危险化学品安全生产技术教学课件.ppt

1 第九章危险化学品安全生产技术 2 3 上海应用技术学院 SIT 刘英学安全与环境工程系系主任安全培训研究中心主任城市防灾与安全技术研究所所长地址 上海市漕宝路120号邮编 200235网站 WWW SIT EDU CN电话 021 64941208 64941445传真 021 64941443手机 mail liuyxd 教授 博士注册安全工程师 4 第一节危险化学品安全基础知识 5 第一节危险化学品安全 一 危险化学品分类 主要危害 防护及处理方法 一 了解危险化学品的特点 二 了解我国关于危险化学品的类别划分及危险化学品范围 三 了解常用危险化学品的化学活性及其危险 危险化学品的燃烧及爆炸特性 危险化学品的毒性特性 四 熟悉危险化学品的禁配与储运安全 危险化学品储存及分类储存的安全技术要求 包装安全要求 五 掌握泄漏控制 泄漏处置和火灾控制措施 几种特种化学品灭火注意事项 与销毁处理技术 六 熟悉危险化学品对人体的侵入途径 职业危害及劳动防护用品的选用 6 一 危险化学品概念及类别划分P313 1 危险化学品的概念危险化学品是指物质本身具有某种危险性 当受到摩擦 撞击 震动 接触热源或点火源 日光 曝晒 遇水 受潮 遇性能相抵触物品等外界条件的作用 会导致燃烧 爆炸 中毒 灼伤及污染环境事故发生的化学品 7 2 化学品危险性类别的划分 常用危险化学品分类及标志 GB13690 1992 将危险化学品分为8类 分别是 第1类 爆炸品 第2类 压缩气体和液化气体 第3类 易燃液体 第4类 易燃固体 自燃物品和遇湿易燃物品 第5类 氧化剂和有机过氧化物 第6类 毒害品和感染性物品 第7类 放射性物品 第8类 腐蚀品 8 二 危险化学品安全技术 一 熟悉有毒化学品发生燃烧 爆炸 污染事故时对人员和环境的危害 二 掌握预防危险化学品火灾 爆炸 中毒 污染事故应采取的主要措施 以及危险化学品运输过程中的安全技术等 9 二 危险化学品的主要危害 1 化学品活性与危险性2 危险化学品的燃烧性3 危险化学品的爆炸性4 危险化学品的毒性5 腐蚀性6 放射性 10 四 危险化学品的燃烧爆炸事故类型的划分和发展历程 314 1 燃烧爆炸分类危险化学品的燃烧按其要素构成的条件和瞬间发生的特点 可分为闪燃 着火和自燃三种类型 危险化学品的爆炸可按爆炸反应物质分为简单分解爆炸 复杂分解爆炸和爆炸性混合物爆炸 11 1 闪燃 在一定温度下 可燃性液体 包括少量可直接气化的固体 如萘 樟脑等 蒸气与空气混合后 达到一定浓度时 遇点火源产生的一闪即灭的燃烧现象 叫做闪燃 闪燃现象的产生 是因为可燃性液体在闪燃温度下 蒸发速度不快 蒸发出来的气体仅能维持一刹那的燃烧 而来不及补充新的蒸气以维持稳定的燃烧 故燃一下就灭 可燃性液体产生闪燃现象的最低温度就称为闪点 12 2 着火 可燃物质在与空气共存的条件下 遇到比其自燃点高的点火源便开始燃烧 并在点火源移开后仍能继续燃烧 这种持续燃烧的现象叫做着火 这是日常生活 生产中常见的燃烧现象 如用火柴点煤气 就会着火 可燃物质开始着火所需要的最低温度 叫做燃点 3 自燃 可燃物在没有外部火花 火焰等点火源的作用下 因受热或自身发热并蓄热而发生的自然燃烧现象 叫做自燃 自燃现象按热的来源不同 又分为受热自燃和自热自燃 13 可燃物虽未与明火接触 但在外界热源的作用下 使温度达到自燃点而发生的自燃现象 叫做受热自燃 如在生产中 可燃物质如果接触高温设备 管道 受到加热就可能导致自燃 某些可燃物在没有外界热源的作用下 由于物质本身发生物理 化学或生物化学变化而产生热量 这些热量在一定的条件下会积蓄 使物质的温度达到并超过自燃点所发生的自燃现象 叫做自热自燃 如白磷遇空气所发生的自燃就属于此类 使可燃物发生自燃的最低温度叫做自燃点 14 3 粉尘爆炸 粉尘爆炸是悬浮在空气中的可燃性固体微粒接触到火焰 明火 或电火花等点火源时发生的爆炸现象 金属粉尘 煤粉 塑料粉尘 有机物粉尘 纤维粉尘及农副产品谷物面粉等都可能造成粉尘爆炸事故 1 粉尘空气混合物产生爆炸的过程 热能加在粒子表面 使温度逐渐上升 粒子表面的分子发生热分解或干馏作用 在粒子周围产生气体 产生的可燃气体与空气混合形成爆炸性混合气体 同时发生燃烧 由燃烧产生的热进一步促进粉尘分解 燃烧连续传播 在适合条件下发生爆炸 上述过程是在瞬间完成的 15 2 粉尘爆炸的特点 粉尘爆炸的燃烧速度 爆炸压力均比混合气体爆炸小 粉尘爆炸多数为不完全燃烧 所以产生的一氧化碳等有毒物质也相当多 可产生爆炸的粉尘颗粒非常小 可作为气溶胶状态分散悬浮在空气中 不产生下沉 堆积的可燃性粉尘通常不会爆炸 但由于局部的爆炸 爆炸波的传播使堆积的粉尘受到扰动而飞扬 形成粉尘雾 从而产生二次 三次爆炸 16 4 蒸气云爆炸可燃气体遇点火源被点燃后 若发生层流或近似层流燃烧 这种速度太低 不足以产生显著的爆炸超压 在这种条件下蒸气云仅仅是燃烧 在燃烧传播过程中 由于遇到障碍物或受到局部约束 引起局部紊流 火焰与火焰相互作用产生更高的体积燃烧速率 使膨胀流加剧 而这又使紊流更强烈 从而又能导致更高的体积燃烧速率 结果火焰传播速度不断提高 可达层流燃烧的十几倍乃至几十倍 发生爆炸 17 一般要发生带破坏性超压的蒸气云爆炸应具备以下几个条件 1 