化工工藝和安全工程

1、化工工藝與安全工程,主 講：朱 鵬,第一章 概 論,1. 化工行業(yè)的發(fā)展概況 化學工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎工業(yè)，是我國的主要支柱產(chǎn)業(yè)之一,化工生產(chǎn)與安全,2. 化工生產(chǎn)的特點 化工生產(chǎn)過程,原料預處理過程（物理化學處理）,化學反應過程（包括物理、化學過程）,反應產(chǎn)物分離、提純（物理處理）,,,,,未反應原料循環(huán),產(chǎn)物,副產(chǎn)物,原料,化工生產(chǎn)的特點,化工物料絕大多數(shù)具有潛在的危險性,生產(chǎn)工藝過程復雜、工藝條件苛刻,生產(chǎn)規(guī)模

2、大型化、生產(chǎn)過程連續(xù)性強,生產(chǎn)過程自動化程度高,事故應急救援難度大,3.化工生產(chǎn)中常見的安全事故類別及特點,常見安全事故,燃燒與爆炸,燃燒是可燃物與助燃物發(fā)生的一種發(fā)光放熱的化學效應。爆炸是物質(zhì)發(fā)生急劇的物理、化學變化，在瞬間釋放出大量的能量并伴隨有巨大聲響的過程。,化工生產(chǎn)中常見的安全事故類別及特點,常見安全事故,電氣事故,觸電事故依照其作用方式的不同可分為電擊和電傷兩種類型。電擊是全身傷害，但一般不在身體表面留下大面積明顯傷痕。電傷

3、是電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?、化學能、機械能等其它形式的能，能對人體造成傷害。 火災和爆炸也是電氣災害的主要形式。,化工生產(chǎn)中常見的安全事故類別及特點,常見安全事故,靜電和雷電事故,靜電,,固體靜電,液體靜電,粉塵靜電,氣體靜電,人體靜電,雷電的危害：爆炸和火災、電擊、毀壞設備和設施、造成停電事故等,,絕緣材料現(xiàn)在越來越多地用于化工生產(chǎn)設備和構(gòu)件，這類材料(例如，流經(jīng)塑料管道的粉體流或液體流等）很容易通過接觸起電而帶電。絕緣材料

4、的帶電給生產(chǎn)帶來的危害有兩方面：一是由于電場力作用使生產(chǎn)不能順利進行；二是對化工生產(chǎn)環(huán)境中存在可燃氣體的場合，靜電放電可成為引燃引爆的點火源。后者是十分危險的。,固體靜電,,當液體帶電時，電場存在于其內(nèi)部及周圍空間，當場強足夠高時，就會發(fā)生放電。一般來說，發(fā)生在液體內(nèi)部的放電沒有引燃危險，但可以引起化學變化，這種變化能改變液體的性能或引起有關(guān)設備的腐蝕。空氣中的放電是危險的，油罐內(nèi)部液面與接地罐壁或其他金屬構(gòu)件之間的場

5、強超過擊穿強度時，即發(fā)生放電。,液體靜電,,當塵云中所產(chǎn)生的場強足夠高時，就會發(fā)生塵云內(nèi)部放電或塵云對大地的放電，它可引燃非常敏感的混合物，如懸浮的細微粉塵或可燃混合氣體。而對于結(jié)塊粉體放電，隨著粉體結(jié)塊的形成，其電荷密度及周圍電場強度將會增高，發(fā)生靜電放電的概率也會相應增大。,粉塵靜電,,純凈氣體或氣體混合物的運動，產(chǎn)生靜電的數(shù)量是極小的。然而懸浮在氣體中的液體或固體顆粒能夠產(chǎn)生和攜帶較多的靜電電荷，帶電是由粒子的接觸

