1、技术研究 104 2023年第10期在化工生产过程中，火灾爆炸等安全事故频发，其中热失控是引起这些事故的主要原因之一。本文针对热失控事故的多发性和严重性，梳理了典型化学反应热失控风险及案例，分析了导致化学反应热失控事故的主要原因，提出了热失控事故的主要预防控制措施。1 典型化学反应热失控风险及案例P.F.Nolan1对19621984年英国发生的142起热失控事故分析，发现化学反应热失控主要发生在烷基化、胺化、重氮化、卤化（氯化和溴化）、水解、硝化、氧化、聚合（包括缩合）、磺化过程。原国家安监总局于2009年和2013年公布了重点监管的18个危险化工工艺2，其中涉及的硝化工艺、氟化工艺、加氢工
2、艺、氧化工艺等13个工艺都存在较强物质不稳定性及反应放热，若得不到有效控制，则极易引起热失控事故。原国家安全监管总局关于加强精细化工反应安全风险评估工作的指导意见也提出，针对重点监管的危险化工工艺新投产或者变更时，需要开展反应安全风险评估3。通过对13个存在热失控风险的化学工艺进行分析，化学反应热失控的主要风险点在于原料及产物的热不稳定性、反应过程的快速放热、冷却能力不足等，反应过程中需要重点监控的参数也多为温度、压力、搅拌、冷却等参数。通过13类典型危险工艺的事故案例可以看出，一旦发生热失控，容易引起燃烧爆炸，后果均比较严重4。2 热失控事故的主要原因导致化学反应热失控的直接原因很多，但总体
3、说来主要由物理和技术原因、人与组织的原因。图1分析了中国、法国和英国热安全事故的主要原因占比5。根据图1可以看出，中国19842019年发生的热失控事故中，55.9%的事故主要原因是人和组织原因，41.3%的事故主要原因为物理和技术原因，2.8%的事故主要原因为自然原因。而对法国1988年以来的43起热失控事故原因分析表明，53.8%为人与组织原因，43.2%为物理和技术原因，3.1%典型化学反应热失控事故原因及控制措施分析王尧1，2 钟婷婷1，21.中海油安全技术服务有限公司 天津 3004502.天津北海油人力资源咨询服务有限公司 天津 300450摘要：化学反应热失控是化工事故的主要原因
4、之一，通常会造成较为严重的事故后果。通过对13个典型化工工业的热失控危险特点分析，主要风险点在于原料及产物的热不稳定性、反应过程的快速放热及冷却能力不足。通过对中国、法国和英国的热失控事故原因分析，人与组织原因导致的热失控事故最高，其次是物理和技术原因，针对热失控原因进行详细分析，并有针对性的提出了8项预防及控制热失控事故的有效措施，可以为热失控事故原因分析和预防提供参考。关键词：热失控 热安全 热稳定性 安全措施A n a l y s i s o n t h e C a u s e s a n d C o n t r o l Me a s u r e s f o r T h e r ma l
5、 R u n a w a y A c c i d e n t s o f T y p i c a l C h e mi c a l R e a c t i o n sWang Yao1，2 ，Zhong Tingting1，21.CNOOC Safety Technology Service Co.，Ltd.，Tianjin 3004502.Tianjin Beihai oil Human Resources Consulting Service Co.，Ltd，Tianjin 300450 Abstract：Thermal runaway of chemical reactions is o
6、ne of the main causes of chemical accidents，which usually lead to serious consequences.Through the analysis of the thermal runaway risk characteristics of 13 typical chemical industries，the main risk points are the thermal instability of raw materials and products，the rapid heat release of the react
7、ion process and the insufficient cooling capacity.Through the analysis of the causes of thermal runaway accidents in China，France and the United Kingdom，the main reason of thermal runaway accidents are human and organizational causes，followed by physical and technical reasons.The reasons of thermal
8、runaway are analyzed in detail，and eight effective measures to prevent and control thermal runaway accidents are proposed.The analysis results can provide reference for thermal runaway accident investigation and prevention.Keywords：Chemical industry；Thermal runaway；Thermal safety；Thermal stability；S
