楊海民

(內(nèi)蒙古鄂爾多斯電力冶金集團(tuán)股份有限公司氯堿化工分公司電石公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 016064)

0 引言

在化工生產(chǎn)中，工藝屬于軟件，設(shè)備則屬于硬件設(shè)施，任何一方存在問題都無法較好保證生產(chǎn)質(zhì)量與效率，只有相輔相成、同步提升，才能滿足行業(yè)高質(zhì)量生產(chǎn)要求。隨著化工業(yè)發(fā)展，化工原料發(fā)生變化，對生產(chǎn)工藝有著更高要求，若化工設(shè)備停滯不前，沒有及時更新、優(yōu)化，就難以滿足生產(chǎn)需要，甚至引起生產(chǎn)事故。只有加強化工工藝與化工設(shè)備適應(yīng)性設(shè)計，才能從根本上規(guī)避生產(chǎn)問題發(fā)生，確保設(shè)備能夠為工藝生產(chǎn)提供足夠支撐，提高生產(chǎn)質(zhì)量與安全性。因此，聯(lián)系實際分析化工工藝與化工設(shè)備的適應(yīng)性設(shè)計是十分重要的。

1 化工工藝與化工設(shè)備概述

1.1 化工工藝

化工工藝是讓原料發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)并將其轉(zhuǎn)變?yōu)槟繕?biāo)產(chǎn)品的方法與過程，同時涵蓋了“原料—產(chǎn)品”轉(zhuǎn)變的方法。若單從定義上來看，工藝看似簡單，但其中往往需要經(jīng)歷一系列復(fù)雜變化且伴隨危險性[1]。具體而言可分為三個基本步驟：(1)原料預(yù)處理，大多數(shù)原料不能直接進(jìn)行反應(yīng)加工，而是需要采取一定的措施進(jìn)行預(yù)處理，如材料凈化、混合、粉碎、提濃等，確保原料能夠較好符合化學(xué)反應(yīng)要求；(2)化學(xué)反應(yīng)，是整個化工工藝中最為關(guān)鍵的步驟，需要在特定反應(yīng)條件下進(jìn)行，如氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)、聚合反應(yīng)、復(fù)分解反應(yīng)等，然后生成產(chǎn)物；(3)生成產(chǎn)物精煉與提純，化學(xué)反應(yīng)結(jié)束后獲得的產(chǎn)物其中混合有多種雜質(zhì)，必須經(jīng)過處理以后才能形成符合國家標(biāo)準(zhǔn)的化工產(chǎn)品。從這三個步驟不難看出，化工工藝的本質(zhì)，即將原料轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品這一過程中所需要應(yīng)用到的操作方式，涵蓋原材料大小設(shè)計、原料反應(yīng)設(shè)計等多項內(nèi)容，具有復(fù)雜性?？梢哉f化工工藝決定著化工產(chǎn)品的最終品質(zhì)，只有面面俱到，綜合考慮多方要素后設(shè)計的化工工藝，才能切實滿足化工生產(chǎn)要求。化工工藝是化工生產(chǎn)實現(xiàn)的初期階段，也是影響化工設(shè)備結(jié)構(gòu)、性能設(shè)計的重要因素。化工設(shè)備設(shè)計必須基于詳細(xì)的化工工藝分析來進(jìn)行，了解需求與關(guān)鍵點，保證設(shè)計質(zhì)量，提高設(shè)備性能。

