化工安全技术管理措施
由于化工生产的产品绝大多数都是危险化学品,化工生产具有易燃、易爆、易中毒,高温、高压、有腐蚀等特点,从而导致化工生产较其他工业生产具有更大的危险性:较易发生火灾爆炸事故,职业病的发生率也较高。因此,安全生产在化工行业就更为重要。在《安全生产法》中被列入较易发生危险的一类(其他两类为矿山及建筑),在很多方面提出了更为严格的要求。
第一节典型化学反应的危险性及基本安全技术
在化工生产中不同的化学反应有不同的工艺条件,不同的化工过程有不同的操作规程。评价一套化工生产装置的危险性,不要单看它所加工的介质、中间产品、产品的性质和数量,还要看它所包含的化学反应类型及化工过程和设备的操作特点。因此,化工安全技术与化工工艺是密不可分的。作为基础,本节首先讨论典型化学反应的危险性及其相关基本安全技术。
一、氧化反应
绝大多数氧化反应都是放热反应。这些反应很多是易燃易爆物质(如甲烷、乙烯、甲醇、氨等)与空气或氧气参加,其物料配比接近爆炸下限。倘若配比及反应温度控制失掉,既能发生爆炸燃烧。某些氧化反应能生成危险性更大的过氧化物,它们化学稳定性极差,受高温、摩擦或撞击便会分解,引燃或爆炸。
有些参加氧化反应物料的本身就是强氧化剂,如高锰酸钾、氯酸钾、铬酸酐、过氧化氢,它们的危险性极大,在与酸、有机物等作用时危险性就更大了。
因此,在氧化反应中,一定要严格控制氧化剂的投料量(即适当的投料比例),氧化剂的加料速度也不易郭凯。要有料号的搅拌和冷却装置,防止温升过快、过高。此外,要防止由于设备、物料含有的杂质而引起的不良副翻译你干,例如有些氧化剂遇金属杂质会引起分解。使用空气是一定要净化,除掉空气中的灰尘、水分和油污。
当氧化反应过程以空气和氧为氧化剂是,反应物料配比应严格控制在爆炸范围以外。如乙炔氧化制环氧乙烷,乙烯在氧气中的爆炸下限为91%,及含氧量9%。反应系统中氧含量要严格控制在9%以下。其产物环氧乙烷在空气中的爆炸极限范围很宽,为3%--100%。其次,反应放出大量的热增加了反应体系的温度。在高温下,由乙烯、氧和环氧乙烷组成的循环气体具有更大的爆炸危险性。针对上述两个问题,工业上采用加入惰性气体(氮气、二氧化碳或甲烷等)的方法,来改变循环气的成分,缩小混合气的爆炸极限,增加反应系统的安全性;其次,这些惰性气体具有较高的热熔,能效地带走部分反应热,增加反应系统的稳定性。
这些惰性气体叫做致稳气体,致稳气体在反应中不消耗,可以循环使用。
二、还原反应
还原反应种类很多。虽然多数还原放映的反应过程比较缓和,但是许多还原反应会产生氢气或使用氢气,增加了反应火灾爆炸的危险性,从而使防火防爆问题突出;另外有些反应使用的还原剂和催化剂具有很大的燃烧和爆炸危险性,下面就不同情况作一介绍。
1、利用初生态氢还原
利用铁粉、锌粉等金属在酸、碱作用下生成初生态氢起还原作用。例如硝基苯在盐酸溶液中被铁粉还原成苯胺。
在此反应中,铁粉和锌粉在潮湿空气中遇酸性气体是可能引起自燃,在存储时应特别注意。
反应时酸、碱的浓度要控制适宜,浓度过高或过低均使产生初生态氢的量不稳定,使反应难以控制。反应温度也不易过高,否则容易突然产生大量氢气而造成冲料。反应过程中应注意搅拌效果,防止铁粉、锌粉下沉。一旦温度过高,底部金属颗粒动能加大,将加速反应,产生大量氢气而造成冲料。反应结束后,反应器内残渣中仍有铁粉、锌粉仍继续作用,不断放出氢气,很不安全,应将残渣放入室外储槽中,加冷水稀释,槽上加盖并设排气管一导出氢气。待金属粉消耗殆尽,再加碱中和。若急于中和,则容易产生大量氢气并生成大量的热,将导致燃烧爆炸。
2、在催化剂作用下加氢
有机合成工业和油脂化学工业中,常用雷尼镍、钯碳等为催化剂使氢活化,然后加入有机物质分子中起还原反应,例如苯在催化作用下,经加氢气生成环乙烷。
催化剂雷尼镍和钯碳在空气中吸潮后有自燃的危险。钯碳更易自燃,平时不能暴露在空气中,而要浸在酒精中保存。反应前必须用氮气置换反应器中的全部空气,经测定证实含氧量降低到规定要求后,方可通入氢气。反应结束后应先用氮气把氢气置换掉,并以氮封保存。
此外,无论是利用初生态氢还原,还是用催化加氢,都是在氢气存在下,并在加热加压下进行。氢气的爆炸极限为4%--75%,如果操作失误或设备泄露,都极易引起爆炸。操作中要严格控制温度、压力和流量。厂房的电气设备必须符合防爆要求,且应采用轻质屋顶,开设天窗或风帽,使氢气易于飘逸。尾气排放管管要高出房顶并设置阻火器。
