化工工藝與安全工程課件

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(xué)工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)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(yù)處理過程（物理化學(xué)處理）,化學(xué)反應(yīng)過程（包括物理、化學(xué)過程）,反應(yīng)產(chǎn)物分離、提純（物理處理）,,,,,未反應(yīng)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(fù)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(yīng)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(xué)效應(yīng)。爆炸是物質(zhì)發(fā)生急劇的物理、化學(xué)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(xué)能、機械能等其它形式的能，能對人體造成傷害。 火災(zāi)和爆炸也是電氣災(zāi)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(zāi)、電擊、毀壞設(shè)備和設(shè)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(shè)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(dāng)液體帶電時，電場存在于其內(nèi)部及周圍空間，當(dāng)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(xué)變化，這種變化能改變液體的性能或引起有關(guān)設(shè)備的腐蝕?？諝庵械姆烹娛俏ｋU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(dāng)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(yīng)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(dǎo)體。當(dāng)人體穿著絕緣鞋或站在絕緣地板上時，人體能夠通過感應(yīng)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(xué)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(yīng)、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(xué)腐蝕和熱學(xué)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(shè)備大得多，而且易引發(fā)中毒、火災(zāi)、爆炸等次生災(zāi)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(yīng)力腐蝕破裂,蠕變破裂,,是指壓力容器殼體承受過高的應(yīng)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(dǎo)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。化工容器常發(fā)生低應(yīng)力脆斷，主要原因是熱學(xué)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(yīng)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(yīng)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(yīng)力低于設(shè)計應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)力腐蝕敏感，所以應(yīng)力腐蝕是壓力容器最重要的一種腐蝕形式。,應(yīng)力腐蝕破裂,,在高溫下運行的壓力容器，當(dāng)操作溫度超過一定限度，材料在應(yīng)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(dǎo)

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(shè)備、儀表、電氣設(shè)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(yīng)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(shè)備污泥沉積處及設(shè)備外部塵埃、腐蝕產(chǎn)物的附著處，易產(chǎn)生此類腐蝕。當(dāng)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(xué)和電化學(xué)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(xué)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(yīng)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(shè)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(yīng)釜填料蓋泄漏，受熱爆炸，發(fā)生連鎖反應(yīng)，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(shè)施，以及其他存在危險能量等于或超過臨界量的場所和設(shè)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(shè)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(shè)計防火規(guī)范》（GB50016-2006）中規(guī)定的火災(zāi)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(shè)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(shè)計壓力≥4MPa，設(shè)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(xué)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