迅速发展，我国化工行业的发展如雨后春笋般快速崛起，相应的化工行业的生产工艺和化工产品也越来越多，同样也造成了相应化工生产企业越来越多，而化工生产时常伴随着高温高压、易燃易爆、有毒等危险因素[1]。因此，必须保证化工企业的安全平稳生产，才能确保社会稳定发展。生产工艺设计既是化工装置生产周期之始，又是化工企业生产安全平稳运行的基础。因此，生产工艺设计的优劣直接影响到化工装置能否安全平稳地运行，产品质量能否满足生产要求，设备设施能否安全完整可靠等。工艺设计是化工装置设计的主体，设备、电气、仪表自控、土建等为附属专业的设计。因此，工艺设计是化工装置所有专业设计的“龙头”。在化工装置设计过程中必须高度重视化工生产工艺设计，做到行之有效的实施安全生产管理，严格遵循或高于相关标准、规范及法规，在设计阶段消除或降低装置安全生产隐患，确保化工装置生产安稳进行，生产出满足社会需求的高质量的化工产品。因此，化工生产工艺设计在化工企业的平稳运行和安全环保管理中起着举足轻重的作用。

1化工生产工艺设计存在的普遍问题

随着化工行业的蓬勃发展，化工企业和化工产品种类越来越多，化工工艺也随之越来越多。不同的化工工艺生产不同的化工产品，相同的原料在不同的工艺流程、工艺参数的条件下，生产处不同的化工产品。因此，在化工行业，几乎每套化工装置具有自身的独特性，同时，同类型装置又具有相似性的特点。这就使在化工生产工艺设计时，既要考虑设计化工生产装置的独特性，又要兼顾其相似性带来的安全隐患问题，并通过设计解决或降低装置的安全生产隐患。在化工生产设计过程中，则存在以下普遍问题：（1）化工生产工艺设计基础资料存在缺陷或有偏差。通常情况下，化工生产工艺设计基础资料来源的途径有两种：其一，化工科研机构研发，通过计算机模拟软件计算，同时经过小型实验室试验，得出想要的目的产品后编制新工艺；其二，现已投用于实际化工生产，装置生产运行较平稳且产出合格的目标化工产品的工艺，此工艺资料只作为新设计化工装置的参考设计基础资料，但此类化工工艺原始基础数据资料源于第一种科研机构研发的工艺基础资料。由化工科研机构新研发的新工艺数据及其工艺包只在小型实验室进行实验，未经过中型实验的校正，有时即使经过中型实验的校正，用于实际工业生产后还可能存在其实验数据与实际存在较大偏差。因此，工艺设计的原始基础数据资料存在不完整或有偏差的特征。（2）工艺设计时间紧、任务重，设计存在安全隐患。随着社会经济的快速发展，化工企业为了尽快生产出社会需要或新高效化工产品，以提高企业经济效益，达到占领市场的目的，往往尽可能的缩短工艺设计及其项目建设时间。在这样的情况下，设计单位或设计人员要在短时间内完成工艺流程图、物料衡算、仪表控制、电气控制等设计内容，增加了工艺设计的工作强度，设计人员为了在短时间内完成工作任务，往往借鉴或照搬其它企业同类型设计，未考虑物料特性、设计加工能力等因素不同，使在设计过程中，易出现设计的安全性不高或不合理现象，为装置安全生产运行埋下设计隐患。因在设计阶段工作准备不充分，在项目建设施工过程中易暴露出诸多安全或工艺问题，经常出现边建设边变更设计的现象，在装置设计阶段未能真正做到本质安全设计，从而使安全隐患在设计阶段就已埋伏在生产装置中。（3）因设计者的不同其设计结果而有所差异。在化工工艺设计行业，多数设计人员基本没有实际生产经验，设计者只能通过自学设计规范、师父受教来逐渐提高设计能力。因此，在工艺设计时，就存在设计者的能力、经验及思路不同，其设计的方案不尽相同，最终影响化工装置的工艺设计结果。（4）化工企业过度干预工艺设计。随着化工市场迅速发展，化工产品社会需求的多样性和高质量性，企业为了更快的占领市场，为获取企业的高回报率，则会极大程度地控制投资成本，从而降低对本质安全设计的重视程度，减少安全设施的投资设计或使用低质量设备设施，导致化工装置设计的安全性、自动控制性的降低。（5）工艺设计后的安全性分析不透彻、设备选材选型不当。在工艺设计过程中，有时认为比较成熟的工艺包，借鉴其它企业设计，简单地进行危险与可操作性分析（HAZOP）、保护层分析（LOPA）及安全完整性等级评估（SIL），未建立科学合理的SIS系统；同时未仔细考虑因原料物化特性、操作条件等不尽相同而完全按照设计规范进行设计，未能真正理解设计规范只是安全设计的最低标准这层涵义，致使对设备选材选型不当，为化工装置安全生产带来隐患。