泄漏物必须可燃且具备适当的温度和压力条件 2 必须在点燃之前即扩散阶段形成一个足够大的云团 如果在一个工艺区域内发生泄漏 经过一段延迟时间形成云团后再点燃 则往往会产生剧烈的爆炸 3 产生的足够数量的云团处于该物质的爆炸极限范围内才能产生显著的爆炸超压 18 五 化学品燃烧爆炸事故对人员和环境的危害火灾与爆炸都会造成生产设施的重大破坏和人员伤亡 但两者的发展过程显著不同 火灾是在起火后火场逐渐蔓延扩大 随着时间的延续 损失程度迅速增长 损失大约与时间的平方成比例 如火灾时间延长一倍 损失可能增加4倍 爆炸则是猝不及防 往往仅在瞬间爆炸过程已经结束 并造成设备损坏 厂房倒塌 人员伤亡等损失 危险化学品的燃烧爆炸事故通常伴随发热 发光 压力上升真空和电离等现象 具有很强的破坏作用 它与危险化学品的数量和性质 燃烧爆炸时的条件以及位置等因素有关 19 主要破坏形式有以下几种 一 高温的破坏作用 二 爆炸直接的破坏作用机械设备 装置 容器等爆炸后产生许多碎片 飞出后会在相当大的范围内造成危害 一般碎片在100 500m内飞散 三 爆炸冲击波的破坏作用 四 造成中毒和环境污染 20 六 危险化学品事故的控制和防护措施 一 危险化学品中毒 污染事故预防控制措施目前采取的主要措施是替代 变更工艺 隔离 通风 个体防护和保持卫生 1 替代2 变更工艺 3 隔离4 通风 5 个体防护318 6 保持卫生 21 二 危险化学品火灾 爆炸事故的预防从理论上讲 防止火灾 爆炸事故发生的基本原则主要有以下三点 1 防止燃烧 爆炸系统的形成 1 替代 2 密闭 3 惰性气体保护 4 通风置换 5 安全监测及连锁 22 2 消除点火源能引发事故的点火源有明火 高温表面 冲击 摩擦 自燃 发热 电气火花 静电火花 化学反应热 光线照射等 具体的做法有 1 控制明火和高温表面 2 防止摩擦和撞击产生火花 3 火灾爆炸危险场所采用防爆电气设备避免电气火花 3 限制火灾 爆炸蔓延扩散的措施限制火灾 爆炸蔓延扩散的措施包括阻火装置 防爆泄压装置及防火防爆分隔等 23 七 危险化学品的储存与运输安全319 一 危险化学品运输安全技术与要求化学品在运输中发生事故的情况比较常见 全面了解并掌握有关化学品的安全运输规定 对降低运输事故具有重要意义 1 国家对危险化学品的运输实行资质认定制度 未经资质认定 不得运输危险化学品 2 托运危险物品必须出示有关证明 在指定的铁路 公路交通 航运等部门办理手续 托运物品必须与托运单上所列的品名相符 托运未列入国家品名表内的危险物品时 应附交上级主管部门审查同意的技术鉴定书 3 危险物品的装卸人员 应按装运危险物品的性质 佩戴相应的防护用品 装卸时必须轻装轻卸 严禁摔拖 重压和摩擦 不得损毁包装容器 并注意标志 堆放稳妥 4 危险物品装卸前 应对车 船 搬运工具进行必要的通风和清扫 不得留有残渣 对装有剧毒物品的车 船 卸车 船 后必须洗刷干净 24 5 装运爆炸 剧毒 放射性 易燃液体 可燃气体等物品 必须使用符合安全要求的运输工具 禁忌物料不得混运 禁止用电瓶车 翻斗车 铲车 自行车等运输爆炸物品 装卸机械应按规定负荷降低25 的装卸量 遇水燃烧物品及有毒物品 禁止用小型机帆船 小木船和水泥船承运 6 运输爆炸 剧毒和放射性物品 应指派专人押运 押运人员不得少于2人 7 运输危险物品的车辆 必须保持安全车速 保持车距 严禁超车 超速和强行会车 运输危险物品的行车路线 必须事先经当地公安交通部门批准 按指定的路线和时间运输 不可在繁华街道行驶和停留 8 运输易燃 易爆物品的机动车 其排气管应装阻火器 并悬挂 危险品 标志 9 运输散装固体危险物品 应根据性质 采取防火 防爆 防水 防粉尘飞扬和遮阳等措施 10 禁止利用内河以及其他封闭水域运输剧毒化学品 25 11 运输危险化学品需要添加抑制剂或者稳定剂的 托运人交付托运时应当添加抑制剂或者稳定剂 并告知承运人 12 危险化学品运输企业 应当对其驾驶员 船员 装卸管理人员 押运人员进行有关安全知识培训 驾驶员 装卸管理人员 押运人员必须掌握危险化学品运输的安全知识 并经所在地设区的市级人民政府交通部门考核合格 船员经海事管理机构考核合格 取得上岗资格证 方可上岗作业 26 二 危险化学品储存的基本要求根据GB15603 1995 常用化学危险品贮存通则 的规定 储存危险化学品基本安全要求是 1 储存危险化学品必须遵照国家法律 法规和其他有关的规定 2 危险化学品必须储存在经公安部门批准设置的专门的危险化学品仓库中 经销部门自管仓库储存危险化学品及储存数量必须经公安部门批准 未经批准不得随意设置危险化学品储存仓库 3 危险化学品露天堆放 应符合防火 防爆的安全要求 爆炸物品 一级易燃物品 遇湿燃烧物品 剧毒物品不得露天堆放 4 储存危险化学品的仓库必须配备有专业知识的技术人员 其库房及场所应设专人管理 管理人员必须配备可靠的个人安全防护用品 5 储存的危险化学品应有明显的标志 标志应符合GB190的规定 同一区域储存两种或两种以上不同级别的危险化学品时 应按最高等级危险化学品的性能标志 27 三 危险化学品分类储存的安全技术GB15603 1995规定了危险化学品储存场所的要求 储量的限制以及不同类别危险化学品的储存要求 四 危险化学品包装安全要求 危险货物的运输包装通用技术条件 