化工安全环保设计在预防事故中的应用研究

摘要：化工安全环保设计是预防化工事故、实现绿色生产的关键环节。本文系统探讨化工安全环保设计的概念、原则与关键技术应用，剖析其在预防事故中存在设计理念滞后、技术创新不足、管理执行缺陷及资金人才制约等问题。研究表明，通过更新设计理念、完善标准体系，加强技术研发与推广，强化管理监督，加大资金投入与人才培养等策略，可有效优化化工安全环保设计，降低事故风险，推动化工行业向安全、环保、可持续方向发展，为化工企业安全生产与环境保护提供理论支撑与实践指导。

关键词：化工安全环保设计；事故预防；关键技术；设计优化；可持续发展

引言

化工行业作为国民经济的支柱产业，在能源供应、材料制造、医药生产等领域发挥着不可替代的作用。然而，化工生产过程涉及大量易燃易爆、有毒有害的危险化学品，且生产工艺复杂，具有高温、高压、强腐蚀等特点，导致安全事故频发。从江苏响水3·21特别重大爆炸事故，到河南义马气化厂爆炸事故，每一次事故都造成了重大人员伤亡和巨额财产损失，同时引发严重的环境污染问题，对生态系统和居民健康构成长期威胁。此外，随着全球环保意识的提升和双碳目标的推进，化工企业面临的环保压力也日益增大。

一、化工安全环保设计的概念

化工安全环保设计是指基于保障化工安全生产中人员健康与生命安全及财产安全、减少对环境造成不良影响的目标，在化工项目建设的各个阶段进行针对性的安全工程和环境工程的设计工作，从项目规划和建设全过程防控安全和环境保护风险。化工生产安全设计着眼于避免和防控化工事故的出现，如易燃、易爆物质的化工装置设计、结构设计中，均强调工艺系统压力、密封设计计算，使得化工装置结构在高温、高压等复杂、苛刻条件下稳定运行；合理划分防火间距、应急救援通道和厂区安全疏散通道，合理设置消防设施、报警器等，以保证化工生产安全。化工设计中的环保设计着眼点是降低污染物排放，包括污染物排放量较小的废气处理设计、废水处理设计、废固处理设计，生态敏感地带的保护设计等。如化工园区污水处理系统的污水处理方案，可根据不同生产过程产生的废水特点，按照物理法、化学法和生物法对污水处理装置进行设计，保证废水处理达标排放，减小周边水体污染。

二、化工安全环保设计的原则

2.1科学性原则

科学性原则要求化工安全环保设计应在科学、可行的理论和资料基础上开展。在化工生产工艺设计中，应依据化工热力学、化学反应动力学等科学原理，测算工艺过程中反应温度、反应压力、物质配比等反应参数，从而确保工艺设计过程的安全可行，如合成氨生产工艺设计应根据哈伯-博施反应法原理设计合理的反应温度（400—450℃）、反应压力（15—30MPa），从而最大限度促进合成氨转化率提高，但同时又应避免由于参数超标产生爆炸等安全后果。在环境设计过程中，运用科学可行的环境监测手段和方法，识别其污染物类型、污染物浓度及排放规律，为废气和废水的工艺处理提供依据，从而实现废气和废水达标排放。

2.2预防性原则

预先防范原则就是指防灾减灾始终以控制安全及环境危害风险为出发点，由设计者采用措施予以排除或者减小危害。如通过机械设备的设计排除或者减少设备本身的风险，也可以通过设计设备双重连锁程序来减少错误操作的发生，选择耐久性及耐腐蚀性强的材料延长设备寿命，以减少泄漏问题。在工程项目选址过程中，要考虑人口、环境及生态等因素，尽量避免地震带及易发生洪水的地方，在选址区域尽量避开当地的人群居住地、学府等区域，远离居民地，降低和缓解可能产生的人力、物力及生态环境问题。比如，有一条大型化工企业项目位于沿海，是临海工程，因此对于沿海台风及风暴潮的影响进行充分考虑，并且将建设厂区建在远离海岸线及海岸侵蚀区的地方，其建筑设施做好防波堤及防洪设施设计的防范措施来预防灾害事故。