6、而產(chǎn)生的。,氣體靜電,,人體的體電阻率很低，可視為導體。當人體穿著絕緣鞋或站在絕緣地板上時，人體能夠通過感應而帶電，也能與其他帶電體接觸而帶電，其危害主要有人體火花放電和衣物放電。,人體靜電,,化工生產(chǎn)中常見的安全事故類別及特點,常見安全事故,職業(yè)中毒與塵肺,職業(yè)中毒：是指在生產(chǎn)勞動過程中由于接觸化學毒物引起的中毒。在職業(yè)中毒中，毒性物質(zhì)主要是通過呼吸道和皮膚侵入人體的。,塵肺：是由于長期從事粉塵作業(yè)，塵肺患者兩肺產(chǎn)生進行性、彌

7、漫性的纖維組織增生，逐漸發(fā)展影響呼吸機能及其它器官的功能。它是最常見、危害最嚴重的一類職業(yè)病。,化工生產(chǎn)中常見的安全事故類別及特點,常見安全事故,壓力容器爆炸,對于壓力容器，反應、分離、傳熱、儲運等化工過程，都在其中進行，并伴隨有一定的化學腐蝕和熱學環(huán)境，所處理的工藝介質(zhì)多數(shù)易燃、易爆、有毒，一旦發(fā)生事故，所造成的損害要比常溫常壓機械設備大得多，而且易引發(fā)中毒、火災、爆炸等次生災害。對壓力容器而言，其常見的失效形式是破裂失效。,化工生產(chǎn)

8、中常見的安全事故類別及特點,常見安全事故,壓力容器爆炸,破裂失效,,韌性破裂,脆性破裂,疲勞破裂,應力腐蝕破裂,蠕變破裂,,是指壓力容器殼體承受過高的應力，以致超過或遠遠超過其屈服極限和強度極限，使殼體產(chǎn)生較大的塑性變形，最終導致破裂。,韌性破裂,,它是壓力容器未發(fā)生明顯塑性變形就破壞的破裂形式?；と萜鞒０l(fā)生低應力脆斷，主要原因是熱學環(huán)境、載荷作用和容器本身結(jié)構(gòu)缺陷所致。所處理的介質(zhì)易造成容器應力腐蝕、晶間腐蝕、氫損傷

9、、高溫腐蝕、熱疲勞、腐蝕疲勞、機械疲勞等，使焊縫和母材原發(fā)缺陷易于擴展開裂，或在應力集中區(qū)易產(chǎn)生新的裂紋并擴展開裂，使容器承受的應力低于設計應力而破壞。,脆性破裂,,壓力容器長期在交變載荷作用下運行，其承壓部件發(fā)生破裂或泄漏，容器外觀沒有明顯的塑性變形，而且是突發(fā)性的破裂，它往往發(fā)生在應力較高或存在材料缺陷處，如果容器材料強度較低而韌性較好，不一定發(fā)生破裂，而是疲勞裂紋穿透器壁發(fā)生泄漏。如果容器材料強度偏高而韌性較差，

10、則會發(fā)生爆破事故。,疲勞破裂,,所謂應力腐蝕破裂是指容器材料在特定的介質(zhì)環(huán)境中，在拉應力作用下，經(jīng)一定時間后發(fā)生開裂或破裂的現(xiàn)象。由于壓力容器廣泛使用在石油、化工等工業(yè)部門，因此腐蝕破裂是壓力容器破裂的最常見的形式。由于許多壓力容器材料對應力腐蝕敏感，所以應力腐蝕是壓力容器最重要的一種腐蝕形式。,應力腐蝕破裂,,在高溫下運行的壓力容器，當操作溫度超過一定限度，材料在應力作用下發(fā)生緩慢的塑性變形，塑性變形經(jīng)長期累積，最終會導

