化工安全工程考试总结

1、化工安全工程化工安全工程Chemical engineering safety: fundamental and application第一章u 安全的概念u 安全计划u 事故和损失统计u 可接受风险u 化工厂事故过程特征u 本质安全化工事故发生的环节：化工事故发生的环节：储存储存运输运输生产生产加工或使用加工或使用废弃物处置废弃物处置第一章 安全的概念安全的概念 对于化工过程而言，对于化工过程而言，所谓安全就是通过采用适当的技术来辨识化工厂的危险，并且在事故发生前消除它们，从而对事故进行预防。 化工厂中存在哪些危险因素？第一章安全计划一个成功的安全计划，包含： u系统 u态度 u基础u经验

2、u时间 u人（安全工程师） 良好的安全计划：辨识并且消除已经存在的危险因素。优异的安全计划：具有防止危险因素存在的管理体系。事故和损失统计 事故和损失统计是安全计划效果的重要度量。本书中用来描述事故和损失的三种方法：u OSHA事故发生率u 重大事故率 FAR，英国化工领域u 死亡率，或者每人每年死亡 不依赖于暴露时间 这三种方法都统计了在某一确定的时期内，固定工人人数发生事故和灾害的数量。掌握重大事故率和死亡率之间的换算关系。能够根据能够根据FAR的大小比较不同过程之间的安全性的大小比较不同过程之间的安全性事故和损失统计 安全是一项投资安全是一项投资：具有一个安全工作的最优点，超过这一点就会

3、造成回报减少。 恰当的安全投入是企业风险管理的一部分。 技术观点：安全设施上花费过多资金，解决简单的问题可能给整个系统带来过度的复杂性，并因此引发出新的安全问题。 安全计划需要包括对员工进行培训，防止由于交通、袭击、机械伤害、化学暴露及火灾爆炸的伤害。化工厂事故过程特征 化工事故遵循着典型的模式，火灾是很常见的，接着是爆炸和毒物释放。在死亡方面，三者的顺序将倒置，即毒物释放对于死亡具有最大的潜在危险性。 表1-6 三种化工事故类型三种化工事故类型事故类型发生可能性潜在死亡性潜在经济损失火灾高低中爆炸中中高毒物释放低高低除由自然灾害引起的事故以外，几乎所有的事故都能归结于人为失效。十、事故过程特

4、征l 事故过程遵循：三个步骤l 示意性例子：工人绊倒；科学界“蝴蝶效应”Butterfly Effectl 三步骤：开始（Incipiency，Initiation）引发事故的事件发展(evolution, development)使事故持续或扩展的事件、因素结束 (conclusion, cease)使事故终止或有规模上减小的事件、因素安全工程：消除开始事件，利用终止事件取代发展步骤，达到安全目的。本质安全l 本质安全本质安全，也是内在安全、本身安全，依靠化学和内在安全、本身安全，依靠化学和物理学原理、方法来预防事故物理学原理、方法来预防事故，而非依靠控制系统，互锁、冗长而特殊的操作程序来预

5、防事故。 l 典型本质安全技术包括：最小化(强化)、代替、缓和(减弱或限制影响)、简化(容错)l 要了解几种典型本质安全技术的典型技术(表1-9)类型类型典型技术典型技术最小化（强化）将较大的间歇式反应器改为较小的连续式反应器减少原料的贮存量改进控制以减少危险的中间化学品的的量减少过程持续时间替代使用机械泵密封替代衬垫使用焊接管替代法兰连接使用低毒溶剂使用机械压力表替代水银压力表使用高闪点、高沸点及其它低危险性的化学品使用水替代热油作为热量转移载体本质安全技术本质安全技术 类型类型典型技术典型技术缓和（减弱和限制影响）使用真空来降低沸点降低过程温度和压力使贮罐降温将危险性位置溶剂与安全的溶剂中

6、在反应器不可能失控的条件下进行操作将控制室远离操作区将泵房与其他附件隔离开隔离嘈杂的管线和设备为控制室和贮罐设置防护屏障简化（简化和容错）保持管道系统整洁，在视觉上容易注视设计易于理解的控制面板设计容易且能安全维护的设备挑选需要较少维护的设备挑选具有低故障率的设备增设能抵御火灾和爆炸的防护屏将系统的控制划分为易于理解和熟悉的单元给管道涂上标记以便于“巡线”为容器和控制器贴上标记，以增强理解本质安全技术（续）本质安全技术（续） u 毒物的概念及特征u 化学工程师必须具备的相关毒物学知识u 毒物侵入生物组织的方式、去除方法u 毒物对生物体的影响、毒物学研究u 反应与剂量的关系、反应-剂量曲线的模型

7、u 相对毒性u 阈限值第二章：毒物学第二章：毒物学l毒物： “所有的物质都是有毒的，没有无毒的物质。恰当的剂量区分了毒物和药物。”l毒物学的基本命题：没有无害的物质，只有使用物质的有害方式。l毒物：不接触不起作用。第二章第二章 毒物学毒物学 l 毒物侵入生物组织的途径l 从生物组织内去除毒物的途径l 毒物对生物组织的影响l 阻止或减少毒物侵入生物组织的方法（工业卫生）化学工程师必须具备的相关毒物学知识化学工程师必须具备的相关毒物学知识毒物侵入生物组织的方式毒物侵入途径和控制方法侵入途径侵入器官控制方法食入吸入注射皮肤吸收嘴或胃嘴或鼻子皮肤伤口皮肤落实吃饭、饮水和吸烟的规定通风、呼吸器、通风橱及

