風險管理下的化工工藝設計研究

摘 要：文章首先從工藝設計組成部分與風險隱患應對基礎兩個角度入手，對風險管理下化工工藝設計的基本研究背景進行了闡述;其后，圍繞工藝流程、工藝設施以及工藝風險三個方面，分析了風險管理下化工工藝設計風險隱患的類型及來源，并提出了行之有效的優化應對策略。

關鍵詞：化工工藝;安全風險;流程設計

化學工業是我國社會運行發展的支柱性產業，對我國的社會經濟、綜合國力、民生質量、科技水平、國防力量等多個方面具有重要作用。但從另一方面來看，化學工業也是我國社會中重大安全事故的主要發生領域之一?；诖?，為了推動化學工業的健康發展，促進我國社會的穩定和諧，我們有必要對風險管理視角下的化工工藝設計展開探究討論。

1 風險管理下化工工藝設計的基本研究背景

1.1 化工工藝設計的組成部分

所謂“化工工藝”，即化學工業運行過程中涉及到的工作方法與生產技術。從目前來看，其設計活動主要可分為以下幾個部分：

1.1.1 工藝流程的設計

即基于化工原料的反應原理、處理思路，設計出系統性、邏輯性的施工圖紙與流程方案，并確定原料投放、反應條件、檢測標準等多元化的規范參數，以保證化工生產的質量、效率與安全。

1.1.2 工藝設施的設計

一套化工工藝流程的完善構成與系統運行，需要運用到多種設備設施，如加壓設備、溫控設備、清洗設備、離心設備、輸送管道、檢測儀器等。在此背景下，任何一個儀器設備或硬件設施存在設計偏誤或故障問題，都會對化工生產的整體質效產生影響，甚至引發大規模、嚴重化的經濟損失、災害事故與污染現象。所以，相關人員還需要對工藝流程基礎上的設施類型、設施參數、設施布置等進行合理設計，以保障化工工藝的穩定落實，降低化工生產中事故問題的發生幾率。

1.1.3 風險應對的設計

與其他行業相比，化工行業的生產活動存在更高危險性，稍有不慎后果將十分嚴重。所以，設計人員除了要關注化工工藝的主體流程以外，還應對各類風險的前期預防與后期應對提起重視，設計出爆炸隱患排查、毒性氣體處理、人員組織管理等化工工藝的配套方案[1]。

在分析化工工藝設計中的風險隱患及其應對策略時，可將上述部分作為研究探索的切入角度。

1.2 化工工藝設計中風險隱患的應對基礎

化學工業與現代社會的發展始終是相伴而行的，所以其行業體系、行業環境已趨于成熟。在此背景下，化工工藝設計中安全問題相關研究活動已度過了“摸著石頭過河”的初期階段，保有豐富的行規標準、實踐經驗、學界成果等作為支持。

首先，我國化工工藝設計中可參考、需遵循的行業規范有《石油化工企業設計防火標準》（GB50160-2008，2018

年版）、《建筑設計防火規范》（GB50016-2014，2018版）、《精細化工企業工程設計防火標準》（GB 51283-2020）、《工業金屬管道設計規范》（GB50316-2000，2008版）、《特種設備生產和充裝單位許可規則》（TSG07-2019）、《壓力管道安全技術監察規程-工業管道》（特種設備安全技術規范TSG D0001-2009）及《壓力管道規范 工業管道》（GB-T20801-2006）等，且表現出多方面、細節化的規定特點，可為相關人員提供出全面性、基礎性、科學性的工作依據。

其次，在工業、學界等相關領域的長期努力下，人們已經掌握了絕大部分已知化學材料、化學元素的危害特點與反應機理。例如，鉀、鈉等化學物質具有水敏性特點，當其與水相接觸時，會形成不同程度的放熱反應，并釋放生成氫氣。此外，硫、硅、碳、磷等物質及其化合物與水接觸時，也會生成一定的氫化物。此時，一旦氫氣、氫化物處在高溫高壓的化工工藝條件下，便極有可能引發爆炸事故，進而對化工生產的質量、效率與安全造成嚴重損害?；诖?，相關人員在化工工藝設計中保有豐富、專業的知識素養，對各類化學反應、化學物質具備清晰、全面的認知了解，便能預先采取有效的控制手段，如合理配伍化工材料、嚴格把控加溫加壓參數等，以此實現絕大部分事故風險的預先規避。

最后，在化工行業蓬勃發展、化工事故時有發生等種種因素的影響下，化工工藝相關的設備、技術市場也將安全性視為重要指標。由此，越來越多具備安全控制能力、風險預警能力的儀器設備出現在市面上，越來越多安全環保的化工技術被研發出來，均為化工工藝設計中風險管理的研究分析與有效應對提供了便利條件。

