化工工藝與安全工程.ppt

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化工工藝與安全工程,主講：朱鵬,第一章概論,1.化工行業(yè)的發(fā)展概況化學(xué)工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)，是我國(guó)的主要支柱產(chǎn)業(yè)之一,化工生產(chǎn)與安全,2.化工生產(chǎn)的特點(diǎn)化工生產(chǎn)過(guò)程,原料預(yù)處理過(guò)程（物理化學(xué)處理）,化學(xué)反應(yīng)過(guò)程（包括物理、化學(xué)過(guò)程）,反應(yīng)產(chǎn)物分離、提純（物理處理）,未反應(yīng)原料循環(huán),產(chǎn)物,副產(chǎn)物,原料,化工生產(chǎn)的特點(diǎn),化工物料絕大多數(shù)具有潛在的危險(xiǎn)性,生產(chǎn)工藝過(guò)程復(fù)雜、工藝條件苛刻,生產(chǎn)規(guī)模大型化、生產(chǎn)過(guò)程連續(xù)性強(qiáng),生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化程度高,事故應(yīng)急救援難度大,3.化工生產(chǎn)中常見的安全事故類別及特點(diǎn),常見安全事故,燃燒與爆炸,燃燒是可燃物與助燃物發(fā)生的一種發(fā)光放熱的化學(xué)效應(yīng)。爆炸是物質(zhì)發(fā)生急劇的物理、化學(xué)變化，在瞬間釋放出大量的能量并伴隨有巨大聲響的過(guò)程。,化工生產(chǎn)中常見的安全事故類別及特點(diǎn),常見安全事故,電氣事故,觸電事故依照其作用方式的不同可分為電擊和電傷兩種類型。電擊是全身傷害，但一般不在身體表面留下大面積明顯傷痕。電傷是電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?、化學(xué)能、機(jī)械能等其它形式的能，能對(duì)人體造成傷害?；馂?zāi)和爆炸也是電氣災(zāi)害的主要形式。,化工生產(chǎn)中常見的安全事故類別及特點(diǎn),常見安全事故,靜電和雷電事故,靜電,固體靜電,液體靜電,粉塵靜電,氣體靜電,人體靜電,雷電的危害：爆炸和火災(zāi)、電擊、毀壞設(shè)備和設(shè)施、造成停電事故等,絕緣材料現(xiàn)在越來(lái)越多地用于化工生產(chǎn)設(shè)備和構(gòu)件，這類材料(例如，流經(jīng)塑料管道的粉體流或液體流等）很容易通過(guò)接觸起電而帶電。絕緣材料的帶電給生產(chǎn)帶來(lái)的危害有兩方面：一是由于電場(chǎng)力作用使生產(chǎn)不能順利進(jìn)行；二是對(duì)化工生產(chǎn)環(huán)境中存在可燃?xì)怏w的場(chǎng)合，靜電放電可成為引燃引爆的點(diǎn)火源。后者是十分危險(xiǎn)的。,固體靜電,當(dāng)液體帶電時(shí)，電場(chǎng)存在于其內(nèi)部及周圍空間，當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)足夠高時(shí)，就會(huì)發(fā)生放電。一般來(lái)說(shuō)，發(fā)生在液體內(nèi)部的放電沒(méi)有引燃危險(xiǎn)，但可以引起化學(xué)變化，這種變化能改變液體的性能或引起有關(guān)設(shè)備的腐蝕?？