8、其他个人防护正确着防护服正确着防护服毒物从生物体中去除（Removal of hazardous from organs）u 排泄：经肾脏、肝脏、肺或其他器官u 解毒：经生物转化经化学物质转变为危害小的物质u 贮存：贮存在脂肪组织中 毒物学研究 目的是量化可疑毒物对目标生物体的作用。 首先确定：毒物：化学组成和物理状态目标或试验生物体被监测的效果或反应剂量范围：依赖于传输的方式试验时期：研究人员的目标相关剂量与反应的关系 l 剂量与反应的数学表达：正态分布。21()21( )2xf xe（2-1） 式中：x为反应（程度）；为标准偏差；为平均值。f(x)为个人经历表现反应的概率11()()nii

9、iniiX f Xf X2211()()()niiiniiXf Xf X（2-2） （2-3） 式中：n为数据点个数，2为方差。 平均值决定了曲线X轴的位置，标准偏差决定曲线的形状。反应与剂量的关系、反应-剂量曲线的模型 图2-9或表2-4的使用如果包含了几种化学物质，毒物可能发生：u 加和作用(组合影响是单个影响的加和)；u 协同作用(组合影响比单个影响大)；u 强化作用(一种物质的存在增加了另一种的效果)u 敌对作用(相互之间抵消)相对毒性l 有毒物质可对各自的LD、ED、TD曲线对相对毒性进行比较l 有毒物A、B： A的反应-剂量曲线位于B的左侧，则A的毒性大于B，即A的毒性更大。050

10、ABP10中毒反应%不同毒性物质相对毒性（1）P点以右，A物质比B物质毒性大；（2）P点以左，B物质比A物质毒性大 阈限值（Threshold Limit Value，TLV）美国工业卫生联合会针对大量的化学药剂建立了极限剂量，称为阈限值。TLV类型定义TLV-TWATime-weighted average对通常的每天8小时或每周40小时的时间加权平均，在该情况下几乎所有工人都能整日暴露，而没有任何副作用。若能通过低于极限值的短期暴露予以补偿，那么高于极限值的短期暴露是许可的。TLV-STELShort-term exposure limit短期暴露极限。工人连续暴露15分钟而不会遭受如下伤

11、害的最高浓度：（1）无法忍受的疼痛；（2）慢性的或不可恢复的组织变化；（3）足够程度的麻醉导致增加事故倾向，削弱自救能力，或大大降低工人的效率。假定允许每天不多于4次短期暴露，暴露期之间至少间隔60分钟，或假定每天的TLV-TWA都没有被超过。TLV-CCeiling limit最高极限。不允许被超过的浓度，甚至瞬时超过也不允许。第三章第三章 工业卫生工业卫生l 工业卫生工业卫生：致力于对引起疾病和伤害的职业环境进行辨识、评价和控制的学科。l 工业卫生工程都具有的三个阶段工业卫生工程都具有的三个阶段： 辨识：确定工作场所暴露的存在或可能性。 评价：确定暴露量 控制：应用适当技术将工作场所的暴露

12、减少到可接受水平l 过程安全管理过程安全管理(PSM)和风险管理计划和风险管理计划(RPM ) 二者的对比l 辨识：辨识：信息来源：过程设计描述、操作指南、安全检查、设备卖方的描述、化学品供应商提供的信息和操作人员提供的信息。物质安全数据表 评价评价 l 目的目的：确定员工暴露在有毒物质中的范围和浓度，以及工作环境的物理危害程度。第三章第三章 工业卫生工业卫生 评价阶段同样要研究各种类型的已经存在的控制方法及控制方法及其效果其效果。评价研究过程中，须考虑大量和少量泄露的可能性。 6个方面的评价个方面的评价 通过检测对易挥发性毒物的暴露进行评价(注意时间) 人员暴露于粉尘粉尘的评价 人员暴露于噪

13、声噪声中的评价 员工暴露于有毒蒸汽有毒蒸汽中的评价 估算液体的蒸发速率 进行容器灌装操作员工的暴露估算 3.3 工业卫生：评价工业卫生：评价l 通过检测对易挥发性毒物的暴露进行评价通过检测对易挥发性毒物的暴露进行评价 确定员工暴露的直接方法是连续在线监测工作环境中的有毒物资浓度。 TWA：时间加权平均，对连续浓度数据C(t) ： 01( )8twTWAc t dt(3-1) 实际过程中，得到的是不同间隔的样本，假设：浓度Ci在Ti时间内固定不变（或是平均值） ，工作时间可能长或短于8h (3-2) hTCTCTCTWAnn8.22113.3 工业卫生：评价工业卫生：评价 1()niiiCTLV

14、TWAn：毒物总数，Ci为化学物质i相对于其他毒物的浓度，（TLV-TWA）i 为化学物质i的TLV-TWA值若（若（3-3）值超过）值超过1，表明人员暴露过度。，表明人员暴露过度。（3-3） 混合物的TLV-TWAs计算 11()()niimixtimeniiiCTLVTWACTLVTWA （3-4）若混合物的毒物浓度之和超过该值，人员暴露过度人员暴露过度。 若工作区存在多种物质，可假设毒物效应是叠加的。毒物效应是叠加的。具有不同TLV-TWAs的多种毒物的联合暴露，有： 3.3 工业卫生工业卫生(评价评价) 1()niiiCTLVTWAn：毒物总数，Ci为化学物质i相对于其他毒物的浓度，（

