论文部分内容阅读
摘 要：化工行业是高危行业，也是高能耗行业。随着当前能源利用的日益紧张，要合理进行节能减排工作，做好化工设计。本文将对化工行业现状、安全分析、有效能分析以及发展进行阐述，以供参考。
关键词：化工 现状 安全 有效能 发展
一、前言
在化工生产作业中，能量的消耗是重要的指标，也是代表先进生产技术的重要标志。随着当前能源紧张、化工安全不稳定的加剧，做好化工能效设计、保证生产安全非常重要。
二、化工行业现状
化学工业作为高危行业之一，其成品或生产过程的中间产品往往自身带有易燃易爆、对人体有毒有害的特性，安全生产尤为重要。随着化工生产装置自动化、大型化的发展，生产工艺高参数化和高能量化的发展，化工企业生产效率提高的同时，对企业的安全生产提出了更高的要求。当前，我国化工行业的生产安全形势仍然严峻，安全事故频频发生，造成了严重的人员伤亡、经济损失和环境污染。对此，国家安监总局、中国石油和化学工业联合会等均把化工安全生产作为工作的重点，采取多种措施进行强化管理。
如何强化安全生产管理，人们通常从设备上找原因。化学工业的机械设备有动力机械和静止设备两大类十余种，其失效和破坏的因素有载荷、压力、温度、腐蚀等，对此，管理部门提出了如“特种设备安全监察条例”、“压力管道安全管理与监察规定”等数十种规范、标准和措施。然而，化工生产过程和控制主要由人与设备机器之间的交互完成，人、机以及周围的环境构成了化工生产过程的人-机-环境系统。
三、人-机-环境系统的协调关系
从安全人机工程学理论来看，化工生产过程是一个“人、机、环境”生产系统。人、机、环境三个因素中的每个因素是整个生产系统中的一个子系统，各个子系统都存在着一定的潜在危险因素。同时，三个子系统互相联系、互相制约、互相影响，构成一个有机整体，需要协调系统的相互关系。例如，人们对化工设备的设计、制造的缺陷或维护保养不当，使设备存在安全隐患和不安全状态，机的不安全状态又会在客观上造成人有不安全行为的环境条件。因此，化工生产中的事故往往就不是由单一的因素引起，而是系统中各子系统之间相互影响而发生的，当系统中三个子系统同时存在安全隐患时，其发生事故的概率是最高的。在化工生产过程中，应当“充分考虑人-机-环境之间的系统协调，保持良好的人-机-环境界面关系”。
在设计化工生产人机系统时，首先要把人和机器作为一个整体来考虑，一台设备的性能好坏并不仅仅是设备本身，而应当注重人的使用和维护的安全有效性。其次要合理地或最优地分配人和机器的功能，把一些温度压力的预判和调节的工作或需要在高温有毒环境下进行的工作交给机器，而人主要负责监控工作。保持工作环境的整洁、明亮，让人在舒适的作业环境下工作。保证系统在环境变动下同样达到规范要求的目标。根据安全人机工程学原理，研究“人、机、环境”三个方面潜在的危险因素有机出现的条件和形成事故的规律，探讨控制危险和预防事故系统控制手段，使整个化工生产“人、机、环境”系统达到协调、舒适、高效、安全。
四、化工过程的有效能分析
在实际的能量传递和转换过程中，能量可以转化为功的程度，除了与能量的质量、体系所处的状态有密切关系外，还与过程的性质有关。根据热力学定律和有效能的定义，针对不同的化工过程，通过有效能分析可以计算其中各种物流和能流的有效能，作出有效能衡算，评价能量利用情况，揭示有效能损失的原因，指明减少损失的途径。
1、换热过程
换热过程在化工设计中是经常遇到的，当两种温度不同的物质接触时，热量就会从高温物体（TH）向低温物体（TL）传递。
（1）传热过程必然存在有效能损失；
（2）温度一定，温差越大，则有效能损失越大
（3）温差一定，温度越高有效能损失越少。因此，在实际工业生产中，低温传热要尽量减小温差，高温传热则可适当增大温差。
