當前,我國化學(xué)工業(yè)正向著(zhù)多樣化、大型化、連續化、自動(dòng)化的趨勢發(fā)展。
1.化工產(chǎn)品和生產(chǎn)方法的多樣化
化工生產(chǎn)所用的原料、半成品、成品種類(lèi)繁多,絕大部分是易燃、易爆、有毒性、具腐蝕的化學(xué)危險品。而化工生產(chǎn)中一種主要產(chǎn)品可以聯(lián)產(chǎn)或副產(chǎn)幾種其它產(chǎn)品,同時(shí),又需要多種原料和中間體來(lái)配套。同一種產(chǎn)品往往可以使用不同的原料和采用不同的方法制得。如苯的主要來(lái)源有四個(gè):煉廠(chǎng)副產(chǎn)、石腦油鉑重整、裂解制乙烯時(shí)的副產(chǎn)以及甲苯經(jīng)脫烷基制取苯。而用同一種原料采用不同的生產(chǎn)方法,可得到不同的產(chǎn)品。如從化工基本原料乙烯開(kāi)始,可以生產(chǎn)出多種化工產(chǎn)品。
2.生產(chǎn)規模的大型化
解放以前,我國的化學(xué)工業(yè)十分落后,以化肥為例,只有大連、南京兩家工廠(chǎng),合成氨年產(chǎn)量不過(guò)萬(wàn)噸左右,其它如酸堿、油脂,染料等行業(yè)工廠(chǎng)規模很小,有的僅是作坊,化工產(chǎn)品基本依賴(lài)進(jìn)口。
建國以后,經(jīng)過(guò)三年恢復和第一個(gè)五年計劃建設,我國化學(xué)工業(yè)像其它產(chǎn)業(yè)一樣,得到了恢復和發(fā)展。20世紀50年代,吉林、蘭州、太原、成都等地都相繼建立了年產(chǎn)2.5萬(wàn)噸級的合成氨廠(chǎng),60年代又在浙江衢縣、上海吳涇等地建成了20多個(gè)中型氮肥廠(chǎng)。在此期間,我國著(zhù)名化工專(zhuān)家侯德榜先生開(kāi)創(chuàng )了碳酸氫銨新工藝,簡(jiǎn)化了氮肥生產(chǎn)過(guò)程,使其具備了普及條件。幾年間,中小化肥廠(chǎng)在全國遍地開(kāi)花,不僅培養了大批化工人才,而且產(chǎn)量也構成與大中型化肥相匹敵的能力。從70年代開(kāi)始我國從國外引進(jìn)了日產(chǎn)千噸合成氨以及相配套的大型尿素裝置,目前已建成了許多年產(chǎn)30萬(wàn)t合成氨的大型化肥裝置。以合成氨計算,從1970~1985年,產(chǎn)量增長(cháng)了7倍。
石油化工的發(fā)展代表一個(gè)國家的化學(xué)工業(yè)水平。我國早期的石化工業(yè)主要靠石油煉制廠(chǎng)廢氣作原料,50年代蘭州化學(xué)工業(yè)公司合成橡膠廠(chǎng)就是用蘭州煉油廠(chǎng)的廢氣作原料的,后來(lái),又生產(chǎn)酒精和聚苯乙烯。當時(shí)石油煉廠(chǎng)與石化工廠(chǎng)只是部分原料的供應關(guān)系。由于乙烯在煉廠(chǎng)廢氣中只占14%~15%,作為原料供不應求,世界各國出現了以煉廠(chǎng)石腦油和天然氣凝析液為原料。采用烴類(lèi)裂解技術(shù)制造乙烯的大型石化工廠(chǎng),生產(chǎn)乙烯的裝置也由20世紀50年代的lOkt級一躍而為100~300kt級。
化工裝置的大型化,在基建投資和經(jīng)濟效益上是無(wú)可爭辯的。以基建而論,由于化工裝置大部分是由塔。槽、釜、罐等設備構成,而投資額與容器設備的表面積成正比,產(chǎn)量則與其容積成正比,這樣產(chǎn)量越大而投資越少,促進(jìn)了裝置的大型化。
從經(jīng)濟效益來(lái)看,大型化能夠合理利用原材料,降低消耗定額,減少操作人員以及相對
的后勤支援和公用工程的投資。
