有关化工工艺设计要点的分析

有关化工工艺设计要点的分析

李艳琼

李艳琼

西宁市工程咨询院

摘要：本文对化工工艺的概念、特点及分类进行阐述，简述了化工工艺设计的现状，并分析化工工艺设计中工艺物料、工艺路线、反应装置、管道方面的安全问题及其控制，提高化工工艺生产的高效运转，促进化工工业的可持续发展。

关键词：化工工艺设计要点安全设计设计理念

一、化工工艺设计概述

化工工艺设计要紧跟时代发展，同时将理论和实际有机结合起来，只有这样才能发挥其巨大的功效。化工工艺设计包括不同的种类，主要有概念设计、中试设计、基础设计、初步设计和施工图设计等。这些不同种类的设计在化工工艺的实践中都发挥着重要的作用。化工工艺设计过程中往往存在如下问题：设计的基础资料不完整，数据的可靠性和完整性不如常规装置；化工工艺设备种类繁多，规格特殊，对设备的设计和选用都提出了特殊要求；化工工艺设计工作量大，管道设计要作特殊考虑；设计周期短，为尽快占领市场，化工工艺设计往往边开发边设计，边建设边更改设计；规模大小不一，为节约投资，某些设计不可能完全按照规定去做。这些特点无疑会造成化工工艺设计的安全隐患，对化工设计的安全有很大的影响，也是引发化工工艺设计安全问题的重要因素，也越来越受到人们的重视。

二、化工工艺设计的现状

化工工艺往往会由于化学工业的资本密集性以及工艺失败可能造成的巨大物资上的损失，导致在变革过程中遇到非常大的阻力，影响到化工工艺的发展。通过分析化学品生产成本的构成，我们能够得出基本建设的投资以及原材料占总成本的主要份额。由于装置往往需要多年运转，并且费用较大，在化工工艺设计中将许多已经有五十年使用期的装置进行改造，扩大装置的能力，解决薄弱环节所需要的费用比一套新建的装置要便宜很多。按照这个趋势进行分析，在2020所销售的工艺设备产品大约有四分之三是由1999年就运转的装置生产出来的，可是由于这些老旧的生产装置不具备新时代的环保要求，所以必须对其进行减少污染、扩大产能的改造，改善装备的性能有助于绿色生产，对可持续发展也有重要作用。

三、化工工艺设计的分类

1、概念设计。概念设计是假象设计，它是按拟建规模工业生产装置进行的，概念设计一般在中试前进行，主要目的是为了检查工艺条件和生产路线是否合理，确定数据和小试补充的内容以及必要时中试规模和中试目的。

2、中试设计。中试内容和任务主要是检验小试确定的工艺路线和条件；试制产品考核的使用性能；考验工艺系统连续运转可靠性；获取设计工艺必需的工艺和工程数据；考察放大致应和检验校正放大模型；考核杂质积累对工艺过程及最终产品质量的影响；以上内容和业务在检验时可以是全部也可以是部分，视具体情况而定。

3、基础设计。基础设计是整个技术开发阶段的最终研究成果，目的是提供建设生产装置的一切技术要点。

4、初步设计。初步设计是精细化工工程设计的第一阶段，它的成果是初步设汁说明书和总概算书。根据基础设计和批准的设计任务书、厂址选择报告，对工程在技术和经济上进行总体研究与计算的具体建设方案。

5、施工图设计。施工图设计是依据上级对初步设计的审批意见，将初步设计中确定的设计原则和方案，根据建筑与非标准设备制作的要求，以图样和文字方式招工艺和设备各个组成部分的尺寸，布置和主要施工方法具体化，明确化，并解决初步设计阶段待定的各项问题。

四、化工工艺设计中的安全设计要点

在工艺设计中，安全问题就是指生产中潜在的事故隐患因素。因此，在设计的过程中，一定要提高工作人员的安全意识以及危险的识别意识，将隐患消灭于萌芽之中，并且能够尽量避免对危险设备或者危险物品的使用，只有这样，才能保证工艺安全高效运转。

