1、    淺析化工工藝安全設計中危險識別和控制    薛景奎摘 要：化工生產與國民經濟發展有著緊密的關系，而化工生產安全是其穩定發展的重要基礎。在化工生產過程中，生產設備管理和工藝設計是否科學合理，安全設計中的危險識別與控制工作是否到位，很大程度上決定了生產的安全性。尤其是對于甲醇制烯烴的化工生產工作，由于其涉及到眾多的易燃易爆、有毒有害物質，因此在其生產工作中，一方面對于生產中的危險物質要進行科學管理，做好危險防范措施；對于工藝線路的規劃，要降低危險產物的產生，從而降低生產風險；對于反應設備，更要從機械、電氣、結構等多方面出發，全面分析可能造成生產事故的

2、風險因素，制定對應的安全防范和應對措施。關鍵詞：化工工藝；危險識別；控制隨著社會經濟的不斷發展，國家對工業生產的安全性逐漸重視起來。化工企業的生產工作具有工藝路線復雜、物料與產物危險性大等特點，因此成為了工業安全管理和控制工作的研究重點。在甲醇制取烯烴的化工生產工藝流程中，更是呈現出危險物質眾多、設備工藝管理復雜等特點。雖然隨著設備和技術的發展，甲醇制烯烴工藝在安全性上已經有了很大的提高，但仍然存在著許多安全隱患。因此在其化工工藝安全設計中要強化安全控制措施，提高操作人員的安全素養和安全技能培訓，對于物料管理、工藝規劃和設備安全控制都要做出嚴格規范。這樣不僅可以有效防范生產事故的發生，提高對突

3、發事故的應對能力，更能提高生產效率，為企業帶來更大的經濟效益。1 甲醇化工設計及其特點1.1 甲醇制烯烴的主要工藝流程聚乙烯、聚丙烯等高碳烯烴是現代化工生產的重要基礎原料。而甲醇制取聚乙烯、聚丙烯的mto工藝是目前制取烯烴的重要的化工工藝。在該種方法中，以煤或天然氣所制取的甲醇為原料，通過脫水反應形成含有二甲醚的混合物，后轉化為低碳烯烴，再通過縮聚反應等形成高級烯烴。該工業流程的反應裝置主要包括進料系統、反應器、再生器以及主風系統等，另外還有急冷塔、水洗塔和熱量回收系統等。1.2 甲醇制烯烴的特點甲醇制烯烴的mto反應將常見且廉價的化工原料甲醇，合成烯烴等重要的化工產品，具有很強的應用意義，已

4、經在現代化工生產中得到了廣泛應用。但在甲醇制烯烴的反應過程中，會產生易燃易爆氣體，如二甲醚、一氧化碳、烯烴、氫氣等，這類氣體在高溫反應器內生成，一旦發生泄漏與氧化劑混合，極易發生火災和爆炸；而該反應的產品和副產品中的許多成分還具有毒性，如果發生泄漏，可能引起操作工人的慢性或急性中毒；mto工藝反應還會有一定量的醋酸等酸性物質產生，這類物質具有腐蝕設備、線路的危險。因此在甲醇化工工藝中要特別注重安全性，消除潛在的安全隱患，對于可能發生的事故制定合理的應對措施。2 化工工藝安全設計中的危險識別目前，國內外大多數化工工藝在設計階段就開展危險識別，找出工藝偏差和危險點，為更合理的工藝設計和制定科學的安

5、全措施提供依據。大多采用工作危害分析（jha）、安全檢查表分析（scl）、危險與可操作性分析（hazop）、故障樹分析（fta）等分析方法。對工藝物料、工藝路線、反應裝置等進行危險識別，找出可能出現的危害后果，從而找出故障發生的原因以及應當采取的控制預防措施。2.1 工藝物料的危險特性化工生產的工藝物料，是指生產活動中使用的原料或產生的產品、半產品以及副產品等。這些物料對外界環境要求較為嚴格，一般具有易燃易爆、毒性或腐蝕性等特點，因此需要從生產流程出發，對化工生產所涉及到的物料進行危險性分析，從而制定合理的安全措施，預防生產事故的發生。由甲醇制烯烴的mto的主反應方程2ch3ohc2h4+2h