1.2 化工設(shè)備

化工設(shè)備即化工生產(chǎn)過程中所應(yīng)用到的所有設(shè)施設(shè)備，通常情況下被分為兩個部分：第一部分，化工機器，主要部件以運動機械為主，比如壓縮機、泵、風(fēng)機、烘干機等，具有較強的功能性；第二部分，處于靜止?fàn)顟B(tài)的機械，比如容器、分類設(shè)備、反應(yīng)器等[2]。目前，我國化工行業(yè)得到較好發(fā)展，生產(chǎn)線更加復(fù)雜，生產(chǎn)工藝不斷更新，朝著更加具有科技性、先進(jìn)性的方向發(fā)展，為滿足生產(chǎn)需要化工設(shè)備的生產(chǎn)種類也開始多樣化發(fā)展，每種設(shè)備的用途、使用方式等各不相同。企業(yè)在選擇化工設(shè)備時，必須結(jié)合具體的化工工藝、生產(chǎn)需要，以及自身經(jīng)濟(jì)實力等進(jìn)行合理化選擇，保證化工設(shè)備組合具有較好的經(jīng)濟(jì)性，符合化工企業(yè)階段性生產(chǎn)需要。

2 化工工藝與化工設(shè)備適應(yīng)性設(shè)計的重要性

化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及設(shè)備的運行效果都與化工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益密切相關(guān)，需要不斷提高設(shè)備在使用時的適應(yīng)性，確保所有設(shè)備在使用時其效果得到改善，切實提高化工設(shè)備的有效利用率[3]?；すに嚺c化工設(shè)備具有較強的關(guān)聯(lián)性，作為化工生產(chǎn)中的兩大重要構(gòu)成，適應(yīng)性設(shè)計尤其重要，會影響到多個方面：

其一，有助于提升生產(chǎn)效率。化工工藝與化工設(shè)備相輔相成，適應(yīng)性設(shè)計能夠基于現(xiàn)實需要，對不合理部分進(jìn)行優(yōu)化完善，提高工藝的可實現(xiàn)性、設(shè)備的可操作性，確保生產(chǎn)過程順利完成，在同等時間內(nèi)能夠創(chuàng)造出更大的經(jīng)濟(jì)價值、生產(chǎn)更多化工產(chǎn)品，提高生產(chǎn)效率。

其二，有助于加快檢修速度?；ぴO(shè)備在使用過程中會產(chǎn)生不同程度的磨損，這是由于化工設(shè)備通常是處于高壓、高溫等極端狀態(tài)下運轉(zhuǎn)，過程復(fù)雜，必須定期檢修以發(fā)現(xiàn)問題，為安全生產(chǎn)提供保障。適應(yīng)性設(shè)計的實現(xiàn)，可以促進(jìn)工藝參數(shù)優(yōu)化、操作精簡化，設(shè)備的耐用性有所提升，為檢修工作帶來極大便利，切實提高檢修速度，加快生產(chǎn)進(jìn)度。

其三，有助于提高實用功能。適應(yīng)性設(shè)計是充分考慮到化工工藝、化工生產(chǎn)需要后的優(yōu)化設(shè)計，整個設(shè)計過程更加具有針對性，能夠激發(fā)化工設(shè)備的真實效能，功能性明顯提升，可以更好地適應(yīng)化工生產(chǎn)過程[4]。

其四，有助于規(guī)避安全隱患。化工生產(chǎn)本身就是一個較為危險的過程，適應(yīng)性設(shè)計能夠使化工工藝與化工設(shè)備更加匹配，而基于安全性的適應(yīng)性設(shè)計可極大程度上提高工藝、設(shè)備生產(chǎn)安全，進(jìn)而規(guī)避安全隱患，防止事故發(fā)生。

其五，有助于增加經(jīng)濟(jì)效益。從以上分析中不難看出，化工工藝與設(shè)備的適應(yīng)性設(shè)計可提高生產(chǎn)效率、加快檢修速度、規(guī)避安全隱患，這些都是增加經(jīng)濟(jì)效益的重要因素。生產(chǎn)效率提升意味著同等時間內(nèi)企業(yè)可獲得更多產(chǎn)品來提高利潤，檢修速度加快能夠為安全、快速生產(chǎn)提供保障，保證生產(chǎn)線持續(xù)運行，安全隱患問題規(guī)避，則能減少企業(yè)意外風(fēng)險對企業(yè)的威脅[5]。因此，就整體而言適應(yīng)性設(shè)計對于增加化工企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益有著重要的促進(jìn)作用。

