化工生产主要危险与危害.ppt

1、a,1,焦化生产主要危险与危害,武汉科技大学化学工程与技术学院,2021年1月29日,a,2,主要内容,泄露,燃烧,爆炸,a,3,泄露,1. 泄露事故的特点及主要原因 1.1 泄漏事故的特点和类型 特点： 类型： 突发性强 常压液体 危害性大 加压液化气体 应急处理难度大 低温液化气体 加压气体,a,4,1.2 泄露的后果分析和控制原则,1） 可燃性气体泄漏 可燃性气体泄漏后与空气混合达到燃烧极限，遇火源就会发生燃烧或爆炸。泄漏后着火的时间不同，泄漏后果也不同。 立即着火 可燃气体泄露后立即发火，发生扩散燃烧形成喷射性火焰或者形成火球，影响范围较小。 滞后发火 可燃气体泄漏后与周围空气混合形成

2、可燃云团，遇引火源发生爆燃或爆炸，破坏范围较大,a,5,2）有毒气体的泄露 有毒气体泄漏后形成云团在空气中扩散，有毒气体浓度较大的浓密云团将笼罩很大范围，破坏范围较大。 （3）液体泄漏 一般情况下，泄露的液体在空气中蒸发形成气体，泄漏后果取决于液体蒸发生成的气体量。液体蒸发生成的气体量与泄露液体的种类有关,a,6,常温常压液体泄漏 液体泄漏后常常聚集在地势 低的位置形成液池，液体表面慢慢蒸发。 加压液化气体泄漏 液体在泄漏的瞬间气化蒸发， 来不及形成液池，吸收周围的热量继续蒸发。 低温液体泄漏 液体泄漏后形成液池，吸收周 围的热量蒸发液体的蒸发速度低于液体的泄露速度,a,7,化工生产中物质泄漏

3、控制原则,无论是气体泄漏还是液体泄漏，泄漏量的多少都是决定泄 漏后果严重程度的主要因素，而泄漏量有和泄露时间成正 比，因此，控制泄漏应该尽早的发现并尽快的阻止泄漏。 人员的巡回检查，利用泄漏检测仪以及气体泄漏检查系统 等多种手段也可有效的再早期发现泄漏。 利用停车或关闭遮断阀停止向泄漏处供应料可以控制泄 漏；一般来说，与监控系统连锁的自动停车较快，而靠警报人工停车较慢，大约需要315 min,a,8,导致泄漏的原因: 设备的腐蚀；设备缺陷；材质选择不当机械穿孔；密封 不良以及人为操作失误等 泄漏设备的分类: 根据泄漏情况，化工生产中容易泄漏的设备可分为10类： 管道，挠性连接器，过滤器，阀门压

4、力容器或反应罐，泵，压 缩机，储罐，加压或冷凝气体容器，和火炬燃烧器或放空管,a,9,2. 泄露事故易发位置和主要原因 化工生产泄漏事故的易发位置和主要原因如图所示,a,10,主要设备的泄露分析,管道泄漏分析,挠性连接泄漏,过滤器泄漏,阀门泄露分析,压力容器泄漏,管道泄漏裂口尺寸取管径的20%100,容器破裂裂口取容器本体尺寸,容器本体泄漏取与之连接粗管道管径100,法兰泄漏裂口尺寸取管径的20,接头泄漏裂口尺寸取管径的20%100,过滤器本体泄漏裂口尺寸取管径的20%100,孔盖泄漏裂口取管径的20,连接管道泄漏裂口尺寸取管径20,管嘴断裂取管径的100,内部爆炸取本体尺寸,连接器本体泄漏取

5、管径的20%100,接头泄漏取管径的20,阀壳体泄漏取与阀连接管径的20%100,连接装置损坏，取管径的100,阀盖泄漏取管径的20,阀杆损坏，取管径的20,a,11,主要设备泄露分析,泵泄漏分析,压缩机泄漏,出罐泄漏分析,加压或冷冻气体容器泄漏,火柜燃烧器或放空管泄漏,泵体损坏取连接管道管径的20%100,泵体封压盖，取管径20,压缩机壳体损坏，取连接管道管径的20%100,压缩机密封套泄漏，取管径的20%100,包括燃烧装置，放空管多通接头，气体洗涤器分离灌等泄露主要在筒体和多通接头，取管径的20%100,罐体损坏，裂口尺寸为本体尺寸,接头泄漏，去连接管道尺寸的20%100,露天容器内气体