9、afety measures 105 技术研究2023年第10期为自然原因；对英国1988年以来的热失控事故分析，61.4%为人和组织原因，38.6%为物理和技术原因。可以看出，事故原因中人与组织原因占比最高，物理和技术原因次之，自然原因很少。图1 不同国家热安全事故原因对比对人与组织原因、物理和技术原因进行详细分析，如图2所示。其中技术与物理原因主要包括搅拌及冷却原因、物料纯度、机械或电气故障、探测器失效、温度控制失效、停电、反应器设计不当或变更、渗漏或者泄漏等。人与组织原因包括人员操作失误、风险分析不充分、加料控制不当、培训不到位、反应程序设置错误、维护过程不当、反应釜清理不到位等原因。而
10、自然因素包括温度变化和雷暴等突发状况引起热失控事故。3 热失控事故的预防及控制措施热失控事故的后果一般较为严重，需要采取安全措施，保证反应过程的热安全。Westerterp提出可以通过正确的操作条件、预警检测报警系统、合适的应急系统避免60%以上的事故。针对热失控事故防控，重点在于引发事故的物理和技术因素、人与组织因素的有效控制。主要可以分为以下8个方面。本质安全设计：本质安全旨在通过最小化、替代、缓和和简化的方式，防止人为错误和设施失效，以降低过程的风险。对于危险的化学反应，可以设计更为安全的反应器，如设计压力能够抵抗失控反应过程中产生的最大压力，由间歇反应器设计为半间歇反应器，由半间歇反应
11、器设计成微反应器等；此外，应强化换热系统设计和温度控制系统设计，进行自动化设计，加强安全系统的冗余设计。强化过程控制：在实际生产过程中，应强化反应过程控制，包括反应物料的纯度、加料速率、冷却水的温度和流量、加热速率，强化设备维护过程中的风险管控，按照设计要求对设备进行清理和养护。加强设备设施完整性管理：根据Zhang3等人研究，在物理和技术因素引发的热失控事故中，设备缺陷导致的事故占比最大。应该加强对设备设施的完整性管理，包括关键设备的识别和分图2 热失控主要原因分析技术研究 106 2023年第10期类、设备检查、预防性维护、设备异常管理、质量保证等。应强制对关键设施开展定期检查和维修，消除
12、由于设备设施故障（如搅拌失效、冷却失效）带来的事故隐患。安全联锁装置：包括使用传感器、警报等控制系统，这些控制系统可以自动操作或允许人工干预，以防止发生失控的反应。将反应过程的温度、压力与搅拌、物料添加、冷却水流量等形成联锁关系，一旦发生温度、压力异常，能够通过联锁有效控制物料添加、冷却系统或者应急系统，避免反应过程失控。有效的应急措施：尽管通过本质安全设计，也不可能完全消除热风险。因此需要建立有效的应急措施，包括紧急泄放系统，压力泄放装置通常安装在化学反应器上，综合考虑失控条件下的温度、压力参数确定泄放尺寸，同时在紧急泄放时需要做好有毒有害气体控制；此外，可以考虑将淬灭手段控制热失控风险，淬
13、灭是将冷的惰性稀释剂插入反应混合物中，通过冷却来停止反应。此外应做好热失控事故的应急预案，准备充足的应急物质，并定期开展应急演练。加强热失控风险评估：为了防止热失控事件的发生，首先必须对反应介质的热行为有深刻的认识，如热力学常数和动力学常数。在有热失控风险的新工艺研发或者放大过程中，必须对反应过程的热安全进行评估，例如采用反应量热仪（RC1e）、差示扫描量热仪（DSC）等仪器设备对反应放热情况、物质稳定性进行评估，对工艺的热失控风险进行分级，指导工艺设计或工艺改进。在此基础上，采用HAZOP、QRA等方法探讨事故发生的原因和后果，也是非常重要的过程。人员培训：管理人员、技术人员和操作人员均应对
14、工艺过程及热安全有全面的了解，确保在设计阶段的传热设计满足要求，同时按照风险等级设置温度控制系统，通过培训提升人员的风险辨识能力和应急处置能力。同时管理人员要重视安全风险，做好三级安全教育，不得随意减少操作人员数量或随意岗位调整，从而降低事故发生的可能性。加强智能化管控：要综合运用物联网、人工智能、大数据等技术，促进化工产业安全发展。这些新兴技术的风险评估、远程控制、智能监测和预警处理功能有望成为预防热失控事故的有效措施。4 结束语通过对典型危险工艺的热失控风险分析，结合事故类型，分析了引发热失控事故的主要原因，并提出了预防和控制热失控事故的主要措施，得到结论如下：1）国家重点监管的危险化工工
15、艺中，绝大多数工艺有热失控风险，主要风险点在于原料及产物的热不稳定性、反应过程的快速放热、冷却能力不足等，一旦出现热失控事故，后果均比较严重。2）通过对中国、英国和法国热失控事故的主要原因分析，人与组织原因是占比最高，物理和技术原因次之，对两类事故因素的具体原因分析，物理和技术原因共9项、人与组织原因7项，为工艺安全改进重点。3）针对热失控事故，提出了多项预防和控制措施，管理人员和技术人员均应重视反应热失控的危害，在设计、制造、生产过程中加强管理，从技术、设备、人员方面消除风险。其中工艺安全设计应高置于安全措施的层面，即当所有设计方面的努力都已尝试后，再考虑应用评估、控制和应急手段等。化学反应
16、热安全评估是避免热失控事故的有效手段，技术人员应重视热安全评估过程，未来应加强这方面的研究，将评估结果作为工艺改进、过程管理的可靠依据。参考文献1 王杭州，邱彤，陈丙珍，等.本质安全化的化工过程设计方法研究进展 J.化学反应工程与工艺，2014，30（3）：254-261.2 罗芩，李颖，吴冰，等.微反应技术在提升精细化工安全中的应用 J.现代化工，2019，39（4）：63-66.3 陈博伦，彭效明，庞磊，等.19992019 年国内制药生产安全事故分析 J.当代化工，2021，50（8）：1924-1930.4 姜晓雨，陈利平，郭子超.动力学控制的对氯三氟甲苯硝化反应热危险性研究 J.当代化工，2019，48（4）：754-758.5 李秀喜.基于 GEP 的过程监测和化工过程安全运行智能辅助系统研究与开发 D.华南理工大学，2009.
