【南京】2025精细化工项目工艺管道及仪表流程图设计提升暨本质安全设计与连续化改造实操培训班（3月6日-9日）
生命周期评价的起源来自于70年代研究废弃物对环境影响，是对产品生命周期各个环节对环境的影响进行全面、综合的评价。化工过程中一个产品生产或者一个工艺开发，需要经历小试、中试、工业化生产阶段，利用生命周期评价方法，对化工过程每个阶段进行安全评估，做好安全评估和安全措施，可以最大限度地降低化工过程的风险。下面介绍一下化工过程生命周期的安全评估工作。
工艺开发小试阶段
在工艺开发小试阶段，需要对实验室小试工艺反应的安全性做出评估。这个阶段的安全评估相当重要。按照工艺的开发流程，第一步是合成工艺研究，在工艺研究的基础上，同时开展工艺的反应风险研究。实验室研究过程中，工艺研究和风险研究应该互相补充，实现安全、高效的生产，并为后续工厂设计提供参考性数据。
工艺研究需要获取工艺所牵涉的所有物料的热数据、放热反应的热量生成数据、体系的热交换情况和反应热移出效果情况、反应混合物的热传递性质以及反应和热传递对设备材质型号的要求、反应动力学信息以及各种工艺条件实验等信息。风险研究的基本内容包括关注和研究化学物质的风险、开展工艺过程的反应风险研究、关注反应过程中气体产生的条件、气体的逸出速率和气体逸出量等。
小试阶段的主要风险评估工作包括文案筛选和初期实验筛选测试。文案筛选是根据文献数据对实验室小试工艺反应的安全性做出评估，包括工艺中所用的溶剂和一些常见的原料、中间体及产物等以及相关化学物质的MSDS数据。对于没有文献安全数据参考的工艺，需要通过初期实验筛选测试，以获得工艺中物料的热稳定性和分解特性等安全性数据。
反应风险研究需要重点关注反应的热风险，尤其对于精细化工（包含制药）行业来说，大多数反应是有机合成反应，以放热反应居多，反应的热风险是一个非常重要的工艺风险。
中试规模阶段
按照工艺开发的流程，小试之后就要进行工程放大，进行中试规模阶段的研究。小试阶段的安全评估的结果和获取的安全数据，如物质热稳定数据，爆炸和燃烧极限，反应热数据等可以作为基础数据用于指导中试阶段的安全评估和风险研究。下面重点介绍从小试到中试放大引起的放大效应，特别是传热问题，这与化工过程的安全息息相关。
小试规模一般来说，反应器壁面结晶的现象不容易出现，但是在工业放大过程中，如果考虑不周，壁面结晶就会大大影响综合传热系数，造成移热速率下降，风险发生的可能性增加。这里必须考虑到工艺放大过程中，热移出能力的增加远不及热生成速率。从实验室规模按比例放大到生产规模时，反应器的冷却能力大约差了2个数量级，这对实际应用和工程放大很重要，因为在实验室规模中没有发现放热效应，并不意味着在更大规模的情况下反应是安全的。这也意味着反应热只能通过量热设备（如RC1）测试获得，而不能仅仅根据反应介质和冷却介质的温差来推算得到。
另一方面，考虑热散失在实验阶段和工业反应器的不同。一般来说，工业反应器都是隔热的，这是出于安全（如设备的热表面）和经济考虑（如设备的热散失），但是，当温度较高的时候，热散失可能无法忽略了。工业反应器和实验室设备的热散失可能相差2个数量级，在小规模实验中发生不了热效应，而在大规模设备中却可能变得很危险。
由于工程放大过程中，小试规模无法真实反映放大过程中的传热情况，最坏的情况是传热完全受阻-绝热条件。基于最坏情况的考虑，要对绝热条件下反应失控的风险和后果进行风险评估。
工业化阶段
在中试放大到工业化阶段这个过程中，小试和中试阶段的安全评估结果和数据可以作为生产规模安全评估的基础，并且仍然需要注意放大效应带来的问题。
反应器放大效应非常大，比如反应体系的体积V是和反应器直径D的三次方成正比，而传热表面积只是和直径D的二次方成正比。从而，等反应器的直径放大10倍以后，系统内的反应质量量增大到103=1000倍，而此时所能提供的换热面积只增大到102=100倍，体积放大倍数是面积的10倍。如果是强放热体系的话，放大后的反应器所提供的可以移除反应热的传热表面可能就远远不够，从而可能造成热失控，如图1所示。所以工艺放大倍数热力学分析对保证放大后反应器的热安全非常必要。通过合理分析实验室规模量热实验获得的热力学数据，设计出大规模生产中使用反应器的换热面积等各项参数，以确保实际生产中不发生热失控的危险情况。
图1 反应体系放大后热移除效应示意图
同时进入运营生产环节，生产过程中必然产生各种工业废物，这些工业废物需要进行合理的处置。想要减少废弃物处置阶段的风险，应该从源头减少废弃物的产生。使用清洁生产工艺，从环保和安全的角度来看，这既可以减少危险废弃物对环境的影响，又可以降低处置的风险。
在工业化生产环节，人为因素，失误操作等都有可能导致危险的发生，所以在此阶段，可以使用定性、半定性和定量分析方法进行危险辨识和风险评估，例如：HAZOP分析法、安全检查表法、保护层分析（LOPA）等。系统评估危险因素引起的风险和后果，以便采取预防措施，避免事故的发生。
2022年应急管理部等四部门联合印发了《危险化学品生产建设项目安全风险防控指南（试行）》，其中规定，对属于国内首次使用的化工工艺项目，建设单位应在安全条件审查前编制安全可靠性论证报告。首次工艺安全可靠性论证报告是项目从小试开发、中试实验到工业化生产的全生命周期风险评估的总结，可以有效帮助从源头控制和预防工艺风险，将化工安全管理从事后被动应急转向事前主动预防，降低安全事故的发生概率。只有对化工过程进行全生命周期的安全管理，才能保证化工生产的长周期、稳定运行。
