化工工艺参数的安全控制教案精.docx
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化工工艺参数的安全控制教案精
学习情境三化工操作岗位风险控制及预防措施
任务2：
化工装置运行风险控制及预防措施
——化工工艺参数的安全控制
一、工艺参数的安全控制
化学生产过程中的工艺参数主要包括温度、压力、流量及物料配比等。
实现这些参数的自动调节和控制室保证化工安全生产的重要措施。
1.反应温度控制
温度是化学工业生产的主要控制参数之一。
各种化学反应都有其最适宜的温度范围，正确控制反应温度不但可以保证产品的质量，而且也是防火防爆所必须的。
如果超温，反应物有可能分解起火，造成压力升高，甚至导致爆炸；也可能因温度过高而产生副反应，生成危险的副产物或过反应物。
升温过快、过高或冷却设施发生故障，可能会引起剧烈反应，乃至冲料或爆炸。
温度过低会造成反应速度减慢或停滞，温度一旦恢复正常，往往会因为未反应物料过多而使反应加剧，有可能引起爆炸。
温度过低还会使某些物料冻结，造成管道堵塞或破裂，致使易燃物料泄漏引发火灾或爆炸。
（1）控制反应温度（除去反应热）
化学反应—般都伴随着热效应，放出或吸收—定热量。
例如基本有机合戊中的的各种氧化反应、氯化反应、水合和聚合反应等均是放热反应；而各种裂解反应、脱氢反应，脱水反应等则是吸热反应。
为使反应在一定温度下进行，必须在反应系统中加入或移去一定的热量，以防因过热而发生危险。
例如乙烯氧化制环氧乙烷是一个典型的放热反应。
环氧乙烷沸点低（10.7℃），爆炸范围极宽（3～100％），没有氧气存在也能发生分解爆炸。
此外，杂质存在易引起自聚并放出热量，使湿度升高，遇水进行水合反应，也放出热量。
如果反应热不及时导出，湿度过高会使乙烯完全燃烧而放出更多热量，使温度急剧升高，导致爆炸。
因此，在高温下是很危险的。
具体方法有：
a.夹套冷却、内蛇管冷却、或两者兼用；
b.稀释剂回流冷却；
c.惰性气体循环冷却；
d.采用一些特殊结构的反应器或在工艺上采取一些措施。
合成甲醇是强放热反应，在反应器内装配热交换器，混合合成气分两路，其中一路控制流量以控制反应温度；
e.加入其他介质，如通入水蒸气带走部分反应热。
如乙醇氧化制取乙醛就是采用乙醇蒸气、空气和水蒸气的混合气体，将其送入氧化炉，在催化剂作用下生成乙醛。
利用水蒸气的吸热作用将多余的反应热带走。
（2）防止搅拌中断
搅拌可以加速热量的传递。
有的生产过程如果搅拌中断，可能会造成散热不良或局部反应过于剧烈而发生危险。
例如，苯与浓硫酸进行磺化反应时，物料加入后由于迟开搅拌，造成物料分层。
搅拌开动后，反应剧烈，冷却系统不能及时地将大量的反应热移去，导致热量积累，温度升高，未反应完的苯很快受热气化，造成设备、管线超压爆裂。
所以，加料前必须开动搅拌，防止物料积存。
生产过程中，若由于停电、搅拌机械发生故障等造成搅拌中断时，加料应立即停止，并且应当采取有效的降温措施。
对因搅拌中断可能引起事故的反应装置，应当采取防止搅拌中断的措施，例如，采用双路供电。
（3）正确选择传热介质
传热介质，即热载体，常用的有水、水蒸气、碳氢化合物、熔盐、汞和熔融金属、烟道气等。
①避免使用性质与反应物料相抵触的介质。
应尽量避免使用性质与反应物料相抵触的物质作冷却介质。
例如，环氧乙烷很容易与水剧烈反应，甚至极微量的水分渗入液态环氧乙烷中、也会引发自聚放热产生爆炸。
又如，金属钠遇水剧烈反应而爆炸。
所以在加工过程中，这些物料的冷却介质不得用水，一般采用液体石蜡。
②防止传热面结垢。
在化学工业中，设备传热面结垢是普遍现象。