2 化工工藝設計中常見的風險類型與風險來源

2.1 化工工藝流程設計中的風險隱患

結合行業經驗來看，化工工藝流程主要包含三個大環節，即原料處理、化學反應以及精制加工。在化工生產中，這三個環節都存在相應的安全隱患。

首先，原料處理的工藝方法有提純、混合、粉碎、乳化等，且均有比較嚴格的狀態標準與規格要求。如原料在凈化、提純處理后仍未達到反應需求，存在純度不夠、富含雜質等情況，不僅會對后續反應、加工的質量與效率產生影響，還可能引發工藝流程以外的特殊化學反應，并生成有毒有害、易燃易爆等危險化學物質，埋下相應的安全隱患。同理，若化工原料混合不充分、粉碎不徹底、乳化不均勻等情況，也很有可能造成前期處理階段的工藝設計安全問題[2]。

其次，化學反應是化工生產的最關鍵環節，同時也是化工安全問題的最主要發生階段。在實踐中，化工工藝設計中涉及的化學反應多種多樣，如磺化反應、硝化反應、聚合反應、氧化反應、還原反應、復分解反應等，且各類反應的溫度、壓力、載氣、燃燒等條件均不相同。此時，由于化學反應的苛刻性與多樣性，若相關人員對反應參數的設計不甚合理，一方面難以獲得符合化工生產預期的產物，另一方面也極易導致有毒有害、易燃易爆等危險化學物質的生成，引發嚴重的安全問題。例如，硝化反應是現代化工工藝設計中經常涉及的化學反應之一，其常用硝化劑有高濃度的混酸、硝酸等。硝化反應會釋放出大量的熱量，硝化劑具有強氧化性，消化產物具有爆炸性，所硝化反應的安全控制及其重要。在設計中，若并未把控好硝化反應中材料的濃度、用量，或反應溫度、壓力設計不合理，將顯著提高爆炸事故的發生幾率。此外，若相關人員沒有考慮到硝化反應在環境方面的安全保障需求，使硝化劑、消化產物存在接觸酸性物質、堿性物質、明火、摩擦等影響因素的可能，還會進一步增大爆炸發生的可能性。

最后，精制加工即對化學反應獲得的產物實施進一步處理，如去除副產物、去除雜質、凈化污染等，從而在分離目標產品、達到生產標準的同時，降低化工排放的污染性，或實現可利用資源的有效回收。對于這一階段，若相關人員并未在化工工藝末端設計中落實防火防爆、防毒防害的有效措施，或脫硫、脫硝等污染處理系統的構建不夠合理，也會引發一定的安全問題。例如，在焦化生產中，反應生成的焦爐煤氣具有易燃易爆特點，其焦油、氫、氨、苯等組分也具有不同程度的可燃、易燃、有毒等屬性。此時，若其回收工藝中有高溫高壓的加工環節存在，或工藝環境內存在明火，都可能引發火災、爆炸等化工事故。同時，若焦爐煤氣的回收與凈化不徹底，導致毒害性氣體排放到外部大氣環境中，也會形成大氣污染、水污染等更加復雜的安全問題。

2.2 化工工藝設施設計中的風險隱患

化工工藝設施設計中的安全問題，主要是基于化工工藝的流程設計產生的。在化工生產中，化學原料、化學反應與其所處環境、環節的設備設施存在密切關聯，若各要素之間無法良好匹配，勢必會形成一系列的安全隱患與事故風險。例如，丙酮這一化工原料具有高毒性特點，一旦現場施工人員吸入過量，或發生長時間的皮膚接觸，將會出現乏力、頭暈、痙攣、昏迷、皮炎、酮癥酸中毒等多種中毒反應，重者可危及生命。所以，在化工工藝的設計過程中，相關人員必須要對丙酮在生產過程中的密封情況提起重視，嚴格保證儲藏罐、反應室、輸送管道等密閉質量，以免出現不必要的安全事故。再如，在化工生產中，硝化反應會表現出很強的腐蝕性特點。此時，若相關人員對管道、容器、設備等防腐抗蝕等級的設計不達標，將很可能出現硝化劑、硝化產物的滲漏問題，形成嚴重的安全風險[3]。

除此之外，若相關人員在設計儀器設備的參數時，并未嚴格按照行業規范進行運算設置，或缺乏對工藝體系的實際性考量，也會導致儀器設備無法發揮出應有的效力，進而引發反應不充分、反應激化等負面現象，并形成相應的安全風險。

2.3 化工工藝風險設計中的風險隱患

同樣以化學工藝流程的設計為基礎，若相關人員缺乏對工藝流程中可能發生事故風險的預先感知，并未設計出有效的前期防控與后期應對方案，也會在無形中增大安全事故的危害性與處理難度，進一步降低化工生產的安全性、經濟性與高效性。例如，苯乙烯具有高毒性、易燃性等危險特性，且為可疑致癌物。如果相關人員在工藝方案的設計中并未明確提出佩戴過濾式防毒面具、佩戴化學安全防護鏡、穿著毒物滲透防護服、遠離火源熱源等作業要求，將很難保證化工生產現場人員及設備的施工安全。另一方面，如果相關人員未設計出二氧化碳、砂土等有效的應急滅火方案，使得現場人員在面對苯乙烯火災時采取以水滅火的方法，也會導致消防措施的無效化，不利于事故影響的及時控制。

