精细化工项目的本质安全设计分析_操日本.pdf

工业生产化 工 设 计 通 讯Industrial ProductionChemical Engineering Design Communications 127第49卷第4期2023年4月以国家相关法律法规为基础，完善各项生产管理制度，对整个流程进行动态管理，不断优化生产工艺，保障机械设备维持在最佳运行状态，对外界因素的干扰有着较强的抵抗能力，全面保持较高的安全水平，减缓事件的发生频率，降低事件的后果等级，从而使事件的风险等级处于可控范围。1 精细化工项目特点1.1 品种多，批量小精细化工的特点便是品种多、批量小，这主要是因为精细化学品具有更强的专用性，相比较而言应用面更小，很多产品均为特质配方。或者是对同一化学产品进行不同功能处理后得到特性不同的产品，此类往往专用性更强，并在此基础上形成多规格、系列化的产品1。也正是这种专用性特点，决定了产品批量并不会很大，为保证经济效益，就需要厂家不断进行新品种的研发，只有不断开发新剂型才能够确保自身的竞争力。1.2 流程多，功能全精细化工项目多数为间歇式反应工艺，采取批次生产方式，并且为适应市场发展需求，还需要不断更换新品种。与其他化工项目相比，精细化工在工艺生产上具有更强的灵活性，生产能力也比较强，从原来的单一产品、单一流程以及单用装置的生产工艺中走出来进行了创新，所使用的生产装置功能性更强，生产流程具有更强的综合性2。简单来讲便是通过同一套流程装置，可完成不同产品种类和牌号的生产，在转变上灵活性更强，实际生产中适应性的优势更加突出，可为企业争取到更多的经济效益。1.3 技术强，更新快精细化工项目需要有综合全面的市场调研作为支持，更要解决一系列的技术课题，除了经验支持外，对技术性要求非常强。尤其是精细化工产品更新换代快，市场寿命更短，对技术的专业性要求更高，再加上新产品研发难度大，更是加强了对专利技术的垄断，比较来讲对技术的重视程度更高。精细化工项目除了流程复杂以外，整个生产过程由众多反应单元组成，且需要复杂的原料作为支持，任何一个环节处理不当均会影响到生产安全，需要操作人员具有较高的技术水平，可以准确操作仪器设备，确保一切均可按照计划生产3。2 本质安全设计要求1）可行性研究阶段。进行市场调研了解整体情况，开发或选择工艺流程，并确定项目生产环境，以此为基础来激活整个项目的本质安全生命周期中其他活动。2）整体定义阶段。明确生产装置以及单元控制边界，同时要基于项目自身特点与生产需求，确定危险和风险的定义与范围。3）风险识别阶段。通过可预见环境对所有存在的危险进行风险频率、后果等级识别，如设备故障、系统操作失误等，从而确定相对应的风险等级。4）安全要求阶段。综合本质安全系统以及外部风险降低系统的安全功能需求，确定本质安全要求规格书，要求达到预期的功能安全标准。摘要：本质安全设计对于精细化工项目的安全生产意义重大，对于精细化工项目来讲，其具有更多的反应单元，工艺流程上存在更多的干扰因素，安全风险更高，因此除了基本的安全管理以外，还要做好本质安全设计。结合精细化工项目特点，对本质安全设计要点和方法进行了分析。关键词：精细化工；安全管理；本质安全设计中图分类号：TQ086文献标志码：A文章编号：10036490（2023）04012703Analysis on Intrinsic Safety Design of Fine Chemical ProjectCao Ri-ben，Dong CiAbstract:intrinsic safety design is of great significance to the safety in production of fine chemical projects.For fine chemical projects,it has more reaction units,plus in the process flow,there are more interference factors,security risk is higher,so in addition to basic security management,but also do a good job in the nature of security design.In this paper,according to the characteristics of fine chemical engineering project,the essential safety design points and methods are simply analyzed.Keywords:fine chemical industry;safety management;essential safety design精细化工项目的本质安全设计分析操日本1，董 慈2（1.