化工設(shè)備安全與工藝熱風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

摘要：隨著近幾年的化工產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，隨之而來的化學(xué)事故發(fā)生的越來越頻繁，面臨著日益嚴(yán)峻的化工安全，我們需要分析其中的原因并加以預(yù)防，在安全事故中不斷吸取教訓(xùn)，做出相對(duì)應(yīng)的措施，以減少這個(gè)行業(yè)事故發(fā)生的頻率。尤為突出的是，對(duì)于化工設(shè)備安全與工藝提前進(jìn)行熱風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，不僅可以保證設(shè)備的安全應(yīng)用，防止爆炸性化學(xué)藥品發(fā)生事故，還能對(duì)于熱能做到綜合利用，從而達(dá)到節(jié)能減排的目的。

關(guān)鍵詞：化工設(shè)備安全;化工工藝;熱風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

熱風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是相對(duì)于化工設(shè)備安全與工藝來說的，對(duì)其進(jìn)行全面性且系統(tǒng)性的“體檢”，能夠?qū)?huì)發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)并及時(shí)準(zhǔn)備好解決對(duì)策。

一、熱評(píng)估內(nèi)容

熱評(píng)估內(nèi)容包括很多方面，所以在工作中，抓住重點(diǎn)就成了關(guān)鍵性的方面，優(yōu)先考慮的是設(shè)備與工藝的安全可靠性問題，化學(xué)藥品的易燃易爆特性明顯，這就需要注意火源問題，在嚴(yán)禁煙火的地方做好防護(hù)，并控制好藥品的儲(chǔ)存問題，控制儲(chǔ)存場(chǎng)所滿足儲(chǔ)存要求，以及在工作過程中各個(gè)設(shè)備的給熱和耗熱平衡問題，是否合理。

二、化工設(shè)備安全

儲(chǔ)罐在不同的分類標(biāo)準(zhǔn)中有著不同的名稱，而儲(chǔ)罐作為壓力容器，它的安全性能需要得到重視。壓力容器的破壞形式主要是有以下幾種形式。

引起韌性破裂的主要因素在于容器內(nèi)充裝的藥品過量或者泄放裝置沒有進(jìn)行設(shè)置等，從而導(dǎo)致容器內(nèi)壓強(qiáng)過大;由于容器防護(hù)措施不到位，或者制作不合理，使得容器內(nèi)的藥品對(duì)容器壁產(chǎn)生的應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于容器材料的抗拉強(qiáng)度，使得容器的承載能力降低。韌性破裂的主要特征表現(xiàn)在容器會(huì)發(fā)生塑性變形，破裂時(shí)一般會(huì)產(chǎn)生裂縫而不是碎裂成碎塊，斷口位置的特征主要表現(xiàn)為無金屬光澤且呈現(xiàn)纖維狀。相對(duì)應(yīng)的為防止容器發(fā)生韌性破裂，需要的措施主要為正確合理的制作壓力容器，并在工作時(shí)適當(dāng)設(shè)置泄放裝置，并對(duì)壓力容器做好及時(shí)的維修檢查護(hù)理工作，有效地預(yù)防容器破裂。

脆性破裂主要是對(duì)于制作壓力容器時(shí)所用材料的抗拉強(qiáng)度而言，容器所受到的應(yīng)力是要遠(yuǎn)小于它的，這就使得容器直接破裂。引起容器脆性破壞的因素則主要是由于制造容器內(nèi)部材料存在問題，制作的容器內(nèi)部材料脆性比較大，或者是容器內(nèi)部有一些缺陷。脆性斷裂是相對(duì)于韌性斷裂而言，是沒有塑性變形的現(xiàn)象，容器直接破壞成碎塊。預(yù)防容器中發(fā)生脆性破損的有效措施就是采用具有脆性傾向的原材料，選擇制作材料合理化，制作過程規(guī)范化。