GB12463 1990 把危险货物包装分为3类 1 类包装 2 类包装 3 类包装 28 五 接触和混合储运的危险性某些化学品接触或混合时其危险性增加 有些化学品接触或混合易燃烧 还有些接触或混合易发生爆炸 因此 必须掌握危险化学品之间的抵触和不相容性 以便保证其储运安全 八 危险化学品经营的安全要求321 危险化学品安全管理条例 第二十九条明确了办理经营许可证的程序 一是申请 分别向省 自治区 直辖市二是审查 三是发证 四是登记注册 29 一 危险化学品经营企业的条件和要求 危险化学品安全管理条例 第二十八条规定 危险化学品经营企业 必须具备下列条件 1 经营场所和储存设施符合国家标准 2 主管人员和业务人员经过专业培训 并取得上岗资格 3 有健全的安全管理制度 4 符合法律 法规规定和国家标准要求的其他条件 30 1 经营场所和储存设施符合国家标准 危险化学品经营企业开业条件和技术要求 GB18265 2000 规定 1 危险化学品经营企业的经营场所应坐落在交通便利 便于疏散处 2 危险化学品经营企业的经营场所的建筑物应符合GBJ16 2001的要求 3 从事危险化学品批发业务的企业 应具备经县级以上 含县级 公安 消防部门批准的专门危险化学品仓库 自有或租用 4 零售业务的店面应与繁华商业区或居住人口稠密区保持500m以上距离 5 零售业务的店面经营面积 不含仓库 应不小于60m 其店面内不得设有生活设施 31 6 零售业务的店面内只许存放民用小包装的危险化学品 其存放总质量不得超过1t 7 零售业务的店面内危险化学品的摆放应布局合理 禁忌物料不能混放 综合性商场 含建材市场 所经营的危险化学品应有专柜存放 8 零售业务的店面与存放危险化学品的库房 或罩棚 应有实墙相隔 单一品存放量不能超过500kg 总质量不能超过2t 9 零售店面备货库房应根据危险化学品的性质与禁忌分别采用隔离储存或隔开储存或分离储存等不同方式进行储存 2 主管人员和业务人员经过专业培训 并取得上岗资格3 有健全的安全管理制度 32 4 符合法律 法规规定和国家标准要求的其他条件 危险化学品经营企业开业条件和技术要求 GB18265 2000 规定了零售业务的范围 1 零售业务的店面内显著位置应设有 禁止明火 等警示标志 2 零售业务的店面内应放置有效的消防 急救安全设施 3 零售业务的店面备货库房应报公安 消防部门批准 4 运输危险化学品的车辆应专车专用 按照 危险化学品安全管理条例 只能委托有危险化学品运输资质的运输企业承运并有明显标志 33 二 剧毒品的经营经营剧毒化学品的企业要申领经营许可证 经营剧毒品要设专人 1 剧毒化学品的销售规定2 购买剧毒化学品 应遵守的规定 34 九 泄漏控制与销毁处置技术324 一 泄露处理及火灾控制1 泄漏处理 1 泄漏源控制 停止泄漏 减少泄漏量或使其安全释放 2 泄漏物处理 现场泄漏物要及时地进行覆盖 收容 稀释 处理 2 火灾控制 1 灭火注意事项 扑救化学品火灾时 不要单独灭火 应协同作战 疏散口应始终保持畅通 保证人员的安全 2 灭火对策 扑救初期火灾 对周围设施采取保护措施 火灾扑救 3 几种特殊化学品火灾扑救注意事项2 废弃物销毁1 固体废弃物的处置 2 爆炸性物品的销毁3 有机过氧化物废弃物处理 35 十 危险化学品的侵入途径 危害 抢救及防护用品选用原则 一 毒性危险化学品1 毒性危险化学品侵入人体的途径 1 呼吸道 2 皮肤 3 消化道2 工业毒性危险化学品对人体的危害 1 刺激 2 过敏 3 窒息 4 麻醉和昏迷 5 中毒 6 致癌 7 致畸 8 致突变 9 尘肺 36 3 急性中毒的现场抢救 1 救护者现场准备 2 切断毒性危险化学品来源 3 迅速脱去被毒性危险化学品污染的衣服 鞋袜 手套等 并用大量清水或解毒液彻底清洗被毒性危险化学品污染的皮肤 4 若毒性危险化学品经口引起急性中毒 对于非腐蚀性毒性危险化学品 应迅速用1 5000的高锰酸钾溶液或1 2 的碳酸氢钠溶液洗胃 然后用硫酸镁溶液导泻 5 令中毒患者呼吸氧气 37 4 一些毒性物质污染的处理主要是用有一定压力的水进行喷射冲洗 或用热水冲洗 也可用蒸气熏蒸 或用药物进行中和 氧化或还原 以破坏或减弱其危害性 1 对氰化钠 氰化钾及其他氢化物的污染 可用硫代硫酸钠的水溶液浇在污染处 因为硫代硫酸钠与氢化物反应 可以生成毒性低的硫氰酸盐 然后用热水冲洗 再用冷水冲洗干净 也可用硫酸亚铁 高锰酸钾 次氯酸钠代替硫代硫酸钠 2 对硫 磷及其他有机磷剧毒农药 如苯硫磷 敌死通等首先用生石灰将泄漏的药液吸干 然后用碱水湿透污染处 用热水冲洗后再用冷水冲洗干净 38 二 腐蚀性危险化学品腐蚀性化学品的主要危险性除腐蚀性外 还具有其他危险性 1 毒害性 2 火灾危险性 氧化性 易燃性 遇湿分解易燃性 三 放射性危险化学品的危险特性1 放射性 2 易燃性 3 氧化性 四 劳动防护用品选用原则 39 第二节化工生产安全技术 一 典型设备安全技术与车间布置 一 了解泵 换热器 反应器 精馏 蒸发 存储等设备的安全特性 二 了解化工车间内的塔 换热器 容器 罐 槽 反应器 泵与压缩机等典型设备的安全布置 三 了解生产管路与管系安全技术 40 第二节化工安全技术330石油 化工生产是危险性较大的行业 所处理的物料 原料 中间产物及成品等 大多具有易燃 