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浅谈化工工艺设计对设备安全的影响

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  摘 要:化工生产过程中往往会涉及到许许多多的化工生产设备,如用于物料反应的反应器、吸收塔,用于中间产品或最终产品分离的精馏塔、萃取塔,亦或是用于原料、中间产物、终产物存储的各类储罐等。这些化工设备是组成化工工艺流程中的基本要素,是化工工程与工艺中必不可少的结构单元。在实际的化工生产中,由于涉及到的原料、中间体、终产物、工艺条件等都存在一定的危险性,因此化工设备的安全设计一直是化工行业内高度关注的热门话题。本文将以化工设备安全为话题,通过分析化工工艺对设备安全性能的影响,提出几条确保化工设备设计安全的有效对策,希望能给广大的化工设备设计人员带来帮助。
  关键词:化工设备;安全设计;问题现状;有效对策
  1 化工工艺中影响设备安全的因素分析
  本人根据自己的工作经验,查阅大量的相关资料,通过分析国内外化工生产企业的一些意外事故案例以后,发现化工设备设计过程中,存在以下几种较为突出且普遍的安全问题。
  1.1 化学物料的问题
  在化工企业生产中,必然会涉及到林林总总的化学物料。这些物料可能是高危险性的化学原材料、添加剂、中间产物、终产物,亦或是有毒有害的副产物。根据这些化学反应物料的理化性质的不同,可以大致分区以下几类:①易燃易爆气体,如氢气、甲烷、一氧化碳等;②高腐蚀性的化学试剂,如硫酸、氢氟酸、硝酸等强酸以及氢氧化钠、氢氧化钾等强碱性物质;③有毒有害的有机化学品,如工业上常用的基本化学品萘、苯等。设计人员在设计化工设备之初,就必须充分了解和掌握参与化学反应的各类化学物料理化性质,以便在设计过程中充分考虑化学物料理化性质对设备安全的影响。
  1.2 反应条件的因素
  很多化学反应,由于在常温常压下,反应原料的转化率低,目标产物的收率或者选择性有待优化,通过设置高温高压反应条件,能够有效解决原料转化率低、选择性差的问题。但是,高温高压的反应条件对化工设备的材料提出了更为严格的要求。因此,设计人员必须将化学反应条件对化工设备安全的影响融入到整个化工设备设计过程中,以此来选择合理的化工设备材质。
  1.3 工艺路线因素
  化学工业生产中有很多反应的反应机理、反应途径等都还颇有争议,有些反应往往会伴随发生许多的副反应,产生各种副产品。化学反应本身的复杂性对于化学反应器的设计提出了较高的要求。若想通过化工设备设计来提高化工设备操作运行中的安全性,需要综合考虑各种不确定的因素和未知情况。有些化学反应在反应刚刚起步的时候,可能会表现出较为稳定的化学反应特征,但是随着反应的进行,新物质的不断生产,反应器内部的情况就会发生巨大改变。除此之外,外界环境的理化特征也会对化学反应的安全性带来影响,这些在化工设备安全设计中也是不可忽视的重要因素。
  1.4 化工设备腐蚀问题
  有些化工设备的原材料是铁、铜等金屬设备,在潮湿的环境下往往会发生氧化反应,导致设备表面发生电化学腐蚀。反应中用到的强酸强碱性物质,也会对化工设备造成化学腐蚀,降低化工设备的使用性能,减少使用寿命。
  2 化工设备安全设计有效措施
  2.1 厘清化学反应的特点
  在设计制造化工设备之前,要提前厘清化工设备应用的具体化学反应的特征,包括:反应原料、反应的目标产物、反应条件、反应副产物、反应中用到的催化剂、厂区生产环境等,综合考虑上述各种条件以后,才能确保化工设备在实际的生产过程中不发生安全事故,不产生安全隐患。
  2.2 做好化工设备材料的防腐蚀保护措施
  一般来讲,化工设备的腐蚀绝大多数是发生在金属设备上。化工设备的防腐蚀措施主要着眼于两个方面:第一,采用耐腐蚀材料。目前常用的耐腐蚀材料有合金、高分子聚合物材料等。当然有些非金属材料也具有很强的抗强酸强碱化学腐蚀的理化特性,这些都是提高化工设备安全性,延长其使用寿命的发展研究方向。从经济效益的角度出发,耐腐蚀材料在化工设备中的应用势必会导致化工企业生产制造成本的增加,但是可以大大地延长化工设备的使用寿命,减少化工设备更换、维修的频率。第二,在化工设备中加入缓蚀剂,减少化学品对化工设备的腐蚀程度。化工生产中会用到大量的水,化工设备长期处于潮湿的环境下,会导致设备与空气中的氧气发生电化学腐蚀。恰当利用缓蚀剂,能够有效地防止循环冷却水产生的电腐蚀,以免给化工设备带来不良影响。此外,企业在使用过程中也要对该类设备按照国家行业相关规范进行检测,对检测不合格的设备予以维修或更换。
  2.3 科学合理地选用化工设备制造材料
  在化工设备的设计与制造过程中,往往会用到很多的金属材料和非金属材料。金属材料主要包括碳钢、不锈钢、金属合金等;非金属材料主要包括石墨、搪玻璃、玻璃钢以及塑料等。金属材料可能会因腐蚀导致设备寿命减少,非金属材料可能不能承受苛刻的工艺反应条件。因此,在选取化工设备用材时,需要综合考虑车间生产环境、生产工艺、使用寿命、制造维护成本等多个因素。
  由于化工生产中存在着很多的危险性因素和不确定的未知情况,安全稳定运行的化工设备对于减少化工企业安全事故的发生概率具有至关重要的意义。因此,化工设计人员必须充分考虑各类因素对化工设备安全性能的影响,这既是对自己本职工作的负责,也是对化工企业的安全生产负责,更是对企业员工的人身安全负责。
  参考文献:
  [1]张志斌.化工设备故障分析及预防维修措施[J].化工管理,2016(08).
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