6、爆炸是容器完全损坏取本体尺寸,容器破裂，取本体尺寸,焊缝断裂，取连接管道管径的20%100,容器辅助设备泄漏，酌情确定,a,12,泄漏的原因分析,选材不当，如强度不够耐腐蚀性差，规格不符等,设计失误,基础设计错误，如地基下沉导致容器底部产生裂缝或变形，错位等,选用机械不合适，如转速过高，耐温耐压性能差等,布置不合理，如压缩机和输出管道没弹性连接因震动而导致破裂等,选用计测仪器不合适,储罐储槽未加液位仪，反应器未加溢流管或放散管等,a,13,设备原因,选材不当，加强度不够，耐腐蚀性能差规格不符等,施工和安装精度不够，如泵电机不同轴，机械设备不平衡管道连接不严密,加工不符合要求，或未经过检验擅自采

7、用代用材料,设备附件质量差，或长期使用后材料变质，腐蚀或破裂等,阀门损坏或开关泄漏未及时跟换,计测仪表未定期校验，造成计量不准,对安装的设备验收不严格,设备使用后为定期检修或检修质量差,选用的标准定型产品质量不合格,a,14,管理原因,让未经培训的工人上岗，知识不足，不能判断失误,没有严格执行检查制度,指挥失误，甚至违章指挥,对安全漠不关心，已发现的问题不及时解决,没有制定完善的安全操作规程,检修制度不严，没有及时检修已出现故障的设备，使设备带病运行,a,15,人为失误,发现异常现象，不知如何处理,判断错误，如记错阀门位子，开错阀门,擅自脱岗,误操作，违反操作规程,思想不集中,a,16,燃烧,

8、1 燃烧概述 燃烧是可燃物质与助燃物质（氧或其他物质）发生的一 种发光发热的氧化反应。并且只有同时发光发热的氧化反应 才是燃烧。 燃烧的三要素： 可燃物，助燃物和点火源是燃烧的三个基本要素，是燃 烧的必要条件，缺一不可。对于已发生的燃烧只要控制其中 的任何一个要素便可有效的控制燃烧,应该注意，有时同时具备了这三个条件，燃烧也不一定会发生。这是因为燃烧还 必须有充分条件：只有当可燃物和助燃物达到一定的比例并且点火能量足够时才 可以引起燃烧,a,17,2 燃烧的相关概念 2.1 闪燃与闪点 任何液体的表面都会有蒸汽存在，其浓度取决于液体的温度。可燃性液体表面的蒸汽与空气混合可形成混合可燃性气体，在

9、遇明火后，只出现瞬间闪火而不持续燃烧的现象叫闪燃。引起闪燃时的液体的最低温度叫闪点。 一些常见可燃液体的闪点如表2-1、2-2所示,a,18,表2-1 一些常见可燃液体的闪点与自燃点,表2-2 一些常见油品的闪点与自燃点,a,19,在GB13690-92常用危险化学品的分类及标志定义了第3 类易燃液体。其闭杯试验闪点低于或等于61，易燃液体按 闪点分为三类： 低闪点液体 指闭杯试验闪点低于-18的液体 中闪点液体 指闭杯试验闪点在-18至23的液体 高闪点液体 指闭杯试验闪点在2361的液体 可燃液体的闪点随其浓度的变化而变化。水溶性的可燃气 体，随浓度的降低，其闪点升高。互溶的两元可燃混合液