諝庵械姆烹娛俏ｋU(xiǎn)的，油罐內(nèi)部液面與接地罐壁或其他金屬構(gòu)件之間的場(chǎng)強(qiáng)超過(guò)擊穿強(qiáng)度時(shí)，即發(fā)生放電。,液體靜電,當(dāng)塵云中所產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)足夠高時(shí)，就會(huì)發(fā)生塵云內(nèi)部放電或塵云對(duì)大地的放電，它可引燃非常敏感的混合物，如懸浮的細(xì)微粉塵或可燃混合氣體。而對(duì)于結(jié)塊粉體放電，隨著粉體結(jié)塊的形成，其電荷密度及周圍電場(chǎng)強(qiáng)度將會(huì)增高，發(fā)生靜電放電的概率也會(huì)相應(yīng)增大。,粉塵靜電,純凈氣體或氣體混合物的運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生靜電的數(shù)量是極小的。然而懸浮在氣體中的液體或固體顆粒能夠產(chǎn)生和攜帶較多的靜電電荷，帶電是由粒子的接觸而產(chǎn)生的。,氣體靜電,人體的體電阻率很低，可視為導(dǎo)體。當(dāng)人體穿著絕緣鞋或站在絕緣地板上時(shí)，人體能夠通過(guò)感應(yīng)而帶電，也能與其他帶電體接觸而帶電，其危害主要有人體火花放電和衣物放電。,人體靜電,化工生產(chǎn)中常見的安全事故類別及特點(diǎn),常見安全事故,職業(yè)中毒與塵肺,職業(yè)中毒：是指在生產(chǎn)勞動(dòng)過(guò)程中由于接觸化學(xué)毒物引起的中毒。在職業(yè)中毒中，毒性物質(zhì)主要是通過(guò)呼吸道和皮膚侵入人體的。,塵肺：是由于長(zhǎng)期從事粉塵作業(yè)，塵肺患者兩肺產(chǎn)生進(jìn)行性、彌漫性的纖維組織增生，逐漸發(fā)展影響呼吸機(jī)能及其它器官的功能。它是最常見、危害最嚴(yán)重的一類職業(yè)病。,化工生產(chǎn)中常見的安全事故類別及特點(diǎn),常見安全事故,壓力容器爆炸,對(duì)于壓力容器，反應(yīng)、分離、傳熱、儲(chǔ)運(yùn)等化工過(guò)程，都在其中進(jìn)行，并伴隨有一定的化學(xué)腐蝕和熱學(xué)環(huán)境，所處理的工藝介質(zhì)多數(shù)易燃、易爆、有毒，一旦發(fā)生事故，所造成的損害要比常溫常壓機(jī)械設(shè)備大得多，而且易引發(fā)中毒、火災(zāi)、爆炸等次生災(zāi)害。對(duì)壓力容器而言，其常見的失效形式是破裂失效。,化工生產(chǎn)中常見的安全事故類別及特點(diǎn),常見安全事故,壓力容器爆炸,破裂失效,韌性破裂,脆性破裂,疲勞破裂,應(yīng)力腐蝕破裂,蠕變破裂,是指壓力容器殼體承受過(guò)高的應(yīng)力，以致超過(guò)或遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其屈服極限和強(qiáng)度極限，使殼體產(chǎn)生較大的塑性變形，最終導(dǎo)致破裂。,韌性破裂,它是壓力容器未發(fā)生明顯塑性變形就破壞的破裂形式?；と萜鞒０l(fā)生低應(yīng)力脆斷，主要原因是熱學(xué)環(huán)境、載荷作用和容器本身結(jié)構(gòu)缺陷所致。