1、化工工艺与安全工程第一章 概 论u1. 化工行业的发展概况 n化学工业是国民经济的基础工业，是我国的主要支柱产业之一化工生产与安全u2. 化工生产的特点n 化工生产过程原料预处理过程（物理化学处理）化学反应过程（包括物理、化学过程）反应产物分离、提纯（物理处理）未反应原料循环产物副产物原料n化工生产的特点化工物料绝大多数具有潜在的危险性生产工艺过程复杂、工艺条件苛刻生产规模大型化、生产过程连续性强生产过程自动化程度高事故应急救援难度大u3.化工生产中常见的安全事故类别及特点n n常见安全事常见安全事故故燃烧与爆炸燃烧是可燃物与助燃物发生的一种发光放热的化学效应。爆炸是物质发生急剧的物理、化学变
2、化，在瞬间释放出大量的能量并伴随有巨大声响的过程。u化工生产中常见的安全事故类别及特点n n常见安全事常见安全事故故电气事故 触电事故依照其作用方式的不同可分为电击和电伤两种类型。电击是全身伤害，但一般不在身体表面留下大面积明显伤痕。电伤是电能转变为热能、化学能、机械能等其它形式的能，能对人体造成伤害。 火灾和爆炸也是电气灾害的主要形式。u化工生产中常见的安全事故类别及特点n n常见安全事常见安全事故故静电和雷电事故静电固体静电液体静电粉尘静电气体静电人体静电雷电的危害：爆炸和火灾、电击、毁坏设备和设施、造成停电事故等绝缘材料现在越来越多地用于化工生产设备和构件，这类材料(例如，流经塑料管道的
3、粉体流或液体流等）很容易通过接触起电而带电。绝缘材料的带电给生产带来的危害有两方面：一是由于电场力作用使生产不能顺利进行；二是对化工生产环境中存在可燃气体的场合，静电放电可成为引燃引爆的点火源。后者是十分危险的。固体静电当液体带电时，电场存在于其内部及周围空间，当场强足够高时，就会发生放电。一般来说，发生在液体内部的放电没有引燃危险，但可以引起化学变化，这种变化能改变液体的性能或引起有关设备的腐蚀。空气中的放电是危险的，油罐内部液面与接地罐壁或其他金属构件之间的场强超过击穿强度时，即发生放电。液体静电当尘云中所产生的场强足够高时，就会发生尘云内部放电或尘云对大地的放电，它可引燃非常敏感的混合物
4、，如悬浮的细微粉尘或可燃混合气体。而对于结块粉体放电，随着粉体结块的形成，其电荷密度及周围电场强度将会增高，发生静电放电的概率也会相应增大。粉尘静电纯净气体或气体混合物的运动，产生静电的数量是极小的。然而悬浮在气体中的液体或固体颗粒能够产生和携带较多的静电电荷，带电是由粒子的接触而产生的。气体静电人体的体电阻率很低，可视为导体。当人体穿着绝缘鞋或站在绝缘地板上时，人体能够通过感应而带电，也能与其他带电体接触而带电，其危害主要有人体火花放电和衣物放电。人体静电u化工生产中常见的安全事故类别及特点n n常见安全事常见安全事故故职业中毒与尘肺职业中毒：是指在生产劳动过程中由于接触化学毒物引起的中毒。
5、在职业中毒中，毒性物质主要是通过呼吸道和皮肤侵入人体的。尘肺：是由于长期从事粉尘作业，尘肺患者两肺产生进行性、弥漫性的纤维组织增生，逐渐发展影响呼吸机能及其它器官的功能。它是最常见、危害最严重的一类职业病。u化工生产中常见的安全事故类别及特点n n常见安全事常见安全事故故压力容器爆炸对于压力容器，反应、分离、传热、储运等化工过程，都在其中进行，并伴随有一定的化学腐蚀和热学环境，所处理的工艺介质多数易燃、易爆、有毒，一旦发生事故，所造成的损害要比常温常压机械设备大得多，而且易引发中毒、火灾、爆炸等次生灾害。对压力容器而言，其常见的失效形式是破裂失效。u化工生产中常见的安全事故类别及特点n n常见