疲勞性破裂的疲勞狀態(tài)可以分為一個(gè)高應(yīng)力的低循環(huán)和一個(gè)較低的應(yīng)力循環(huán)。兩者的區(qū)別是以105為分界線的，當(dāng)循環(huán)次數(shù)大于一百零二小于一百零五時(shí)，屬于高應(yīng)力低循環(huán)，容器所承受到的應(yīng)力較大，與材料的屈服點(diǎn)相比較來說很容易接近甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于材料的屈服點(diǎn)，這時(shí)候的破裂就被稱為高應(yīng)力低的循環(huán)疲勞破裂;與之正好相反，低應(yīng)力的高循環(huán)疲勞則是載荷循環(huán)次數(shù)大于105，此時(shí)疲勞對(duì)容器破壞時(shí)的應(yīng)力值小于制造材料彈性極限。疲勞性破裂時(shí)主要表現(xiàn)為在于疲勞性破裂時(shí)出現(xiàn)的局部應(yīng)力強(qiáng)度比較高以及容器內(nèi)部所受到的焊接區(qū)域或它們受到影響的區(qū)域缺陷。所以我們?cè)O(shè)計(jì)時(shí)需要采用抗疲勞性能比較好的制造材料，并對(duì)于制造工藝過程中進(jìn)行了嚴(yán)格的檢驗(yàn)，以減少應(yīng)力集中。

壓力的應(yīng)力腐蝕破裂是指在一定的環(huán)境中，容器受到拉應(yīng)力作用時(shí)，隨著時(shí)間的推移容器會(huì)發(fā)生開裂的現(xiàn)象。它的主要表現(xiàn)在于他在破裂時(shí)沒有明顯的塑性變形現(xiàn)象，且在裂縫處有很明顯的腐蝕物質(zhì)，且應(yīng)力集中于腐蝕物質(zhì)區(qū)。而壓力容器的蠕變破裂則被認(rèn)為是一種泛指材料在高溫下的正常運(yùn)行工作，溫度過高時(shí)材料的容器會(huì)伴隨著與外界的應(yīng)力不斷地產(chǎn)生相互作用而會(huì)使材料發(fā)生緩慢的塑性變形，經(jīng)過長期的積累，應(yīng)力越來越大，塑性變形越來越大，使得材料發(fā)生了破裂，它在過程中發(fā)生的塑性變化特征較為明顯，有顯著的塑性變形和因?yàn)槿渥儺a(chǎn)生的細(xì)微裂紋，同樣在斷口處沒有任何金屬光澤。有效的防護(hù)措施主要在選用材料上，所選擇的材料最好是對(duì)介質(zhì)敏感度較低的材料，并盡可能減少在使用中的應(yīng)力集中。

壓力容器發(fā)生的事故類型包括由于容器內(nèi)壓力壓強(qiáng)過大引起的爆炸事故，不同的原因引起的爆炸性質(zhì)是不同的，容器內(nèi)零部件發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞時(shí)的重大事故以及零部件損壞不嚴(yán)重時(shí)的一般事故。

三、化工工藝熱風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

化工工藝在反應(yīng)過程中會(huì)出現(xiàn)反應(yīng)失控的現(xiàn)象，出現(xiàn)此現(xiàn)象的根本原因在于化學(xué)反應(yīng)過程中的反應(yīng)熱失去控制，在這個(gè)過程中釋放出了大量的化學(xué)反應(yīng)熱從而導(dǎo)致反應(yīng)器中的溫度急劇上漲，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了反應(yīng)器所能承受的控制極限，導(dǎo)致 反應(yīng)器中的反應(yīng)物以及生成物發(fā)生化學(xué)變化，分解后產(chǎn)生大量氣體，導(dǎo)致反應(yīng)器中的壓力壓強(qiáng)增大，引起反應(yīng)器燃燒爆炸。