所處理的介質(zhì)易造成容器應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕、氫損傷、高溫腐蝕、熱疲勞、腐蝕疲勞、機(jī)械疲勞等，使焊縫和母材原發(fā)缺陷易于擴(kuò)展開裂，或在應(yīng)力集中區(qū)易產(chǎn)生新的裂紋并擴(kuò)展開裂，使容器承受的應(yīng)力低于設(shè)計(jì)應(yīng)力而破壞。,脆性破裂,壓力容器長(zhǎng)期在交變載荷作用下運(yùn)行，其承壓部件發(fā)生破裂或泄漏，容器外觀沒(méi)有明顯的塑性變形，而且是突發(fā)性的破裂，它往往發(fā)生在應(yīng)力較高或存在材料缺陷處，如果容器材料強(qiáng)度較低而韌性較好，不一定發(fā)生破裂，而是疲勞裂紋穿透器壁發(fā)生泄漏。如果容器材料強(qiáng)度偏高而韌性較差，則會(huì)發(fā)生爆破事故。,疲勞破裂,所謂應(yīng)力腐蝕破裂是指容器材料在特定的介質(zhì)環(huán)境中，在拉應(yīng)力作用下，經(jīng)一定時(shí)間后發(fā)生開裂或破裂的現(xiàn)象。由于壓力容器廣泛使用在石油、化工等工業(yè)部門，因此腐蝕破裂是壓力容器破裂的最常見的形式。由于許多壓力容器材料對(duì)應(yīng)力腐蝕敏感，所以應(yīng)力腐蝕是壓力容器最重要的一種腐蝕形式。,應(yīng)力腐蝕破裂,在高溫下運(yùn)行的壓力容器，當(dāng)操作溫度超過(guò)一定限度，材料在應(yīng)力作用下發(fā)生緩慢的塑性變形，塑性變形經(jīng)長(zhǎng)期累積，最終會(huì)導(dǎo)致材料破裂。蠕變破裂有明顯的塑性變形和蠕變小裂紋，斷口無(wú)金屬光澤呈粗糙顆粒狀，表面有高溫氧化層或腐蝕物。,蠕變破裂,化工生產(chǎn)中常見的安全事故類別及特點(diǎn),常見安全事故,化工廠腐蝕造成的事故,在化工生產(chǎn)中，所用原料及中間產(chǎn)品、成品等大部分具有腐蝕性，對(duì)建（構(gòu)）筑物、機(jī)械、設(shè)備、儀表、電氣設(shè)施，均會(huì)造成腐蝕破壞，嚴(yán)重影響生產(chǎn)安全。按照腐蝕機(jī)理可分為縫隙腐蝕、孔蝕、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕破裂、氫損傷、腐蝕疲勞、選擇性腐蝕七類。,即在電解液中，金屬與金屬、金屬與非金屬之間構(gòu)成窄縫空腔內(nèi)發(fā)生的一種腐蝕?；どa(chǎn)中，管道連接處，襯板、墊片處，設(shè)備污泥沉積處及設(shè)備外部塵埃、腐蝕產(chǎn)物的附著處，易產(chǎn)生此類腐蝕。當(dāng)金屬涂層破損時(shí)，金屬與涂層之間也會(huì)發(fā)生縫隙腐蝕。,縫隙腐蝕,即集中于金屬表面?zhèn)€別小點(diǎn)上深度較大的腐蝕。其腐蝕機(jī)理是金屬表面由于露頭、錯(cuò)位、介質(zhì)不均勻等缺陷，使其表面膜的完整性遭到破壞，成為點(diǎn)蝕源。該點(diǎn)蝕源在某段時(shí)間內(nèi)是活性狀態(tài)，電極電位為負(fù)，與表面其他部位構(gòu)成局部腐蝕微電池。在大陰極小陽(yáng)極的條件下，點(diǎn)蝕源的金屬迅速被溶解形成孔洞。,孔蝕,即一種沿金屬晶粒間的分界面向內(nèi)部擴(kuò)展的腐蝕，它可以在外觀無(wú)變化的情況下，完全喪失金屬的強(qiáng)度。