15、TLV-TWA）i 为化学物质i的TLV-TWA值若（若（3-3）值超过）值超过1，表明人员暴露过度。，表明人员暴露过度。（3-3） 混合物的TLV-TWAs计算 11()()niimixtimeniiiCTLVTWACTLVTWA（3-4）若混合物的毒物浓度之和超过该值，人员暴露过度人员暴露过度。 若工作区存在多种物质，可假设毒物效应是叠加的。毒物效应是叠加的。具有不同TLV-TWAs的多种毒物的联合暴露，有： 3.3 工业卫生：评价工业卫生：评价l 估算液体的蒸发速率估算液体的蒸发速率 ()satmgLMkA PPQR T(3-11) 对大多数情况，（3-11）可简化为 PPsatsatm

16、gLMkAPQR T(3-12) 可以估算敞口容器或溢出液体的蒸发速率进行容器灌装操作员工的暴露估算 610KAVPkQPCcfvsatppm注：许多实际情况，蒸发项kA比置换项小的多，可忽略不计。值： 对容器从上部充装，液体冲到容器底部， =1； 对液面下充装(由深入到贮罐底部的管道)，=0.5。工业卫生：控制（第三步）工业卫生：控制（第三步） 规划和采用合适的控制技术措施采用能够减少工作场所暴露的技术。化工厂使用的控制技术类型化工厂使用的控制技术类型两种主要的控制技术：环境控制，个人防护。环境控制：目的通过降低环境中的有毒物质的浓度来减少暴露。 常用的环境控制技术包括密封、局部通风、稀释通

17、风、湿法操作和良好的日常管理。个人防护：通过在工人和工作场所的环境之间设置（保护性）屏障来阻止或减少暴露。有关设备为个人防护设备。3.4 工业卫生：控制（第三步）工业卫生：控制（第三步）l 通风：对于通过空气传播的有毒物质的环境控制的最常用方法。l 原则将污染（毒害）物稀释到规定浓度以下； 在人员暴露前除去污染（毒害）物。 l 方式：局部通风和稀释通风方式：局部通风和稀释通风。 A：局部通风：最常用的是通风橱 B：稀释通风： 对需要在开放区域空间内使用，有必要采用稀释通风。目的使人员暴露在已被新鲜空气稀释过的环境中。 两种通风技术的比较，各自应用的范围和限制。两种通风技术的比较，各自应用的范围

18、和限制。第四章第四章 泄漏源模型泄漏源模型 l 泄漏源泄漏源：化工厂、化工过程有多种原因（事故、装泄、开停车等）会导致有毒、易燃、易爆物质的释放。l 化工危机事件顺序化工危机事件顺序：储罐、管道破裂；扩散传播；火灾、爆炸；应急管理、人员疏散、事后恢复等。第四章第四章 泄漏源模型泄漏源模型 l 事故致因：事故致因：（1）由危化物质直接引起；）由危化物质直接引起；（2）煤矿瓦斯爆炸；）煤矿瓦斯爆炸；（3）自然次生灾害）自然次生灾害；（4）化学毒剂的恐怖袭击。）化学毒剂的恐怖袭击。第第4章章 泄漏源模型泄漏源模型 图4-1 后果分析程序 P70 页 教材 第第 4 章章 第第 5 章章 可燃和/或有

19、毒？ 可可 燃燃 有有 毒毒 第六章第六章 管线、设备的破裂、断裂、失效 贮罐或管线上的小孔 反应失控 外部火焰对容器的作用 其他 释放事件的选择 选择释放事件源模型，描述释放事件、结果包括： 释放总量 （或释放持续时间） 释放速率 物质状态 选择扩散模型 Atmospheric Dispersion Models 中性浮力 重气 其他 结果可能包括： 下风向浓度 影响区域 持续时间 关关 联联 图4-1 后果分析程序(续续) （图（图 4-1 续）续） 可可 燃燃 有有 毒毒 第第 2 章章 第第 6 章章 效果模型效果模型 反应剂量 概率模型 其他 结果可能包括结果可能包括 毒性反应 受影

20、响的人的数量 财产破坏 缓解因素缓解因素： 逃离 应急响应 避难场所 防液堤 其他 后果模型后果模型 评估、总结、评估、总结、立法的基础立法的基础 救助、救援、消救助、救援、消除事故影响除事故影响 火灾爆炸模型火灾爆炸模型 TNT 当量 多能爆炸 火球 Baker-Strehlow 结果可能包括结果可能包括 冲击波超压 辐射热通量 烟气 财产破坏 4.1 源模型介绍源模型介绍1 源模型源模型：是后果模拟的重要一个部分。依据描述物质释放时所表现出的物理化学过程的理论，或（传递过程理论及）经验方程。源模型给出了源模型给出了流出速率、流出总量流出速率、流出总量(总时间总时间)和流出状态和流出状态(源

21、模型的作用源模型的作用)。 对不确定性问题，参数选择应使释放速率和释放量最大释放速率和释放量最大化化，以确保设计是安全的。2、释放机理、释放机理 l大孔（瞬时释放，instantaneous release）短时间内大量释放，如储罐的超压爆炸、槽车倾覆等。l小孔（连续源释放，continuous release）连续释放，有限孔释放。4.1 源模型介绍源模型介绍3、7个基本模型基本模型l 液体经孔洞流出l 液体经贮罐上的孔洞流出l 液体经管道流出l 蒸气经孔洞流出(注意塞压相关的计算注意塞压相关的计算)l 气体经管道流出l 闪蒸液体l 液池蒸发或沸腾 其他 判断选择哪个源模型，会计算释放量(时