传热面结垢不仅会影响传热效率，更危险的是在结垢处易形成局部过热点，造成物料分解而引发爆炸。
结垢的原因有，由于水质不好而结成水垢；物料粘结在传热面上；特别是因物料聚合、缩合、凝聚、炭化而引起结垢，极具危险性。
换热器内传热流体宜采用较高流速，这样既可以提高传热效率，又可以减少污垢在传热表面的沉积。
③传热介质使用安全。
传热介质在使用过程中处于高温状态，安全问题十分重要。
高温传热介质，如联苯混合物（73.5％联苯醚和26.5％联苯）在使用过程中要防止低沸点液体（如水或其他液体）进入，低沸点液体进入高温系统，会立即气化超压而引起爆炸。
传热介质运行系统不得有死角，以免容器试压时积存水或其他低沸点液体。
传热介质运行系统在水压试验后，一定要有可靠的脱水措施，在运行前应进行干燥吹扫处理。
2.投料控制
（1）投料速度控制
对于放热反应，投料速率不能超过设备的传热能力，否则，物料温度将会急剧升高，引起物料的分解、突沸，造成事故。
加料时如果温度过低，往往造成物料的积累、过量，温度一旦适宜反应加剧，加之热量不能及时导出，温度和压力都会超过正常指标，导致事故。
如某农药厂“保棉丰”反应釜，按工艺要求，在不低于75℃的温度下，4h内加完100kg双氧水。
但由于投料温度为70℃，开始反应速率慢加之投入冷的双氧水使温度降至52℃，因此将投料速度加快，在1h20min投入双氧水80kg，造成双氧水与原油剧烈反应，反应热来不及导出而温度骤升，仅在6s内温度就升至200℃以上，使釜内物料气化引起爆炸。
投料速度太快，除影响反应速度外，还可能造成尾气吸收不完全，引起毒性或可燃性气体外逸。
如某农药厂乐果生产硫化岗位，由于投料速度太快．硫化氢尾气来不及吸收而外逸，引起中毒事故。
当反应温度不正常时，首先要判明原因，不能随意采用补加反应物的办法提高反应温度，更不能采用先增加投料量而后补热的办法。
（2）投料配比
反应物料的配比要严格控制，影响配比的因素都要准确的分析和计量。
例如，反应物料的浓度、含量、流量、重量等。
对连续化程度较高，危险性较大的生产，在刚开车时要特别注意投料的配比。
例如，在环氧乙烷生产中，乙烯和氧混合进行反应，其配比临近爆炸极限，为保证安全，应经常分析气体含量，严格控制配比，并尽量减少开停车次数。
催化剂对化学反应的速度影响很大，如果配料失误，多加催化剂，就可能发生危险。
可燃物与氧化剂进行的反应，要严格控制氧化剂的投料量。
在某一比例下能形成爆炸性混合物的物料，生产时其投料量应尽量控制在爆炸范围之外，如果工艺条件允许，可以添加水、水蒸气或惰性气体进行稀释保护。
（3）投料顺序
在涉及危险品的生产中，必须按照一定的顺序进行投料。
例如，氯化氢的合成，应先向合成塔通入氢气，然后通入氯气；生产三氯化磷，应先投磷，后投氯，否则可能发生爆炸。
又如，用2，4－二氯酚和对硝基氯苯加碱生产除草醚，3种原料必须同时加入反应罐，在190℃下进行缩合反应。
假若忘加硝基氯苯，只加2，4－二氯酚和碱，结果生成二氯酚钠盐，在240℃下能分解爆炸。
如果只加硝基氯苯与碱反应，则能生成对硝基氯酚钠盐，在200℃下也会分解爆炸。
为了防止误操作，造成颠倒程序投料，可将进料阀门进行联锁动作。
（4）原料纯度
反应物料中危险杂质的增加可能会导致副反应或过反应，引发燃烧或爆炸事故。
对于化工原料和产品，纯度和成分是质量要求的重要指标，对生产和管理安全也有着重要影响。
比如，乙炔和氯化氢合成氯乙烯，氯化氢中游离氯不允许超过0.005％，因为过量的游离氯与乙炔反应生成四氯乙烷会立即起火爆炸。
又如在乙炔生产中，电石中含磷量不得超过0.08％。