6、安全事常见安全事故故压力容器爆炸破裂失效韧性破裂脆性破裂疲劳破裂应力腐蚀破裂蠕变破裂是指压力容器壳体承受过高的应力，以致超过或远远超过其屈服极限和强度极限，使壳体产生较大的塑性变形，最终导致破裂。韧性破裂它是压力容器未发生明显塑性变形就破坏的破裂形式。化工容器常发生低应力脆断，主要原因是热学环境、载荷作用和容器本身结构缺陷所致。所处理的介质易造成容器应力腐蚀、晶间腐蚀、氢损伤、高温腐蚀、热疲劳、腐蚀疲劳、机械疲劳等，使焊缝和母材原发缺陷易于扩展开裂，或在应力集中区易产生新的裂纹并扩展开裂，使容器承受的应力低于设计应力而破坏。脆性破裂压力容器长期在交变载荷作用下运行，其承压部件发生破裂或泄漏，容
7、器外观没有明显的塑性变形，而且是突发性的破裂，它往往发生在应力较高或存在材料缺陷处，如果容器材料强度较低而韧性较好，不一定发生破裂，而是疲劳裂纹穿透器壁发生泄漏。如果容器材料强度偏高而韧性较差，则会发生爆破事故。疲劳破裂所谓应力腐蚀破裂是指容器材料在特定的介质环境中，在拉应力作用下，经一定时间后发生开裂或破裂的现象。由于压力容器广泛使用在石油、化工等工业部门，因此腐蚀破裂是压力容器破裂的最常见的形式。由于许多压力容器材料对应力腐蚀敏感，所以应力腐蚀是压力容器最重要的一种腐蚀形式。应力腐蚀破裂在高温下运行的压力容器，当操作温度超过一定限度，材料在应力作用下发生缓慢的塑性变形，塑性变形经长期累积，
8、最终会导致材料破裂。蠕变破裂有明显的塑性变形和蠕变小裂纹，断口无金属光泽呈粗糙颗粒状，表面有高温氧化层或腐蚀物。蠕变破裂u化工生产中常见的安全事故类别及特点n n常见安全事常见安全事故故化工厂腐蚀造成的事故在化工生产中，所用原料及中间产品、成品等大部分具有腐蚀性，对建（构）筑物、机械、设备、仪表、电气设施，均会造成腐蚀破坏，严重影响生产安全。按照腐蚀机理可分为缝隙腐蚀、孔蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀破裂、氢损伤、腐蚀疲劳、选择性腐蚀七类。即在电解液中，金属与金属、金属与非金属之间构成窄缝空腔内发生的一种腐蚀。化工生产中，管道连接处，衬板、垫片处，设备污泥沉积处及设备外部尘埃、腐蚀产物的附着处，易产生
9、此类腐蚀。当金属涂层破损时，金属与涂层之间也会发生缝隙腐蚀。缝隙腐蚀即集中于金属表面个别小点上深度较大的腐蚀。其腐蚀机理是金属表面由于露头、错位、介质不均匀等缺陷，使其表面膜的完整性遭到破坏，成为点蚀源。该点蚀源在某段时间内是活性状态，电极电位为负，与表面其他部位构成局部腐蚀微电池。在大阴极小阳极的条件下，点蚀源的金属迅速被溶解形成孔洞。孔 蚀即一种沿金属晶粒间的分界面向内部扩展的腐蚀，它可以在外观无变化的情况下，完全丧失金属的强度。其机理是由于金属材料在腐蚀环境中，晶粒表面和内部的物理化学和电化学性能有差异时，会在它们之间构成腐蚀电池，使腐蚀沿晶粒边界向前发展，致使材料的晶粒间失去结合力。晶
10、间腐蚀包括氢腐蚀和氢脆。氢腐蚀是在高温高压下，氢引起钢组织的化学变化，使其机械性能受损，被腐蚀的钢强度、塑性下降，宏观是脆断。氢脆是由于氢扩散到金属内部，使材料发生脆化的现象。氢 损 伤材料在腐蚀环境中，受交变应力作用产生的破坏。腐蚀疲劳选择性腐蚀合金腐蚀时，其某种组分有选择性的溶解。常见的有黄铜脱锌和铸铁石墨化等。u化工生产中常见的安全事故类别及特点n n化工事故统计特化工事故统计特点点 爆炸事故屡见不鲜 泄漏事故普遍发生 相同事故接连不断 恶性事故没能遏制 设备缺陷比例很大 正常生产时事故隐患多u4.安全在化工生产中的重要地位 1975年，美国联合碳化物公司比利时公司安特卫普厂，年产15万