3 化工工藝與化工設(shè)備適應(yīng)性設(shè)計原則

3.1 環(huán)保性原則

目前，全球范圍內(nèi)的能源危機、環(huán)境危機已受到廣泛關(guān)注，受人類社會活動、產(chǎn)業(yè)發(fā)展等方面因素影響，能源消耗過度導(dǎo)致資源短缺，而生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染物質(zhì)，又會造成環(huán)境污染，生態(tài)平衡受到影響。這些都說明，環(huán)境保護(hù)迫在眉睫，只有注重環(huán)境保護(hù)才能實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，促進(jìn)人類文明繁衍[6]。化工行業(yè)生產(chǎn)本身就會消耗資源并產(chǎn)生有害物質(zhì)，只有將“環(huán)?！弊鳛槭滓疤岵拍軌蜻m應(yīng)時代發(fā)展需要。因此，化工工藝與化工設(shè)備的適應(yīng)性設(shè)計，必須遵循環(huán)保性原則，通過科學(xué)設(shè)計來減少能源消耗與污染問題。比如，工藝設(shè)計中可以增加降低有害氣體產(chǎn)生與排放的環(huán)節(jié)，同時對產(chǎn)生的化工廢料進(jìn)行循環(huán)利用，提高資源有效利用率；化工設(shè)備設(shè)計，則可以通過減少空轉(zhuǎn)產(chǎn)生的能耗，限制化工生產(chǎn)過程中的能源資源消耗，做到節(jié)能減排，全面貫徹國家關(guān)于資源節(jié)約、環(huán)保優(yōu)先的各項政策要求。

3.2 經(jīng)濟(jì)性原則

低成本、高效益是企業(yè)追求的主要目標(biāo)。因此，化工工藝與化工設(shè)備設(shè)計，應(yīng)當(dāng)充分考慮經(jīng)濟(jì)方面的要素。在保證成本與生產(chǎn)質(zhì)量的基礎(chǔ)上，最大程度上控制成本，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

3.3 安全性原則

化工生產(chǎn)中應(yīng)用到的原材料或生產(chǎn)出的產(chǎn)品，可能具有較強的腐蝕性、易燃易爆性、揮發(fā)性，若沒有對工藝流程、化工設(shè)備進(jìn)行較好管理，有可能引發(fā)安全事故。比如高溫、高壓下反應(yīng)時危險性較高，容易引起爆炸事故，一旦發(fā)生事故會對空氣、周圍環(huán)境造成污染，嚴(yán)重威脅一線作業(yè)人員、周圍居民的生命健康安全。為此，化工工藝與化工設(shè)備的適應(yīng)性設(shè)計必須遵循安全性原則，嚴(yán)格遵循國家法律法規(guī)要求，進(jìn)行設(shè)計與生產(chǎn)，綜合分析化工生產(chǎn)需要后，結(jié)合安全生產(chǎn)理念進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

3.4 節(jié)能性原則

目前，化工生產(chǎn)過程中，消耗的資源主要有水、電、燃?xì)狻⒚禾康?，多為不可再生資源[7]。若不加以控制，不僅會影響到化工企業(yè)的整體生產(chǎn)成本，也會因過度消耗影響未來經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。化工工藝與化工設(shè)備的適應(yīng)性設(shè)計，應(yīng)遵循節(jié)能性、低耗性，通過觀察記錄化工生產(chǎn)中產(chǎn)生的損耗情況，從多個環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，將生產(chǎn)能耗降到最低，既有助于成本控制，也助力于節(jié)能環(huán)保。