因为磷在电石中主要是以磷化钙的形式存在，磷化钙遇水生成磷化氢，遇空气燃烧，导致乙炔和空气混合物的爆炸。
反应原料气中，如果其中含有的有害气体不清除干净，在物料循环过程中会不断积累，最终会导致燃烧或爆炸等事故的发生。
清除有害气体，可以采用吸收的方法，也可以在工艺上采取措施，使之无法积累。
例如高压法合成甲醇，在甲醇分离器之后的气体管道上设置放空管，通过控制放空量以保证系统中有用气体的比例。
有时有害杂质来自未清除干净的设备。
例如在六六六生产中，合成塔可能留有少量的水，通氯后水与氯反应生成次氯酸，次氯酸受光照射产生氧气，与苯混合发生爆炸。
所以这类设备一定要清理干净，符合要求后才能投料。
反应原料中的少量有害成分，在生产的初始阶段可能无明显影响，但在物料循环使用过程中，有害成分越积越多，以致影响生产正常进行，造成严重问题。
所以在生产过程中，需定期排放有害成分。
有时在物料的贮存和处理中加入一定量的稳定剂，以防止某些杂质引起事故。
如氰化氢在常温下呈液态，贮存时水分含量必须低于1％，置于低温密闭容器中。
如果有水存在，可生成氨，作为催化剂引起聚合反应，聚合热使蒸气压力上升，导致爆炸事故的发生。
为了提高氰化氢的稳定性，常加入浓度为0.001％～0.5％的硫酸、磷酸或甲酸等酸性物质作为稳定剂或吸附在活性炭上加以保存。
（5）投料量
化工反应设备或贮罐都有一定的安全容积，带有搅拌器的反应设备要考虑搅拌开动时的液面升高；贮罐、气瓶要考虑温度升高后液面或压力的升高。
若投料过多，超过安全容积系数，往往会引起溢料或超压。
投料过少，也可能发生事故。
投料量过少，可能使温度计接触不到液面，导致温度出现假象，由于判断错误而发生事故；投料量过少，也材大难用使加热设备的加热面物料的气相，使易于分解的物料分解，从而引起爆炸。
（6）过反应的控制
许多过反应的生成物是不稳定的，容易造成事故。
所以在反应过程中要防止过反应的发生。
如三氯化磷合成是把氯气通入黄磷中，产物三氯化磷沸点为75℃，很容易从反应釜中移出。
但如果反应过头，则生成固体五氯化磷，100℃时才升华。
五氯化磷比三氯化磷的反应活性高得多，由于黄磷的过氧化而发生爆炸的事故时有发生。
对于这一类反应，往往保留一部分未反应物，使过反应不至于发生。
在某些化工过程中，要防止物料与空气中的氧反应生成不稳定的过氧化物。
有些物料，如乙醚、异丙醚、四氢呋喃等，如果在蒸馏时有过氧化物存在，极易发生爆炸。
3.溢料和泄漏的控制
溢料主要是指化学反应过程中由于加料、加热速度较快产生液沫引起的物料溢出，以及在配料等操作过程中，由于泡沫夹带而引起的物料溢出。
由于溢料时相界面不清，给液面的调节控制带来困难。
反应过程中，溢料使反应物料外泄，容易发生事故。
在连续封闭的生产过程中，溢流又容易引起冲浆、液泛等操作事故。
为了减少泡沫，防止出现溢料现象，首先应该稳定加料量，平稳操作。
第二，在工艺上可采取真空消泡的措施，通过调节合理的真空差来消除泡沫。
如在橡胶生产的脱除挥发物的操作中可通过调节脱挥塔塔顶与塔釜的真空度差来减少脱气过程的泡沫，以防止冲浆。
第三是在工艺允许的情况下加入消泡剂消减泡沫。
第四是在配料操作中可通过调节配料温度和配料糟的搅拌强度，减少泡沫和溢料。
化工生产中还存在着物料的跑、冒、滴、漏的现象，容易引起火灾爆炸事故。
造成跑、冒、滴、漏一般有以下三种情况：
（1）操作不精心或误操作，例如，收料过程中的槽满跑料，分离器液面控制不稳，开错排污阀等；
（2）设备管线和机泵的结合面不严密；
（3）设备管线被腐蚀，未及时检修更换。