10、体 的闪点一般介于原来两液体的闪点之间，当闪点与组成不一 定是线性关系,a,20,2.2 着火与燃点 在有空气存在的环境里，可燃物质遇明火能引起燃烧并且 在火源移去之后也可继续燃烧的现象叫做着火。能引起着火 的温度叫做着火点或者燃点。 对可燃性液体，当温度升高至超过闪点一定温度时，液 体蒸发的蒸汽足以持续燃烧，能维持液体持续燃烧的最低温 度为该液体的燃点（着火点）。液体的燃点与闪点相差不 大，对易燃液体来说，一般在15。而可燃液体可相差几 十摄氏度,a,21,2.3 自燃与自燃点（AIT） 自燃： 可燃性物质在助燃气体中，在无外界明火的直接作用下， 由于受热或自行发热能引燃并持续燃烧的现象叫自

11、燃。 自燃点： 在一定条件下，可燃物质产生自然的最低温度叫自然点也 称引燃温度,a,22,自燃根据热源的不同可分为： 受热自燃 可燃物在受到外界热源的作用下温度升高，达到其自燃 点而自行燃烧称为受热自燃. 物质发生自燃取决于两个条件：一是有外部热源；二是 有热量积蓄条件。在化工生产中，由于燃物料靠近或接触高 温设备，烘烤过度，熬练油料或油欲温度过高，机械摩擦生 热等，都有可能引起受热自然,a,23,自热自燃 可燃物质在没有外界热源的影响下，其内部发生的物理， 化学或生化的变化而产生热量，并不断积累是物质温度升 高，达到其自燃点而燃烧。这种现象叫自热自燃。 引起自热自燃的条件： 必须是比较容易产

12、生反应热的物质。 此类物质要就有较大的比表面积或是呈多孔隙状的。 热量产生的速度大于向环境散发的速度。 满足了这三个条件才可以自燃。因此预防自热自燃的措 施，也就是阻止这三个条件的形成,a,24,2.4 燃烧极限 蒸汽和空气的混合物只有在确定好的组成范围内才能被引 燃并燃烧。 当组成低于燃烧下限（LFL），混合物将不能燃烧，混合 物对于燃烧物来说太稀少了。当组成高于燃烧上限（UFL） 时，混合物也不能燃烧。只有在LFL和UFL之间时才能燃烧,a,25,2.5 氧指数 氧指数又叫临界氧浓度（COC）或极限氧浓度（LOC）。它 是用来对固体材料可燃性进行评价和分类的一个特性指标。 氧指数高的材料不

13、易着火，阻燃性能好;氧指数低的材料容 易着火，阻燃性差。 材料的氧指数可按国家标准GB2406-80规定的测定方法测定。 在没有实验数据时可由燃烧反应的化学计算和LFL（燃烧下 限）估算极限氧浓度（LOC）。这种方法多数烃类都适用,a,26,表2-3 石油化工生产中常见部分物质的极限氧浓度（LOC,a,27,2.6 最小点火能 在处于爆炸范围内的可燃性气体混合物种产生电火花，从 而引起着火所必须的最小能量称为最小点火能。它是使一定 浓度的可燃物（蒸汽）-空气的混合物燃烧或爆炸所需要的 能量的临界值。如引燃源的能量低于这个临界值，一般情况 下不能引燃。 2.7 相关燃烧特性之间的关系 通常情况下

14、随温度的升高，UFL增加，而LFL减少。理论上 LFL与饱和蒸气压曲线在闪点处相交，虽然实验数据于此并 不完全一致。自燃温度实际是自燃区域的最低温度,a,28,3 燃烧的特性参数 3.1 燃烧温度 可燃物质燃烧所产生的热量在火焰燃烧区域释放出来，火 焰的温度即为燃烧温度。 3.2 燃烧速率 （1）气体燃烧速率 气体的燃烧性能常以火焰的传播速率来表征，火焰的传播 速率有时也称为燃烧速率。燃烧速率是指燃烧表面的火焰沿 垂直于表面的方向向未燃烧的部分传播的速率。在多数火灾 或爆炸中，燃烧部分和未燃烧部分都在运动，燃烧速率和火 焰传播速率都不相同，这时火焰的传播速率等于燃烧速率和 整体运动速率的总和,