此外，在化工设计中，为合理利用有效能，一般使用低压蒸汽015～110MPa（150～80℃）来进行工艺加热，这样不仅可减少有效能的损失，还可减少因高压产生的设备费用；高压蒸汽的作功本领比低压蒸汽强，因此可以用高压蒸汽来做功（推动汽轮机等），从而获得动力能源；温度在350℃以上的高温热能（如烟道气），则可以用来产生高压蒸汽，从而避免有效能的过大损失。
2、有效能的效率及讨论
普通能量衡算反映的是系统中能量在数量方面的利用情况（热效率），而有效能衡算则反映了系统中能量在质量方面的利用情况（热力学效率）。有效能效率表示为过程中输出有效能与输入有效能之比：
作为过程热力学分析中的一项主要指标，有效能效率能够准确、定量地反映出过程的不可逆性，目前已广泛应用于化工过程的分析中。能量是守恒的，但由于过程的不可逆性，有效能是不守恒的，有效能损失在任何不可逆过程中都是存在的。不可逆程度越高，有效能损失越大。
五、发展现代煤化工须重点把握的环节
尽管我国已经建设和运行了多个不同技术路线的煤化工项目，也积累了大量的现代煤化工经验，但在实践的过程中，碰到的难题也很多。以下几个重点环节还需继续探索。
一是水资源问题。我国煤炭资源和水资源分布极不均衡，基本呈逆向分布，特别是内蒙古、宁夏、陕西、山西交汇的黄河中上游，煤炭资源富集，但该区域约40%位于半干旱地区，水资源量仅占全流域24.6%，人均水资源量不足黄河流域人均水资源量的一半。目前，国内绝大多数项目的审批都受到水资源的严重制约。在难以改变客观环境的条件下，解决之道无外乎“开源节流”。在重点布局的煤化工基地，可适度参与当地的水资源开发和利用。同时，在节水技术的开发和应用上下功夫，尤其是排量较大的含盐废水深度处理。国家相关部门也已逐步认识到不同区域资源短板的差异性，正在制订相关政策，必要时允许以能量换水量，推行多效蒸发技术。
二是环境保护问题。客观地说，在煤炭资源丰富的西部地区，其生态环境都比较脆弱，其中水土流失和水体纳污能力与煤化工项目建设之间的矛盾尤为突出，也是环保审查和监督的重点。一个规模以上的煤化工项目，少则用地数千亩，多则上万亩；非正常工况下的日排水量动辄上万方；还有每年达千万吨级二氧化碳的排放。这些都使得国家不得不对煤化工项目环保审批的政策越收越紧。如不能从技术上、管理上找到有效解决办法，在资金上加大投入力度，很可能因此使这个行业的发展走入死胡同。
三是资源综合利用问题。煤化工发展的一个重要方向是实现资源综合利用，国家在这方面出台了许多的方针和政策，国内某些企业也已经做了一些有益的尝试，如火炬气回收、油渣发电、污水回用、二氧化碳捕集和封存等。但这还远远不够，一方面是受技术条件的限制，已经应用的项目效果还不理想；另一方面还有许多课题尚未提到日程上来。如灰渣利用、装卸作业油气回收、脱硫物（石膏或硫酸铵）利用、废氨水利用、油渣制水煤浆等。只有在各个方面都实现了技术开发和应用的突破，真正将污染物的排放减至最低，才能实现行业的可持续发展，达到人与自然的和谐。
四是技术研发问题。相对而言，国内的技术研发已经具备了一定的條件和基础，在煤直接液化、间接液化、煤气化、MTO、MTP、煤制乙二醇以及二氧化碳捕集等技术发展过程中都取得了令人骄傲的成果；与此同时，国内的企业、院校、科研院所与国外的知名技术拥有者合作开发新型的煤气化、新型煤制乙二醇技术等更具有竞争力和发展前景的煤化工技术也在不断开发，逐步形成了将有限的力量用在重点技术的突破和技术的成套整合上，走自主开发与引进、消化、吸收相结合的道路。
六、结束语
总之，化工设计要以低能耗为目标，提高设备的能量利用，最大限度节约资源，同时要注重人机结合，保证安全稳定。
参考文献
[1]陈清林，尹清华，过程系统经济学优化策略[J]石油学报（石油加工），2000，16（3）：69-781