易爆 毒性和腐蚀性的特性 工艺过程复杂 工艺条件苛刻 作业方式多样化 生产装置规模大型化 连续化 自动化 这些特点决定了化工生产具有较高的危险性 石油 化工生产的潜在的主要危险是火灾 爆炸 致人中毒 化学灼伤等 石油 化工生产一旦发生事故 往往会带来严重的后果 造成众多人员伤亡 巨额的财产损失 还会严重污染环境 41 一 典型设备安全技术与车间布置 一 典型设备工艺安全分析设备运行设计的基本内容主要是在满足安全运行的条件下 对定型 或标准 设备的选择和非定型 非标准 设备的工艺计算等 定型设备的选择除了要符合基本要求外 还要注意根据设计项目规定的生产能力和生产周期确定设备的台数 运转设备要按其负荷和规定的工艺条件进行选型 静止设备则要计算其主要参数 如传热面积 蒸发面积等 再结合工艺条件进行选型 42 1 泵 330 泵是化学工业等流程工业运行中的主要流体机械 泵的安全运行涉及流体的平衡 压力的平衡和物系的正常流动 选用泵要依据流体的物理化学特性 一般溶液可选用任何类型泵输送 悬浮液可选用隔膜式往复泵或离心泵输送 黏度大的液体 胶体溶液 膏状物和糊状物时可选用齿轮泵 螺杆泵或高黏度泵 毒性或腐蚀性较强的可选用屏蔽泵 输送易燃易爆的有机液体可选用防爆型电机驱动的离心式油泵等 43 2 换热器 换热器的运行涉及工艺过程中的热量交换 热量传递和热量变化 过程中如果热量积累 造成超温就会发生事故 化工生产中换热器是应用最广泛的设备之一 选择换热器形式时 要根据热负荷 流量的大小 流体的流动特性和污浊程度 操作压力和温度 允许的压力损失等因素 结合各种换热器的特征与使用场所的客观条件来合理选择 目前 国内使用的管壳式换热器系列标准有 固定管板式换热器 立式热虹吸式再沸器 钢制固定式薄管板列管换热器 浮头式换热器 冷凝器 u形管式换热器 44 3 精蒸馏塔精馏过程涉及热源加热 液体沸腾 气液分离 冷却冷凝等过程 热平衡安全问题和相态变化安全问题是精馏过程安全的关键 精馏设备是应用最广泛的非定型设备 由于用途不同 操作原理不同 所以塔的结构形式 操作条件差异很大 精馏设备的安全运行主要决定于精馏过程的加热载体 热量平衡 气液平衡 压力平衡以及被分离物料的热稳定性以及填料选择的安全性 精馏设备的形式很多 按塔内部主要部件不同可以分为板式塔与填料塔两大类型 板式塔又有筛板塔 浮阀塔 泡罩塔 浮动喷射塔等多种形式 而填料塔也有多种填料方式 在精馏设备选型时应满足生产能力大 分离效率高 体积小 可靠性高 满足工艺要求 结构简单 塔板压力较小的要求 45 4 反应器反应器安全问题最为复杂 涉及反应器物系配置 投料速度 投料量 升温冷却系统 检测 显示 控制系统以及反应器结构 搅拌 安全装置 泄压系统等 反应器是化工生产中的关键设备 合理选择设计好的反应器能够有效利用原料 提高效率 减少分离装置的负荷 节省分离所需的能量 反应器应该满足反应动力学要求 热量传递的要求 质量传递过程与流体动力学过程的要求 工程控制的要求 机械工程的要求 安全运行要求 反应器的种类很多 按基本结构可分为 管式反应器 釜式反应器 固定床反应器和流化床反应器 46 5 搅拌器 331 搅拌器的安全可靠是许多放热反应 聚合过程等安全运行的必需条件 搅拌器的中断或突然失效可以造成物料反应停滞 分层 局部过热等 搅拌器的形式有桨式 涡轮式 推进式 框式 或锚式 螺杆式及螺带式等 选择时 首先根据搅拌器形式与釜内物料容积及黏度的关系进行大致的选择 搅拌器的材质可根据物料的腐蚀性 黏度及转数等确定 6 轴密封装置防止反应釜的跑 冒 滴 漏 特别是防止有毒害 易燃介质的泄漏 选择合理的密封装置非常重要 密封填料可能选择错误 与反应物反应导致反应器爆炸 机械密封由于安装缺陷 大量溶剂泄漏发生爆炸 密封装置主要有如下两种 1 填料密封 2 机械密封 47 7 蒸发设备蒸发设备的选型主要考虑被蒸发溶液的性质 如黏度 发泡性 腐蚀性 热敏性和是否容易结晶或析出结晶等因素 蒸发热敏性物料时 应选用膜式蒸发器 以防止物料分解 蒸发黏度大的溶液 为保证物料流速应选用强制循环回转薄膜式或降膜式蒸发器 蒸发易结垢或析出结晶的物料 可采用标准式或悬筐式蒸发器或管外沸腾式和强制循环型蒸发器 蒸发发泡性溶液时 应选用强制循环型和长管薄膜式蒸发器 蒸发腐蚀性物料时应考虑设备用 如蒸发废酸等物料应选用浸没燃烧蒸发器 处理量小的或采用间歇操作时 可选用夹套或锅炉蒸发器 以便制造 操作和节约投资 8 存储设备化工生产中需要存储的有原料 中间产品 成品 副产品以及废液和废气等 常见的存储设备有罐 桶 池等 有敞口的也有密封的 有常压的也有高压的 可根据存储物的性质 数量和工艺要求选用 48 二 车间设备布置的安全分析1 设备布置车间设备布置是确定各个设备在车间中的位置 确定场地与建筑物的尺寸 确定管理 生产仪表管线 采暖通风管线的走向和位置 最佳的设备布置应做到 经济合理 节约投资 操作维修方便 安全 设备排列紧凑 整齐美观 49 2 设备布置的安全技术要求设备布置应尽量做到工人背光操作 高大设备避免靠近窗户布置 以免影响门窗的开启 通风与采光 有爆炸危险的设备应露天或半露天布置 室内布置时要加强通风 防止爆炸性气体的聚集 危险等级相同的设备或厂房应集中在一个区域 这样可以减少防爆电器的数量和减少防火 防爆建筑的面积 