22、间)、速率、释放状态实际和最坏情形释放实际和最坏情形释放l 表4-5列出了大量实际和最坏情形的释放说明：l实际泄漏是具有高发概率的泄漏事件。通常不假设整个贮存容器的突发失效，而是更为实际的假设具有较高发生概率的大管道与贮罐连接处的泄漏；l最坏情形的泄漏是过程或过程设备几乎灾难性失效，导致整个过程或设备的物质全部瞬时泄漏，或在很短时间内泄漏。l释放情况的选择依赖于后果分析的目的需要。如化工厂内进行后果分析评价应选择实际释放条件；若为了EPA风险管理或应急管理需要，应选择最坏情形释放。 第五章：毒物泄漏及扩散模型主要内容：主要内容：有毒物质泄漏及扩散模型的意义、步骤、作用。扩散影响参数。中性浮力扩

23、散模型；Pasquill-Gifford模型(会计算中心线浓度、等值线等会计算中心线浓度、等值线等)重气扩散毒性作用标准释放动量和浮力的影响释放缓解 作用： 毒物释放和扩散模型是后果模拟步骤的重要部分；是应急管理、应急响应、应急决策的基础。 步骤：步骤：确定泄漏事件、泄漏源（第4章介绍了7种泄漏源模型）建立源模型，对事故释放、释放速率、释放量等进行描述。应用扩散模型估算下方向有毒有害物质的浓度，并由此根据一些准则来评估释放的后果及影响。扩散模型用于描述事故释放后由释放源开始向其他地点及大范围区域的大气输送过程。释放发生后，大气中的毒害物质在风作用下以烟羽方式（连续源）、或云团方式（瞬时源）带走

24、。第五章：毒物泄漏及扩散模型5.1 扩散影响参数扩散影响参数扩散模型用于描述事故释放后由释放源开始向其他地点及大范围区域的大气输送过程。释放发生后，大气中的毒害物质在风作用下以烟羽方式（连续源）、或云团方式（瞬时源）带走。扩散影响参数扩散影响参数 多个因素影响着毒害物质在大气中的扩散：u风速；u大气稳定度(不稳定、中性和稳定)；u地形条件（建筑物、地面类型、地面构筑物）；u释放源离地面的高度；u释放的初始动量和浮力。 中性浮力扩散模型 Pasquill-Gifford模型CASE-11：地面上瞬时点源的烟团，坐标系固定在释放点，：地面上瞬时点源的烟团，坐标系固定在释放点，风速恒定为风速恒定为u

25、，风向沿风向沿x轴方向轴方向（5-38） 222222/3*21exp2),(zyxzyxmzyutxQtzyxC地面某点浓度地面某点浓度可令z=0，求得：（5-39） 2222/3*21exp2), 0 ,(yxzyxmyutxQtyxC地面上沿地面上沿x轴的浓度轴的浓度，可令y=z=0，求得：（5-40） 22/3*21exp2), 0 ,(xzyxmutxQtyxC气云中心坐标的浓度气云中心坐标的浓度：（5-41） zyxmQtutC2/3*2), 0 , 0 ,( 5.2 中性浮力扩散模型：处理CASE-12：地面上连续稳态源的烟羽，风向沿：地面上连续稳态源的烟羽，风向沿x轴方向，轴方

26、向，风速恒定为风速恒定为u（5-46） 222221exp),(zyzymzyuQzyxC地面浓度可令z=0，求得：2221exp)0 ,(yzymyuQyxC下风向，沿烟羽中心线的浓度可令y=z=0，求得： uQyxCzym)0 ,( 5.2 中性浮力扩散模型：处理 Pasquill-Gifford模型CASE-13：位于地面：位于地面Hr高处的连续稳态源的烟羽高处的连续稳态源的烟羽 风向沿风向沿x轴，风速恒定为轴，风速恒定为u（5-49） 22221exp21exp21exp2),(zrzryzymHzHzyuQzyxC地面某点浓度可令z=0，求得：地面中心线某点浓度可令y=z=0，求得：

27、（5-50） 222121exp)0 ,(zryzymHyuQyxC（5-51） 221exp)0 , 0 ,(zrzymHuQxC 5.2 中性浮力扩散模型：处理 Pasquill-Gifford模型CASE-13：位于地面：位于地面Hr高处的连续稳态源的烟羽高处的连续稳态源的烟羽 风向沿风向沿x轴，风速恒定为轴，风速恒定为u地面沿x轴的最大浓度：（5-52） )(22maxyzrmuHeQC下风向地面上最大浓度出现的位置，可由下式求得：2rzH（5-53） 5.2 中性浮力扩散模型：处理 Pasquill-Gifford模型CASE-15：位于地面：位于地面Hr高处的瞬时点源的烟团，坐标系

28、位于高处的瞬时点源的烟团，坐标系位于地面并随烟团移动，风向沿地面并随烟团移动，风向沿x轴，风速恒定为轴，风速恒定为u烟团中心在x=ut处，平均浓度为：（5-54） 2222/3*21exp21exp21exp)2(),(zrzryzyxmHzHzyuQtzyxC地面浓度可令z=0，求得：（5-55） 222/3*2121exp2), 0 ,(zryzyxmHyQtyxC 5.2 中性浮力扩散模型：处理 Pasquill-Gifford模型CASE-15：位于地面：位于地面Hr高处的瞬时点源的烟团，坐标系位于高处的瞬时点源的烟团，坐标系位于地面并随烟团移动，风向沿地面并随烟团移动，风向沿x轴，风