11、致材料破裂。蠕變破裂有明顯的塑性變形和蠕變小裂紋，斷口無金屬光澤呈粗糙顆粒狀，表面有高溫氧化層或腐蝕物。,蠕變破裂,化工生產(chǎn)中常見的安全事故類別及特點,常見安全事故,化工廠腐蝕造成的事故,在化工生產(chǎn)中，所用原料及中間產(chǎn)品、成品等大部分具有腐蝕性，對建（構(gòu)）筑物、機械、設備、儀表、電氣設施，均會造成腐蝕破壞，嚴重影響生產(chǎn)安全。按照腐蝕機理可分為縫隙腐蝕、孔蝕、晶間腐蝕、應力腐蝕破裂、氫損傷、腐蝕疲勞、選擇性腐蝕七類。,即在電解液中，

12、金屬與金屬、金屬與非金屬之間構(gòu)成窄縫空腔內(nèi)發(fā)生的一種腐蝕。化工生產(chǎn)中，管道連接處，襯板、墊片處，設備污泥沉積處及設備外部塵埃、腐蝕產(chǎn)物的附著處，易產(chǎn)生此類腐蝕。當金屬涂層破損時，金屬與涂層之間也會發(fā)生縫隙腐蝕。,縫隙腐蝕,即集中于金屬表面?zhèn)€別小點上深度較大的腐蝕。其腐蝕機理是金屬表面由于露頭、錯位、介質(zhì)不均勻等缺陷，使其表面膜的完整性遭到破壞，成為點蝕源。該點蝕源在某段時間內(nèi)是活性狀態(tài)，電極電位為負，與表面其他部位構(gòu)成局

13、部腐蝕微電池。在大陰極小陽極的條件下，點蝕源的金屬迅速被溶解形成孔洞。,孔 蝕,即一種沿金屬晶粒間的分界面向內(nèi)部擴展的腐蝕，它可以在外觀無變化的情況下，完全喪失金屬的強度。其機理是由于金屬材料在腐蝕環(huán)境中，晶粒表面和內(nèi)部的物理化學和電化學性能有差異時，會在它們之間構(gòu)成腐蝕電池，使腐蝕沿晶粒邊界向前發(fā)展，致使材料的晶粒間失去結(jié)合力。,晶間腐蝕,包括氫腐蝕和氫脆。氫腐蝕是在高溫高壓下，氫引起鋼組織的化學變化，使其機械性能受損

14、，被腐蝕的鋼強度、塑性下降，宏觀是脆斷。氫脆是由于氫擴散到金屬內(nèi)部，使材料發(fā)生脆化的現(xiàn)象。,氫 損 傷,材料在腐蝕環(huán)境中，受交變應力作用產(chǎn)生的破壞。,腐蝕疲勞,選擇性腐蝕,合金腐蝕時，其某種組分有選擇性的溶解。常見的有黃銅脫鋅和鑄鐵石墨化等。,化工生產(chǎn)中常見的安全事故類別及特點,化工事故統(tǒng)計特點,爆炸事故屢見不鮮,泄漏事故普遍發(fā)生,相同事故接連不斷,惡性事故沒能遏制,設備缺陷比例很大,正常生產(chǎn)時事故隱患多,4.安全在化工生產(chǎn)中的重

15、要地位,1975年，美國聯(lián)合碳化物公司比利時公司安特衛(wèi)普廠，年產(chǎn)15萬噸高壓聚乙烯裝置，因一個反應釜填料蓋泄漏，受熱爆炸，發(fā)生連鎖反應，整個工廠被毀。,案 例1,1984年12月3日，印度博泊爾市農(nóng)藥廠的毒氣泄漏發(fā)生事故，由于儲罐上安全裝置有缺陷，管理上也存在問題，致使45噸甲基異氫酸酯幾乎全部泄漏，造成20萬人受到不同程度的中毒，死亡數(shù)千人，生態(tài)環(huán)境也遭到嚴重破壞。,案 例2,1. 重大危險源的概念是指長期地或者臨時地生產(chǎn)、搬運、使