其機(jī)理是由于金屬材料在腐蝕環(huán)境中，晶粒表面和內(nèi)部的物理化學(xué)和電化學(xué)性能有差異時(shí)，會(huì)在它們之間構(gòu)成腐蝕電池，使腐蝕沿晶粒邊界向前發(fā)展，致使材料的晶粒間失去結(jié)合力。,晶間腐蝕,包括氫腐蝕和氫脆。氫腐蝕是在高溫高壓下，氫引起鋼組織的化學(xué)變化，使其機(jī)械性能受損，被腐蝕的鋼強(qiáng)度、塑性下降，宏觀是脆斷。氫脆是由于氫擴(kuò)散到金屬內(nèi)部，使材料發(fā)生脆化的現(xiàn)象。,氫損傷,材料在腐蝕環(huán)境中，受交變應(yīng)力作用產(chǎn)生的破壞。,腐蝕疲勞,選擇性腐蝕,合金腐蝕時(shí)，其某種組分有選擇性的溶解。常見的有黃銅脫鋅和鑄鐵石墨化等。,化工生產(chǎn)中常見的安全事故類別及特點(diǎn),化工事故統(tǒng)計(jì)特點(diǎn),爆炸事故屢見不鮮,泄漏事故普遍發(fā)生,相同事故接連不斷,惡性事故沒(méi)能遏制,設(shè)備缺陷比例很大,正常生產(chǎn)時(shí)事故隱患多,4.安全在化工生產(chǎn)中的重要地位,1975年，美國(guó)聯(lián)合碳化物公司比利時(shí)公司安特衛(wèi)普廠，年產(chǎn)15萬(wàn)噸高壓聚乙烯裝置，因一個(gè)反應(yīng)釜填料蓋泄漏，受熱爆炸，發(fā)生連鎖反應(yīng)，整個(gè)工廠被毀。,案例1,1984年12月3日，印度博泊爾市農(nóng)藥廠的毒氣泄漏發(fā)生事故，由于儲(chǔ)罐上安全裝置有缺陷，管理上也存在問(wèn)題，致使45噸甲基異氫酸酯幾乎全部泄漏，造成20萬(wàn)人受到不同程度的中毒，死亡數(shù)千人，生態(tài)環(huán)境也遭到嚴(yán)重破壞。,案例2,1.重大危險(xiǎn)源的概念是指長(zhǎng)期地或者臨時(shí)地生產(chǎn)、搬運(yùn)、使用或儲(chǔ)存危險(xiǎn)物品，且危險(xiǎn)物品的數(shù)量等于或超過(guò)臨界量的場(chǎng)所和設(shè)施，以及其他存在危險(xiǎn)能量等于或超過(guò)臨界量的場(chǎng)所和設(shè)施。,化工企業(yè)重大危險(xiǎn)源類別,2.化工企業(yè)重大危險(xiǎn)源類別,儲(chǔ)罐區(qū)（儲(chǔ)罐）,庫(kù)區(qū)（庫(kù)）,生產(chǎn)場(chǎng)所,壓力管道,鍋爐,壓力容器,儲(chǔ)罐區(qū)（儲(chǔ)罐）,判斷依據(jù)（1）儲(chǔ)罐區(qū)（儲(chǔ)罐）內(nèi)有一種危險(xiǎn)物品的儲(chǔ)存量達(dá)到或超過(guò)其對(duì)應(yīng)的臨界量；（2）儲(chǔ)罐區(qū)內(nèi)儲(chǔ)存多種危險(xiǎn)物品且每一種物品的儲(chǔ)存量均未達(dá)到或超過(guò)其對(duì)應(yīng)臨界量，但滿足下面的公式：,q1,Q1,+,q2,Q2,+,+,qn,Qn,1,式中：q1，q2，qn為每一種危險(xiǎn)物品的實(shí)際儲(chǔ)存量（t）；Q1，Q2，Qn為對(duì)應(yīng)危險(xiǎn)物品的臨界量（t）。