高温高压下的氢对金属有渗碳作用,易造成氢腐蚀,所以对设备和管道的选材要符合要求。对设备和管材要定期检测,以防事故。
3、使用其他还原剂还原
常用还原剂中火灾危险性大的有硼氢类、四氢化锂铝、氢化钠、保险粉(连二亚硫酸钠),异丙醇铝等。
常用的硼氢类还原剂为钾硼氢和钠硼氢。它们都是与水燃烧物质,在潮湿空气中能自燃,遇水和酸即分解放出大量的氢,同时产生大量的热,可使氢气燃爆。所以应储与密闭容器中,置于干燥处。钾硼氢通常溶解在液碱中比较安全。在生产中,调节酸、碱度时要特别注意防止加酸过多、过快。
四氢化锂铝有良好的还原性,但遇潮湿空气、水和酸极易燃烧,应浸在煤油中存储。使用时应先将反应器用氮气置换干净,并在氮气保护下投料和反映。反应热应由油类冷却剂取走,不应用水,防止水漏入反应器内,发生爆炸。
用氢化钠作还原剂与水、酸的反应与四氢化锂铝相似,它与甲醇、乙醇等反应也相当激烈,有燃烧爆炸的危险。
保险粉是一种还原效果不错且较为安全的还原剂。它与水发热,在潮湿的空气中能分解析出黄色的硫磺蒸汽。硫磺蒸汽自燃点低,易自燃。使用时应在不断搅拌先,将保险粉缓缓溶于水中,待溶解后再投入反应器与物料反应。
异丙醇铝常用语高几醇的还原,反应较温和。但在制备异丙醇铝是须加热回流,将产生大量氢气和异丙醇蒸汽,如果铝片或催化剂三氯化铝的质量不佳,反应就不正常。往往先是不反应,温度升高后有突然反应,引起冲料,增加了燃烧爆炸的危险性。
采用还原性强而危险性又小的新型还原剂对安全生产很有意义。例如用硫代钠代替铁粉还原,可以避免氢气产生,同时也消除了铁泥堆积问题。
三、硝化反应
有机化合物分子中引入硝基(-no2)取代氢原子而生成硝基化合物的反应,称为硝化。硝化反应时生产燃料、药物及某些炸药的重要反应。常用的硝化剂是浓硝酸或浓硝酸与浓硫酸的混合物(俗称混酸)。
硝化反应使用硝酸作为硝化剂,浓硫酸为触媒,也有使用氧化氮气体做硝化剂的。一般的硝化反应是先把硝酸和硫酸配成混酸,然后在严格控制温度的条件下将混酸滴入反应器,进行硝化反应。制备混酸时,应先用水将浓硫酸适当稀释,稀释应在有搅拌和冷却情况下将浓硫酸缓缓加入水中,并控制温度。如温度升高过快,应停止加酸,否则易发生爆溅,引发危险。
浓硫酸适当稀释后,在不断搅拌和冷却条件下加浓硝酸。应严格控制温度和酸的配比,直到充分搅拌均匀为止。配酸是要严防因温度猛升而冲料或爆炸。更不能把未经稀释的浓硫酸与硝酸混合,因为浓硫酸猛烈吸收浓硝酸中的水分而产生高热,将使硝酸分解产生多种氮氧化物,引起爆沸冲料或爆炸。浓硫酸稀释时,不可将水注入酸中,因为水的密度比浓硝酸小,上层的水被溶解放出的热量加热而沸腾,引起四处飞溅。
配制成的混酸具有强烈的氧化性和腐蚀性,必须严格防止触及棉、纸、布、稻草等有机物,以免发生燃烧爆炸,硝化反应的腐蚀性很强,要注意设备及管道的防腐蚀性能,以防止渗漏。
硝化反应时放热反应,温度越高,硝化反应速率越快,放出的热量越多,极易造成温度失控而爆炸。所以硝化反应器要有良好的冷却和搅拌,不得中途停水断电及搅拌系统发生故障。要有严格的温度控制系统及报警系统,遇有超温或搅拌故障,能自动报警并自动停止加料。反应物料不得有油脂、醋酐、甘油、醇类等有机杂质,含水也不能过高,否则易于酸反应,发生燃烧爆炸。
硝化反应器应有泄露管和紧急排放系统。一旦温度失控,紧急排放到安全地点。
硝化产物具有爆炸性,因此处理硝化物事要格外小心。应避免摩擦、撞击、高温、日晒,不能接触明火、酸、碱。卸料是或处理堵塞管道是,可用水蒸气慢慢疏通,千万不能用黑色金属敲打或明火加热。拆卸的管道,设备应移至车间外安全地点,用水蒸气反复冲洗,刷洗残留物,经分析合格后,才能进行检修。
四、磺化反应
在有机分子中导入磺酸基或其衍生物的化学反应称为磺化反应。磺化反应使用的磺化剂主要是浓硫酸、发烟硫酸和硫酸酐,都是强烈的吸水剂。吸水时放热,会引起温度升高,甚至发生爆炸。磺化剂有腐蚀作用。磺化反应和硝化反应在安全技术上基本相似。不再赘述。
五、氯化反应