北京慎恒工程设计有限公司南昌分公司，江西南昌 330038；2.山东鸿运工程设计有限公司江西分公司，江西南昌 330200）收稿日期：20230220作者简介：操日本（1994），男，江西鄱阳人，助理工程师，主要研究方向为应用化学。工业生产化 工 设 计 通 讯Industrial ProductionChemical Engineering Design Communications128 第49卷第4期2023年4月5）安全要求分配阶段。将安全功能分配到指定单元系统及其辅助系统，且所有安全功能单元均要分配安全系数。6）运行维护阶段。为保证操作维护过程中功能性安全，需要开发一个针对性计划，便于装置安全系统进行整体安全确认，通过可控方式完成对装置安全系统的安装和试运，达到功能性安全目标。7）装置安全系统实现阶段。从人、设备、材料、制度、环境等多个方面出发，基于安全功能要求创建符合装置安全要求的安全系统。8）辅助安全系统实现阶段。开发安全辅助系统，为安全功能要求和安全完整性要求的实现提供支持。9）外部风险降低设施实现阶段。构建外部风险降低设施，为安全功能要求和安全完整性要求的实现提供支持。10）操作运维阶段。基于整体本质安全要求，确定各单元安全系统对应的安全要求，落实装置安装系统整体安全要求规格书。并对安全系统进行运行和维护，保证可保持要求的功能性安全。3 本质安全设计要点3.1 保证生产工艺可靠性3.1.1 研发工艺精细化工项目需要有技术性支持，可以将小试与中试工艺的开发看作是项目的基础。工艺的研发是要以目标产物为前提，将不燃、无毒或低毒的物料作为首选，利用其来代替可燃、有毒的物料。新工艺的研发，要注意降低反应难度，去除复杂苛刻的反应要求，包括降低反应温度和压力。另外，还要争取以流体物料来代替固体物料，从源头上对生产工艺进行调整优化，推进本质安全的落实。3.1.2 异常分析以提高工艺安全性与可靠性为目的的新型研发，就需要对存在的各类异常进行分析鉴别，同时做好记录，综合全条件设置相应的预防措施，从源头上消除隐患。可以说任何没有发现的异常，在项目投入生产后均有可能发展成安全隐患。需要加以重视的异常包括几方面。所有可能发生的化学反应，如操作故障、投料次序错误以及误投料等导致的危险化学反应和副反应。物料反应时发生的反应器失控、结垢、结块等现象。发生副反应以及错误反应时是否有新的毒性或燃爆性物质形成。中间态、最终态物料是否正常，包括稳定性、燃爆性和毒性等。反应压力以及温度等生产条件操作失误的情况下是否会产生破坏性影响。不同反应以及物料的热风险分析。工艺流程中添加的催化剂老化、失活或再生等。3.2 简化生产工艺流程3.2.1 初步设计精细化工项目的工艺流程更加复杂，需要更多物料作为支持，整个过程会产生更多化学反应。为降低操作难度，同时也是提高生产安全，在进行设计时应尽量对工艺流程进行进化，根据需求来选择间歇或连续生产方式。工序之间的衔接要合理，要预防无效连接造成的泄漏问题发生。注意对操作条件进行优化，优先选择可靠性更高的单元操作方式。另外，要对工艺流程所需要的物料用量、生成量、处理量以及存储量等进行精准核算，为高效安全生产打好基础。3.2.2 风险评估选择合适方法进行风险评估，对风险种类及可操作性进行分析，同时要完成对初步设计的定性分析，对存在的风险进行识别和评估，确定各风险的等级，为后续的预防管理提供支持。3.2.3 保护层分析在完成对风险的分析和评估后，还可以采用保护层分析方法，对安全事故中存在的风险等级进行量化分析，然后选择针对性更强的预防性控制措施以及事故减缓措施，一方面是降低风险发生可能性，另一方面是减小事故影响。根据分析结果判断是否需要应用安全仪表系统以及系统等级。精细化工项目分析对数据有着特殊性要求，普通工业数据可起到作用有限，与企业工艺情况存在着较大的差异，因此需要对其进行适应性修正。3.2.4 施工图设计进行施工图工艺设计时，要求所有分析确定的措施落实到位，并组织专家和技术人员进行专业评审，对整个工艺流程开发和设计过程中所分析问题的解决方法进行确认，判断其是否为最佳运行方案。3.3 科学选择设备材质精细化工项目工艺复杂，反应条件比较严苛，除了高温、高压外，设备还需要处于腐蚀性介质环境下，因此对设备材质的要求更高。以往在设计化工设备时，受成本因素的限制，高端材料很难被用于精细化工项目，即便是面对高腐蚀的环境，也多采用石墨、玻璃、衬塑等材料，在生产中就容易出现密封不良、“跑冒漏滴”等问题，损坏情况更加严重，对检修维护的要求更高。现在精细化工项目更多是选择耐腐蚀合金设计，如304、316 L、2205等不锈钢，在提高本质安全水平方面优势突出。并且在制作加工上难度更小，焊接、密封等处理效果更佳，面对不同工况时可灵活选择相适应的连接与密封方式，可以很好地解决“跑冒漏滴”问题。