29、速恒定为轴，风速恒定为u地面中心线浓度可令y=z=0，求得：（5-56） 22/3*21exp2), 0 , 0 ,(zrzyxmHQtxC地面上的全部剂量：（5-57） 22*2121exp)0 ,(zryzymtidHyuQyxD 5.2 中性浮力扩散模型：处理 最坏事件情形最坏事件情形对于烟羽：对于烟羽：最大浓度通常在释放点处，若在高于地平面的地方发生，那么地面上的最大浓度出现在释放处的下风向上的某一点。对于烟团对于烟团：最大浓度通常在烟团的中心。若在高于地平面的地方发生，烟团中心将平行于地面移动，并且那么地面上的最大浓度出现直接位于烟团中心的下方。5.3 重气扩散重气扩散二、重气云扩散

30、特点 重气云释放后，可能在垂直和水平方向上形成尺寸相近的气云（源附近）； 重气云在重力影响下向地面沉降，高度减小，水平范围扩大； 在重力作用下，气云向周围空气扩散而被稀释； 空气经垂直方向和水平方向进一步卷吸，气云高度略增加； 充分稀释后，大气湍流超过重力影响而居支配地位，显示出典型高斯扩散特征。 一、概念一、概念 气体密度大于其扩散所经过的周围空气密度的气体称为气体密度大于其扩散所经过的周围空气密度的气体称为重气重气。影响因素：分子量和温度。5.3 重气扩散重气扩散三、重气扩散的三、重气扩散的Britter-Mcquaid模型模型 应用条件：需给定初始气云体积、初始烟羽体积流量、释放持续时间

31、、初始气体密度，及10m高处的风速、下风向距离和周围气体密度。 四、重气扩散模型的应用步骤四、重气扩散模型的应用步骤 确定重气模型是否适用； 确定特征源尺寸； 判断是连续释放还是瞬时释放； 利用相应图表进行估算。 5.5 释放动量和浮力的影响释放动量和浮力的影响 Turner建议对烟囱排放，可使用Holland经验公式计算来自排放浮力和动量的额外高度：3ssarsu dTTH1.52.68 10 PuTd（5-61） 5.6 释放缓解释放缓解释放缓解方法 主要有本质安全、工程设计、管理、早期蒸汽监测和报警对策、应急反应等。 本质安全、工程设计和管理，在任何释放缓解方法中都应该是首要考虑的问题。

32、6.1 火三角（火三要素）火三角（火三要素）火燃料氧化剂空气/O2氧化剂空气/O2燃料热量无无燃料或无无氧化剂或 无无热量=不不燃烧“ 三无条件”图6-1 火三角燃料+氧化剂+热量燃烧热量（点火源）化工厂通常的三种事故是火灾、爆炸和毒物泄漏。6.2 有关概念有关概念闪点、燃点、燃烧极限、极限氧浓度及其闪点、燃点、燃烧极限、极限氧浓度及其估算方法估算方法混合溶液闪点的估算。混合溶液闪点的估算。燃烧极限随温度及压力的变化规律燃烧极限随温度及压力的变化规律爆燃和爆轰的区别爆燃和爆轰的区别TNT当量法当量法TNO多能法多能法 火灾与爆炸的区别：能量释放的快慢。火灾能量释放慢，爆炸释放能量快，通常是ms

33、级。二者可互为因果。 燃烧(conbustion)或火灾(fire)：燃烧或火灾是物质与氧化剂结合，并释放出能量的化学反应，释放的能量部分用来维持反应。 闪点和燃点是描述液体火灾爆炸危险性的主要参数之一，闪点和燃烧极限不是物性参数。闪点和燃烧极限不是物性参数。6.4 极限氧浓度及惰化极限氧浓度及惰化 燃料的LFL是基于在空气中（含氧O221%）燃烧的。但实质起作用的是氧含量。氧浓度低至一定限度，燃烧火焰将熄灭（火）。也即通过减少氧浓度就能阻止爆炸和火灾的发生。惰化的基础。 低于极限浓度（LOC），反应就不能产生足够的热量，燃烧过程将不能持续。 LOC亦被称为最小氧浓度（MOC），最大安全氧浓度

34、MSOC。 如果没有实验数据，由燃烧反应的化学计量和LFL估算LOC。LOC=Z*LFL6.5 可燃性图表可燃性图表 描述气体可燃性的一般方法是三角图6-6 。A020406080100020406080100纯CH4纯O2020406080100化学计量组成纯N2UFLLFL空气线LOC氧气中的燃料上限氧气中的燃料下限可燃区CH4O2N2图6-6 初始温度为25，压力为1atm时甲烷的可燃性图表空气组成6.5 可燃性图表可燃性图表化学计量组成线空气线LFLUFLFuelLOC010000100100O2N2氧气中的燃烧极限图6-10可燃性区域的近似确定（方法1）6.6 引燃能、自氧化等引燃能

35、：引起初始燃烧所需的最小能量。u 所有可燃性物质（包括粉尘）都有最小可燃能u MIE依赖于特定的化学物质（或混合物）、浓度、压力和温度。自燃：蒸汽的自燃点或自发引燃温度下，蒸汽从环境吸收能量而自发引燃。自燃点必须在与过程条件尽可能接近的条件下通过实验来确定。自氧化：伴随有热量释放的缓慢氧化过程。 自氧化过程中，若能量未从体系中移走，有时会导致自燃。挥发性较低的液体尤其受该问题的影响；挥发性较高的液体由于蒸发制冷，自燃的影响很小。 绝热压缩过程温度计算绝热压缩过程温度计算6.11 爆炸爆炸 爆轰和爆燃 爆炸的破坏效应很大程度上依赖于是爆轰还是爆燃引起的爆炸。二者的区别在于反应前沿的传播速度是高于