以氯原子取代有机化合物中的氢原子的反应称为氯化反应。最常用的氯化剂是液态或气态的氯、气态的氯化氢和不同浓度的盐酸、磷酰氯(三氯氧化磷)、三氯化磷、硫酰氯(二氯硫酰)、次氯酸钙(漂白粉)等。最常用的氯化剂是氯气。氯气由氯化钠电解得到,通过液化存储和运输。常用的容器有储罐、气瓶和槽车,它们都是压力容器。氯气的毒性很大,要防止设备泄漏。
在化工生产中用以氯化的原料一般是甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、戊烷、苯、甲苯及萘等,他们都是易燃易爆物质。
氯化反应是放热反应。有些反应比较容易进行,如芳烃氯化,反应温度较低。而烷烃和烯烃氯化反应温度高达300-500摄氏度。在这样苛刻的反应条件下,一定要控制好反应温度、配料比和进料速度。反应器要有良好的冷却系统。设备和管道要耐腐蚀,因为氯气和氯化产物(氯化氢)的腐蚀性极强。
气瓶和储罐中的氯气呈液态,冬天气化较慢,有时需加热,以促使氯气的气化。加热一般用温水而切忌用蒸汽或明火,以免温度过高,液氯剧烈气化,造成内压过高而发生爆炸。停止通氯时,应在氯气瓶尚未冷却的情况下关闭出口阀,以免温度骤降,瓶内氯气体积缩小,造成物料倒灌,形成爆炸性气体。
三氯化磷、三氯氧磷等遇水猛烈分解,会引起冲料或爆炸所以要防水。冷却剂做好不用水。
氯化氢极易溶于水,可以用来冷却和吸收氯化反应的尾气。
六、裂解反应
广义地说,凡是有机化合物在高温下分子发生分解的反应过程都称为裂解。而石油化工中所谓的裂解是指石油烃(裂解原料)在隔绝空气和高温条件下,分子发生分解反应而生成小分子烃类的过程。在这个过程中还伴随着其他的反应(如缩合反应),生成一些特别的反应物(如有较小分子的烃缩合成较大分子的烃)。
裂解是总称,不同的情况,可以有不同的名称。如单纯加热不使用催化剂的裂解称为热裂解;使用催化剂的裂解称为催化裂解;使用添加剂的裂解,随着添加剂的不同,有水蒸汽裂解、加氢裂解等。
石油化工中的裂解与石油炼制工业中的裂化有共同点,即都符合前面所说的广义定义。但是也有不同,主要区别有二:一是所用的温度不同,一般答题以600℃为分界,在600℃以上所进行的过程为裂解,在600℃以下的过程为裂化;二是生产的目的不同,前者的目的产物为乙烯、丙烯、乙炔、联产丁二烯、苯、甲苯、二甲苯等化工产品,后者的目的产物是汽油、煤油等燃料油。
在石油化工中用的最为广泛的是水蒸气裂解。其设备为管式裂解炉。
裂解反应在裂解炉的炉管内并在很高的温度(以轻柴油裂解指乙烯为例,裂解气的出口温度近800℃)很短的时间内(0.7s)完成,以防止裂解气体二次反应而是裂解炉管内结焦。
炉管内结焦会使流体阻力增加,影响生产。同时影响传热,当焦层达到一定厚度时,因炉管壁温度过高,而不能继续运行下去,必须进行清焦,否则会烧穿炉管,裂解气外泄,引起裂解炉爆炸。
裂解炉运转中,一些外界因素可能危及裂解炉的安全。这些不安全因素大致有以下几个。
1、引风机故障,引风机是不断排除炉管内烟气的装置。在裂解炉正常运行中,如果由于断电或引风机机械故障而使引风机突然停转,则炉膛内很快变成正压,会从窥视孔或烧嘴等处向外喷火,严重时会引起炉膛爆炸。为此,必须设置连锁装置,一旦引风机故障停车,则裂解炉自动停止进料并切断燃料供应。但应继续供应稀释蒸汽,以带走炉膛内的余热。
2、燃料气压力降低裂解炉正常运行中,如果燃料系统大幅度波动,燃料气压力过低,则可能造成裂解炉烧嘴回火,使烧嘴烧坏,甚至会引起爆炸。
裂解炉内采用燃料油做燃料是,如燃料油的压力降低,也会使油嘴回火。因此,当燃料油压降低时应自动切断燃料油的供应,同时停止进料。当裂解炉同时使用油和气为燃料是,如果油压降低,则在切断燃料油的同时,将燃料气切入烧嘴,裂解炉可继续维持运转。
3、其他公用工程故障,裂解炉其他公用工程中断,则废热锅炉汽包液面迅速下降,如果不及时停炉,必然会使废热锅炉炉管、裂解炉对流段锅炉给水预热管损坏。
此外,水、电、蒸汽出现故障,均能使裂解炉造成事故。在这种情况先,裂解炉应能自动停车。
七、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,按聚合物和单体元素组成结构的不同,可分成加聚反应和缩聚反应两大类。
单体加成而聚合起来的反应叫做加聚反应。氯乙烯聚合成聚氯乙烯就是加聚反应。