将有爆炸危险的设备布置在单层厂房或多层厂房的顶层或厂房的边沿都有利于防爆泄压和消防 50 3 典型设备的布置 1 塔 塔的布置形式很多 常在室外集中布置 在满足工艺流程的前提下 可把高度相近的塔相邻布置 单塔或特别高大的塔可采用独立布置 利用塔身设操作平台 供工作人员进出人孔 操作 维修仪表及阀门之用 塔或塔群布置在设备区外侧 其操作侧面对道路 配管侧面对管廊 以便施工安装 维修与配管 51 2 换热器 换热器的热量平衡由于涉及到传热效果 换热面积 流动温差 流动强度等一系列问题 因此 换热器在运行过程中由于热量积累 局部过热 流体结焦或气化而引起的事故比较多 化工厂中使用最多的是列管换热器和再沸器 其布置原理也适用于其他形式的换热器 设备布置的主要任务是将换热器布置在适当的位置 确定支座 安装结构和管口方位等 必要时在不影响工艺要求的前提下调整原换热器的尺寸及安装方式 立式或卧式 换热器的布置原则是顺应流程和缩小管道长度 其位置取决于它密切联系的设备布置 塔的再沸器及冷凝器因与塔以大口径的管道连接 故应采取近塔布置 通常将它们布置在塔的两侧 52 3 容器 罐 槽 c容器按用途可以分为原料储罐 中间储罐和成品储罐 按安装形式可以分为立式和卧式 容器布置时一般要注意以下事项 立式储罐布置时 按罐外壁取齐 卧式储罐按封头切线取齐 在室外布置易挥发液体储罐时 应设置喷淋冷却设施 易燃 可燃液体储罐周围应按规定设置防火堤坝 储存腐蚀性物料罐区除设围堰外 其地坪应作防腐处理 53 4 反应器 反应器形式很多 可以根据结构形式按类似的设备布置 塔式反应器可按塔的方式布置 固定床催化反应器与容器相类似 火焰加热的反应器则近似于工业炉 搅拌釜式反应器实质上是设有搅拌器和传热夹套的立式容器 釜式反应器一般用挂耳支承在建 构 筑物上或操作台的梁上 对于体积大 质量大或振动大的设备 要用文脚直接支承在地面或楼板上 两台以上相同的反应器应尽可能排成一直线 54 5 泵与压缩机 泵应尽量靠近供料设备以保证良好的吸入条件 它们常集中布置在室外 建筑物底层或泵房 室外布置的泵一般在路旁或管廊下排成一行或两行 电机端对齐排在中心通道两侧 吸人与排出端对着工艺罐 泵的排列次序由相关的设备与管道的布置所决定 当面积受限制或泵较小时 可成对布置 使两泵共用一个基础 在一根支柱上装两个开关 离心压缩机的布置原理与离心泵相似 但较为庞大 复杂 特别是一些附属设备 润滑油与密封油槽 控制台 冷却器等 要占据很大的空间 55 三 化工生产管路与管系安全技术化工管路主要由管子 管件和阀件构成 也包括一些附属于管路的管架 管卡 管撑等辅件 化工生产中输送的流体是多种多样的 化工管路也各不相同 以适应不同输送任务的要求 管路及管件的标志是管系安全生产的基本条件 化工管路的标准化是指制定化工管路主要构件 包括管子 管件 阀件 门 法兰 垫片等的结构 尺寸 连接 压力等的标准并实施的过程 其中 压力标准与直径标准是制定其他标准的依据 也是选择管子 管件 阀件 门 法兰 垫片等附件的依据 已由国家标准详细规定 管子标准的参数包括压力标准 又分公称压力 试验压力和工作压力 直径 口径 标准 也称公称直径或通称直径 56 1 化工管路布置的原则 1 应合理安排管路 使管路与墙壁 柱子 场地 其他管路等之间应有适当的距离 并尽量采用标准件 以便于安装 操作 巡查与检修 管道尽量架空敷设 平行成列走直线 少拐弯 少交叉以减少管架的数量 并列管线上的阀门应尽量错开排列 从主管上引出支管时 气体管从上方引出 液体管从下方引出 2 输送有毒或有腐蚀性介质的管道 不得在人行道上空没置阀体 伸缩器 法兰等 若与其他管道并列时应在外侧或下方安装 输送易燃 易爆介质的管道不应敷设在生活间 楼梯和走廊等处 配置安全阀 防爆膜 阻火器 水封等防火防爆安全装置 并应采取可靠的接地措施 易燃易爆及有毒介质的放空管应引至室外指定地点或高出层面2m以上 3 管道敷设应有坡度 以免管内或设备内积液 坡度方向要根据介质流动方向和生产工艺特点确定 57 4 对于温度变化较大的管路要采取热补偿措施 有凝液的管路要安排凝液排出装置 有气体积聚的管路要设置气体排放装置 长距离输送蒸气的管道要在一定距离处安装疏水阀 以排除冷凝水 2 化工管路的连接管子与管子 管子与管件 管子与阀件 管子与设备之间连接的方式主要有4种 即螺纹连接 法兰连接 承插式连接及焊接 3 管路的热补偿化工管路的两端是固定的 当温度发生较大的变化时 管路就会因管材的热胀冷缩而承受压力或拉力 严重时将造成管子弯曲 断裂或接头松脱 因此必须采取措施消除这种应力 这就是管路的热补偿 热补偿的主要方法有两种 其一是依靠弯管的自然补偿 通常 当管路转角不大于150 时 均能起到一定的补偿作用 其二是利用补偿器进行补偿 主要有方形 波形及填料3种补偿器 58 4 化工管路的试压与吹扫化工管路在投入运行之前 必须保证其强度与严密性符合设计要求 因此 当管路安装完毕后 必须进行压力试验 称为试压 试压主要采用液压试验 少数特殊的也可以采用气压试验 5 化工管路的防静电措施当粉尘 液体和气体电解质在管路中流动 或从容器中抽出或注入容器时 都会产生静电 6 管道标志化工厂中的管路是很多的 为了方便操作者区别各种类型的管路 常常在管外 保护层外或保温层外 涂上不同的颜色 