为了确保安全生产，杜绝跑、冒、滴、漏，必须加强操作人员和维修人员的责任心和技术培训，稳定工艺操作，提高检修质量，保证设备完好率，降低泄漏率。
为了防止误操作，对比较重要的各种管线应涂以不同颜色以示区别，对重要的阀门要采取挂牌、加锁等措施。
不同管道上的阀门应相隔一定的间距，以免启闭错误。
4.自动控制与安全保护装置
（1）自动控制
自动控制系统按其功能分为以下四类：
①自动检测系统：
对机械、设备或过程进行连续检测，把检测对象的参数如温度、压力、流量、液位、物料成分等讯号，由自动装置转换为数字，并显示或记录出来的系统。
②自动调节系统：
通过自动装置的作用，使工艺参数保持在设定值的系统。
③自动操纵系统：
对机械、设备或过程的启动、停止及交换、接通等，由自动装置进行操纵的系统。
④自动讯号、联锁和保护系统：
机械、设备或过程出现不正常情况时，会发出警报并自动采取措施，以防事故的安全系统。
（2）安全保护装置
①信号报警装置。
在化学工业生产中，可配置信号报警装置，情况失常时发出警告，以便及时采取措施消除隐患。
报警装置与测量仪表连接，用声、光或颜色示警。
例如在硝化反应中，硝化器的冷却水为负压，为了防止器壁泄漏造成事故，在冷却水排出口装有带铃的导电性测量仪，若冷却水中混有酸，导电率提高．则会响铃示警。
随着化学工业的发展，警报信号系统的自动化程度不断提高。
例如反应塔温度上升的自动报警系统可分为两级，急剧升温检测系统，以及与进出口流量相对应的温差检测系统。
警报的传送方式按故障的轻重设置倍号。
信号报警装置只能提醒操作者注意已发生的不正常情况或故障，但不能自动排除故障。
②保险装置。
保险装置在危险状态下自动消除危险或不正常状态。
例如氨的氧化反应是在氨和空气混合物爆作极限边缘进行的，在气体输送管路上应该安装保险装置，以便在紧急状态下切断气体的输入。
在反应过程中，空气的压力过低或氨的温度过低，都有可能使混合气体中氨的浓度提高，达到爆作下限。
在这种情况下，保险装置就会切断氨的输送，只允许空气流过，因而可以防止爆炸事故的发生。
③安全联锁装置。
联锁就是利用机械或电气控制依次接通各个仪器和设备，使之彼此发生联系，达到安全运行的目的。
安全联锁装置是对操作顺序有特定安全要求、防止误操作的一种安全装置，有机械联锁和电气联锁。
例如硫酸与水的混合操作，必须先把水加入设备，再注入硫酸，否则将会发生喷溅和灼伤事故。
把注水阀门和注酸阀门依次联锁起来，就可以达到此目的。
某些需要经常打开孔盖的带压反应容器，在开盖之前必须卸压。
频繁的操作容易疏忽出现差错，如果把卸掉罐内压力和打开孔盖联锁起来，就可以安全无误。
常见的安全联锁装置有以下几种情况：
a.同时或依次放两种液体或气体时；
b.在反应终止需要惰性气体保护时；
c.打开设备前预先解除压力或需要降温时；
d.打开两个或多个部件、设备、机器由于操作错误容易引起事故时；
e.当工艺控制参数达到某极限值，开启处理装置时；
f.某危险区域或部位禁止人员入内时。
二、火灾及爆炸蔓延的控制
1.隔离、露天布置、远距离操纵
（1）分区隔离
在总体设计时，应慎重考虑危险车间的布置位置。
危险车间与其他车间或装置应保持一定的间距，充分估计相邻车间建（构）筑物可能引起的相互影响。
对个别危险性大的设备，可采用隔离操作和防护屏的方法使操作人员与生产设备隔离。
在同一车间的各个工段，应视其生产性质和危险程度而予以隔离，各种原料成品、半成品的贮藏，也应按其性质、贮量不同而进行隔离。
（2）露天布置
为了便于有害气体的散发，减少因设备泄漏而造成易燃气体在厂房内积聚的危险性，宜将此类设备和装置布置在露天或半露天场所。