加聚反应产物的元素组成与原料单体相同,仅结构不同,其分子量是单体分子量的整数倍。
另外一种聚合反应中,除了生成聚合物外,同时还有低分子副产物生成,这类聚合反应称为缩聚反应。例如己二胺和己二醇反应生成尼龙-66的缩聚反应。
缩聚反应中的单体分子中都有官能团,根据单体官能团的不同,低分子副产物可能是谁、醇、氨、氯化氢等。
由于聚合物的单体大多数都是易燃易爆物质,聚合反应多在高压下进行,反应本身又是放热过程,所以如果反应条件控制不当,很容易出事故。例如乙烯在温度为150~3000℃;压力为130~300mpa的条件下聚合成聚乙烯。在这种条件先,乙烯不稳定。一旦分解,会产生巨大的热量。进而反应加剧,可能引起暴聚,反应器和分解器可能发生爆炸。
聚合反应过程中的不安全因素
1、单体在压缩过程中或在高压系统中泄漏,发生火灾爆炸。
2、聚合反应中加入的引发剂都是化学活泼性很强的过氧化物,一旦配料比控制不当,容易引起暴聚,反应器压力骤增易引起爆炸。
3、聚合反应未能及时导出,如减半发生故障、停电、停水,由于反应釜内聚合物粘壁作用,使反应热不能导出,造成局部过热或反应釜急剧升温,发生爆炸,引起容器破裂,可燃气外泄。
针对上述不安全因素,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。
对催化剂、引发剂等要加强存储、运输、调配、注入等工序的严格管理。反应釜的搅拌和温度应有检测和联锁,发现异常能自动停止进料。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。
第二节 化工单元操作的危险性及基本安全技术
一、加热
温度是化工生产中最常见的需要控制的条件之一。加热时控制温度的重要手段,其操作的关键是按规定严格控制温度的范围和升温速度。
温度过高会使化学反应速度加快,若是放热反应,则放热量增加,一旦散热不及时,温度失控,发生冲料,甚至会引起燃烧和爆炸。
升温速度过快不仅容易使反应超温,而且会损坏设备。列如,升温过快会使带有衬里的设备及各种加热炉、反应炉等设备损坏。
化工生产中的加热方式有直接祸加热(包括烟道气加热)、蒸汽或热水加热、载体加热以及电加热。加热温度在100℃以下的,常用热水或蒸汽加热。100--140℃用蒸汽加热;超过140℃则用加热炉直接加热或加热载体加热;超过250℃时,一般用电加热。
对高压蒸汽加热时,要防止热载体循环系统堵塞,热油喷出,酿成事故。
使用电加热时,电气设备要符合防爆要求。
直接用火加热危险性最大,温度不易控制,可能造成局部过热烧坏设备,引起易燃物质的分解爆炸。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。若加热温度接近物料分解温度,此生产工艺就为危险工艺,必须设法进行工艺改进,如负压或加压操作。
二、冷却
在化工生产中,把物料冷却到大气温度以上是,可用空气或循环水做为冷却介质;冷却温度在15度以上,可以用地下水;冷却温度在0-15℃之间,可采用冷冻盐水。
还可以借用某种沸点较低的介质蒸发从需冷却的物料中取得热量来实现冷却。常用的介质有氟利昂、氨等。此时,物料的冷却温度可达-15℃左右。更低温度的冷却,属于冷冻的范围。如石油气、裂解气的分离采用深度冷冻,介质需冷却至-100℃以下。冷却操作时冷却介质不能中断,否则会造成积热,系统温度、压力骤增,引起爆炸。开车时,应先通过冷却介质;停车时,应先撤出物料,后停冷却系统。
有些凝固点较高的物料,遇冷易变得粘稠或凝固,在冷却时要注意控制温度,防止物料卡主搅拌器或堵塞设备及管道。
三、加压
凡操作压力超过大气压力都属于加压操作。加压操作所使用的设备要符合压力容器的要求。加压系统不得泄漏,否则在压力下物料以高速喷出,产生静电,极易发生火灾爆炸。
所用的各种仪表及安全设施(如爆破泄压片、紧急排放管等)都必须齐全好用。
四、负压操作
负压操作机低于大气压下的操作。负压操作系统的设备也和压力设备一样,必须符合强度要求,以防止负压下把设备抽瘪。
负压设备必须有良好的密封,否则一旦空气进入设备内部,形成爆炸混合物,易引起爆炸。当需要恢复常压时,应待温度降低后,缓缓放进空气,以防自燃或爆炸。
五、冷冻