36、还是低于声音在未反应气体中的速度。 受限爆炸 爆炸发生在受限空间如容器内或建筑物中。（三）通过实验确定最大压力和最大压力上升速率，以及燃烧极限。 用燃烧或爆炸极限来确定操作的安全浓度，或将浓度控制在安全区域内所需的惰性物质的数量； 最大压力上升速率表明了爆炸的强弱。粉尘爆炸：粉尘爆炸： 对于粉尘颗粒，尺寸是变化的，且比分子大好几个量级。重力也影响粉尘颗粒的行为。对于粉尘，爆燃比爆轰更容易发生。具有爆炸性的粉尘混合物必须具有以下特点：具有爆炸性的粉尘混合物必须具有以下特点：l 颗粒必须小于某一最小尺寸；l 颗粒质量必须处于某一极限范围之内；l 粉尘的混合必须相当均匀。对于大多数粉尘，爆炸下限是2

37、0-60g/m3，爆炸上限是2-6kg/m3。6.11 爆炸爆炸 超压的估算 超压可由TNT当量法(记为mTNT)以及距离地面上爆炸源点的距离r来估算。由经验得到的比拟关系为：v比拟关系：0saPPP（6-22） 13mkg（6-21） 3/1TNTemrz vZe ：比拟距离，v比拟超压 P0 ：侧向超压峰值； Pa ：环境压力 6.11 爆炸爆炸其中： 为TNT当量质量； 为经验爆炸效率； m为碳氢化合物质量； 为可燃气体的爆炸能； 为TNT的爆炸能，典型值为 ，对可燃气体，可用燃烧热来代替爆炸能。（6-24） TNTmTNTEcalkJ11204686gkg TNT当量法 TNT当量法，

38、是将已知能量的可燃燃料等同于当量质量TNT的一种简单方法。估算公式如下(采用下面的比拟关系)Hc6.11 爆炸爆炸 化学爆炸能 化学爆炸导致的冲击波是由爆炸处气体的快速膨胀造成的。该膨胀有两种机理造成： 反应产物的热量加热及反应造成的总物质的量的变化。 机械爆炸能对机械爆炸，不发生化学反应，能量来自于受限物质的内能。若能量迅速释放，就会导致爆炸。估算压缩气体爆炸能的四种方法估算压缩气体爆炸能的四种方法：Brode方程、等熵膨胀、等温膨胀和热力学有效性方法。 抛射物伤害 受限容器或物质内的爆炸会使容器或建筑物破裂，产生碎片抛射，并覆盖广大范围。碎片或抛射物能引起较严重的人员受伤、建筑物和过程设备

39、受损。6.11 爆炸爆炸 蒸气云爆炸 化学工业中，大多数危险和破坏性的爆炸使蒸气云爆炸（VCEs）。 影响VCE行为的参数有：泄漏物质的量，物质蒸发百分比，气云引燃的可能性，引燃前气云传递的距离，气云引燃前的延迟时间，爆炸而非火灾的发生可能性，物质临界能，爆炸效率和引燃源相对于泄漏点的位置。 预防VCE的方法：保持较少的易挥发且可燃液体贮存量，若容器或管线破裂，采用使闪蒸最小化的过程条件，使用分析仪器来检测低浓度的泄漏；安装自动隔断阀，以便在泄漏发生、发展的初始阶段关闭系统。6.11 爆炸爆炸（十一）（十一） 沸腾液体膨胀蒸汽爆炸（沸腾液体膨胀蒸汽爆炸（BLEVE） 当贮存有温度高于大气压下的

40、沸点的液体贮罐破裂时，就会发生BLEVE，导致贮罐内的大部分物质发生爆炸性蒸发。 通常的BLEVE是由火灾引起的。步骤： 火灾发生到邻近的装有液体的贮罐； 火灾加热贮罐； 液面以下的贮罐壁被液体冷却，液体温度和贮罐内的压力增加； 若火焰抵达仅有蒸汽而没有液体的壁面或贮罐顶部，热量不能移除，储罐金属的温度上升，直到贮罐结构失效； 贮罐破裂，内部液体爆炸性蒸发。第第7章章 防火防爆设计防火防爆设计 本章主要内容有： 惰化 可燃物图表的应用 静电及静电控制 通风 防爆设备与工具 水喷淋系统 防火防爆的各种设计要素 7.1 惰化惰化 惰化是把惰性惰性气体加入到可燃性混合气中，使氧气浓度降低到极限氧浓度

41、（LOC）（亦称为氧指数）以下的过程操作。 惰化方法： 真空惰化、压力惰化、压力真空联合惰化、采用不纯氮气进行真空和压力惰化、吹扫惰化和虹吸惰化 。 掌握各种惰化方法的计算。S点的确定使用可燃性图表避免可燃性气氛使用可燃性图表避免可燃性气氛 图图7-7 容器入役避免燃料区域的过程容器入役避免燃料区域的过程 开始时容器内为空气，位于点R处。充入氮气至点S。然后充入燃料，沿SA线移动，直至A点。需要确定点S处的氧气（或氮气）浓度。点S处代表刚好避免燃烧区域的最大氧浓度（在役氧浓度），有一定的安全裕度。7.2 静静 电电 静电积累并突然释放的火花是化工厂中常见的引燃源。 静电是对观测者处于相对静止的