如石化企业的大多数设备都是露天安装的。
对于露天安装的设备，应考虑气象条件对设备、工艺参数、操作人员健康的影响，并应有合理的夜间照明。
（3）远距离操纵
在化工生产中，大多数的连续生产过程，主要是根据反应进行情况和程度来调节各种阀门，而某些阀门操作人员难以接近，开闭又较费力，或要求迅速启闭，这些情况都应进行远距离操纵。
对热辐射高的设备及危险性大的反应装置，也应采取远距离操纵。
远距离操纵主要由机械传
2.防火与防爆安全装置
（1）阻火装置
阻火设备包括阻火器、安全液封和单向阀等，其作用是防止外部火焰窜入有燃烧爆炸危险的设备、容器和管道，或阻止火焰在设备和管道间蔓延和扩散。
①阻火器。
阻火器的作用是防止外部火焰窜入存有易燃易爆气体的设备、管道内或阻止火焰在设备、管道间蔓延。
阻火器是应用火焰通过热导体的狭小孔隙时,由于热量损失而熄灭的原理设计制造。
在易燃易爆物料生产设备与输送管道之间，或易燃液体、可燃气体容器、管道的排气管上，多采用阻火器阻火。
阻火器有金属网、砾石、波纹金属片等形式。
②金属网阻火器。
阻火层用金属网叠加组成的阻火器。
③砾石阻火器。
用砂粒、卵石、玻璃球等作为填料。
④波纹金属片阻火器。
壳体由铝合金铸造而成，阻火层由0.1-0.2mm不锈钢压制而成波纹型。
⑤安全液封。
安全液封的阻火原理是液体封在进出口之间，一旦液封的一侧着火，火焰都将在液封处被熄灭，从而阻止火焰蔓延。
一般安装在气体管道与生产设备或气柜之间，一般用水作为阻火介质。
常用的安全液封有敞开式和封闭式两种。
⑥水封井。
水封井是安全液封的一种，使用在散发可燃气体和易燃液体蒸气等油污的污水管网上，可防止燃烧、爆炸沿污水管网蔓延扩展，水封井的水封液柱高度，不宜小于250mm。
注意：
当生产污水能产生引起爆炸或火灾的气体时，其管道系统中必须设置水封井，水封井位置应设在产生上述污水的排出口处及其干管上每隔适当距离处。
水封深度应采用0．25m，井上宜设通风设施，井底应设沉泥槽。
水封井以及同一管道系统中的其它检查井，均不应设在车行道和行人众多的地段，并应适当远离产生明火的场地。
⑦单向阀。
亦称止逆阀、止回阀。
生产中常用于只允许流体在一定的方向流动，阻止在流体压力下降时返回生产流程。
如向易燃易爆物质生产的设备内通人氮气置换，置换作业中氮气管网故障压力下降，在氮气管道通人设备前设一单向阀，既可防止物料倒入氮气管网。
单向阀的用途很广，液化石油气钢瓶上的减压阀就是起着单向阀作用的。
生产中常用的单向阀有升降式、摇板式、球式等。
装置中的辅助管线（水、蒸汽、空气、氮气等）与可燃气体、液体设备、管道连接的生产系统，均可采用单向阀来防止发生窜料危险。
⑧阻火闸门。
阻火闸门是为了阻止火焰沿通风管道蔓延而设置的阻火装置。
在正常情况下，阻火闸门受制于成环状或条状的易熔元件的控制，处于开启状态，一旦着火，温度升高，易熔元件熔化，阻火闸门失去控制，闸门自动关闭，阻断火的蔓延。
易熔元件通常用低熔点合金或有机材料制成（秘、铅、锡、铬、汞等金属）制成。
也有的阻火闸门是手动的，即在遇火警时由人迅速关闭。
⑨火星熄灭器。
火星熄灭器也叫防火帽，一般安装在产生火花（星）设备的排空系统上，以防飞出的火星引燃周围的易燃物料。
火星熄灭器的种类很多，结构各不相同，大致可分为以下几种形式。
a.降压减速：
使带有火星的烟气由小容积进人大容积，造成压力降低，气流减慢。
b.改变方向：
设置障碍改变气流方向，使火星沉降，如旋风分离器。
c.网孔过滤：
设置网格、叶轮等，将较大的火星挡住或将火星分散开，以加速火星的熄灭。
d.冷却：
用喷水或蒸汽熄灭火星，如锅炉烟囱.