15、a,29,2）液体燃烧速率 液体的燃烧速率取决于液体的蒸发。有以下两种表示方法： 质量速率 指每平方米可燃液体的表面，每小时燃烧掉的液体的质量，单位kg/m2h 直线速率 指每小时燃烧掉可燃液层的高度，单位 m/h 液体的燃烧过程是先蒸发后燃烧。易燃液体的饱和蒸汽 压在常温下就很高，一次有火星，灼热武器靠近时便可以着 火,a,30,3）固体的燃烧速率 固体的燃烧速率，一般小于可燃液体和可燃气体，不同 的固体物质燃烧速率有很大的差异。奈及其衍生物，松香等 可燃固体，燃烧过程时受热融化，蒸发气化，分解氧化，起 火燃烧一帮较慢。而另外一些可燃固体如硝基化合物，含硝 化纤维制品等，燃烧时分解式的，燃烧

16、剧烈，速度很快。 可燃固体的燃烧速率还取决于燃烧比表面积，即燃烧表 面积和体积的比值越大速率越大，反之越小,a,31,3.3 燃烧热 易燃物质的燃烧热是指单位质量的该物质在25的氧中 燃烧放出的热量。燃烧产物包括水都假定为气态。可燃物质 燃烧，爆炸时所达到的最高温度，最高压力和爆炸力与物质 的燃烧热有关,a,32,4 燃烧过程及燃烧类别 4.1 燃烧过程 可燃物质可以使固体，气体或液体，绝大多数燃烧是在 气体（或蒸汽）状态下进行的，燃烧过程随可燃物质的聚集 状态的不同而异,固体,液体,气体,蒸发,熔化蒸发 或分解,氧化分解,着火,燃烧,a,33,4.2 燃烧类别 在GB4968-85火灾分类中

17、根据可燃物的性质火灾分 为4类； A类火灾 指固体物质火灾，这类物质一般具有有机物的性 质，燃烧后有灰烬产生。如木材 ，棉， 麻，纸张火灾等。 B类火灾 指液体火灾和可融化的固体物质火灾，如汽油， 沥青等。 C类火灾 指气体火灾，如煤气 ，天然气，氢气火灾等。 D类火灾 指金属火灾，如钾 ，纳，钛铝镁合金等,a,34,爆炸,1 爆炸概述 1.1 爆炸的概念 爆炸是物质发生急剧的物理，化学变化，由一种状态迅速 变为另一种状态，并在瞬间释放出巨大的能量的现象。一帮 来说具有以下特征： 爆炸过程进行的很快 爆炸点附近的压力急剧升高，产生冲击波 发出或大或小的响声 周围介质发生震动或邻近物质遭受破坏,

18、a,35,爆炸时非常复杂的过称，影响爆炸的参数有：环境压力， 爆炸物质的物理性质，引燃源的特性（类型，能量和持续时 间），周围环境的几何尺寸（受限或非受限），可燃物数 量，可燃物的扰动，引燃延滞时间，泄露速度等,a,36,1.2 爆炸的分类 （1）按爆炸性质的分类 物理爆炸 指物质的物理状态发生急剧变化而引起的爆炸 化学爆炸 指物质发生急剧的化学反应，产生高温度高压而引起的爆炸 （2）按爆炸速度分类 轻爆 爆炸传播速度在每秒零点几米至数米之间的爆炸过程 爆炸 爆炸传播速度在每秒十米至数百米之间的爆炸过程 爆轰 爆炸传播速度在每秒1千米至数千米以上的爆炸过程,a,37,3）按爆炸反应物质分类 纯

19、组元可燃气体热分解爆炸 可燃气体混合物爆炸 可燃粉尘爆炸 可燃液体雾滴爆炸 可燃蒸气云爆炸,a,38,1.3 爆炸事故的常见类型 爆炸事故的有以下几种常见的类型 （1）形成蒸汽云团的可燃混合气体与火源突然燃烧，是在无限制的空间中的气体爆炸； （2）受限空间内的可燃混合气体的爆炸； （3）由于化学反应失控或工艺异常的压力容器爆炸； （4）不稳定的固体或液体爆炸； （5）不涉及化学反应的压力容器爆炸,注意：前四种爆炸时会释放大量的化学能，爆炸 范围大，第5种是物理爆炸，仅释放机械能，影响较 小,a,39,2 爆炸的相关概念 2.1 爆炸极限理论,表3-1 CO与空气混合物在火源作用下的燃爆实验情况