,判斷依據(jù)（1）庫(kù)區(qū)（庫(kù)）內(nèi)有一種危險(xiǎn)物品的儲(chǔ)存量達(dá)到或超過(guò)其對(duì)應(yīng)的臨界量；（2）庫(kù)區(qū)（庫(kù)）內(nèi)儲(chǔ)存多種危險(xiǎn)物品且每一種物品的儲(chǔ)存量均未達(dá)到或超過(guò)其對(duì)應(yīng)臨界量，但滿足下面的公式：,q1,Q1,+,q2,Q2,+,+,qn,Qn,1,式中：q1，q2，qn為每一種危險(xiǎn)物品的實(shí)際儲(chǔ)存量（t）；Q1，Q2，Qn為對(duì)應(yīng)危險(xiǎn)物品的臨界量（t）。,庫(kù)區(qū)（庫(kù)）,判斷依據(jù)（1）單元內(nèi)現(xiàn)有的任一種危險(xiǎn)物品的量達(dá)到或超過(guò)其對(duì)應(yīng)的臨界量；（2）單元內(nèi)有多種危險(xiǎn)物品且每一種物品的儲(chǔ)存量均未達(dá)到或超過(guò)其對(duì)應(yīng)臨界量，但滿足下面的公式：,q1,Q1,+,q2,Q2,+,+,qn,Qn,1,式中：q1，q2，qn為每一種危險(xiǎn)物品的實(shí)際儲(chǔ)存量（t）；Q1，Q2，Qn為對(duì)應(yīng)危險(xiǎn)物品的臨界量（t）。,生產(chǎn)場(chǎng)所,判斷依據(jù)（1）長(zhǎng)輸管道a.輸送有毒、可燃、易爆氣體，且設(shè)計(jì)壓力1.6MPa的管道；b.輸送有毒、可燃、易爆液體介質(zhì)，輸送距離200km且管道公稱直徑300mm的管道。（2）公用管道中壓和高壓燃?xì)夤艿?，且公稱直徑200mm。,壓力管道,判斷依據(jù)（3）工業(yè)管道a.輸送職業(yè)性接觸毒物危害程度分級(jí)依據(jù)（GB5044-1985）中毒性程度為極度、高度危害氣體、液化氣體介質(zhì)，且公稱直徑100mm的管道；b.輸送職業(yè)性接觸毒物危害程度分級(jí)依據(jù)（GB5044-1985）中極度、高度危害液體介質(zhì)、建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范（GB50016-2006）中規(guī)定的火災(zāi)危險(xiǎn)性為甲、乙類可燃?xì)怏w，或甲類可燃液體介質(zhì)，且公稱直徑100mm，設(shè)計(jì)壓力4MPa的管道；c.輸送其他可燃、有毒流體介質(zhì)，且公稱直徑100mm，設(shè)計(jì)壓力4MPa，設(shè)計(jì)溫度400的管道。,壓力管道,判斷依據(jù)（1）蒸汽鍋爐額定蒸汽壓力2.5MPa，且額定蒸發(fā)量10t/h。（2）熱水鍋爐額定出水溫度120，且額定功率14MW。,鍋爐,判斷依據(jù)（1）介質(zhì)毒性程度為極度、高度或中度危害的三類壓力容器；（2）易燃介質(zhì)，最高工作壓力0.1MPa，且PV100MPam3。,壓力容器,化學(xué)工業(yè)事故原因統(tǒng)計(jì),工廠選址,工廠布局,結(jié)構(gòu),對(duì)加工物質(zhì)的危險(xiǎn)性認(rèn)識(shí)不足,化工工藝,物料輸送,誤操作,設(shè)備缺陷,防災(zāi)計(jì)劃不充分,1.某?；飞a(chǎn)單位庫(kù)區(qū)儲(chǔ)存有汽油8噸、煤油25噸、液化石油氣12噸，請(qǐng)問(wèn)該企業(yè)庫(kù)區(qū)是否構(gòu)成重大危險(xiǎn)源？并請(qǐng)說(shuō)明理由。2.壓力容器常見的破裂失效形式有哪些？3.化工設(shè)備的腐蝕類型有哪些？4.化工生產(chǎn)的特點(diǎn)是什么？化工行業(yè)常見的安全事故類型有哪些？5.壓力容器蠕變破裂有何特點(diǎn)？,作業(yè),