Let safety be your target

访上海凱赢达化工设计工程咨询有限公司高级技术顾问俞庆生先生

和俞工的采访持续了近三个小时,然而我感到也仅仅谈及了他丰富职业生涯中微乎其微的一部分。现年80岁高龄的俞工常年奋斗于化工领域,用他自己的话说:“我经历过大院、小院、工厂、研究所……”。多年来,他不断地在工作过程中积累经验并学习,再将这些经验投入到新的创造当中,对化工设计与生产形成了深刻的理解和把握。
 
作者:王虹

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过程安全与非电气防爆

        2013年起,俞工的工作重心逐渐从项目设计转移到过程安全上面,同时更多地将精力投入于标准的编写上。近些年,俞工主要参与了三个标准的编制工作——《精细化工工程设计防火标准》、《压力管道规范 工业管道:安全防护》、《工业管道安全技术监测规程》。俞工说: “在标准的编制工作中,我主要负责过程安全的部分。在化工领域从业多年的经验使我对安全问题深有体会,尤其是防爆方面的内容。”

        “实际上,非电气爆炸要远比电气爆炸的范围广且更不可控,是很多大型事故发生的重要根源之一。尤其对于精细化工行业来讲,比如热反应失控、粉尘爆炸等问题,都是非常危险的。然而,目前我国对于‘非电气防爆’的相关规程仍不完善,未能引起人们的足够重视,这无疑将埋下安全隐患。因此,只要是我参与编制的标准,我会将‘非电气防爆’纳入其中。”俞工补充道。

标准、实践与基础研究

        2005年至今,俞工受聘为全国锅炉压力容器标准化技术委员会第一届压力管道分技术委员会(SCT/TC262/SC3)专家,开始参与标准的制定。俞工参与编制的第一个标准是《GB/T20801压力管道规范 工业管道》。他负责该标准的第6部分:安全防护。而工业管道是压力管道的主要部分。该标准于2017年开始进行修订工作,受疫情影响,于2020年11月出台。谈及此次修订的变化 ,俞工说:“ 这次修订在两个方面有所改进——其一,是对国外标准的引用,国家领导层以开放的思路鼓励我们采用先进的国际标准;其二,比之第一版,在修订版中对标准条文进行适当的说明。对于工程师来说,了解标准的背景和依据,更有助于实际应用。”

        在俞工看来,之所以要“搞标准”,就是为了推动行业水平的提高。如果标准缺失,将对行业的健康与可持续发展产生不良影响。言及此处,俞工感叹道:“目前,整个石油化工行业还面对着一个严重的问题即是‘不重视基础研究’,都热衷于跟随和模仿国外的产品和工艺技术。基础研究并不是一件能够快速获得利润的事情,但缺少基础研究会导致化工工艺技术和产品质量不能有所突破。另一方面,研究成果转化为生产力也是一个问题。很多研究成果在实验室里表现的很好,但不能工程化,一旦运用到生产当中就会产生各种问题,不能形成生产力。令人欣喜的是,目前有很多企业和科研机构、高校等进行联合开发,这是基于相互信任的好事;但,企业家在舍得投入的同时也要保有客观的态度,允许失败。”

关于阀门

        2013年,俞工参与编写了由全国化工设备设计技术中心站主编的《工业阀门选用指南》一书。对于阀门与化工设计俞工有着自己独到的见解:“化工设计包含化工工艺专业、工艺系统专业、管道配管专业、管道材料专业等。通常看来,阀门似乎属于管道材料专业,但依我之见,阀门,尤其是阀门选型应该同时属于化工工艺系统和管道材料两个范畴之内。编这本手册使我感触尤深。六十年代从事设计工作,阀门选型基本参照之前的案例,改革开放后引进装置是按照工艺包或基础设计选用。加之当时阀门的可选种类也相对较少。然而,时至今日很多项目的选型依旧习惯参照旧例,却忽视了对于‘为什么这样选’、‘是否有其他选择’的思考。近年来的阀门行业发展很快,比如说蝶阀,从最开始密闭性能很差,到现在的两偏心、三偏心蝶阀,已经可以用于高压密封工况。从另一个角度来说,对于现成的工艺尚且勉强可以谓之有例可循,但如今新工艺、新流程层出不穷,在这种情况下如何合理地进行阀门选型则是一个值得深究的话题。这不应当是由管道材料专业去独自判断的,考虑的源头应该是化工工艺系统。”

        关于阀门部分,俞工兴致盎然地和我们谈起了几款与安全密切相关的阀门品类。

火灾紧急切断阀

        紧急切断阀可以自控也可以手动,手动要人去操作,自控要有电或气。然而,对于一些规模比较大的罐区,燃烧起来火势波及广,不仅人员难以进入,电源和气源也极易被切断,在这种情况下安全可靠的火灾紧急切断阀则必不可少——这种产品需符合很多规范要求,如机械完整性、耐高温,抗水力冲击等。俞工认为,在这种险情发生的情况下,人员和仪表的可靠性不如机械装置。

机械连锁装置

        虽然现在调节阀的使用已经非常常见,但还是存在大量的手动阀。俞工认为,手动阀安全性的保证也是一个不容忽视的问题。这不仅包括对人为失误的避免,也包括对故意损害的防范。传统的办法有铅封或加锁,但都具有某种程度的局限性。俞工推荐,机械连锁装置能够更好地解决这个问题。