16、用或儲存危險物品，且危險物品的數(shù)量等于或超過臨界量的場所和設施，以及其他存在危險能量等于或超過臨界量的場所和設施。,化工企業(yè)重大危險源類別,2.化工企業(yè)重大危險源類別,儲罐區(qū)（儲罐）,庫區(qū)（庫）,生產(chǎn)場所,壓力管道,鍋爐,壓力容器,儲罐區(qū)（儲罐）,判斷依據(jù)（1）儲罐區(qū)（儲罐）內(nèi)有一種危險物品的儲存量達到或超過其對應的臨界量；（2）儲罐區(qū)內(nèi)儲存多種危險物品且每一種物品的儲存量均未達到或超過其對應臨界量，但滿足下面的公式：,,q1

17、,Q1,+,,q2,Q2,+,…,+,,qn,Qn,≥ 1,式中：q1，q2，…，qn為每一種危險物品的實際儲存量（t）；Q1，Q2，…，Qn為對應危險物品的臨界量（t）。,,判斷依據(jù)（1）庫區(qū)（庫）內(nèi)有一種危險物品的儲存量達到或超過其對應的臨界量；（2）庫區(qū)（庫）內(nèi)儲存多種危險物品且每一種物品的儲存量均未達到或超過其對應臨界量，但滿足下面的公式：,,q1,Q1,+,,q2,Q2,+,…,+,,qn,Qn,≥ 1,式中：q1，

18、q2，…，qn為每一種危險物品的實際儲存量（t）；Q1，Q2，…，Qn為對應危險物品的臨界量（t）。,庫區(qū)（庫）,,判斷依據(jù)（1）單元內(nèi)現(xiàn)有的任一種危險物品的量達到或超過其對應的臨界量；（2）單元內(nèi)有多種危險物品且每一種物品的儲存量均未達到或超過其對應臨界量，但滿足下面的公式：,,q1,Q1,+,,q2,Q2,+,…,+,,qn,Qn,≥ 1,式中：q1，q2，…，qn為每一種危險物品的實際儲存量（t）；Q1，Q2，…，Qn為

19、對應危險物品的臨界量（t）。,生產(chǎn)場所,,判斷依據(jù)（1）長輸管道 a. 輸送有毒、可燃、易爆氣體，且設計壓力>1.6MPa的管道； b. 輸送有毒、可燃、易爆液體介質(zhì)，輸送距離≥200km且管道公稱直徑≥300mm的管道。（2）公用管道 中壓和高壓燃氣管道，且公稱直徑≥200mm。,壓力管道,判斷依據(jù)（3）工業(yè)管道 a. 輸送《職業(yè)性接觸毒物危害程度分級依據(jù)》（GB5044-1985）中毒性程度為極度

20、、高度危害氣體、液化氣體介質(zhì)，且公稱直徑≥100mm的管道； b. 輸送《職業(yè)性接觸毒物危害程度分級依據(jù)》（GB5044-1985）中極度、高度危害液體介質(zhì)、《建筑設計防火規(guī)范》（GB50016-2006）中規(guī)定的火災危險性為甲、乙類可燃氣體，或甲類可燃液體介質(zhì)，且公稱直徑≥100mm，設計壓力≥4MPa的管道； c. 輸送其他可燃、有毒流體介質(zhì)，且公稱直徑≥100mm，設計壓力≥4MPa，設計溫度≥400℃的管道。,壓力管

21、道,,判斷依據(jù)（1）蒸汽鍋爐 額定蒸汽壓力>2.5MPa，且額定蒸發(fā)量≥10t/h。（2）熱水鍋爐 額定出水溫度≥120℃，且額定功率≥14MW。,鍋 爐,,判斷依據(jù)（1）介質(zhì)毒性程度為極度、高度或中度危害的三類壓力容器；（2）易燃介質(zhì)，最高工作壓力≥0.1MPa，且PV≥100MPa·m3。,壓力容器,化學工業(yè)事故原因統(tǒng)計,工廠選址,工廠布局,結(jié) 構(gòu),對加工物質(zhì)的危險性認識不足,化工工