称为管路的涂色 59 二 典型化工单元操作过程安全技术 一 了解非均相分离 加热及传热 蒸馏及精馏 气体吸收 干燥 蒸发 结晶 萃取 制冷 筛分与过滤 物料输送等化工单元操作过程 二 熟悉这些化工单元操作过程存在的风险和控制技术 60 二 典型化工单元操作过程安全技术 一 非均相分离化工生产中的原料 半成品 排放的废物等大多为混合物 为了进行加工 得到纯度较高的产品以及环保的需要等 常常要对混合物进行分离 混合物可分为均相 混合 物系和非均相 混合 物系 非均相物系中 有一相处于分散状态 称为分散相 61 过滤过程安全措施 1 若加压过滤时能散发易燃 易爆 有害气体 则应采用密闭过滤机 并应用压缩空气或惰性气体保持压力 取滤渣时 应先释放压力 2 在存在火灾 爆炸危险的工艺中 不宜采用离心过滤机 宜采用转鼓式或带式等真空过滤机 如必须采用离心过滤机时 应严格控制电机安装质量 安装限速装置 注意不要选择临界速度操作 3 离心过滤机应注意选材和焊接质量 转鼓 外壳 盖子及底座等应用韧性金属制造 62 二 加热及传热 336 传热在化工生产过程中的应用主要有创造并维持化学反应需要的温度条件 创造并维持单元操作过程需要的温度条件 热能综合和回收 隔热与限热 热量传递有热传导 热对流和热辐射三种基本方式 实际上 传热过程往往不是以某种传热方式单独出现 而是以两种或三种传热方式的组合 化工生产中的换热通常在两流体之间进行 换热的目的是将工艺流体加热 汽化 或是将工艺流体冷却 冷凝 63 加热过程安全分析 加热过程危险性较大 装置加热方法一般为蒸汽或热水加热 载热体加热以及电加热等 I 采用水蒸气或热水加热时 应定期检查蒸汽夹套和管道的耐压强度 并应装设压力计和安全阀 与水会发生反应的物料 不宜采用水蒸气或热水加热 2 采用充油夹套加热时 需将加热炉门与反应设备用砖墙隔绝 或将加热炉设于车间外面 油循环系统应严格密闭 不准热油泄漏 3 为了提高电感加热设备的安全可靠程度 可采用较大截面的导线 以防过负荷 采用防潮 防腐蚀 耐高温的绝缘 增加绝缘层厚度 掭加绝缘保护层等措施 电感应线圈应密封起来 防止与可燃物接触 4 电加热器的电炉丝与被加热设备的器壁之间应有良好的绝缘 以防短路引起电火花 将器壁击穿 使设备内的易燃物质或漏出的气体和蒸气发生燃烧或爆炸 64 5 在采用直接用火加热工艺过程时 加热炉门与加热设备间应用砖墙完全隔离 不使厂房内存在明火 加热锅内残渣应经常清除以免局部过热引起锅底破裂 以煤粉为燃料时 料斗应保持一定存量 不许倒空 避免空气进入 防止煤粉爆炸 制粉系统应安装爆破片 以气体 液体为燃料时 点火前应吹扫炉膛 排除积存的爆炸性混合气体 防止点火时发生爆炸 当加热温度接近或超过物料的自燃点时 应采用惰性气体保护 65 三 蒸馏及精馏化工生产中常常要将混合物进行分离 以实现产品的提纯和回收或原料的精制 对于均相液体混合物 最常用的分离方法是蒸馏 要实现混合液的高纯度分离 需采用精馏操作 蒸馏过程危险性分析 在常压蒸馏中应注意易燃液体的蒸馏热源不能采用明火 而采用水蒸气或过热水蒸气加热较安全 蒸馏腐蚀性液体 应防止塔壁 塔盘腐蚀 造成易燃液体或蒸气逸出 遇明火或灼热的炉壁而产生燃烧 蒸馏自燃点很低的液体 应注意蒸馏系统的密闭 防止因高温泄漏遇空气自燃 对于高温的蒸馏系统 应防止冷却水突然漏入塔内 这将会使水迅速汽化 塔内压力突然增高而将物料冲出或发生爆炸 66 四 气体吸收与解吸气体吸收按溶质与溶剂是否发生显著的化学反应可分为物理吸收和化学吸收 按被吸收组分的不同 可分为单组分吸收和多组分吸收 按吸收体系 主要是液相 的温度是否显著变化 可分为等温吸收和非等温吸收 在选择吸收剂时 应注意溶解度 选择性 挥发度 黏度 工业生产中使用的吸收塔的主要类型有板式塔 填料塔 湍球塔 喷洒塔和喷射式吸收器等 解吸叉称脱吸 是脱除吸收剂中已被吸收的溶质 而使溶质从液相逸出到气相的过程 在生产中解吸过程用来获得所需较纯的气体溶质 使溶剂得以再生 返回吸收塔循环使用 工业上常采用的解吸方法有加热解吸 减压解吸 在惰性气体中解吸 精馏方法 67 五 干燥干燥按其热量供给湿物料的方式 可分为传导干燥 对流干燥 辐射干燥和介电加热干燥 干燥按操作压强可分为常压干燥和减压干燥 按操作方式可分为间歇式干燥与连续式干燥 为防止火灾 爆炸 中毒事故的发生 干燥过程要采取以下安全措施 1 当干燥物料中含有自燃点很低或含有其他有害杂质时必须在烘干前彻底清除掉 干燥室内也不得放置容易自燃的物质 2 干燥室与生产车间应用防火墙隔绝 并安装良好的通风设备 电气设备应防爆或将开关安装在室外 在干燥室或干燥箱内操作时 应防止可燃的干燥物直接接触热源 以免引起燃烧 68 六 蒸发蒸发按其采用的压力可以为常压蒸发 加压蒸发和减压蒸发 真空蒸发 按其蒸发所需热量的利用次数可分为单效蒸发和多效蒸发 蒸发过程要注意如下问题 1 蒸发器的选择应考虑蒸发溶液的性质 如溶液的黏度 发泡性 腐蚀性 热敏性 以及是否容易结垢 结晶等情况 2 在蒸发操作中 管内壁出现结垢现象是不可避免的 尤其当处理易结晶和腐蚀性物料时 使传热量下降 69 七 结晶结晶是固体物质以晶体状态从蒸气 溶液或熔融物中析出的过程 结晶是一个重要的化工单元操作 主要用于制备产品与中间产品 获得高纯度的纯净固体物料 