20、,a,40,实验证明，可燃气体或蒸汽与空气的混合物，并不是任 何组成下都可以爆炸。可燃性混合物有一个发生燃烧和爆炸 的含量范围。所以可燃物质（蒸汽，气体，粉尘）和空气必 须在一定的含量范围内均匀混合，形成预混体系，与火源才 可以引起爆炸，这个含量称为爆炸极限。这种混合物可以使 火焰蔓延的最小浓度为爆炸下限，可以使火焰蔓延的最高浓 度为爆炸上限,影响爆炸极限的因素有原始温度，原始压力，惰性 介质或杂质，容器的材质与尺寸，点火能源，火焰 的传播方向（点火位置），含氧量,a,41,2.2 爆炸压力波 爆炸源于能量的迅速释放。能量的释放必须非常迅速， 在爆炸中心引起能量的局部聚集。然后该能量通过多种途

21、径 释放消散，包括压力波的形成，抛射物，热辐射和声能。爆 炸所产生的破坏是由能量的消散引起的。 在爆炸发生时，能量使气体迅速膨胀，压迫周围的气 体，并促使压力波由爆源迅速向外围移动。这种在空气中传 播的压力波称为爆炸波，在压力波后面时强烈的风。如果 压力波前具有突然的压力变化，就会产生冲击波或激震前沿。 冲击波产生自爆炸性非常强烈的物质，如TNT，而压力容器 的突然破裂也可产生冲击波。超出周围压力的最大压力称为 最大超压,a,42,2.3 爆轰与爆燃 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。区 别依赖于反应前沿传播速度是高于还是低于声音在未反应气体中的速度。 在一些燃烧反应中，

22、反应前沿是通过强烈的压力波传播的，该压力 波压缩反应前沿的未反应的混合物，使其温度超过其自燃温度。该反应 速度快，导致反应前沿出现压力的突然震动或变化。这成为爆轰，它导 致反应前沿的冲击波以声速或超声速的速度传播进入未反应的混合物种。 对于爆燃，来自反应的能量通过热传导和分子的扩散转移至未反应 的混合物中。这些过程相对较慢，促使反应前沿以低于声速的速度传播,注意 ：爆燃也可以发展为爆轰，这个称为爆燃转爆轰（DDT）。这种转变在管道中 最为常见，但是在容器或敞开空间中可能性较小。在管道系统中，来自爆燃的能量 向前流入压力波，导致绝热压力增加。这个压力的逐步加强，并导致全面爆轰,a,43,2.4

23、受限爆炸 受限爆炸是发生在受限空间，例如容器或建筑中。两种最 普通的受限爆炸是蒸汽爆炸和粉尘爆炸。可以用蒸汽爆炸仪 器和粉尘爆炸仪器测定相关的爆炸特征。 2.5 超压冲击波的破坏 气体爆炸（爆燃或爆轰）或粉尘爆炸导致反应前沿从引 燃源处向外移动，其前方就是冲击波或压力波的前沿。可燃 物质消耗完后，反应前沿终止，但是压力波还会继续向外移 动，而后是有压力波和随后的风组成，冲击波具有很大的破 坏作用,a,44,3 爆炸能量的相关计算 3.1 TNT当量法 TNT当量法是将已知能量的可燃燃料等同于当量质量的TNT的一种简 单方法。该方法建立在假设燃料爆炸的行为如同具有等量能量的TNT爆 炸的基础上的