在某些化工生产过程中,如蒸发、气体的液化、低温分离,以及某些物质的输送、储藏等,长需将物料降到0℃更低的温度,这就需要冷冻。
冷冻操作的实质是利用冷冻剂不断地由冷冻物质取出热量,并传给其他物质(水或空气),以使被冷冻物体温度降低。制冷剂本身通过压缩-冷却-蒸发(或节流、膨胀)循环过程,反复使用。工业上常用的制冷剂有氨、氟利昂。在石油化工生产中常用乙烯、丙烯为深冷分离裂解气的冷冻剂。
对于制冷系统的压缩机、冷凝器、蒸发器以及管路,应注意耐压等级和气密性,防止泄漏。此外还应注意低温部分的材质选择。
六、物料输送
在化工生产过程中,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。由于说输送物料的形态不同(块状、粉状、液体、气体),所采用的输送方式机械也各异,但不论采取何种形式的输送,保证它们色安全运行都是十分重要的。
固体块状和粉状物料的输送一般多采用皮带传送机、螺旋输送器、刮板输送机、链斗输送机、斗式提升机以及气流输送等多种方式。
这类输送设备除了其本身会发生故障外,还会造成人身伤害。因此除要加强对机械设备的常规维护外,还应对齿轮、皮带、链条等部位采取防护措施。
气流输送分为吸送式和压送式。气流输送系统除设备本身会发生故障外,最大的问题就是系统的故障和有静电引起的粉尘爆炸。
粉料气流输送系统应保持良好的严密性。其管道材料应选择导电性材料并有良好的接地。如采用绝缘材料的管道,,则管外应采取接地措施。输送速度不应超过不应超过该物料的允许的流速。粉料不要堆积管内,要及时清理管壁。
用各种泵类输送可燃液体时,其管内流速不应超过规定的安全流速。
在化工生产中,也有用空气压缩机为动力来输送一些酸碱等有腐蚀性液体的。这些传送设备也属于压力容器,要有足够的强度。在输送爆炸性或燃烧性物料时,要采取氮气、二氧化碳等惰性气体代替压缩空气,以防造成燃烧或爆炸。
气体物料的输送采用空气压缩机,输送可燃气体要求压力不太高是,采用液环泵比较安全。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。
七、熔融
在化工生产中常常将某些固体物料(如苛性钠、苛性钾、萘、磺酸等)熔融之后进行化学反应。碱熔过程中的碱屑或液碱飞溅到皮肤或眼睛里会造成灼伤。
碱熔物和磺酸盐中若含有无机盐等杂质,应尽量除掉,否则这些无机盐因不熔合会造成局部过热、烧焦,致使熔融物喷出,容易造成烧伤。
熔融过程一般在150-350℃下进行,为防止局部过热,必须不间断地搅拌。
八、干燥
在化工生产中将固体和液体分离的操作方法是过滤,要进一步出去固体中液体的方法是干燥,干燥操作有常压和减压,也有连续和间断之分。用来干燥的介质有空气、烟道气等。此外还有升华干燥(冷冻干燥)、高温干燥和红外干燥。
干燥过程要严格控制温度,防止局部过热,以免造成物料分解爆炸。过程中散发出来的易燃易爆气体或粉尘,不应与明火或高温表面接触,防止爆炸。在气流干燥中应有防止静电措施,在滚筒干燥中应适当调整刮刀与滚桶壁的间隙,以防止火花。
九、蒸发与蒸馏
蒸发是借加热作用时溶液中所含溶剂不断变化,以提高溶液中溶质的浓度,或使溶质析出的物理过程。蒸发按其操作压力不同可分为常压、加压和减压蒸发。按蒸发所需要热量的利用次数不同可分为单效和多效蒸发。
蒸发的溶液皆具有一定的特性。如溶质在浓缩过程中可能有结晶、沉淀和污垢生成,这些都能导致热效率的降低,并产生局部过热,促使物料分解、燃烧和爆炸。因此要控制蒸发温度。为防止热敏性物质的分解,可采用真空蒸发的方法。降低蒸发温度,或采用高效蒸发器,增加蒸发面积,减少停留时间。
对具有腐蚀性的溶液,要合理选择蒸发器的材质,必要时做防腐处理。
蒸馏时借液体混合物各组分挥发度的不同,使其分离为纯组分的操作。蒸馏操作可分为间歇蒸馏和连续蒸馏。按压力分为常压、减压和高压蒸馏。此外还有特殊蒸馏-蒸汽蒸馏、萃取蒸馏、恒沸蒸馏和分子蒸馏。
在安全技术上,对不同的物料应选择正确的蒸馏方法和设备。在处理难于挥发的物料时(常压下沸点在150℃以上)应采用真空蒸馏,这样可以降低蒸馏温度,防止物料在高温下分解、变质或聚合。
在处理中等发挥性物料(沸点在100℃左右)时,一般采用常压蒸馏。对于沸点低于30℃的物料,则采用加压蒸馏。