结晶过程常采用搅拌装置 搅动液体使之发生某种方式的循环流动 从而使物料混合均匀或促使物理 化学过程加速操作 结晶过程的搅拌器要注意如下安全问题 1 当结晶设备内存在易燃液体蒸气和空气的爆炸性混合物时 要防止产生静电 避免火灾和爆炸事故的发生 2 避免搅拌轴的填料函漏油 因为填料函中的油漏入反应器会发生危险 3 对于危险易燃物料不得中途停止搅拌 因为搅拌停止时 物料不能充分混匀 反应不良 且大量积聚 而当搅拌恢复时 则大量未反应的物料迅速混合 反应剧烈 往往造成冲料 有燃烧 爆炸危险 70 八 萃取339萃取时溶剂的选择是萃取操作的关键 萃取剂的性质决定了萃取过程的危险性大小和特点 萃取剂的选择性 物理性质 密度 界面张力 黏度 化学性质 稳定性 热稳定性和抗氧化稳定性 萃取剂回收的难易和萃取的安全问题 毒性 易燃性 易爆性 是选择萃取剂时需要特别考虑的问题 工业生产中所采用的萃取流程有多种 主要有单级和多级之分 萃取设备的主要性能是能为两液相提供充分混合与充分分离的条件 使两液相之间具有很大的接触面积 这种界面通常是将一种液相分散在另一种液相中所形成 两相流体在萃取设备内以逆流流动方式进行操作 萃取的设备有填料萃取塔 筛板萃取塔 转盘萃取塔 往复振动筛板塔和脉冲萃取塔 71 九 制冷冷却与冷凝的主要区别在于被冷却的物料是否发生相的改变 若发生相变则成为冷凝 如无相变只是温度降低则为冷却 冷却 冷凝操作在化工生产中十分重要 它不仅涉及到生产 而且也严重影响防火安全 反应设备和物料由于未能及时得到应有的冷却或冷凝 常是导致火灾 爆炸的原因 在工业生产过程中 蒸气 气体的液化 某些组分的低温分离 以及某些物品的输送 储藏等 常需将物料降到比水或周围空气更低的温度 这种操作称为冷冻或制冷 72 1 冷却过程的危险控制要点2 冷冻过程的安全措施 73 十一 物料输送 在工业生产过程中 经常需要将各种原材料 中间体 产品以及副产品和废弃物从一个地方输送到另一个地方 这些输送过程就是物料输送 在现代化工业企业中 物料输送是借助于各种输送机械设备实现的 由于所输送的物料形态不同 块状 粉态 液态 气态等 所采取的输送设备也各异 1 液态物料输送 1 输送易燃液体宜采用蒸气往复泵 如采用离心泵 则泵的叶轮应用有色金属制造 以防撞击产生火花 2 对于易燃液体 不可采用压缩空气压送 因为空气与易燃液体蒸气混合 可形成爆炸性混合物 且有产生静电的可能 3 临时输送可燃液体的泵和管道 胶管 连接处必须紧密 牢固 以免输送过程中管道受压脱落漏料而引起火灾 4 用各种泵类输送可燃液体时 其管道内流速不应超过安全速度 且管道应有可靠的接地措施 以防静电聚集 74 2 气态物料输送 341 气体物料的输送采用压缩机 按气体的运动方式 压缩机可分为往复压缩机和旋转压缩机两类 气态物料输送危险控制要点如下 1 输送液化可燃气体宜采用液环泵 因液环泵比较安全 2 为避免压缩机气缸 储气罐以及输送管路因压力增高而引起爆炸 要求这些部分要有足够的强度 3 压缩机在运行中不能中断润滑油和冷却水 并注意冷却水不能进入气缸 以防发生水锤 4 气体抽送 压缩设备上的垫圈易损坏漏气 应注意经常检查及时换修 75 5 压送特殊气体的压缩机 应根据所压送气体物料的化学性质 采取相应的防火措施 如乙炔压缩机同乙炔接触的部件不允许用铜来制造 以防产生具有爆炸危险的乙炔铜 6 可燃气体的管道应经常保持正压 并根据实际需要安装逆止阀 水封和阻火器等安全装置 管内流速不应过高 管道应有良好的接地装置 以防静电聚集放电引起火灾 76 7 可燃气体和易燃蒸气的抽送 压缩设备的电机部分 应为符合防爆等级要求的电气设备 否则 应穿墙隔离设置 8 当输送可燃气体的管道着火时 应及时采取灭火措施 管径在150mm以下的管道 一般可直接关闭闸阀熄火 管径在150mm以上的管道着火时 不可直接关闭闸阀熄火 应采取逐渐降低气压 通人大量水蒸气或氮气灭火的措施 但气体压力不得低于50 100Pa 严禁突然关闭闸阀或水封 以防回火爆炸 当着火管道被烧红时 不得用水骤然冷却 77 三 典型反应过程的主要危险及控制 一 了解氧化反应 还原反应 硝化反应 聚合反应 裂化反应及其不同的特点 二 掌握上述反应过程中反应物和反应过程等方面存在的危险性及主要控制措施 78 三 典型反应过程的安全技术 一 氧化反应1 氧化反应的主要危险性 1 氧化反应需要加热 同时绝大多数反应又是放热反应 因此 反应热如不及时移去 将会造成反应失控 甚至发生爆炸 2 氧化反应中被氧化的物质大部分是易燃 易爆物质 如乙烯氧化制取环氧乙烷 甲醇氧化制取甲醛 甲苯氧化制取苯甲酸中 乙烯是可燃气体 甲苯和甲醇是易燃液体 79 3 氧化反应中的有些氧化剂本身是强氧化剂 如高锰酸钾 氯酸钾 过氧化氢 过氧化苯甲酰等 具有很大的危险性 如受高温 撞击 摩擦或与有机物 酸类接触 易引起燃烧或爆炸 4 许多氧化反应是易燃 易爆物质与空气或氧气反应 反应投料比接近爆炸极限 如果物料配比或反应温度控制不当 极易发生燃烧爆炸 5 氧化反应的产品也具有火灾 爆炸危险性 如环氧乙烷 36 7 的甲醛水溶液等 6 某些氧化反应能生成过氧化物副产物 它们的稳定性差 遇高温或受撞击 摩擦易分解 造成燃烧或爆炸 如乙醛氧化制取醋酸过程中生成过醋酸 80 2 