4 化工工藝與化工設(shè)備適應(yīng)性設(shè)計

4.1 工藝參數(shù)優(yōu)化設(shè)計

工藝參數(shù)是保證化工生產(chǎn)順利進(jìn)行的重要條件，也是基本的參數(shù)指標(biāo)。準(zhǔn)確的工藝參數(shù)指標(biāo)標(biāo)志著化工設(shè)備始終處于正常運行狀態(tài)，若參數(shù)出現(xiàn)偏差則說明運行存在問題需及時處理與解決。由于化工工藝中涉及多個步驟，不同條件、不同產(chǎn)品、不同反應(yīng)下工藝參數(shù)也具有多樣性、差異性。要根據(jù)具體生產(chǎn)情況進(jìn)行優(yōu)化，提高參數(shù)優(yōu)化合理性，保證設(shè)備性能發(fā)揮到最大化，提高設(shè)備運行穩(wěn)定性。一方面，專業(yè)工作人員，對不同類型的工藝參數(shù)資料進(jìn)行整合，根據(jù)生產(chǎn)規(guī)律提出合理化、科學(xué)化的管控措施，從全方位、宏觀角度出發(fā)，對化工生產(chǎn)過程中的工藝參數(shù)進(jìn)行有效監(jiān)控，確保其始終處于合理范圍內(nèi)，超出合理范圍后及時發(fā)出警報，提醒參數(shù)異常并進(jìn)行針對性處理。另一方面，物料供應(yīng)環(huán)節(jié)同樣對工藝適應(yīng)性有著較高要求，必須完全滿足運行要求。此時參數(shù)設(shè)計應(yīng)充分考慮到原材料方面的相關(guān)問題，制定相對應(yīng)的參數(shù)設(shè)計方法與相應(yīng)的調(diào)整措施。物料反應(yīng)速度也必須作為重點考慮范疇，立足于生產(chǎn)實際需要進(jìn)行全面把控?？紤]到工藝復(fù)雜性，工藝參數(shù)優(yōu)化也必須將溫度、壓力、反應(yīng)時間、原料規(guī)格、設(shè)備性能、設(shè)備效率、產(chǎn)品要求等納入?yún)?shù)優(yōu)化設(shè)計范疇，只有這樣才能保證工藝參數(shù)優(yōu)化設(shè)計科學(xué)合理，更好地為化工生產(chǎn)服務(wù)，創(chuàng)造更大經(jīng)濟(jì)價值。

4.2 設(shè)備結(jié)構(gòu)防腐設(shè)計

大多數(shù)化工產(chǎn)品在生產(chǎn)加工期間，都要在高溫、高壓環(huán)境下完成，此時化學(xué)原材料具有較強的活躍度，為化學(xué)反應(yīng)創(chuàng)造良好條件，同時也具有較高的危險性。為規(guī)避安全問題、減少危險事故發(fā)生，必須采取有效的安全防護(hù)措施進(jìn)行干預(yù)保護(hù)，為作業(yè)人員提供足夠保障。這就要求化工設(shè)備性能、質(zhì)量都要有著較高要求，考慮到其運行環(huán)境的特殊性，需進(jìn)行防腐設(shè)計，是適應(yīng)性設(shè)計中應(yīng)著重考慮的重要問題。化工生產(chǎn)過程中不僅會應(yīng)用到較多的工業(yè)設(shè)備，同時還需要較多的原材料，這些原材料本身可能具有腐蝕性，而反應(yīng)發(fā)生過程中也會產(chǎn)生一定的腐蝕性物質(zhì)，對化工設(shè)備結(jié)構(gòu)造成侵蝕。且化工生產(chǎn)是一個連續(xù)性過程，一輪生產(chǎn)結(jié)束后會進(jìn)入下一輪生產(chǎn)，中間涉及較多的操作流程，只有做好防腐設(shè)計，才能保證設(shè)備在極端狀態(tài)下也能夠維持持續(xù)、穩(wěn)定運行。比如，反應(yīng)釜作為化工生產(chǎn)中經(jīng)常應(yīng)用的綜合反應(yīng)容器，使用頻率較高，多種化學(xué)物質(zhì)都需要利用反應(yīng)釜進(jìn)行反應(yīng)，需長期處于高溫高壓、腐蝕性環(huán)境下運行。在設(shè)計中必須著重考慮到防腐設(shè)計。就材料本身而言，反應(yīng)釜材料本身不能參與化學(xué)反應(yīng)，在管控中也要將耐腐蝕性、耐高溫與耐高壓性納入觀察范圍，若沒有進(jìn)行針對性的防腐設(shè)計，反應(yīng)釜很有可能出現(xiàn)裂縫、變形等問題，甚至還會發(fā)生爆炸。除了原材料與監(jiān)管控制，表面涂層采取防腐措施也是重要一環(huán)。常見方式為涂漆，比如鄰苯二甲酸樹脂、環(huán)氧樹脂、聚乙烯醇縮丁醛+磷酸等，涂漆前必須充分了解漆膜的防銹能力、機械性質(zhì)等，確保防腐涂層有效[8]。另外，也可以通過金屬覆蓋層來防腐，比如塞焊以及焊襯里、金屬復(fù)合法，具有較長的使用壽命，但工藝要求較為嚴(yán)格，也可以通過犧牲陽極來達(dá)到防腐的目的。此法一般有均勻鍍鉛法、熱浸鍍和噴鍍法，但加工效率低、覆蓋層薄，應(yīng)用并不普遍，需要根據(jù)化工設(shè)備防腐需求選擇合適的防腐措施。