11、吨高压聚乙烯装置，因一个反应釜填料盖泄漏，受热爆炸，发生连锁反应，整个工厂被毁。案 例1 1984年12月3日，印度博泊尔市农药厂的毒气泄漏发生事故，由于储罐上安全装置有缺陷，管理上也存在问题，致使45吨甲基异氢酸酯几乎全部泄漏，造成20万人受到不同程度的中毒，死亡数千人，生态环境也遭到严重破坏。案 例2u1. 重大危险源的概念是指长期地或者临时地生产、搬运、使用或储存危险物品，且危险物品的数量等于或超过临界量的场所和设施，以及其他存在危险能量等于或超过临界量的场所和设施。化工企业重大危险源类别u2.化工企业重大危险源类别 储罐区（储罐） 库区（库） 生产场所 压力管道 锅炉 压力容器 储罐区
12、（储罐）判断依据（1）储罐区（储罐）内有一种危险物品的储存量达到或超过其对应的临界量；（2）储罐区内储存多种危险物品且每一种物品的储存量均未达到或超过其对应临界量，但满足下面的公式：q1Q1+q2Q2+qnQn 1式中：q1，q2，qn为每一种危险物品的实际储存量（t）；Q1，Q2，Qn为对应危险物品的临界量（t）。判断依据（1）库区（库）内有一种危险物品的储存量达到或超过其对应的临界量；（2）库区（库）内储存多种危险物品且每一种物品的储存量均未达到或超过其对应临界量，但满足下面的公式：q1Q1+q2Q2+qnQn 1式中：q1，q2，qn为每一种危险物品的实际储存量（t）；Q1，Q2，Qn为
13、对应危险物品的临界量（t）。 库区（库）判断依据（1）单元内现有的任一种危险物品的量达到或超过其对应的临界量；（2）单元内有多种危险物品且每一种物品的储存量均未达到或超过其对应临界量，但满足下面的公式：q1Q1+q2Q2+qnQn 1式中：q1，q2，qn为每一种危险物品的实际储存量（t）；Q1，Q2，Qn为对应危险物品的临界量（t）。 生产场所判断依据（1）长输管道 a. 输送有毒、可燃、易爆气体，且设计压力1.6MPa的管道； b. 输送有毒、可燃、易爆液体介质，输送距离200km且管道公称直径300mm的管道。（2）公用管道 中压和高压燃气管道，且公称直径200mm。 压力管道判断依据（
14、3）工业管道 a. 输送职业性接触毒物危害程度分级依据（GB5044-1985）中毒性程度为极度、高度危害气体、液化气体介质，且公称直径100mm的管道； b. 输送职业性接触毒物危害程度分级依据（GB5044-1985）中极度、高度危害液体介质、建筑设计防火规范（GB50016-2006）中规定的火灾危险性为甲、乙类可燃气体，或甲类可燃液体介质，且公称直径100mm，设计压力4MPa的管道； c. 输送其他可燃、有毒流体介质，且公称直径100mm，设计压力4MPa，设计温度400的管道。 压力管道判断依据（1）蒸汽锅炉 额定蒸汽压力2.5MPa，且额定蒸发量10t/h。（2）热水锅炉 额定出水温度120，且额定功率14MW。 锅 炉判断依据（1）介质毒性程度为极度、高度或中度危害的三类压力容器；（2）易燃介质，最高工作压力0.1MPa，且PV100MPam3。 压力容器化学工业事故原因统计 工厂选址 工厂布局 结 构 对加工物质的危险性认识不足 化工工艺 物料输送 误操作 设备缺陷 防灾计划不充分1.某危化品生产单位库区储存有汽油8吨、煤油25吨、液化石油气12吨，请问该企业库区是否构成重大危险源？并请说明理由。2.压力容器常见的破裂失效形式有哪些？3.化工设备的腐蚀类型有哪些？4.化工生产的特点是什么？化工行业常见的安全事故类型有哪些？5.压力容器蠕变破裂有何特点？作 业