24、。TNT的当量质量可以用下式估算,式中 mTNT TNT当量质量 经验爆炸效率 m 碳氢化合物的质量 HC 可燃气体的爆炸 ETNT TNT的爆炸能,a,45,TNT 的爆炸能典型值为1120 cal/g =4686kj/kg。对于可燃气体，可用 燃烧热来代替爆炸能。 爆炸效率是经验值，影响因素包括可燃物质与空气的不完全混合，热 量向机械能的不完全转化等。对于大多数可燃蒸气云在1%10%之间， 有研究表明，对于丙烷，二乙醚和乙炔的可燃云，其爆炸效5%,10%,15%。 爆炸效率也可针对固体物质定义诸如硝酸铵。 TNT当量法也可用于TNT点的源爆轰的超压曲线。超压可由TNT当量 和距离地面上爆炸

25、源点的距离r来估算，可由经验公式得到比拟关系为,式中 ze- 比拟距离 r- 超压距离地面上爆炸源点的距离 mTN- TNT当量质量,a,46,TNT当量法的优点是计算简单，容易使用。根据估算的破 坏程度，也可倒过来用于估算参与爆炸的物质的量。 3.2 TNO多能法 TNO（TNO为荷兰应用科学研究院）方法确定过程中的受限体积，给出相对的受限程度，然后确定该受限体积对于超压的贡献。 该模型的基础是爆炸能量的高度依赖于聚集程度，而少依赖于蒸气云中的燃料,a,47,另一个常用的预测超压的方法是Baker-Strehlow法。该 法基于火焰的速度，根据以下三种元素来选择： （1）泄漏物质的活性； （

26、2）过程单元的火焰扩展特性（这约束和空间形状有关） （3）过程单元内的障碍物密度。 虽然TNO法多倾向于预测近场处的高压，而Baker- Strehlow法倾向于预测远场处的高压。但是在本质上二者是 等价的 ，这两种方法都比TNT法需要跟多的信息和详细的 计算,a,48,3.3 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。该膨胀由两种机理引起：反应产物的热量加热以及反应造成的总物质的量的变化。 对于大多数的碳氢化合物在空气中燃烧爆炸，物质的量的变化很小。 爆炸反应期间，所释放的能量可以使用标准热力学来计算。释放的能量等于膨胀气体做的功。对于许多物质，燃烧热和爆炸能之间相差不

27、超过10%。对于大多数以实践为目地的计算，这两种性质可以互换使用,a,49,3.4 机械爆炸能 对于机械爆炸，不发生化学反应，能量来自于受限物质的内能。如果能力释放迅速，就可能引起爆炸。 有四种方法来估算压缩气体爆炸的爆炸能：Brode法，等熵膨胀，等温膨胀和热力学有效性。 （1）Brode 法 该法是最简单的方法。该法是在气体提及不变的情况下进行计算，将气体压力由大气压升高至最终容器内的压力所需的能量，表达式为,a,50,式中 E-爆炸能 p1-周围环境的压力 p2-容器的爆炸压力 V -容器内膨胀气体的体积 -气体的比热容比 因为 p2p1，则计算的E为正值，说明容器爆炸时能量向周 围环境

28、中释放。 （2）等熵膨胀 等熵膨胀假设气体由初始状态转向终止状态的过程是等熵过程。表达式为,a,51,3）等温膨胀 等温膨胀是假设气体等温进行膨胀。表达式,式中 Rg-理想气体常数 T1-周围环境温度,4）热力学有效性 热力学有效性代表物质进入环境时其所需的等效最大机械能。爆炸引起的超压是机械能的一种形式，因此，热力学有效性预测产生超压的机械能的最大值,a,52,Crowl 采用整体热力学有效性方法，进行分析，得到 下述预测受限容器的气体最大爆炸能表达式,一般认为，Brode方程能够较准确的预测爆炸源附近或近场处的潜在爆炸能，而等熵膨胀法能较好的预测远距离或远场处的潜在爆炸能。如果为了估算，通常将全部潜能减少50%后在计算由容器爆炸引起的冲击波压力效应,a,53,4 爆炸的其他危害 4.1 抛射物伤害 发生在受限容器内或结构内的爆炸能使容器或建筑破 裂，导至碎片抛射，并覆盖很宽的范围。碎片或抛