3 風險管理下化工工藝設計的優化應對策略

據相關數據統計顯示，在2006年至2014年之間，我國危險化學品事故的發生起數在每月200起以上。在化學工業蓬勃發展的當下，這一數據還會有所提升。由此，為了降低化工事故的發生幾率，促進我國社會的和諧穩定，相關人員必須要對風險管理下化工工藝設計的優化應對提起重視。

3.1 化工工藝流程設計中風險隱患的優化應對

相關人員在化工工藝流程的設計過程中，首先要對相關生產原料、反應方式、反應產物的種類、特性進行全面分析。一方面，要嚴格注重各化學材料之間的配伍禁忌，盡可能地避免不必要的有毒有害、易燃易爆物質生成。另一方面，也應做好處理方式、反應參數等方面的合理把控，將安全事故的發生幾率控制在最低水平。例如，對于有氫氣、氫化物參與的反應環節，相關人員應嚴格控制相關儀器設備的升溫、加壓等級，以避免爆炸事故產生[4]。其次，相關人員應將規范性、公共性的文件資料作為設計標準，并在此基礎上做好工藝流程的適宜性設計。例如《焦化安全規程》（GB12710-2008）中有“濃硫酸輸送應采用泵送或自流方式，不應使用壓縮氣體輸送”、“用濃硫酸配硫銨母液時，應緩慢調節流量，防止集中放熱造成母液飛濺”等規定。以此為基礎，相關人員在進行焦化工藝的流程設計時，就嚴禁采取壓縮氣體輸送的濃硫酸輸送方式，并將母液調配環節中濃硫酸的流速、流量進行柔化控制，以免引發安全事故。最后，在倡導化工生產綠色化、衛生化的大背景下，相關人員除了要從生產效益、施工安全的角度進行工藝流程本體控制以外，還需對末端精制加工與污染處理環節的安全質量提起重視。例如，在乙醛的化工生產中，若還將乙炔作為化工原料、將硫酸汞作為催化劑，雖然能達到良好的生產效果，但會形成一定的汞污染問題，不利于化工生產末端排放的安全控制。所以，在工藝設計中，可將原料由乙炔改為乙烯，采取直接氧化的反應方式：（C2H4+O2→CH3CHO）進行乙醛生產。這樣一來，便能有效避免硫酸汞的生產運用，防止汞污染的情況發生。

3.2 化工工藝設施設計中風險隱患的優化應對

在化工工藝設施的設計中，相關人員主要應對設施所接觸的化學原料、反應類型進行分析，并選用規格合適、性能合理的設備設施。例如，一些化學物質會在反應過程中釋放大量的熱量，此時就需要對其反應容器、輸送管道進行耐熱性設計，以免設備設施因受熱而出現老化、形變、破損等問題。同理，對于硝化反應、磺化反應等腐蝕性化學反應，也要適當增厚化工管道的管壁厚度，并通過使用防腐材料、涂鍍防腐涂層等有效手段提高其腐蝕抗性，以免發生管道破損、材料滲漏的安全事故。除此之外，在設備儀器、管道設施等的參數設計中，相關人員也應嚴格遵循《鋼制化工容器設計基礎規定》（HG20580-1998）、《塔器設計技術規定》（HG20652-1998）等的規范要求，從根本上保證化工工藝體系設計的規范性[5]。

3.3 化工工藝風險設計中風險隱患的優化應對

為了達到最有力的化工安全管控效果，相關人員還需做好化工工藝風險的前期預防與后期應對設計。例如，可在化工工藝流程的關鍵節點處設置溫度檢測、氣體檢測等傳感裝置，以此精準掌握化工生產的過程工況，及時排查和處理可能引發安全事故的風險隱患。再如，應圍繞化工材料、化學反應的有毒有害、易燃易爆等具體特性，設計出人員防護、現場管理、災害應對的配套方案，以提高現場人員、設備防范事故、處理事故的綜合能力，為化工生產的安全穩定提供切實保障。

4 結論

總而言之，化工工藝設計中的安全風險存在于流程、設施、材料等多種設計環節當中，具有高危性、多源性特點。所以，在制定應對策略時，也應保證風險防控的多角度、廣覆蓋，并嚴格遵循化工工藝相關的各項制度規范，以達到最佳的安全保障效果，避免化工安全事故的發生。

參考文獻：

[1]王麗珠.化工工藝設計中的安全問題及控制對策[J].化工管理，2020（22）：181-182.

[2]王新生.探究化工工藝安全設計中的危險識別和控制[J].化工管理，2019（36）：197-198.

[3]高雷.分析化工工藝安全設計中的危險因素及解決對策[J].化工管理，2019（35）：86-87.

[4]白春海.化工工藝設計過程中的安全管理危險性要素識別控制對策[J].科技資訊，2019，17（34）：105-106.

[5]鐘正成，石海軍.基于化工工藝設計中的安全問題及控制分析[J].化工管理，2018（20）：91.

作者簡介：

高暢宇（1988- ），女，安徽合肥人，研究生，職稱：工程師，研究方向：化工工藝及管道設計。