2.3综合性原则

化工安全环保设计应统筹考虑安全、环保、经济和技等方面的技术经济因素，在满足安全和环保的前提下优化工艺流程和设备选型，减少建设和运营成本，例如化工园区公用工程在集中供热、供气、污水处理系统建设时，实现资源共享和能源梯级利用，提升能源利用效率的同时又能降低企业的环保治理成本，将安全设施、环保设施与生产设施有机联动，将安全设施系统、环保设施系统同生产设施系统相互协同地运行，如在化工装置设计中，将安全仪表系统、环保监测系统收集的数据综合运用，对生产过程实施全程监控，并做出预警，提高整体安全环境管理水平。

2.4经济性原则

经济性原则即要在安全环保目标的前提下，按照设计要求，在技术经济分析的基础上，优中选优，选择性价比高的工艺技术、工艺设备。比如废气处理工艺的技术选择时，将不同技术的投资成本、运行成本及处理效果进行对比，选取适合企业生产规模和废气特点的工艺技术，如废气浓度不高，可用活性炭吸附，成本较低，但设备使用时间短，而催化燃烧成本偏高，设备使用寿命长。在设备的选型上，不对设备盲目投资，根据企业的生产需要和安全等级进行设备的合理选择，以保证安全环保的经济性投资，在保证安全、环保的前提下，提高企业效益，实现企业的可持续发展。

三、化工安全环保设计的关键技术与应用

3.1 工艺安全设计

化工安全环保设计的核心内容是工艺安全设计，对生产过程安全、稳定运行起到至关重要的作用。在化工生产工艺上做减法，可以通过降低流程环节，减少化学反应的危险中间环节来优化和简化化学生产步骤。氯碱传统工艺使用汞触媒催化氯化氢与乙炔合成氯乙烯，不仅存在对汞中毒的风险，也会造成环境污染，现在通过研发无汞催化工艺，生产过程不产生汞污染，且效率提高的同时安全性也更好。反应安全风险评估是对工艺设计中化学反应的热反应、压力变化、失控等方面的量化评估，在反应热效应评估环节采用量热分析等技术手段，压力变化评估中动力学模拟等技术，采用过程事故树等进行风险量化评估。对可能发生的主要副反应、可能影响反应过程的杂质影响进行分析，超前做好应对处置准备，避免因副反应发生安全风险。

3.2 设备安全设计

设备的选择和配置是设备本体安全设计的关键。选择设备类型和材质满足化工生产条件的介质条件、操作条件等。依据风向和地形等因素，设备安全布局远离易燃易爆设备、危险场所，防止事故蔓延和波及范围。例如某石化集团公司在装置布置时，将储存罐体区布置在厂区周边的地势低洼处，并与生产装置有一定距离且设有防火堤、隔油池，从而有效地降低了储罐泄漏火灾爆炸的风险。安全附件设计是提高设备本质安全性的有效措施。设备的安全附件应针对具体设备的类型进行选择安装，如安全阀、爆破片、紧急切断装置等。安全阀是保护设备在超压时，切断物料输入、泄出的一种自动阀门。对容器安装安全阀时，要根据设备的工作压力和介质的要求来确定安全阀的开启压力和泄放量。爆破片保护容器或管道在压力突然升高时，当超过某一个规定压力时，可迅速爆破，泄放压力。主要用于一些反应釜、管路等防止超压的场合。紧急切断装置是防止泄漏、火灾等事故的发生，及时切断物料输送管道，阻止事态继续扩大的重要措施。