衬套特材旋塞阀

        1. 特材(锆或哈氏合金)制作的阀体、阀芯,及PTFE衬套耐强腐蚀的含碘醋酸溶液。阀门结构简单、坚固可靠、耐用;
        2. 关断性好,与球阀、闸阀比较,360°全圆周轴向密封面关断密闭好,旋转启用,易调节;
        3. 防逸散性好。双重密封结构,PTFE全衬套,密封面积大,加上阀盖内腔的热套反向唇形膜,严格控制VOC逸散,环保性好。
        4. 性价比高,比达到相同性能的球阀、闸阀价格更低。特别是考虑检修、更换、逸散物检测(LDAR)等全生命费用,性价比更高。

        因此在羰基合成法醋酸装置中,衬套旋塞阀占全部工艺阀门80%以上。

从10万吨/年——100万吨/年的醋酸项目

        俞工1963年从华东化工学院(现华东理工大学)毕业,分配到化工部第七设计院,从事硫酸、合成氨、顺丁橡胶和丙烯腈等十几个项目设计;后于1981年调职上海化工研究院从事中压联尿、湿法磷酸和磷铵基础设计和工程设计。1992年,俞工在52岁的时候跳槽加入上海石化集团设计公司(后为上海润扬化工设计有限公司),任总工程师,负责江苏索普(集团)有限公司醋酸装置等项目设计,工作了二十多年。这段经历也是俞工最为看重和珍惜的。俞工从该项目立项开始、初步设计、施工图设计、采购、商务谈判、施工安装、开车运行直至装置改造,全程参与。从一期工程(设计10万吨/年,扩产至20万吨/年),二期工程(设计18万吨/年,扩产至40万吨/年),到三期工程(设计80万吨/年,达到100万吨/年),江苏索普集团已成为国内最大的醋酸装置。

        在醋酸项目中,不可避免地会经常用到阀门产品,同时碰到各种各样的问题,受时间和篇幅的限制,俞工和我们分享了两个小故事。

        有一个关键调节阀,在醋酸合成釜压力约3.0MPa的反应液经过阀门减压至0.2-0.3MPa进入分离部分,减压很多,反应液约三分之一(质量)闪蒸气化,流速很高,达到每秒一百多米。这个调节阀十分关键,一旦发生故障面临全厂停车的损失。因此,选用了国外某知名品牌的V形球阀。球阀一端有密封面,另一端没有。制造厂方专家凭借以往的经验要求按进口端密封安装阀门,而俞工分析流动后腐蚀状况,认为应该按出口端密封进行安装。结果两套装置,一套装在进口,另一套装在出口。实际效果表明,俞工的看法是正确的。俞工向我们介绍事情原委的时候说:“因为减压和闪蒸很剧烈,且介质本身腐蚀性极强,再加上气液两相流的冲蚀十分严重,进口端密封的装置,打开来发现阀门腔体腐蚀得一塌糊涂。而装在出口端密封的装置,进口没有减压,反应液在阀门出口闪蒸,冲蚀发生在出口短管,那么更换阀门和更换短管的影响与成本孰重孰轻显而易见。”俞工经常会和国内外的阀门厂商进行沟通,并提出各种各样的问题,他认为通过提问能够更有效地帮助他思考,同时也让厂家对于工况和供货有着更清晰的理解,对双方的帮助都很大。

        另一个故事关于呼吸阀。醋酸装置有原料甲醇和产品醋酸的储罐。项目初期,产能小,储槽较小,只有几千立方米。到2000年做二期的时候,俞工做了一台1万立方米的甲醇储罐,而这个储罐在安全评价阶段受到了安评专家的质疑,认为易燃液体储存量大,危险性很大。对此,俞工向专家介绍说明,整个储罐拥有非常完整的安全保护系统,有多重保护。固定顶改成内浮顶,再加氮封和呼吸阀,还设有紧急泄放口。甲醇和醋酸储罐的呼阀开启前还设置水封罐保护,水封罐上有两层喷淋,气体经过洗涤排放,即使是大规模的醋酸车间也闻不到醋酸味道,且洗涤的工艺水回收到系统也不浪费。当时国内重力型呼吸阀都是百分之一百超压的(亦即罐内压力超过设定压力一倍时呼阀才能全开),VOC和氮气排放量很大,甚至阀门不能回座关闭。因此俞工选用了航天十一所的百分之十超压的先导型呼吸阀,解决了这个安全和环保问题。

        俞工坦言,在九十年代做醋酸项目时,为了确保过程安全,工艺部分安全保护装置都选用进口产品,公用工程部分采用国内产品。因此,对于目前的国产化趋势,俞工认为这对国内的阀门企业是个很好的机会。但是,态度首先要摆正,保证质量是前提。借鉴与学习只能是起步阶段的辅助器,真正实现国产化替代始终要靠自身质量意识的提高和研发的投入。

        “在工程决策和实施的过程中也充分考虑到方案的效用和成本等多重因素,选用最适合的解决方案。比如,醋酸具有腐蚀性,必须采用造价极高的特材(锆或哈氏合金)阀门;而且,再好的安全阀在反复开关后密封面会有所损坏,总是会有泄漏的,因此我会在不锈钢安全阀的上游(即进口)加装一个特材的爆破片,可以很好地保护安全阀,降低物料损失和阀门成本。”

        俞工常挂在嘴边的一句话是:“越是不懂的,我越要搞清楚。”在俞工看来,设计人员更应该到现场多增加一些感性认识。“现在的工艺越来越多地采用引进模式,且有完整的工艺包,这是一把双刃剑。引进先进的工艺当然有其引用的价值,但设计院不可因此一味地依赖引进而不对具体问题和原因思考。 所谓“尽信书不如无书”就是这个道理。每个项目,甚至每种情况都有其发生的独特原因,理性的知识加上感性的认识才是问题得以顺利解决的最佳方式。”

 

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