氧化过程的安全措施 1 在氧化反应中 一定要严格控制氧化剂的投料比 当以空气或氧气为氧化剂时 反应投料比应严格控制在爆炸范围以外 2 氧化剂的加料速度不宜过快 防止多加 错加 反应过程应有良好的搅拌和冷却装置 严格控制反应温度 流量 防止超温 超压 81 3 防止因设备 物料含有杂质为氧化剂提供催化剂 例如有些氧化剂遇金属杂质会引起分解 空气进入反应器前一定要净化 除掉灰尘 水分 油污以及可使催化剂活性降低或中毒的杂质 减少着火和爆炸的危险 4 反应器和管道上应安装阻火器 以阻止火焰蔓延 防止回火 接触器应有泄压装置 并尽可能采用自动控制 报警联锁装置 5 在设备系统中宜设置氮气 水蒸气灭火装置 以便及时扑灭火灾 82 二 还原反应1 还原反应的主要危险性 1 许多还原反应都是在氢气存在条件下 并在高温 高压下进行 如果因操作失误或设备缺陷发生氢气泄漏 极易发生爆炸 2 还原反应中使用的催化剂 如雷内镍 钯碳等 在空气中吸湿后有自燃危险 在没有点火源存在的条件下 也能把氢气和空气的混合物引燃 3 还原反应中使用的固体还原剂 如保险粉 氯化铝锂 硼氢化钾等 都是遇湿易燃危险品 4 还原反应的中间体 特别是硝基化合物还原反应的中间体 也有一定的火灾危险 5 高温 高压下的氢对金属有脱碳作用 易造成氢腐蚀 83 2 还原反应过程的安全措施 1 操作过程中一定要严格控制温度 压力 流量等各种反应参数和反应条件 2 注意催化剂的正确使用和处置 雷内镍 钯碳等催化剂平时不能暴露在空气中 要浸在酒精中 反应前必须用氮气置换反应器内的全部空气 经测定确认氧含量符合要求 方可通入氢气 反应结束后 应先用氮气把氢气置换掉 才可出料 以免空气与反应器内的氢气混合 在催化剂自燃的情况下发生爆炸 3 注意还原剂的正确使用和处置 例如 氢化铝锂应浸没在煤油中储存 使用时应先用氮气置换干净 在氮气保护下投料和反应 84 4 对设备和管道的选材要符合要求 并定期检测 以防止因氢腐蚀造成事故 5 车间内的电气设备必须符合防爆要求 厂房通风要好 且应采用轻质屋顶 设置天窗或风帽 使氢气易于逸出 尾气排放管要高出屋脊2m以上并设阻火器 85 三 硝化反应有机化合物分子中引入硝基取代氢原子而生成硝基化合物的反应 称为硝化 用硝酸根取代有机化合物中的羟基的化学反应 则是另一种类型的硝化反应 产物称为硝酸酯 硝化反应是生产染料 药物及某些炸药的重要反应 硝化过程常用的硝化剂是浓硝酸或浓硝酸和浓硫酸配制的混合酸 此外 硝酸盐和氧化氮也可做硝化剂 一般的硝化反应是先把硝酸和硫酸配制成混酸 然后在严格控制温度的条件下将混酸滴人反应器 进行硝化反应 86 1 硝化反应的主要危险性343 1 硝化反应是放热反应 温度越高 硝化反应的速度越快 放出的热量越多 极易造成温度失控而爆炸 2 被硝化的物质大多为易燃物质 有的兼具毒性 如苯 甲苯 脱脂棉等 使用或储存不当时 易造成火灾 3 混酸具有强烈的氧化性和腐蚀性 与有机物特别是不饱和有机物接触即能引起燃烧 硝化反应的腐蚀性很强 会导致设备的强烈腐蚀 混酸在制备时 若温度过高或落人少量水 会促使硝酸的大量分解 引起突沸冲料或爆炸 4 硝化产品大都具有火灾 爆炸危险性 尤其是多硝基化合物和硝酸酯 受热 摩擦 撞击或接触点火源 极易爆炸或着火 87 四 聚合反应由低分子单体合成聚合物的反应称为聚合反应 聚合反应的类型很多 按聚合物单体元素组成和结构的不同 分为加成聚合和缩合聚合两大类 聚合过程在工业上的应用十分广泛 如聚氯乙烯 聚乙烯 聚丙烯等塑料 聚丁二烯 顺丁 丁腈等橡胶以及尼龙纤维等 都是通过小分子单体聚合的方法得到的 88 1 聚合反应的主要危险性 1 聚合反应中使用的单体 溶剂 引发剂 催化剂等大多是易燃 易爆物质 使用或储存不当时 易造成火灾 爆炸 如聚乙烯的单体乙烯是可燃气体 顺丁橡胶生产中的溶剂苯是易燃液体 引发剂金属钠属遇湿易燃危险品 2 许多聚合反应在高压条件下进行 单体在压缩过程中或在高压系统中易泄漏 发生火灾 爆炸 例如 乙烯在130 300MPa的压力下聚合合成聚乙烯 3 聚合反应中加入的引发剂都是化学活性很强的过氧化物 一旦配料比控制不当 容易引起爆聚 反应器压力骤增 易引起爆炸 4 聚合物分子量高 黏度大 聚合反应热不易导出 一旦遇到停水 停电 搅拌故障时 容易挂壁和堵塞 造成局部过热或反应釜飞温 发生爆炸 89 2 聚合反应过程的安全措施344 1 应设置可燃气体检测报警器 一旦发现设备 管道有可燃气体泄漏 将自动停车 2 反应釜的搅拌和温度应有检测和联锁装置 发现异常能自动停止进料 3 高压分离系统应设置爆破片 导爆管 并有良好的静电接地系统 一旦出现异常 及时泄压 4 对催化剂 引发剂等要加强储存 运输 调配 注入等工序的严格管理 5 注意防止爆聚现象的发生 6 注意防止黏壁和堵塞现象的发生 90 五 裂化反应1 热裂化热裂化在加热和加压下进行 根据所用压力的不同分为高压热裂化和低压热裂化 2 催化裂化催化裂化在高温和催化剂的作用下进行 用于由重油生产轻油的工艺 催化裂解装置主要由反应再生系统 分馏系统 吸收稳定系统组成 3 加氢裂化加氢裂化是在催化剂及氢存在条件下 使重质油发生催化裂化反应 同时伴有烃类加氢 异构化等反应 从而转化为质量较好的汽油 煤油和柴油等轻质油的过程 加氢裂化是20世纪60年代发展