2化工生产工艺设计中安全管理的措施

从化工生产工艺设计存在的普遍问题可以看出，若不规避化工设计带来的安全生产隐患，则将来必危机装置的安全平稳运行。因此，在化工生产工艺设计阶段，必须做到本质设计，消除或降低装置安全生产隐患，为化工装置的安全平稳运行提供技术保障。化工设计人员和化工企业应实施以下安全管理优化措施：（1）充分了解化工材料的物性化工设计人员必须充分了解化工材料的物化性质、爆炸特性、有毒性等多种物性，这样才能在设计或开发生产工艺时，选择适当的化工材料，达到既能生产处适合社会需求的目的化工产品，又能降低化工生产过程中的危险性。同时根据化工材料，特别是易爆高毒的化工材料，必须制定相应的应急处理预案，做到防范于未然，降低化工危化品对个人或社会可能带来的不利影响，尽量消除其安全威胁。当然，生产的经济性和先进性考虑是必不可少的，毕竟化工企业的生产发展是以盈利为最终目的的。若根据实际生产情况，必须选用高危险性的化工材料、化工工艺时，在研发设计过程中，应尽量降低化工生产工艺反应条件的苛刻度（如采用合适催化剂）；同时尽量使用高安全性的设备和先进成熟的工艺技术，降低装置安全生产运行风险。在化工工艺设计阶段，模拟物料流时，一些常见化学品的数据可以在很多数据库中找到。但对于一些非常规的物料（特别是中间品），数据库中没有相应数据或数据不全，这样会导致模拟结果与实际生产情况出现较大偏差。因此，在化工项目研发过程中，化工企业可以委托在该领域进行过相关研究的高校、研究院或安排实验来获取物质的基础数据来获取基础数据。（2）完善工艺设计基础资料在化工项目研发过程中，只经过小试验得出的数据和资料是缺乏真实性、完整性和有效性的，因为此项目未经过中试装置的检验与修正，若其项目直接应用于化工企业生产，可能存在较大的偏差和危险性。因此，只经过小型试验的科研项目不能直接投入化工实际生产。小型试验过程中，因其试验容器较小，有时不考虑传质传热问题或对其反应影响较小，而在实际工业化生产应用时，其产生的影响或危害较大，从而在设计阶段忽略了其工艺流程的稳定性和安全性。小型试验只是侧重于研究反应机理、催化剂的选择性等问题，其试验与实际生产存在较大偏差，要想此研究项目投用于工业生产，必须经过中型试验装置的检验和修正，以获得较完整的工艺设计数据，完善工艺基础设计资料，再正式投入工业化生产[2]。（3）将化工行业成熟的工艺单元模块化，做好技术储备。新设计的整个化工生产工艺流程可能由多个相对成熟的工艺单元组成，只需将其成熟的工艺单元的模块复制嵌入至新的化工工艺设计流程，进行其各部分进行连接整合，同时再根据各化工材料的理化性质、基础数据等相关资料相关联，这样就能较快的设计出化工工艺流程。将其新设计的化工工艺流程通过小型、中型试验，结合该领域生产经验丰富的技术专家与设计人员、试验人员一起完善、检验及修正基础设计资料，从而降低了工艺设计强度，节省设计时间，保证了工艺设计质量，可以最大程度的保障了设计阶段的本质安全设计。（4）化工生产工艺设计过程中，设计部门应尽量安排设计能力强、经验丰富的设计师进行设计，若设计经验不足或无任何生产经验的设计者（如新毕业学生）参与设计，应在经验丰富的设计师的带领下进行设计，既降低了工作强度，又保证了化工设计的质量，同时也为设计队伍的技术水平提升提供了途径。（5）化工生产工艺设计过程中，设计部门应当根据化工设计相关规范标准，同时结合实际生产情况进行设计，设计部门应根据工艺设计的要求建立自身设计主张，不能完全按照企业的意愿来设计不合规的化工装置，必须保证工艺设计的稳定性和安全环保性，尽量使用先进的成熟的生产工艺，确保设计出来的工艺符合或高于国家的规范标准，以适应国家快速发展的步伐，使装置不因未来几年的政策或市场变动而再次进行工艺变更或改造。（6）在化工生产工艺设计中，化学反应是整个设计的核心，大部分化工安全事故的发生与化学反应密切相关。在化工装置生产运行中，其化学反应放出的反应热若不能及时得到转移或降温，在设备容器内局部形成高温，且反应仍继续放热，极易造成设备容器内温度、压力超高，反应失控，从而导致发生安全事故。因此，设计人员应根据反应机理控制合适的反应温度、压力，设计相应的安全处理措施，如容器内设置搅拌器、容器外壁增加冷却措施、提高承压设备容器的标准、设置安全联锁系统等措施，同时，根据物料的物化性质、状态、温度、压力等条件，选择合适的设备材质，降低物料对设备的腐蚀，提高设备的温变、承压能力，缓和不可避免灾害的风险，防止因化学反应放热而造成的设备容器局部过热现象发生，降低或消除其安全隐患。在工艺设计阶段，要实施有效安全管理，严格控制和监督工艺设计，必须保证其符合或高于相关规范、标准，并有效地利用HAZOP分析、保护层分析（LOPA）、FMEA等安全分析方法，进行化工装置的安全完整性等级（SIL）评估，根据评价结果，设置科学合理的独立安全仪表系统（SIS），以消除或降低化工装置在运行过程中的生产隐患。

3结语

随着化工行业的迅速发展，化工企业的安全环保问题一直是个人和社会关注的重点，特别是今年来，化工企业重特大事故的发生，越来越引起社会的重视。要避免或降低化工企业安全环保事故的发生，主要的途径就是在化工设计阶段做到本质安全设计。设计科学合理的工艺流程、安全仪表系统及设备材质选型等安全措施，工艺设计应严格按照或高于国家化工行业规范、标准，提高工艺设计的稳定性、安全性，为后续的工业化生产提供强有力的安全技术保障，以消除或降低化工企业的安全隐患。因此，化工生产工艺设计在化工安全生产管理中具有举足轻重的作用。

参考文献

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

[2]马建伟.化工装置的工艺设计安全管理分析[J].化工管理,2017(11):63-64.

作者:邢宪东 单位:中国石油锦州石化公司