物料安全化工工艺在生产过程中的原材料、中间产品与副产品以及产品和贮存中的物质都是以不同的状态而存在的，这些物质都具有特殊的物化性质，在一定状态下可造成危害。因此，要了解和掌握对这些物质的危险特性，而且要养成对其稳定性与化学反应以及毒性等相关的识别意识，进而能够做出有效的评价与分析，预防危害的发生。

2、工艺路线的安全问题往往在一种反应中通常会涉及到几条工艺路线，因此，在设计的的过程中应该选用危害最低或者更安全的。在这个过程中，对于生产的条件以及物料都要进行充分的考虑，选用无害或者低危险的物料；在新型技术以及新设备的选用过程中要注意其三废的排放量，并且尽量实行循环利用，降低污染。适当的降低生产过程中对生产条件的苛刻要求，以此来缓解剧烈反应。

3、反应装置方面的安全问题化工反应是生产的核心，在化工反映的过程中也存在着很多与安全性相关的问题，有些问题甚至会造成生产事故，因此，在反应装置的设计与选用的过程中，要具备充分的科学性与合理性，并且应该经过严密的计算。由于化学反应的种类繁多，所以在安全控制方面也存在着较大难度。在工艺设计中采用减少进料量、控制加热速度、加大冷却能力的方法或者采用多级反应等相关措施。反应器在运行的过程中，可能会由于容器的超压而出现损坏或者变形，因此，必须在容器上安装压力释放装置。

4、管道方面的安全问题通常情况下，管道输送的物料一般都属于易燃、易爆甚至腐蚀性与毒性较强的物品，若是管道出现泄漏，各种毒害物质漏出，极易对环境造成污染，并且造成生产过程中的安全隐患。因此，在管道的设计中，要对于管道的材质选择、应力分析以及布置方式等容易引发管道泄漏的因素进行从分的考虑，尤其是注意管道连接处和拐弯处弯头的材料和管径选择，同时室内或者室外，管道都必须尽量靠地连接。

5、电气设计方面的安全问题电气设计中，应结合工艺的要求，按照工作环境是否属于爆炸和火灾危险环境、危险程度和危险物质状态的不同，采取相应的措施，防止由于电气设备、电气线路设计不当引起爆炸事故。

五、化工工艺设计中应体现的设计理念

1、要能体现降低能耗。尽管在实际的设计生产中，很多人把能源成本当作生产总成本之中的一个重要部分，但是这种想法是错误的。将基建投资高和能量消耗大这两个问题解决，能有效的提高生产效益，降低生产成本，减低能效和与之相关的投资课题一般来说颇为有效，比如在许多大型的分离装置上运用超临界流体。通过对当前资料和实际应用的研究可以看出，一些系统能源费用比很多常用的技术要低，比如恒沸蒸馏以及蒸馏的获取。降低能耗是工艺设计与研究需要重视的一部分。

2、要能体现降低基本建设投资。由于化学工艺属于密集型产业，如果没有化学研究上的重大成果让主要的产品生产工艺得到提升和完善，那么一般来说，要改进以及提高化学工艺设计就需要通过解决瓶颈问题、改造现有装置、扩大产能的方式的来解决，这些方式可以有效地减少在基本建设上的投资。

六、结束语

综上所述，化工工艺设计是化工生产的重要环节，关系到安全生产和连续生产，做好化工工艺各个环节的设计，发现问题，解决问题，有助于进一步提高化工企业的生产效益。当前工艺设计应用亟待拓展，这就需要将研究开发与设计建设联系起来综合发展，并积极开发新的工艺设计方式。新的工艺设计方式应该是开发一个带有能量平衡流程、热力学软件包及研究容器设备的一个简单经济模型，摒弃传统方式过于程序化且生产效率较低的发展方式。参考文献：

[1]魏国清，钟彦宇.关于化工工艺设计中的相关问题的探讨[J].经济技术协作信息，2012.18.

[2]鞠学贞.化工工艺设计中的思考与建议[J].浙江化工，2004.（35）（12）.