6、2o、3ch3ohc3h6+3h2o可以看出，其以工業甲醇為原材料。由于工業甲醇大都以煤或天然氣合成，因此其中一般混有氫氣、一氧化碳、甲烷等雜質氣體。而主反應的產物除了乙烯和丙烯以外，還會產生一定量的乙烷、丙烷等副產物。另外，經過研究發現，mto反應中還會由于副反應而產生少量的二氧化碳、醋酸等酸性物質。在各類有害物質中，氫氣、一氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、二甲醚和甲醇都具有易燃易爆的特性，容易在反應過程中引發火災或爆炸危害；一氧化碳、乙烯、丙烯、甲醇等屬于有毒物質，它們的氣體、粉塵等一旦發生泄漏，容易引起操作人員的急性和慢性中毒，需要特別防范；而副反應所產生的二氧化碳、醋酸等物質還具

7、有一定的腐蝕性，若產物的儲存設備沒有考慮耐腐蝕性，就容易發生泄漏，對設備以及電氣線路造成損害。另外需要注意的是，在不同批次產品生產工作的中途進行置換作業時，除了會有參與反應的工藝物料以外，還需要使用惰性氣體（如氮氣）對反應裝置進行吹掃。這類惰性氣體雖然無毒無害，卻容易發生殘留，若因置換操作不當導致惰性氣體沒有排盡，就可能發生操作人員窒息等危險。2.2 工藝路線的危險識別雖然甲醇制取烯烴反應的原理是相同的，但根據原料特點、環境條件的不同，可以設計出不同的工藝路線。如何設計更加安全高效的工藝路線，不僅要提高反應的效率，降低生產成本，還能夠降低化工生產的危險性，提高安全性，是工藝安全設計人員需要考慮

8、的問題。一般來說，工藝路線的設計盡量減少危險物質的使用，盡可能使原料或產物為無毒、低毒物質，降低因生產條件變化對反應的影響，即使發生小規模泄漏也便于控制；降低生產設備的危險性，在工藝技術方面也要選擇成熟工藝，盡量縮短工藝流程，減小生產物料泄漏等風險，降低污染物的排放，減小對環境造成的污染等。2.3 化工反應裝置的危險因素化工反應裝置是整個生產反應得以進行的核心要素，也是整個化工生產過程危險因素的主要來源。反應容器和物料輸送管道是化學反應裝置的基本結構組成要素。對于反應容器，常由于結構型式設計不當或材質選擇不當而造成物理、化學損害，或耐壓性不足發生爆炸，密封性不足造成泄漏等；而對于管道，除了常規

9、的耐壓、耐高溫和抗腐蝕性以外，還需要從力學層面考慮管道的工作應力狀態，避免由于承載能力不足造成管道破壞。現代化生產設備中通常安裝有大量的電氣控制設備，其中包含了變壓器、斷路器和各式電線電纜等。一方面，這類設備在自身工作時，由于瞬間電流過大、超載等情況，可能造成高溫引燃或瞬間放電擊穿，引發操作人員燙傷、灼傷或觸電等危害，嚴重時還有燃爆危險；同時，這類電氣設備外層一般覆蓋有絕緣材料，如果絕緣材料的阻燃性不足，也可能成為誘發火災的導火索。另外，電氣設備由于線路老化、操作與維護不當等問題，本身也可能引發觸電傷害，成為傷害的來源。機械設備是化工生產中另一大危險因素，在生產過程中，常用到電機、葉片等高速運

10、動的機械設備，若在運行時沒有做好防護措施，操作人員不慎與其接觸，則可能造成嚴重的機械傷害。除了一般的電氣、機械設備損害以外，在進行設備吊裝、維修等過程中，難免會進行高空操作，如果安全措施不足，還可能造成高空墜落傷害。 3 化工工藝安全設計的控制措施3.1 工藝物料的安全管理對于工藝物料的安全控制，必須嚴格執行安全管理規范。對于可燃氣體，要嚴格保持儲存設備的密閉性，進行置換作業時，為了防止發生雜質氣體混合，需要使用惰性氣體（如氮氣）進行吹掃，確保雜質氣體排盡。防護用具的佩戴也應嚴格按照標準執行，在進行高粉塵環境下作業時，需要佩戴防塵口罩等防護用具，對于有毒的氣體環境，還需要佩戴防毒用具和呼吸器等

11、。除了做好防護以外，還應當從根源上排出靜電、燃爆等危險。對于電氣的線路儀表等，可以采用外殼保護性接地的方法進行防雷、防靜電。操作人員或設備進場時，要有導出靜電操作。對于生產區域的各類金屬部件，如扶手、鋼架等，都應做好防靜電接地。對于廠房的建筑材料，需要達到國家建筑防火規范所規定的阻燃要求。并做好火災安全疏散設計，在各處安全通道口做出明確標識。另外，對于毒性和腐蝕性作業環境，除了必要的洗凈沖淋裝置、化學防護設備以外，還需要根據化學安全處理要求設置應急救治設備和藥物，以應對可能發生的物料泄漏等安全事故。3.2 化工工藝路線的安全規劃與控制化工工藝路線的規劃中，要提高安全技術水平。首先要提高作業人員