蒸汽蒸馏通常用于在常压下沸点较高,或在沸点时容易分解的物质的蒸馏;也常用于高沸点物质与不挥发杂质的分离,但只限于所得到的产品完全不溶于水。
萃取蒸馏与恒沸蒸馏主要用于分离有沸点极接近或恒沸组成的各组分所组成的、难易用普通蒸馏方法分离的混合物。
分子蒸馏是一种相当于绝对真空下进行的一种真空蒸馏。在这种条件下,分子间的相互吸引力减少,物质的挥发度提高,使液体混合物种难易分离的组分容易分开。由于分子蒸馏降低了蒸馏温度,所以可以防止或减少有机物的分解。
第三节 控制化工工艺参数的技术措施
控制化工工艺参数,即控制反应温度、压力,控制投料的速度、配比、顺序以及原材料的纯度和副反应等。工艺参数失控,不但破坏了平稳的生产过程,还常常是导致火灾爆炸事故的“祸根”之一,所以严格控制工艺参数,使之处于安全限度内,是化工装置防止发生火灾爆炸事故的根本措施之一。
1、温度失控
温度是石化生产中主要控制参数。准确控制反应温度不但对保证产品质量、降低能耗由重要意义,也是防火防爆所必需的。温度过高,可能引起反应失控发生冲料或爆炸;也可能引起反应物分解燃烧、爆炸;或由于液化气体介质和低沸点液体介质急剧蒸发,造成超压爆炸。温度过低,则有时会因反应速度减慢或停滞造成反应物积聚,一旦温度正常时,往往回因未反应物料过多而发生剧烈反应引起爆炸。温度过低还可能是某些物料冻结,造成管路堵塞或破裂,致使易燃物泄漏引起燃烧、爆炸。
为了严格控制温度,须从以下三个方面采取相应措施。
①有效去除反应热;对于相当多数的放热反应应选择有效的传热设备、传热设备及传热介质,保证反应热及时导出,防止超高温。
还要注意随时解决传热面结垢、结焦的问题,因为它会大大降低传热效率,而这种结垢、结焦现象在石化生产中有是较常见的。
②正确选用传热介质;在石化生产中常用载体来进行加热。常用的热载体有水蒸气、热水、烟道气、碳氢化合物(如导热油、联苯混合物及道生液)、熔盐、汞和熔融金属等。正确选择载体对加热过程的安全十分重要。如应避免选择容易与反应物料相作用的物质作为传热介质,如不能用水来加热或冷却环氧乙烷,因为微量水也会引起液体环氧乙烷自聚发热而爆炸,此种情况宜选用液体石蜡做传热介质。
③防止搅拌中断;搅拌可以加速反应物料混合以及热传导。有的生产过程如果搅拌中断,肯呢过会造成局部反应加聚和散热不良而发生超压爆炸。对因搅拌中断可能引起事故的石化装置,应采取防止搅拌中断的措施,例如采用双倍供电等。
2、压力控制
压力是化工生产的基本参数之一。在化工生产中,有许多反应需要在一定压力下才能进行,或者需要用假牙的方法来加快反应速度,提高效率。因此,加压操作在化工生产中普遍采用,所使用的塔、釜、器、罐等大部分是压力容器。
但是,超压也是造成火灾爆炸事故的重要 原因之一。例如,加压能够强化可燃物料的化学活性,扩大爆炸极限范围;久受高压作用的设备容易脱碳、变形、渗漏,以至破裂和爆炸;处于高压的可燃气体介质从设备、系统连接薄弱处(如焊接处或法兰、螺栓、丝扣连接处甚至因腐蚀穿孔出等)泄漏,还会犹豫急剧喷出或静电而导致火灾爆炸等。反之,压力过低,会使设备变形。在负压操作系统,空气容易从外部渗入,与设备、系统内的可燃物料形成帮助性混合物而导致燃烧、爆炸。
因此,为了确保安全生产,不因压力失控造成事故,除了要求受压系统中的所有设备、管道必须按照设计要求,保证其耐压强度、气密性;有安全阀等泄压设备;还必须装设灵敏、准确、可靠的测量压力的仪表-压力计。而且要按照设计压力或最高工作压力以及有关规定,正确选用、安装和使用压力计,并在生产运行期间保持完好。
3、进料控制
①进料速度;对于放热反应,进料速度不能超过设备的散热能力,否则物料温度将会急剧升高,引起物料的分解,有可能造成爆炸事故。进料速度过低,部分物料可能因温度过低,反应不完全而积聚。一旦达到反应温度是,就有可能使反应加剧进行,因温度,压力急剧升高而产生爆炸。
②进料温度;进料温度过高,可能造成反应失控而发生事故;进料温度过低,情况与进料速度过低相似。
③进料配比;对反应物料的配比要严格控制,尤其是对连续化程度较高、危险性较大的生产,更需注意。如环氧乙烷生产中,反应原料乙烯与氧的浓度接近爆炸极限范围,须严格控制。尤其在开停车过程中,乙烯和氧的浓度在不断变化,且开车时催化剂活性较低,容易造成反应器出口氧浓度过高。为保证安全,应设置联锁装置,经常核对循环气的组成,尽量减少开车停车次数。