[2]傅海辉，物理学基本定律的独立性之争及其反思[J]自然辩证法研究，2005，21（1）：5-81
关键词：化工 现状 安全 有效能 发展
一、前言
在化工生产作业中，能量的消耗是重要的指标，也是代表先进生产技术的重要标志。随着当前能源紧张、化工安全不稳定的加剧，做好化工能效设计、保证生产安全非常重要。
二、化工行业现状
化学工业作为高危行业之一，其成品或生产过程的中间产品往往自身带有易燃易爆、对人体有毒有害的特性，安全生产尤为重要。随着化工生产装置自动化、大型化的发展，生产工艺高参数化和高能量化的发展，化工企业生产效率提高的同时，对企业的安全生产提出了更高的要求。当前，我国化工行业的生产安全形势仍然严峻，安全事故频频发生，造成了严重的人员伤亡、经济损失和环境污染。对此，国家安监总局、中国石油和化学工业联合会等均把化工安全生产作为工作的重点，采取多种措施进行强化管理。
如何强化安全生产管理，人们通常从设备上找原因。化学工业的机械设备有动力机械和静止设备两大类十余种，其失效和破坏的因素有载荷、压力、温度、腐蚀等，对此，管理部门提出了如“特种设备安全监察条例”、“压力管道安全管理与监察规定”等数十种规范、标准和措施。然而，化工生产过程和控制主要由人与设备机器之间的交互完成，人、机以及周围的环境构成了化工生产过程的人-机-环境系统。
三、人-机-环境系统的协调关系
从安全人机工程学理论来看，化工生产过程是一个“人、机、环境”生产系统。人、机、环境三个因素中的每个因素是整个生产系统中的一个子系统，各个子系统都存在着一定的潜在危险因素。同时，三个子系统互相联系、互相制约、互相影响，构成一个有机整体，需要协调系统的相互关系。例如，人们对化工设备的设计、制造的缺陷或维护保养不当，使设备存在安全隐患和不安全状态，机的不安全状态又会在客观上造成人有不安全行为的环境条件。因此，化工生产中的事故往往就不是由单一的因素引起，而是系统中各子系统之间相互影响而发生的，当系统中三个子系统同时存在安全隐患时，其发生事故的概率是最高的。在化工生产过程中，应当“充分考虑人-机-环境之间的系统协调，保持良好的人-机-环境界面关系”。
在设计化工生产人机系统时，首先要把人和机器作为一个整体来考虑，一台设备的性能好坏并不仅仅是设备本身，而应当注重人的使用和维护的安全有效性。其次要合理地或最优地分配人和机器的功能，把一些温度压力的预判和调节的工作或需要在高温有毒环境下进行的工作交给机器，而人主要负责监控工作。保持工作环境的整洁、明亮，让人在舒适的作业环境下工作。保证系统在环境变动下同样达到规范要求的目标。根据安全人机工程学原理，研究“人、机、环境”三个方面潜在的危险因素有机出现的条件和形成事故的规律，探讨控制危险和预防事故系统控制手段，使整个化工生产“人、机、环境”系统达到协调、舒适、高效、安全。
四、化工过程的有效能分析
在实际的能量传递和转换过程中，能量可以转化为功的程度，除了与能量的质量、体系所处的状态有密切关系外，还与过程的性质有关。根据热力学定律和有效能的定义，针对不同的化工过程，通过有效能分析可以计算其中各种物流和能流的有效能，作出有效能衡算，评价能量利用情况，揭示有效能损失的原因，指明减少损失的途径。
1、换热过程
换热过程在化工设计中是经常遇到的，当两种温度不同的物质接触时，热量就会从高温物体（TH）向低温物体（TL）传递。
（1）传热过程必然存在有效能损失；
（2）温度一定，温差越大，则有效能损失越大
（3）温差一定，温度越高有效能损失越少。因此，在实际工业生产中，低温传热要尽量减小温差，高温传热则可适当增大温差。