即便遇到条件复杂苛刻的工况，直接通过实验获取腐蚀数据，再联合材料特性分析，依然可工业生产化 工 设 计 通 讯Industrial ProductionChemical Engineering Design Communications 129第49卷第4期2023年4月以达到良好的设计效果，满足精细化工安全生产要求。3.4 注意更新工艺设备3.4.1 热换设备以往国内精细化工项目所使用的多是石墨、搪玻璃换热器，受运行环境影响，发生故障的可能性比较高，无法达到本质安全要求，同时面临的还有大量的维修工作。进行本质安全设计时，要强调对工艺设备的更新，如碳化硅换热器、螺旋缠绕换热器、四氟毛细管换热器等，均具有更强的耐腐蚀性，项目生产可保持更高的安全水平。3.4.2 连续化反应装备硝化和氧化等反应体系内，可以微反应器技术来代替反应釜，不仅占用面积小，而且在传质和传热方面有着极大的提升，持液量明显减少，避免能量过于积聚而发生安全事故。但如果面向的是多相反应以及催化反应等，微反应器的适用性会有所降低，也更容易被堵塞，因此还需要在现有基础上做更深入的研究，争取早日将微反应器更广泛地应用到精细化工生产。3.4.3 流体输送设备影响精细化工生产安全的一大要素便是动设备与密封设备的泄漏问题，一直以来都是安全管理的重点与难点，往往需要大量的人力和财力作为支持。随着技术水平的提升，现在可选择软管泵、屏蔽泵、磁力泵以及隔膜泵等新型设备生产，其所采用的是静密封技术，更符合本质安全要求，可替代传统的普通离心泵作业。以及现在逐渐实现国产化的干式真空泵以及磁力驱动风机，均能够在精细化工项目中发挥出巨大的作用，相比传统设备安全性更强。3.4.4 连续化生产设计精细化工在市场中所占比例在不断增大，在持续的发展中，逐渐向集中化方向发展，具有更大的产品吨位，可保持较稳定的生产状态，基本上可以满足连续化生产条件。比较来讲，连续化生产无论是在工艺效率上，还是操作难度以及产品稳定性上均具有更大的优势，工艺流程中产生波动的可能性更小，设备可保持较高的利用率，工艺操作的难度也明显降低，需要投入的人力、财力与物力可进一步减少，经济效益更高。从实际出发，在工艺研发中要强调连续化生产的要求，物料优先选择流态化运输方式，并配套采用连续化设备，同时辅以自动化检测仪表、控制系统以及执行器等，构建一套成熟的连续化生产体系。其中，连续化设备的开停车以及操作是设计的重点，以及在遇到异常情况时，要能够人为干预，降低安全事故发生的可能性。3.4.5 提高系统自动化精细化工的工艺、物料以及操作等特点决定了其在分配以及生产上的“小、散、乱”现象，很多工艺依然是以人工操作为主，自动化水平比较有限，各种关键的工艺参数均需要人为干预和控制，容错率较低，可以说人员能力很大程度上决定了项目生产状态。面对复杂严谨的精细化工工艺流程，操作人员需要长时间保持专注，难度较大，出现操作失误的可能性也比较高，这是限制本质安全水平提升的重要因素。在进行本质安全设计时必须重视这一点，注意提高系统自动化水平，面对集中度不断提高的精细化工项目，需要对装置设备进行升级换代，重视数据信息的利用，由系统自动收集生产数据，并根据提前设定的参数对工艺状态进行调整，始终保持在一个稳定生产的状态，为连续化生产打好基础。但是自动化水平的提升并不意味着完全取代人工操作，可根据实际情况进行灵活调整，以实现本质安全管理为最终目的。4 结束语精细化工项目具有一定的特殊性，传统所应用的技术、工艺、设备和装置等均无法满足本质安全要求。面对集中化程度不算高的精细化工，需要在研发新产品和提高生产效益的同时，将本质安全要求落实到底。从实际需求出发，综合工艺、设备、人员、环境等多个角度进行本质安全设计，为精细化工行业的进一步发展提供支持。参考文献1 刘兵，张红东.本质安全设计理论在加氢装置的实践 J.化工安全与环境，2023，36（1）：68-71.2 王忠杰.SIL 评估在现代煤化工本质安全提升中的应用与探讨 J.中国安全生产，2022，17（10）：66-67.3 朱海亮.本质安全管理在炼化企业作业中的应用 J.石油化工安全环保技术，2022，38（4）：10-12，26.4 朱佳兴，郝琳，刘国钊，等.化工过程本质安全评估方法研究进展与展望 J.化工进展，2022，41（8）：4009-4024.5 高斌鹏.精细化工项目的本质安全设计 J.化工设计通讯，2020，46（11）：103-104.6 胡敏.对石油化工设计本质安全管理工作的再认识 J.炼油技术与工程，2019，49（1）：58-64.7 邱芳锐.化工设计本质安全管理 J.石油化工建设，2016，38（4）：25-26.8 甘浪.基于模糊综合评价法的大型化工项目本质安全评价研究与应用 D.重庆：重庆大学，2011.9 石天雄.综合运用本质安全技术提高石化项目设计安全水平 J.炼油技术与工程，2010，40（6）：59-64.