（2）防爆泄压装置
防爆泄压设施包括采用安全阀、爆破片、防爆门和放空管等。
安全阀主要用于防止物理性爆炸，爆破片主要用于防止化学性爆炸；防爆门和防爆球阀主要用于加热炉上；放空管用来紧急排泄有超温、超压、爆聚和分解爆炸的物料。
有的化学反应设备除设置紧急放空管（包括火炬）外还宜设置安全阀、爆破片或事故贮槽，有时只设置其中一种。
①安全阀。
安全阀的功用，一是泄压，即受压设备内部压力超过正常压力时。
安全阀自动升启，把容器内的介质迅速排放出去，以降低压力，防止设备超压爆炸，当压力降低至正常值时，自行关闭。
二是报警，即当设备超压，安全阀开启向外排放介质时，产生气体动力声响．起到报警作用。
按安全阀阀瓣开启高度可分为微启式安全阀和全启式安全阀，微启式安全阀的开启行程高度为：
≤0.05d0（最小排放喉部口径）；全启式安全阀开启高度为≤0.25d0（最小排放喉部口径）。
安全阀按结构形式来分，要分为垂锤式、杠杆式、弹簧式和先导式（脉冲式）；按阀体构造来分，可分为封闭式和不封闭式两种。
封闭式安全阀即排除的介质不外泄，全部沿着出口排泄到指定地点，一般用在有毒和腐蚀性介质中。
对于空气和蒸汽用安全阀，多采用不封闭式安全阀。
对于安全阀产品的选用，应按实际密封压力来确定。
对于弹簧式安全阀，在一种公称压力（PN）范围内，具有几种工作压力级的弹簧，选择时除注意安全阀型号、名称、介质和温度外，尚应注意阀体密封压力。
②爆破片。
爆破片也称防爆片、防爆膜。
爆破片通常设置在密闭的压力容器或管道系统上．当设备内物料发生异常．反应超过规定压力时，爆破片便自动破裂．从而防止设备爆炸。
其特点是放出物料多，泄压快，构造简单。
可在设备耐压试验压力下破裂．适用于物料粘度高或腐蚀性强的设备以及不允许有任何泄漏的场所。
爆破片可与安全阀组合安装。
在弹簧安全阀入口处设置爆破片，可以防止弹簧安全阀受腐蚀、异物侵入及泄漏。
爆破片的安全可靠性取决于爆破片的材料、厚度和泄压面积。
③防爆门。
为了防止炉膛和烟道风压过高，引起爆炸和再次燃烧，并引起炉墙和烟道开裂、倒塌、尾部变热而烧坏，目前常用的方法就是在锅炉墙上装设防爆门。
防爆门主要利用自身的重量或强度，当它大于或和炉膛在正常压力作用在其上的总压力相平衡时，防爆门处于关闭状态。
当炉膛压力发生交化，使作用在防爆门上的总压力超过防爆门本身的重量或强度时，防爆门就会被冲开或冲破，炉膛内就会有一部分烟气泄出，而达到泄压目的。
防爆门一般设置在燃油、燃气和燃烧煤粉的燃烧室外壁上，以防燃烧室发生爆燃或爆炸时设备遭到破坏。
防爆门应设置在人们不常到的地方，高度最好不低于2米（m）。
④放空管。
在某些极其危险的化工生产设备上。
为防止可能出观的超温、超压、爆炸等恶件事故的发生，宜设置自动或就地手控紧急放空管瞥。
由于紧急放空管和安全阀的放空口高出建筑物顶．有较高的气柱，容易遭受雷击．因此．放空口应在防雷保护范围内。
为防静电，放空管应有良好的接地设施。
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