化学反应温度失控：危害及防治

化学反应温度失控 危害及防治化学反应温度失控 危害及防治 失控的化学反应能够造成人员伤亡 财产损失以及环境污 染等严重的事故 那么 化学反应的主要危险危害因素是什么 怎样确保安全生产和操作 需要特别说明的是 文中提及的措 施虽然原则上可适用于所有企业 但主要是针对中 小型化工 企业提出的 化学反应危险 在化工产品的生产过程中 原料在一起相互反应从而得到产品 这些化学反应 通常以热量的形式来释放能量 因此 反应被称为放热反应 另外 即使有些 反应在初始阶段必须加热才能进行 也可能是放热反应 当放热反应的热量释放速率大于热量移去速率时 就会导致温度失控 多余的 热量会提高反应温度 从而增加反应速率 而这反过来又会加速热量的释放速 率 随着温度的升高 热量移去速率成线性增长 而热量的释放速率则成指数增长 如图 1 所示 在这种情况下 就会造成热量的失控 如果此时反应控制系 统失效 温度就会急剧上升 人们根本没有足够的时间采取补救措施 温度的 升高会造成大量液体汽化 反应容器就会因超压而处于危险状态 热量失控的影响 失控的放热反应能够导致反应物沸腾 温度 压力迅速升高而造成爆炸 产生 冲击波和抛射物伤害 如果易燃易爆物质因爆炸而泄漏出来 就会造成火灾或 二次爆炸 热溶液和有毒物质会污染整个工作空间 或者所产生的有毒气云向 厂外扩散 这些都可能导致操作人员 附近工作人员或居民受伤以至死亡 也 对周围环境造成了污染 总而言之 反应失控轻者能造成停产和财产损失 重 者会带来人员伤亡和环境污染等严重的后果 比例的影响 比例在很大程度上决定了发生热量失控的可能性 热量的产生是和反应物的体 积成比例的 而热量的转移则依赖于热量传递所必须的反应物的表面积 随着 体积与表面积之比的增加 冷却就不是很充分了 这一点对于我们把工艺从实 验室放大到实际生产中来是很重要的 同时 当我们改进生产工艺以提高产量 时 也必须考虑这一点 事故原因 分析英国热量失控所造成的事故结果表明 事故的发生主要是由于以下原因 1 对过程化学和热化学理解的不充分 2 对热量的转移考虑和设计的不够充分 3 控制系统和安全系统不完善 4 操作程序 也包括岗前培训 不恰当 以上这些主要影响因素都是我们在进行过程安全设计时所必须考虑的 化学过程危险性评估 为了消除化学反应危险 必须首先辨识危险源 然后判断它们发生的可能性以 及导致事故后果的严重性 换句话说 你需要对过程中所存在的危险进行评估 并且如果你有 5 人或更多的雇员 就需要记录重要的发现 典型的评估包括如下内容 1 定义工艺过程 操作条件和相关设备 2 辨识危险源 3 预测可能造成的危害以及确定现有的防范措施是否有效或者充分 4 选择并制定适当的安全防范措施 5 贯彻执行所制定的安全措施 应该在工艺的开发过程中尽可能早的进行安全评价 评价工作必须要具体和充 分 以便辩识潜在的危险源并研究其根本原因 只要有可能 就应该彻底消除 安全隐患 在过程设计阶段 就应该考虑那些可预测的偏离正常情况的发生 例如设备失 效或操作人员的失误等 反应危险性评估 为了确定反应危险性 评估人员需要有关反应的化学和热化学信息 这包括 1 反应物 中间产物 产品以及副产品发生热分解的可能性 2 放热反应失控是否能够发生 3 反应所产生的气体及放出热量的速率和数量 由于在实际反应器中测试一个并不清楚的反应是很不安全的 因此人们发明了 各种各样的试验方法进行预测 主要方法有 1 利用文献中的数据进行计算 得到初步的信息 2 微分扫描热量测定 3 等温热量测定 4 绝热热量测定 5 减小泄放尺寸测定 对于所有的反应来说 并不存在标准的评估程序可以遵循 能够得到评估所需 要的数据才是最终目的 为了节约时间和避免做无用功 任何评估都应该反映 反应的复杂性和潜在危险程度的大小 对化学反应的危险性进行评估 选择适合的测试方法以及由有能力有经验的人 对评价结果进行总结性阐述是非常重要的 对于一个小型企业来说 花钱买专 门的测试设备并不划算 而是可以求助测试机构或专家顾问 安全措施 一旦知道了过程中所存在的危险 就应该采取措施来确保安全操作 主要有如 下方法 1 消除或减少危害的固有安全方法 2 防止失控反应发生的过程控制 3 限制失控事故后果的保护措施 固有安全 只要有可能 就应该通过固有安全设计来消除或减少危险 例如 1 采用安全的原料来替代危险的原料 2 反应器中应尽量少的存在未反应的原料 例如 采用连续性生产代替间歇式 生产 3 使用加热媒介 其最高温度对于反应混合物来说很低 以致于不会分解 正如上面所介绍的那样 固有安全的方法能从根本上影响整个工艺过程 如果 在工艺过程的早期开发阶段就考虑使用这种方法 这将是非常容易实现的 过程控制 过程控制包括传感器 报警器 连锁装置以及其他控制系统的使用 这些仪器 或系统都是自动进行相关操作 或者允许人工干预 来阻止失控反应条件的形 成 采用这种措施需要彻底地了解所评价的化工过程 特别是安全操作的限度 保护措施 保护措施并不阻止反应失控的发生 而是减轻由反应失控所带来的事故后果 它们很少单独使用 而是需要一些预防性措施来减少对它们的需要 当反应失 控发生并且这些保护性措施起作用后 这些关于失控条件下的反应的详细信息 对于这些保护性措施的有效性是非常需要的 主要是 1 设计设备所能承受的最大压力 适应紧急的泄压排放和确保排放的原料进入 安全的区域 2 如果反应混合物泄漏出来并超出了事先设定的界限 迅速冷却反应混合物 3 添加反应抑制剂来阻止反应的进行和预防反应失控 4 将反应物倾倒入可使反应终止的液体中 选择安全原理 化工反应的安全原理是把所采用的保护措施同确保安全操作结合起来 对于某 种特殊情况 所采用的安全措施依赖于以下因素 1 阻止反应失控发生的容易程度 2 各种措施的实用性 3 所采用措施同设备的操作是否协调 不管选择什么方法 都必须适用于所有可预见的异常情况的发生 并能够将由 反应失控所带来的危害降低到可以被接受的水平 在实际情况下 不可能采用固有安全的方法来消除所有危险 还应该选择添加 控制措施来进一步减少危害 最后还应该采取保护性措施 例如排泄 来消除 剩余的危害 这种各种方法的结合使用是通常采用的办法 当反应失控可能影 响到周围环境时 还应该考虑所采用的措施对于环境来说是否合