但是大型化也存在著(zhù)設備制造,搬運,安裝條件等限制,以及大量原料貯存和處理的
困難。從安全角度考慮,大型化會(huì )帶來(lái)重大的潛在危險性。
(1)加工能量大增加了能量外泄的危險性
化工生產(chǎn)所用的原材料,多半本身就是能源或毒性源。加工過(guò)程中一旦外泄,就會(huì )燃燒爆炸或產(chǎn)生易爆的蒸氣云團或毒氣云,給人民財產(chǎn)帶來(lái)巨大的災難。1974年英國Flixborough地區化工廠(chǎng)己內酰胺原料環(huán)己烷泄漏發(fā)生的蒸氣云爆炸和1984年印度博帕爾發(fā)生的異氰酸甲酯泄漏所造成的中毒事故,都是震驚世界的化學(xué)災害事故。
(2)單線(xiàn)生產(chǎn)更為普遍
大型化為了提高經(jīng)濟效益,則把各種生產(chǎn)有機地聯(lián)合起來(lái),一個(gè)廠(chǎng)的產(chǎn)品就是另外一個(gè)廠(chǎng)的原料,輸入輸出只是在管道中進(jìn)行,多數裝置直接接合,形成直線(xiàn)連接,不僅規模變大而且更為復雜,裝置間的相互作用強了,獨立運轉成為不可能。直線(xiàn)連接又容易形成許多薄弱環(huán)節,使系統變得非常脆弱。
(3)生產(chǎn)彈性減弱
放棄了中間貯存設備,使彈性生產(chǎn)能力日益減弱。過(guò)去化工生產(chǎn)往往在工序或車(chē)間之間,設置一定的貯存能力,以調節生產(chǎn)的平衡,大型化必然帶來(lái)連續化和自動(dòng)控制操作,不可能也不必要再設置中間貯存能力,但因此也導致生產(chǎn)彈性的減弱。
(4)控制集中化和自動(dòng)控制,使系統復雜化
沒(méi)有控制的集中和自動(dòng)化也談不上大型化。但控制設備和計算機也有一定的故障率,如果是開(kāi)環(huán)控制,人是子系統的一員,人的低可靠性增大了發(fā)生事故的可能。
(5)設備條件要求日益嚴格
工廠(chǎng)規模大型化以后,對工藝設備的處理能力,材質(zhì)和工藝參數要求更為提高。如輕油裂解、蒸汽稀釋裂解的裂解管壁溫要求都在900℃以上,合成氨,甲醇,尿素的合成壓力要求都在lOOatm以上,高壓聚乙烯壓縮機出口壓力為3500atm,高速水泵轉速達250.00r/m,天然氣深冷分離在—120~130℃的條件下進(jìn)行,這些嚴酷的生產(chǎn)條件,給設備制造帶來(lái)極大的難度,同時(shí)也增加了潛在危險性的嚴重程度。
(6)大型化給社會(huì )帶來(lái)威脅
工廠(chǎng)大型化基本上是在原有廠(chǎng)區上逐漸擴建的,大量職工的生活需求又使廠(chǎng)區與居民區越來(lái)越近,一旦發(fā)生事故,便會(huì )對社會(huì )造成巨大影響。
3.工藝過(guò)程的連續化和自動(dòng)控制
化工生產(chǎn)有間歇操作和連續操作之分,間歇操作的特點(diǎn)是各個(gè)操作過(guò)程都在一組或一個(gè)設備內進(jìn)行,反應狀態(tài)隨時(shí)間而變化,原料的投入和產(chǎn)出都在同一地點(diǎn),危險性原料和產(chǎn)品都在崗位附近。因此,很難達到穩定生產(chǎn),操作人員的注意力十分集中,勞動(dòng)強度也很大,這就容易發(fā)生事故。間歇生產(chǎn)方式不可能大型化。連續化和自動(dòng)控制是大型化的必然結果。
連續操作的特點(diǎn)是各個(gè)操作程序都在同一時(shí)間內進(jìn)行,所處理的原料在工藝過(guò)程中的任何一點(diǎn)或設備的任何斷面上,其物理量或參數(如溫度、壓力、以及濃度、比熱、速度等)在過(guò)程的全部時(shí)間內,都要按規定要求保持穩定。這樣便形成了一個(gè)從原料輸入、物理或化學(xué)處理、形成產(chǎn)品的連續過(guò)程,原料不斷輸入,產(chǎn)品不斷輸出,使大型化成為可能。