4.3 化工設(shè)備耐用性設(shè)計

化工設(shè)備的選擇需要結(jié)合化工生產(chǎn)需要與化工工藝來進(jìn)行選擇，而為了保證經(jīng)濟(jì)效益，化工企業(yè)通常是24 h 不間斷生產(chǎn)，再加上化工設(shè)備通常處于極端環(huán)境下運轉(zhuǎn)。在這樣的情況下，設(shè)備很容易產(chǎn)生磨損，或其他運行問題，增加安全風(fēng)險。比如，設(shè)備相互接觸時受摩擦作用影響，設(shè)備表面會產(chǎn)生磨損破壞完整性，長期磨損下設(shè)備耐久性會受到影響，難以長期維持高效運轉(zhuǎn)狀態(tài)，相對的生產(chǎn)效率有所下降，影響企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。因此，必須以長期、穩(wěn)定運行為主要目標(biāo)，降低設(shè)備運行成本。針對化工設(shè)備的耐久性進(jìn)行設(shè)計，綜合考慮多方面要素與條件，分析化工設(shè)備運行的影響因素，著眼于技術(shù)層面提高化工設(shè)備的運行性能，增強其功能性、穩(wěn)定性。對耐久性設(shè)計，則是要適當(dāng)調(diào)整化工設(shè)備部件等的設(shè)計，延長設(shè)備使用周期與使用壽命。在化工設(shè)備生產(chǎn)優(yōu)化方面，可以根據(jù)后續(xù)設(shè)備的使用環(huán)境、使用特點，選擇生產(chǎn)材料。使用階段化工設(shè)備會遇到磨損、超負(fù)荷運轉(zhuǎn)、腐蝕等問題，不同形式下，化工設(shè)備自身也會受到破壞，因此，可選擇具有較好抗磨損性、抗腐蝕性的材料作為設(shè)備的主要構(gòu)成材料。同時做好防腐蝕設(shè)計、防磨設(shè)計等，增加外部涂層厚度保護(hù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，即使在極端狀態(tài)與環(huán)境下運行，化工設(shè)備運行的長久性、穩(wěn)定性、耐久性也能得到較好保障，相對的后續(xù)維護(hù)維修、檢修成本也會有所下降。另外，根據(jù)化工設(shè)備運行情況，企業(yè)也需要進(jìn)行科學(xué)維護(hù)，定期檢查設(shè)備零部件，針對其存在的問題提出優(yōu)化改進(jìn)措施，持續(xù)改進(jìn)改良設(shè)備，使設(shè)備在維修后仍然可以處于較為平衡、穩(wěn)定的運行狀態(tài)，為化工生產(chǎn)與化工工藝順利展開奠定基礎(chǔ)。