3.3 环保设计

污染减排设计是化工环保设计的基本目标。针对化工废气治理，结合废气组分、排放规律，采用多种技术组合方式对其进行治理；针对固体废物，实现减少排放量、增加利用率、降低危害性的治理，例如，通过高温煅烧、化学改性等技术对化工废渣进行综合利用，生产建筑砖材和功能性填料等，减少固体废物的产生量。将生态环境保护设计贯穿于项目各个阶段。项目选址时进行生态环境影响评估，避开生态敏感区，如自然保护区、水源保护区等，项目厂区的规划时需要考虑绿化设计，在厂区设计中通过种植抗污染植物、建设生态湿地等，对厂区的空气质量、水质进行净化和改善。合理规划污水处理工程，做到“雨污分流”，雨污水不能进入到周边地表水等。将生态环境保护设计拓展到化工园区设计，打造化工园区生态环境联防联控机制，在化工园区中通过建立统一环境监测、统一应急处置等，在化工园区内部，共同应对污染情况，以保护区域生态环境。

3.4 应急系统设计

应急系统设计中重要的环节是编制应急预案。针对化工生产的实际情况和可能出现的事故类型，编制相应的应急预案，制定应急组织机构、应急职责、应急流程等。应急预案内容应包含火灾爆炸事故、中毒窒息事故、泄漏等不同类型的事故场景，详述事故发生后报警及启动程序、人员疏散的路线和紧急集合点、事故初期的应急处置程序等。应急设施布局直接影响着事故发生时的应急处置情况。合理设置消防设施，例如消火栓、灭火器、消防车等，并按照装置危险等级、火灾面积等确定消防设施的数量及分布位置等，保证在火灾事故发生时的及时扑救。合理设置应急救援设施，空气呼吸器、洗眼器、急救药箱、防毒面具等，以确保应急救援人员和遇险人员安全自救。制定应急疏散通道及应急避难地点，以确保人员及时、安全进行紧急疏散、避难。

四、化工安全环保设计在预防事故中存在的问题

4.1 设计理念与标准问题

一些化工企业的安全环保设计理念陈旧，一味追求经济利益，忽视了安全环保设计价值。项目设计时，为控制设计成本，减少安全环保设计内容，采用落后工艺和设备，项目初始存在安全环保设计缺陷。化工安全环保设计标准不完善、不及时，一些新设计的化工工艺及技术标准跟不上更新步伐，很多标准中一些指标也低于现有国家标准，使得新引进的工艺或技术无法达到安全生产及环境保护的技术要求。

4.2技术采用及创新的问题

化工安全环保设计先进技术应用比例偏低。尽管国内外已开发出大量高效的安全环保技术，但是由于存在技术推广困难、企业应用门槛高等因素，致使在化工行业中能够普及的技术比例很低，其中有一些先进的废气处理技术如生物过滤、光催化氧化等具备处理效率高、二次污染小的特点，但是初期建设投入较大、运行管理要求高等问题，也导致多数企业还是沿用传统技术开展废气处理。多数企业仍然采用引进国外技术和模仿借鉴其他企业设计方案方式实现，不具备自主核心竞争力，很难应对复杂化工生产安全环保需求。

4.3 管理与执行缺陷

设计单位设计管理的问题。一是设计文件审查制度缺失，在设计文件的审查中没有严格的审查，对设计单位的资质管理不到位，使得设计中的安全环保可能存在缺陷。二是在施工的过程中，随意修改、改变施工图、偷工减料、不按施工图及相关的标准和规范施工，使得施工的安全环保设施施工的质量受到影响。在项目投运之后，缺乏后期的管理，缺乏后期检修、后期维护、大修，安全环保设施陈旧损坏、老化严重，安全环保设施无法正常投入运行。企业安全环保的管理制度执行不到位，制度没有落实，责任没有落实到相应的部门和具体人员。