12、的安全素養，熟悉生產作業流程，嚴格按照安全規范進行操作，并強化安全監督工作，對于違反安全規定的行為，要進行處罰。首先對于工廠噪聲，應當設置消音設備，在確實不能限制噪聲的區域，要進行噪聲超限標識，并配置噪聲防護設備。在工藝路線設計時，可以通過控制反應條件來實現產物種類和形成速率的控制，如在反應中減少送料速率、控制加熱程度、改善冷卻條件，可以很好地預防化學反應失控的發生。在選用工藝設備時，要綜合考慮物料的特性和用量，在保證安全的前提下降低設備成本；選用化工原料時，盡量使用純度高、雜質少、危害性低的原料，并通過工藝設計，盡量減少危害性半產品和副產品的產生；要對工藝路線和生產條件進行優化，一般來說，先

13、進的技術與設備具有更好的安全性，但也需要辯證看待。由于引進新的技術設備會改變原有操作流程，使得漏操作或誤操作的可能性增加，因此更需要加強安全操作培訓。在化工生產的產物方面，不僅要減小危害性副產物的生成，對于有毒有害產物，也要盡量循環再利用，不能利用的，要用科學的方式進行處理，達到排放標準后才能進行排放，以免造成環境污染。3.3 反應裝置的安全保護措施反應裝置的安全措施，是控制整個化工生產工藝安全的核心工作。首先要選擇合適的反應容器，如管式、塔式、固定床和流化床等，在甲醇制烯烴的反應中，應當選擇適合于氣液混合型的反應容器。對于整個反應裝置的液位和流量，應當設置完整的監控系統：在進料部分的換熱器中

14、設置甲醇、蒸汽換熱器和蒸汽流量串級控制。除此以外，高溫條件下的反應，應當在甲醇進料泵出口設置溫度高報警，并有緊急冷卻與安全泄放系統；由于會產生易燃易爆氣體，反應容器還應當具有良好的密閉性，如在甲醇汽提氣換熱器增加安全閥等。容器的密閉性不只是針對單一氣壓而言的，因為在化學反應過程中，容器內溫度和氣壓處于動態變化的過程，可能由于多重反應造成氣壓的急速變化與波動，因此為了確保裝置的穩定運行，一方面應當在甲醇進料泵口設置壓力過低報警，同時在甲醇緩沖罐設置安全閥，且要安裝安全壓力釋放通道，以應對可能發生的超壓危險情況；對于可能產生的腐蝕性、毒性物質，反應容器也要具有足夠的耐受能力，同時要設置可燃氣體和有

15、毒氣體的濃度檢測報警器。對于所有的反應報警器，應當有一定的連鎖關系，如反應器的溫度、壓力報警器連鎖，進料介質的流量控制與反應系統緊急切斷進料的連鎖等，將料位、液位與氣壓等控制形成回路，一旦發生異常，立即啟動連鎖報警并采取相應的反應器降溫、進料切斷等措施。反應裝置的另一大組成部分是各類反應物料的輸送管道。同反應容器類似，對于物料輸送管道，也要綜合考慮物料的物化性能來進行形式和材質的選擇。與反應容器不同的是，管道的安全設計不僅要考慮耐壓性和耐高溫性能，還需要根據管道的結構和長度，對其工作過程中的應力狀態和振動形式加以分析，確保其不會在工作時因內應力和振動而破壞。密封性能是輸送管道最重要的性能，為了

16、提高管道的密封性，除了選擇優質管道以外，由于管道泄漏常常發生在相鄰段的連接部分，因此還要盡量減少管道的連接接頭數量。需要特別注意的是，由于甲醇制烯烴反應中的產物有的具有腐蝕性和毒性，因此要避免使用易被破壞和腐蝕的軟管。在反應裝置中，容易造成漏電危害的電氣設備和線路，應當布置在沒有爆炸和火災隱患的安全環境中。對于確實需要布置在危險環境中的電氣設備，應該選用安全性能高的設備，并在設備表面做防漏電、阻燃等處理，并將外殼進行接地。對于容易造成機械傷害的設備，如葉片泵等，除了規定安全操作距離以外，還應當安裝必要的防護設施，在醒目部位設置緊急停止按鈕并設計危險報警系統。在出現意外時，要有科學的疏散方案。4 結束語綜上所述，甲醇制烯烴工藝安全設計中，涉及到物料管理、工藝規劃和設備安全控制等多方面管理，是一項