4.4 工藝設(shè)備節(jié)能環(huán)保設(shè)計

在眾多行業(yè)中，化工行業(yè)產(chǎn)生的污染物較多，占比較大，且這些污染物普遍具有腐蝕性、重金屬等特點，是非自然狀態(tài)下形成的產(chǎn)物。一旦進(jìn)入到自然環(huán)境中，生物機體、自然生態(tài)環(huán)境就會受到破壞，土壤、地下水循環(huán)系統(tǒng)等也會受到不同程度的影響，不利于人類社會發(fā)展。部分傳統(tǒng)化工企業(yè)，為降低成本、實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化，污水、廢水處理沒有按照國家相關(guān)規(guī)定進(jìn)行，或采取直接排出的方式，造成環(huán)境污染，與當(dāng)今時代“綠色環(huán)?！敝黝}不相符[9]。化工工藝與化工設(shè)備作為化工生產(chǎn)的兩大核心構(gòu)成，必須遵循環(huán)保性原則進(jìn)行設(shè)計，這樣才能促進(jìn)化工企業(yè)升級轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)長效發(fā)展，全面貫徹綠色環(huán)保理念。在進(jìn)行適應(yīng)性設(shè)計時，必須著重考慮到環(huán)保、節(jié)能等方面的相關(guān)問題，其核心應(yīng)著重放在降低污染物排放、提高資源有效利用率兩個層面，降低環(huán)境污染問題發(fā)生概率。

化工工藝適應(yīng)性設(shè)計階段，需結(jié)合高溫、高壓等環(huán)境條件，以及原材料等方面因素進(jìn)行，在保持生產(chǎn)穩(wěn)定、安全的基礎(chǔ)上，增加有節(jié)能環(huán)保裝置設(shè)計。比如，在使用U 型束彎管時可進(jìn)行防震設(shè)計，消除應(yīng)力與熱膨脹，提高安全性?；ぴO(shè)備設(shè)計時，主要是對材料進(jìn)行篩選與管控，應(yīng)用的材料應(yīng)具有環(huán)保、節(jié)能等特性，且具有較好的保溫性能，為更好地傳熱、儲熱提供保障，減少熱量損失，達(dá)成節(jié)能目的。此外，化工生產(chǎn)過程中還會產(chǎn)生一定的噪聲污染，噪聲的產(chǎn)生多是由于換熱管產(chǎn)生，需根據(jù)生產(chǎn)實際要求與需要，對換熱管的尺寸、規(guī)格、材質(zhì)等進(jìn)行調(diào)整，以較好控制噪聲的產(chǎn)生幅度，減少噪聲所帶來的污染問題。

5 結(jié)語

綜上所述，化工業(yè)是目前國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)中十分重要的基礎(chǔ)行業(yè)之一，可帶動經(jīng)濟(jì)水平快速增長。隨著科技發(fā)展，化工工藝與化工設(shè)備也要積極進(jìn)行變革，進(jìn)行適應(yīng)性設(shè)計以滿足生產(chǎn)需要，對于化工企業(yè)經(jīng)濟(jì)增長、生產(chǎn)風(fēng)險規(guī)避等十分重要。具體設(shè)計中，應(yīng)當(dāng)遵循環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性、安全性、節(jié)能性原則，工藝參數(shù)優(yōu)化設(shè)計、設(shè)備結(jié)構(gòu)防腐設(shè)計、化工設(shè)備耐用性設(shè)計、工藝設(shè)備節(jié)能環(huán)保設(shè)計是最為主要的部分，最大程度上延長設(shè)備使用壽命，減少化工生產(chǎn)的有害物排放，提高生產(chǎn)效率，為化工企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。