对可燃或易燃物与氧化剂的反应,要严格控制氧化剂的速度和投料量。两种或两种以上原料能形成爆炸性混合物的生产,其配料比应严格控制在爆炸极限范围以外,如果工艺条件允许,可采用水蒸气或惰性气体稀释。
催化剂对化学反应速度影响很大,如果催化剂过量,就可能发生危险。因此,对催化剂的加入量也应严格控制。
④进料顺序;有些生产过程,进料顺序是不能颠倒的。如氯化氢合成应先投氢后投氯;三氯化磷生产应先投磷后投氯;磷酸酯与甲胺反应时,应先头磷酸酯,再滴加甲胺等。反之反应就会爆炸。
4、控制原料纯度
许多化学反应,由于反应物种危险杂质的增加导致副反应、过反应的发生而引起燃烧、爆炸。
①原料中某种杂质含量过高,生产过程中易发生燃烧爆炸。如生产乙炔是要求电石中含磷量不超过0.08%,因为磷(即磷化钙)遇水后生成磷化氢,它与空气燃烧,可导致乙炔-空气混合气爆炸。
②循环使用的反应原料气体,如果其中有害杂质气体不清除干净,在循环过程中就会越积越多,最终导致爆炸。如空分装置中液氧中的有害物(烃)含量过高,就会引起爆炸。这需要在工艺上采取措施,如在循环使用前将有害杂质吸收清除或将部分反应气体放空,以及加强监测等,以保证有害杂质气体含量不超过标准。
有时为了防止某些有害杂质的存在引起事故,还可采用稳定剂的办法。
需要说明的是,温度、压力、进料量与进料温度、原料纯度等工艺参数,甚至是一些看起来“较不重要”的工艺参数都是相互影响的,有时是“牵一发而动全身”,所以对任何一项工艺参数都要认真对待,不能“掉以轻心”。
第四节 化工生产安全操作
一、生产岗位安全操作
化工生产岗位安全操作对于保证安全生产是至关重要的。其要点如下。
1、必须严格执行工艺技术规程,遵守工艺纪律,做到“平稳运行”。
为此,在操作中要注意以下将主要几项工艺参数指标的严格控制在要求的范围之内,不得擅自违反,更不得擅自修改。
2、必须严格执行安全操作规程。
安全操作规程是生产经验的总结,往往是通过血的教训,甚至付出生命代价换来的。安全操作规程是保证安全生产,保护职工免受伤害的护身法宝,必须严格遵守,不允许任何人以任何借口违反。
3、控制溢料和漏料,严防“跑、冒、滴、漏”。
可燃物料泄漏导致火灾爆炸事故的案例并不少见。造成漏料的原因很多,有设备系统的缺陷、故障造成的;有技术方面的原因;有维护、管理方面的原因;也有人为操作方面的原因。对于已经投产运行的生产装置,预防漏料的关键是严禁超量、超温、超压工作;防止误操作;加强设备系统的维护保养;加强巡回检查,对跑、冒、滴、漏”现象,做到早发现、早处理。“物料泄漏率” 的高低,在一定程度上反映了单位生产管理的水平。
4、不得随便拆除安全附件和安全联锁装置,不准随意切断声、光报警等信号。
安全附近时将机械设备的危险部位与人隔离开,防止发生人身伤害的设施;安全联锁装置是当出现危险状态时,强制某些部件或元件联动,以保证安全的设施;报警设施时运用声、光、色、味等信号,提出警告以引起人们注意,采取措施,避免风险。不允许任何人以任何借口拆除。
5、正确配戴和使用个人防护用品。
穿戴、使用个体防护用品时保护职工安全、健康的最后一道防线。每个职工应严格按照规定要求正确穿戴使用。
6、严格安全纪律,禁止无关人员进入操作岗位和动用生产设备、设施和工具。
7、正确判断和处理异常情况,紧急请款下,应先处理后报告。
二、开车安全操作及管理
1、正常开车执行岗位操作法
2、较大系统开车前必须制定开车方案(包括应急事故救援预案),并严格执行。
3、开车前严格下列各项检查:
①确认水、电、气符合开车要求,各种原料、材料、辅助材料的供应齐备;
②阀门开闭状态机盲板抽堵情况,保证装置流程畅通,各种机电设备及电器仪表等均处于完好状态;
③保温保压机清洗的设备要符合开车要求,必要时应重新置换、清洗和分析,使之合格;
④确保安全、消防设施完好,通讯联络畅通,并通知消防、医疗卫生等有关部门;
⑤其他有关事项。
各项检查合格后,按规定办理开车操作票。投料前必须进行分析验证。
4、危险性较大的生产装置开车,相关部门人员应到现场。消防车、救护车处于防备状态。