此外，在化工设计中，为合理利用有效能，一般使用低压蒸汽015～110MPa（150～80℃）来进行工艺加热，这样不仅可减少有效能的损失，还可减少因高压产生的设备费用；高压蒸汽的作功本领比低压蒸汽强，因此可以用高压蒸汽来做功（推动汽轮机等），从而获得动力能源；温度在350℃以上的高温热能（如烟道气），则可以用来产生高压蒸汽，从而避免有效能的过大损失。
2、有效能的效率及讨论
普通能量衡算反映的是系统中能量在数量方面的利用情况（热效率），而有效能衡算则反映了系统中能量在质量方面的利用情况（热力学效率）。有效能效率表示为过程中输出有效能与输入有效能之比：
作为过程热力学分析中的一项主要指标，有效能效率能够准确、定量地反映出过程的不可逆性，目前已广泛应用于化工过程的分析中。能量是守恒的，但由于过程的不可逆性，有效能是不守恒的，有效能损失在任何不可逆过程中都是存在的。不可逆程度越高，有效能损失越大。
五、发展现代煤化工须重点把握的环节
尽管我国已经建设和运行了多个不同技术路线的煤化工项目，也积累了大量的现代煤化工经验，但在实践的过程中，碰到的难题也很多。以下几个重点环节还需继续探索。
一是水资源问题。我国煤炭资源和水资源分布极不均衡，基本呈逆向分布，特别是内蒙古、宁夏、陕西、山西交汇的黄河中上游，煤炭资源富集，但该区域约40%位于半干旱地区，水资源量仅占全流域24.6%，人均水资源量不足黄河流域人均水资源量的一半。目前，国内绝大多数项目的审批都受到水资源的严重制约。在难以改变客观环境的条件下，解决之道无外乎“开源节流”。在重点布局的煤化工基地，可适度参与当地的水资源开发和利用。同时，在节水技术的开发和应用上下功夫，尤其是排量较大的含盐废水深度处理。国家相关部门也已逐步认识到不同区域资源短板的差异性，正在制订相关政策，必要时允许以能量换水量，推行多效蒸发技术。
二是环境保护问题。客观地说，在煤炭资源丰富的西部地区，其生态环境都比较脆弱，其中水土流失和水体纳污能力与煤化工项目建设之间的矛盾尤为突出，也是环保审查和监督的重点。一个规模以上的煤化工项目，少则用地数千亩，多则上万亩；非正常工况下的日排水量动辄上万方；还有每年达千万吨级二氧化碳的排放。这些都使得国家不得不对煤化工项目环保审批的政策越收越紧。如不能从技术上、管理上找到有效解决办法，在资金上加大投入力度，很可能因此使这个行业的发展走入死胡同。
三是资源综合利用问题。煤化工发展的一个重要方向是实现资源综合利用，国家在这方面出台了许多的方针和政策，国内某些企业也已经做了一些有益的尝试，如火炬气回收、油渣发电、污水回用、二氧化碳捕集和封存等。但这还远远不够，一方面是受技术条件的限制，已经应用的项目效果还不理想；另一方面还有许多课题尚未提到日程上来。如灰渣利用、装卸作业油气回收、脱硫物（石膏或硫酸铵）利用、废氨水利用、油渣制水煤浆等。只有在各个方面都实现了技术开发和应用的突破，真正将污染物的排放减至最低，才能实现行业的可持续发展，达到人与自然的和谐。
四是技术研发问题。相对而言，国内的技术研发已经具备了一定的條件和基础，在煤直接液化、间接液化、煤气化、MTO、MTP、煤制乙二醇以及二氧化碳捕集等技术发展过程中都取得了令人骄傲的成果；与此同时，国内的企业、院校、科研院所与国外的知名技术拥有者合作开发新型的煤气化、新型煤制乙二醇技术等更具有竞争力和发展前景的煤化工技术也在不断开发，逐步形成了将有限的力量用在重点技术的突破和技术的成套整合上，走自主开发与引进、消化、吸收相结合的道路。
六、结束语
总之，化工设计要以低能耗为目标，提高设备的能量利用，最大限度节约资源，同时要注重人机结合，保证安全稳定。
参考文献
[1]陈清林，尹清华，过程系统经济学优化策略[J]石油学报（石油加工），2000，16（3）：69-781
[2]傅海辉，物理学基本定律的独立性之争及其反思[J]自然辩证法研究，2005，21（1）：5-81