連續大型化的生產(chǎn)很難想象能用人工控制。20世紀50年代中在某些化工生產(chǎn)中使用負反饋的定值控制方式,使工藝過(guò)程比較平穩,后來(lái)隨著(zhù)工藝技術(shù)的發(fā)展,逐步進(jìn)入了集中控制、自動(dòng)控制和計算機控制,實(shí)現了工藝過(guò)程控制的自動(dòng)化,保證了運轉條件和產(chǎn)品質(zhì)量的穩定,同時(shí)也提高了生產(chǎn)的安全性。
連續化生產(chǎn)的操作比起間歇操作要簡(jiǎn)單,特別是各種物理量參數在正常運轉的全部時(shí)間內是不變的;不像間歇操作不穩定,隨時(shí)間變化經(jīng)常出現波動(dòng)。但連續化生產(chǎn)中外部或內部產(chǎn)生的干擾非常容易侵入系統,影響各種參數發(fā)生偏離;由于各子系統的輸入輸出是連續的,上游的偏離量很容易傳遞到下游,進(jìn)而影響系統的穩定。連續化生產(chǎn)裝置和設備之間的相互作用非常緊密,輸入輸出問(wèn)題也間歇操作復雜,所以必須實(shí)現自動(dòng)控制,才能保持穩定生產(chǎn)。自動(dòng)控制雖然能增加運轉的可靠性,提高產(chǎn)品質(zhì)量和安全性,但也不是萬(wàn)無(wú)一失的。美國石油保險協(xié)會(huì )曾調查過(guò)煉油廠(chǎng)火災爆炸事故原因,其中因控制系統發(fā)生故障而造成的事故即達6.1%,所以即使采用自動(dòng)控制手段,也應加強管理,搞好維護,不可掉以輕心。
4.間歇操作仍是化工生產(chǎn)的主要方式
間歇操作的特點(diǎn)是所有操作階段都在同一設備或地點(diǎn)進(jìn)行。原料和觸媒、助劑等加入反應器內,進(jìn)行加熱、冷卻、攪拌等操作,使之發(fā)生化學(xué)反應。經(jīng)一段時(shí)間反應完成后,產(chǎn)品從器內全部或部分卸出,然后再加入新原料周而復始地進(jìn)行新一輪的操作。
間歇操作適于生產(chǎn)批量較少而品種較多的化工產(chǎn)品,如染料、醫藥、精細化工等產(chǎn)品。這種生產(chǎn)方式仍是化工生產(chǎn)的重要方式之一。有些集中控制或半自動(dòng)控制的化工裝置也還殘留著(zhù)間歇操作的部分特性。
進(jìn)行間歇操作時(shí),由于人機接合面過(guò)于接近,發(fā)生事故很難躲避,崗位環(huán)境不良,勞動(dòng)強度也大。因此,在中小型工廠(chǎng)中,如何改善間歇操作的安全環(huán)境和勞動(dòng)條件,仍是當今化工安全的主攻方向。
5.生產(chǎn)工藝參數苛刻
采用高溫、高壓、深冷、真空等工藝參數,可以提高單機效率和產(chǎn)品收率,縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期,使化工生產(chǎn)獲得更大的經(jīng)濟效益。然而,與此同時(shí),也對工藝操作提出更為苛刻的要求,首先對設備的本質(zhì)安全可靠性提出了更高的要求,否則,就極易因設備質(zhì)量問(wèn)題引發(fā)設備安全事故;其次,是要求操作人員必須具備較為全面的操作知識和高度的責任心,良好的技術(shù)素質(zhì)和高度的責任心成為現代化工操作工的基本條件;最后,苛刻的工藝條件要求必須具備良好的安全了防護設施,以防工藝波動(dòng)、誤操作等導致的事故,而對這些苛刻條件下的生產(chǎn)進(jìn)行防護,無(wú)論從軟件,還是到硬件都不是一件很容易的事情。而一旦不能做好,就會(huì )發(fā)生不可估量的事故。