在進(jìn)行熱風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí)，絕熱溫升以及最大反應(yīng)速度到達(dá)時(shí)間都是評(píng)估時(shí)所需考慮到的因素。絕熱溫升是指在特定條件也就是完全隔絕熱量的條件下，反應(yīng)器中的反應(yīng)物在分解反應(yīng)過程中放出的熱量完全轉(zhuǎn)換為反應(yīng)器中的溫度，在此基礎(chǔ)上我們可以依據(jù)邊界條件對(duì)其進(jìn)行推導(dǎo)，從而可以得出一個(gè)在絕熱的環(huán)境中反應(yīng)器中可以達(dá)到的最高溫度（ tf ）和相對(duì)應(yīng)的絕熱溫升 △t 。最大反應(yīng)速率和到達(dá)時(shí)間是指當(dāng)一個(gè)反應(yīng)器中某一種物質(zhì)在該反應(yīng)器中到達(dá)最大反應(yīng)速率的時(shí)間 tm 和在任何一個(gè)溫度下反應(yīng)時(shí)間 t 的差值，用以下式子來表示

在熱風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過程中，需要用到的儀器主要是差示掃描量熱儀、C80微量量熱儀、加速量熱儀三種。在分析熱量中，所要確定的條件是運(yùn)用程序來達(dá)到控制溫度的目的，他分析的主要是物質(zhì)自身的物理性質(zhì)隨溫度變化而變化。

在進(jìn)行熱風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí)，評(píng)價(jià)過程主要是針對(duì)反應(yīng)器中的冷卻系統(tǒng)來說的，在其出現(xiàn)故障不能正常工作時(shí)，反應(yīng)器中還留沒有參加反應(yīng)的反應(yīng)物，而此時(shí)的反應(yīng)則處于一個(gè)絕熱條件。反應(yīng)物在反應(yīng)過程中放出大量的熱量，會(huì)使反應(yīng)器內(nèi)的溫度不斷升高直至到反應(yīng)過程所能達(dá)到的最高溫度，或者更壞的情況，反應(yīng)器中的反應(yīng)物和生成物會(huì)發(fā)生分解反應(yīng)，而由于絕熱條件，使得反應(yīng)器中的溫度持續(xù)升高，達(dá)到限值。

綜上來看，化工工藝的熱危險(xiǎn)事故發(fā)生頻率很高，理論上講熱危險(xiǎn)性分為三級(jí)危險(xiǎn)程度，第一級(jí)相對(duì)來說危險(xiǎn)系數(shù)較低，它指的是反應(yīng)物在反應(yīng)過程中所能達(dá)到的最高溫度還小于技術(shù)溫度，此時(shí)不會(huì)觸發(fā)副反應(yīng)。在預(yù)防此類事故時(shí)，不需要太過嚴(yán)格的防護(hù)措施，因?yàn)槿軇┰谡舭l(fā)冷卻過程中就起到了冷卻作用，防止了反應(yīng)器發(fā)生故障。第二級(jí)同第一級(jí)比較來說，區(qū)別沒有很明顯，差別 在于他在反應(yīng)熱不斷積累的條件中有可能會(huì)觸發(fā)副反應(yīng)，這時(shí)候同樣不需要太過嚴(yán)格的措施，溶劑在蒸發(fā)冷卻過程中的冷卻作用雖然不如第一級(jí)時(shí)強(qiáng)烈，但也會(huì)起到減緩的作用。第三級(jí)則是反應(yīng)物在反應(yīng)過程中所能到達(dá)的最高溫度已經(jīng)超過了技術(shù)溫度，但同樣不會(huì)觸發(fā)副反應(yīng)，這時(shí)候采取的措施就需要考慮冷卻系統(tǒng)的作用。

四、結(jié)束語

化工設(shè)備安全和工藝熱風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估對(duì)于現(xiàn)狀來說是一個(gè)既治標(biāo)又治本的長期小策略，所以，我們要對(duì)化工設(shè)備安全工作和工藝的熱風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作做得更加全面，更加仔細(xì)，并抱以堅(jiān)持不懈的態(tài)度，以及能夠盡早地發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，實(shí)現(xiàn)有問題早治理，這樣能夠有效地防止重大危險(xiǎn)事故的發(fā)生。

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作者簡(jiǎn)介：

陳陽（1987.11.16—）男，漢族，籍貫內(nèi)蒙古，大專學(xué)歷，研究方向——化工工藝