5、开车过程中应严格按开车方案中的步骤进行,严格遵守升降温、升降压和加减负荷的幅度(速率)的要求。
6、开车过程中要严密注意工艺的变化和设备的运行情况,发现异常现象应及时处理,情况紧急时应终止开车,严禁强行开车。
7、开车过程中应保持与有关岗位和部门之间的联络。
8、必要时停止一切检修作业,无关人员不准进入开车现场。
三、停车安全操作及管理
1、正常停车按岗位操作法执行。
2、较大系统停车必须编制停车方案,并严格按停车方案中的步骤进行。
3、系统降压、降温必须按要求的幅度(速率)并按先高压后低压的顺序进行。凡须保温、保压的设备,停车后摇按时记录压力、温度的变化。
4、大型传动设备的停车,必须先停主机、后停辅机。
5、设备卸压时,应对周围环境进行检查确认,要注意易燃、易爆、有毒等危险化学品的排放和扩散,防止造成事故。
6、冬季停车后,要采取防冻保温措施,注意低位、死角及水、蒸汽管线、阀门、疏水器和保温伴管的情况,防止冻坏设备。
四、紧急处理
1、发现或发生紧急情况,必须先尽最大努力妥善处理,防止事态扩大,避免人员伤亡,并及时向有关方面报告。
2、工艺及机电设备等发生异常情况时,应迅速采取措施,并通知有关岗位协调处理。必要时按步骤紧急停车。
3、发生停电、停水、停气时,必须采取措施,防止系统超温、超压、跑料及机电设备的损坏。
4、发生爆炸、着火、大量泄漏等事故时,应首先切断气(物料)源,同时迅速通知相关岗位采取措施,并立即向上级报告。
第五节 关键装置及要害岗位的安全管理
一、关键装置要害部位安全管理
为了避免发生重大、特大生产事故,保障生产和职工生命安全,需要加强本单位关键装置要害部位的安全管理
1、制定本单位关键装置要害部位安全管理制度。原则是对其实行严格的动态管理和监控。
2、在对本单位进行全面安全评价的基础上,确定本单位的关键装置要害部位,并建档、备案。
3、根据管理需要,可以按照其危险程度分级管理和监控。
4、职能部门的监控要求。
工艺、技术、机动、仪表、电气等有关部门按照“安全生产责任制”的要求,对关键部位的安全运行实施监控管理。按照本单位的规定,定期进行专业安全检查。具体要求如下:
①各项工艺指标必须符合“安全操作规程”和“工艺卡片”的要求,不得超温、超压、超负荷运行。
②各类动、静设备必须达到完好标准,静密封点泄漏率小于规定指标。超压容器及其安全附件齐全完好,符合《压力容器安全监察规程》。对关键机组实行“特级维护”制定“特护管理规定”,并严格执行。
③仪表管理符合相关规定,仪表完好率使用率及自控率均达到有关规定要求。仪表联锁不得随意摘除,严格执行“联锁摘除管理规定”。
④各类安全设施、消防设施等按照规定配备齐全,灵敏好用,符合有关规程或法规的要求。消防通道畅通。
5、关键装置所在车间应确定关键部位的安全监控危险点,必要时,应绘制危险点分布图,并按照规定进行检查、监督,对查出的隐患和问题,应及时整改或采取有效防范措施。车间无法处理时应及时报告上级有关部门,
6、班组应严格执行巡回检查制度,应严格遵守工艺、操作、劳动纪律和“安全操作规程”。发现险情、隐患及时报告,并主动处理存在问题。
7、岗位操作人员必须经培训、考核合格后,持证上岗。
8、根据本单位实际需要和可能,设置关键装置安全工程师。
9、必须制定和完善关键装置要害部位各种应急处理预案,并及时修订、补充在有关操作规程中。按照规定,定期进行处理预案的实际演练。
二、生产要害岗位管理
1、凡是易燃、易爆、危险性较大的岗位,易燃易爆、剧毒、放射性物品的仓库;贵重机械、精密仪器场所,以及生产过程中具有重大影响的关键岗位,都属于生产要害岗位。
2、要害岗位应由保卫、安全、和生产技术部共同确认,经厂长审批,并报上级有关部门备案。
3、要害岗位人员必须具备较高的安全意识和较好的技术素质,并由企业劳资、保卫、安全部门与车间共同审定。
4、编制要害岗位毒物信息卡和重大事故应急救援预案,并定期组织有关单位、人员演习,提高处置突发事故的能力。
5、应建立、健全严格的要害岗位管理制度。凡外来人员,必须经厂主管部门审批,并在专人陪同下经登记后方可进入要害岗位。
6、要害岗位施工、检修时必须编制严密的安全防范措施,并到保卫、安全部门备案。施工、检修现场要设监护人,做好安全保卫工作,认真做好详细记录。