42、电荷静电是对观测者处于相对静止的电荷。静电可由物质的接触与分离、静电感应、介质极化和带电微粒的附着等物理过程而产生。工业静电是生产、储运过程中在物料、装置、人体、器材和构筑物上产生和积累起来的。 当具有不同电压或极性的两种物质靠近以致产生电荷转移时，就会发生静电放电。 2) 静电电荷积聚静电电荷积聚 化工厂中，与危险的静电放电有关的电荷积聚过程有： (1) 接触和摩擦带电 (2) 双层带电 (3) 感应带电 (4) 输送带电 7.2 静电静电3) 静电放电静电放电 当带电体周围的场强超过周围介质的绝缘击穿场强时(超过3MV/m)，因介质产生电离而使带电体上的电荷部分或全部消失的现象。包括：火花

43、放电； 传播型刷型放电；尖端积聚（尖端放电）； 刷型放电；电弧； 电晕放电。最小引燃能与静电放电能量的比较7.2 静电静电6) 流动电流流动电流(液体和固体液体和固体) 流动的液体或固体将电子由一个表面转移至另一个表面所产生的电子流动。uLudmsmAIsexp1)()(/10102226（7-21）7.2 静电静电CkgIskgs（7-23）7.3控制静电控制静电1.防止静电引燃的一般设计方法防止静电引燃的一般设计方法 2. 防止静电引燃的特殊设计方法 通过接地和连接防止火花放电。通过保持不导电的表面足够薄，或其涂层导电性能足够强，具有低于4kV的击穿电压，来防止传播电刷放电。3.松弛（弛豫

44、）松弛（弛豫）在管道刚要进入贮罐处通过增加一个放大截面的管道，会相当大地减少静电危害。4.连接和接地连接和接地 两个导电物体之间的电压差，通过将两导体连接起来而减为零。5.浸渍管浸渍管 浸渍腿或浸渍管，应用来减少液体自由下落时的静电积聚。6.利用添加剂增加导电性利用添加剂增加导电性 7.5 通风通风 正确的通风是防止火灾、爆炸的另一种方法。通风的目的是稀释空气中爆炸性蒸气的浓度，以防止爆炸和限制危险性的可燃混合物。 1.露天工厂：露天工厂： 露天工厂平均风速高，能安全地稀释工厂内可能存在的挥发性化学物质的泄漏。 2.工厂位于厂房内工厂位于厂房内 通常情况下，工艺过程不能设置在户外。这种情况下就

45、需要局部和稀释通风系统。7.6自动喷水系统自动喷水系统1. 自动喷水系统是控制火灾的有效方法。2. 令喷头启动有多种方法： 1）通过控制喷头部件内插销的可熔性连接来启动喷头。一旦启动，除非关闭主供水系统，否则，喷洒将不会停止。该方法称为湿管系统。用于贮存区、实验室、控制室和小型实验区域。 2）通过公共控制点启动整个喷水装置。 3. 不同的火灾等级需要设计不同的喷水装置。 4.特殊系统特殊系统 1）些特殊条件下容器需要专门的水保护系统，以使容器在火灾期间保持冷却。第八章和第九章泄压设备的类型对特定的应用对象，应选择特定类型的泄压设备。在工程中，泄压设备的类型是根据泄压系统、过程条件和释放流体的物

46、性详细情况而定的，如：传统的弹性开启式安全阀和平衡式安全阀、爆破片等。爆破片的特点爆破片的特点（1）适用于浆状、有黏性、腐蚀性工艺介质，这种情况下安全阀可能会不起作用；（2）惯性小，可对急剧升高的压力迅速作出反应；（3）在发生火灾或其他意外时，在主泄压装置打开后，可用爆破片作为附加泄压装置；（4）严密无泄漏，适用于盛装昂贵或有毒介质的压力容器；（5）规格型号多，可用各种材料制造，适应性强；（6）便于维护、更换。泄压设备的类型泄压设备的类型爆破片的适用场所爆破片的适用场所（1）压力容器或管道内的工作介质具有粘性或易于结晶、聚合，容易将安全阀阀瓣和和底座粘住或堵塞安全阀的场所；（2）压力容器内的物

47、料间的化学反应可能使容器内压力瞬间急剧上升，安全阀不能及时打开；（3）压力容器或管道内的工作介质为剧毒气体或昂贵气体，用安全阀可能会存在泄漏导致环境污染和浪费；（4）压力容器和压力管道要求全部泄放或全部泄放时毫无阻碍；（5）其他不适用于安全阀而适用于爆破片的场所。8.4 泄压设备的类型泄压设备的类型爆破片与弹性开启式安全阀串联安装的目的是：爆破片与弹性开启式安全阀串联安装的目的是： 保护昂贵的弹性开启式装置免受腐蚀环境的损害； 当处理毒性非常强的化学物质时，提供完全的隔离； 当处理可燃性气体时，提供完全的隔离； 保护相对复杂的弹性开启式泄压装置部件，免受能够引起阻塞的反应性单体的影响； 释放掉

48、可能阻塞弹性开启式泄压装置的泥浆。 三种类型的弹性开启式泄压设备：三种类型的弹性开启式泄压设备：（1）泄压阀，主要用于液体，在设定压力下开启，当超压达到25%时，阀全部打开。随着压力恢复，阀逐渐关闭。（2）安全阀，用于气体。当压力超过设定压力时，安全阀突然打开。这由所使用的排放喷嘴完成。安全阀约在低于设定压力4%时复位，该阀具有该阀具有4%的压降的压降。（3）安全泄压阀，用于液体和气体，对于液体，安全泄压阀的功能与泄压阀相同，对于气体，其功能与安全阀相同。 泄压系统泄压系统泄压系统包括泄压设备和与之相连的在下游安全地处理喷射出的物质的过程设备。包括：1.分液桶 大多数情况下，泄放首先排向分液器