4.4 资金与人才制约

安全环保设计的资金投入问题也阻碍了化工企业的安全环保设计建设发展。化工安全环保设计要在生产技术、生产设施设备、建设物资等方面花费大量资金，部分企业为了赚取更高的利润缩减安全环保建设费用，导致安全环保建设滞后。一些中型及小微企业由于自身资金实力不足，不能购买和安装先进的检测设备及处理环保的设备，只能以简陋的设备处理化工生产中排出的各种有害有毒物质，很难做到安全环保措施达标。然而目前整个行业缺乏化工生产工艺及安全环保技术相结合的复合性专业技术人才，企业安全设计团队水平不足，导致化工企业安全环保设计质量与效果不高。

五、优化化工安全环保设计的策略

5.1 更新设计理念与完善标准

树立先进的安全环保设计理念，将安全环保理念作为企业核心竞争力，企业不要再搞短期行为，在项目的前期规划和设计阶段加大安全环保投入，政府和行业协会加大宣传引导，积极推广先进安全环保设计理念和优秀案例，企业普遍提高对安全环保设计重要性的认识，进一步加大力度加强标准的宣贯和执行力度，通过培训、督查等方式，确保企业按标准进行设计和建设。

5.2 加强技术研发与推广应用

支持企业与科研院所、学校开展产学研合作，增加安全环保设计技术研发投入，构建联合研发中心，联合攻关技术难题。政府设立安全环保设计技术研发专项科研基金，对于开展安全环保设计技术研究项目提供经费支持，促进新工艺、新装置、新技术的研发。推广应用先进成熟的技术，举办技术交流会、现场观摩会等向企业推广先进技术，展现先进技术的优势与应用效果。同时给予企业优惠政策，如给予财税减免、财政补贴等手段减少企业应用先进技术的费用，进而增加企业采用新技术的积极性，例如可给予新技术或新工艺的应用一定比例的税费减免，鼓励企业实施技术升级改造。

5.3 强化管理与监督机制

完善化工安全环保设计管理体系，切实加强设计方案评审工作。严格设计单位资质控制，组织相关专家多次对设计方案进行评审，确保设计方案的安全环保。建设过程中要强化现场监督管理，健全监理制度，做好施工过程的监理工作，严防随意变更设计、偷工减料等现象。项目建成后，要健全安全环保设施维修保养等相关制度，定期做好安全环保设施的保养、检修和更新工作，确保其正常运行。强化企业安全环保职责的落实，将安全环保工作落实情况纳入绩效考核范畴，加大对安全生产和环保工作表现突出、尽职尽责部门和个人的表彰力度，强化对安全生产和环保责任落实不到位部门和人员的处罚力度。有关部门要加强对企业安全环保设计环节的监督检查，强化执法力度，对违反安全环保法规和标准的企业要严肃处理。

5.4 加大资金投入与人才培养

加大对安全环保设计的资金投入，由企业将安全环保资金纳入企业发展年度预算，确保有足额资金。政府制定相关政策，鼓励金融机构为企业开展化工安全环保设计的项目贷款提供低息贷款或是融资担保服务，从而解决企业资金不足的困难。培养专才，高校、职业院校要做好化工安全环保专业设置，完善课程体系，培育行业需求的人才。企业联合高校、培训单位开展委培式和再培训，以提升现有的设计人员的综合素质。建立健全人才激励机制，提升安全环保设计人才薪酬，吸引化工安全环保人才发展化工业，以满足行业发展需要的人才需求。

结语

化工安全环保设计贯穿生产全流程，对预防事故、保护环境意义重大。然而，当前设计理念滞后、技术创新不足、管理执行缺陷及资金人才制约等问题，严重影响其效能发挥。通过更新理念、完善标准，推动技术研发应用，强化管理监督，加大资金投入与人才培养等策略，可有效优化设计水平。未来，随着行业对安全环保重视程度不断提升，化工安全环保设计需持续创新，与新技术深度融合，为化工行业绿色、安全发展筑牢根基。

参考文献

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