49、系统，将液体与蒸汽分离，液体在这里被收集起来，蒸汽被排向另一个处理单元。2.火炬 将可燃或毒性气体燃烧掉，生成不可燃或无毒的燃烧产物。3.洗涤器 泄放出来的流体，有时是两相流，必须首先进入分液系统，在那里液体与蒸汽分离。气体如果是有毒或可燃的，则需要火炬或洗涤系统。4.冷凝器 冷凝器是处理排放蒸汽的另外一种可能的方法。如果冷凝物是有价值的，那么这种方法是非常具有吸引力的。第第9章章 泄压量计算泄压量计算 泄放尺寸的计算主要用于确定泄放设备的泄放面积。 泄放尺寸的计算程序包括：采用合适的源模型（第4章）计算物质通过泄放设备的泄漏速率；应用建立在基本流体力学原理基础上的方程计算泄放设备的排放面积。

50、 泄放面积的计算依赖于流动类型（液体、蒸气或两相流动）和泄放设备的类型（弹性开启式或爆破片）第第9章章 泄压量计算泄压量计算 对于液体和两相泄放，泄放过程在泄放的设定压力处开始，同时压力通常持续增加，并超过设定压力。这些超压通常超过设定压力25%或更多。为将压力维持在设定压力而设计的泄放设备需要非常大的排放面积。图9-1 两相流动所需要的泄放面积随超压的变化u泄放面积随超压增加而急剧减小。u对于特定泄放，最佳的泄放面积依赖于特定的应用。第第9章章 泄压量计算泄压量计算 下述结构的泄放设备的泄放面积的方法用于液体或气-蒸汽系统的爆破片用于液体或气-蒸汽系统的传统的减压阀失控反应器减压泄放期间的两

51、相流 粉尘和蒸汽爆炸的减压泄放火灾环境下过程容器的减压泄放过程流体热膨胀的减压泄放第第10章章 危险辨识危险辨识 处处都有危险，但在事故发生前，并不总能辨识出危险。但在事故发生前辨识出危险，最大限度地降低风险是必要的。 1.化工厂的每个生产过程，必须提出以下问题：（1）（风）危险是什么？（危险源辨识） （2）可能发生什么故障以及怎样发生故障？ （3）发生的概率概率是多少？ （4）导致的后果后果是什么？风险评价系统描述危险辨识情形确定事故后果事故概率风险确定Y修改：过程工艺或工厂设计工艺过程运行条件应急反应其他建设和/或运行系统 N图10-1 危险辨识和风险评价程序风险和/或危险接受本章的危险辨

52、识方法如下：（1）过程危险检查表：将所要检查的一些过程项目和可能问题进行列表。（2）危险调查：对可能的危险、过程进行调查活动。可能像危险物质的贮存一样简单；也可能像Dow指数一样详细。 （3）危险和可操作性（Hazard and Operability Studies ）(HAZOP)研究。 (4) 安全检查：是一种有效的但非正式的HAZOP研究类型。结果高度依赖于检查小组的经验和协同作用。 10.1过程危险检查表（Safety Check List， SCL）2. 检查表分9大块： 总体布置 建筑物 过程 管道系统 设备 通风 仪器和电气 安全保护装置 原材料3.安全检查表的种类和内容 1)

53、 种类：根据检查的对象和目的可分成:设计审查用安全检查表厂级安全检查表车间安全检查表工段级岗位安全检查表专业性安全检查表10.2 危险调查 Dow火灾爆炸指数（F&EI, fire & explosion index）和Dow化学暴露指数（CEI，Chemical Exposure index）是危险调查中经常使用的两种形式。 这些方法是使用等级形式的系统化方法，最后的等级数给出了危险的相对等级。F&EI也包含发生事故后，估算经济损失的方法。 该方法的主要思想是提供一种完全系统的方法（通常独立判断因数），来确定化工厂中相对危险的大小。计算的主要表格如图10-3和图10-

54、4所示。 总体包括：火灾爆炸指数表、安全措施补火灾爆炸指数表、安全措施补偿系数、工艺单元危险分析汇总偿系数、工艺单元危险分析汇总等；进而可求出经济损失的大小，以经济损失评价生产装置的安全性。 评价中定量的依据是从以往事故的统计资料、物质的潜在能量和现行安全措施的状况等。第11章 风险评价 基本概念，平均失效率、失效概率、可靠度、部件两次失效之间的时间间隔平均时间(MTBF) 并联和串联的平均失效率、失效概率、可靠度、部件两次失效之间的时间间隔平均时间 两种概率方法：事件树和事故树 保护层次分析法（LOPA，Lay Of Protection Analysis） 定量危险分析（QRA，Quantitative Risk Analysis） 事故情形发生概率的确定 失效概率可靠性可靠性失效率 部件的串联：任何一个部件的失效均导致整个系统失效 部件的并联：两个部件同时失效系统才失效。但失效概率难以直接结合121 (1)(1)PPP 211(1)iiP 12RR R21iiR21ii12PPP21iiP121 (1)(1)RRR 211(1)iiR 图11-3 各类型部件连接的计算tR / )ln(图11-3是对并联和串联过程部件的计算总结11.2 事件