化工设备安全与工艺热风险评估

摘要：随着近几年的化工产业的不断发展，随之而来的化学事故发生的越来越频繁，面临着日益严峻的化工安全，我们需要分析其中的原因并加以预防，在安全事故中不断吸取教训，做出相对应的措施，以减少这个行业事故发生的频率。尤为突出的是，对于化工设备安全与工艺提前进行热风险评估，不仅可以保证设备的安全应用，防止爆炸性化学药品发生事故，还能对于热能做到综合利用，从而达到节能减排的目的。

关键词：化工设备安全;化工工艺;热风险评估

热风险评估是相对于化工设备安全与工艺来说的，对其进行全面性且系统性的“体检”，能够对将会发生的风险进行预测并及时准备好解决对策。

一、热评估内容

热评估内容包括很多方面，所以在工作中，抓住重点就成了关键性的方面，优先考虑的是设备与工艺的安全可靠性问题，化学药品的易燃易爆特性明显，这就需要注意火源问题，在严禁烟火的地方做好防护，并控制好药品的储存问题，控制储存场所满足储存要求，以及在工作过程中各个设备的给热和耗热平衡问题，是否合理。

二、化工设备安全

储罐在不同的分类标准中有着不同的名称，而储罐作为压力容器，它的安全性能需要得到重视。压力容器的破坏形式主要是有以下几种形式。

引起韧性破裂的主要因素在于容器内充装的药品过量或者泄放装置没有进行设置等，从而导致容器内压强过大;由于容器防护措施不到位，或者制作不合理，使得容器内的药品对容器壁产生的应力远远大于容器材料的抗拉强度，使得容器的承载能力降低。韧性破裂的主要特征表现在容器会发生塑性变形，破裂时一般会产生裂缝而不是碎裂成碎块，断口位置的特征主要表现为无金属光泽且呈现纤维状。相对应的为防止容器发生韧性破裂，需要的措施主要为正确合理的制作压力容器，并在工作时适当设置泄放装置，并对压力容器做好及时的维修检查护理工作，有效地预防容器破裂。

脆性破裂主要是对于制作压力容器时所用材料的抗拉强度而言，容器所受到的应力是要远小于它的，这就使得容器直接破裂。引起容器脆性破坏的因素则主要是由于制造容器内部材料存在问题，制作的容器内部材料脆性比较大，或者是容器内部有一些缺陷。脆性断裂是相对于韧性断裂而言，是没有塑性变形的现象，容器直接破坏成碎块。预防容器中发生脆性破损的有效措施就是采用具有脆性倾向的原材料，选择制作材料合理化，制作过程规范化。

疲劳性破裂的疲劳状态可以分为一个高应力的低循环和一个较低的应力循环。两者的区别是以105为分界线的，当循环次数大于一百零二小于一百零五时，属于高应力低循环，容器所承受到的应力较大，与材料的屈服点相比较来说很容易接近甚至远远大于材料的屈服点，这时候的破裂就被称为高应力低的循环疲劳破裂;与之正好相反，低应力的高循环疲劳则是载荷循环次数大于105，此时疲劳对容器破坏时的应力值小于制造材料弹性极限。疲劳性破裂时主要表现为在于疲劳性破裂时出现的局部应力强度比较高以及容器内部所受到的焊接区域或它们受到影响的区域缺陷。所以我们设计时需要采用抗疲劳性能比较好的制造材料，并对于制造工艺过程中进行了严格的检验，以减少应力集中。

压力的应力腐蚀破裂是指在一定的环境中，容器受到拉应力作用时，随着时间的推移容器会发生开裂的现象。它的主要表现在于他在破裂时没有明显的塑性变形现象，且在裂缝处有很明显的腐蚀物质，且应力集中于腐蚀物质区。而压力容器的蠕变破裂则被认为是一种泛指材料在高温下的正常运行工作，温度过高时材料的容器会伴随着与外界的应力不断地产生相互作用而会使材料发生缓慢的塑性变形，经过长期的积累，应力越来越大，塑性变形越来越大，使得材料发生了破裂，它在过程中发生的塑性变化特征较为明显，有显著的塑性变形和因为蠕变产生的细微裂纹，同样在断口处没有任何金属光泽。有效的防护措施主要在选用材料上，所选择的材料最好是对介质敏感度较低的材料，并尽可能减少在使用中的应力集中。

压力容器发生的事故类型包括由于容器内压力压强过大引起的爆炸事故，不同的原因引起的爆炸性质是不同的，容器内零部件发生严重损坏时的重大事故以及零部件损坏不严重时的一般事故。

三、化工工艺热风险评估

化工工艺在反应过程中会出现反应失控的现象，出现此现象的根本原因在于化学反应过程中的反应热失去控制，在这个过程中释放出了大量的化学反应热从而导致反应器中的温度急剧上涨，已经远远超过了反应器所能承受的控制极限，导致 反应器中的反应物以及生成物发生化学变化，分解后产生大量气体，导致反应器中的压力压强增大，引起反应器燃烧爆炸。

在进行热风险评估时，绝热温升以及最大反应速度到达时间都是评估时所需考虑到的因素。绝热温升是指在特定条件也就是完全隔绝热量的条件下，反应器中的反应物在分解反应过程中放出的热量完全转换为反应器中的温度，在此基础上我们可以依据边界条件对其进行推导，从而可以得出一个在绝热的环境中反应器中可以达到的最高温度（ tf ）和相对应的绝热温升 △t 。最大反应速率和到达时间是指当一个反应器中某一种物质在该反应器中到达最大反应速率的时间 tm 和在任何一个温度下反应时间 t 的差值，用以下式子来表示

在热风险评估过程中，需要用到的仪器主要是差示扫描量热仪、C80微量量热仪、加速量热仪三种。在分析热量中，所要确定的条件是运用程序来达到控制温度的目的，他分析的主要是物质自身的物理性质随温度变化而变化。

在进行热风险评估时，评价过程主要是针对反应器中的冷却系统来说的，在其出现故障不能正常工作时，反应器中还留没有参加反应的反应物，而此时的反应则处于一个绝热条件。反应物在反应过程中放出大量的热量，会使反应器内的温度不断升高直至到反应过程所能达到的最高温度，或者更坏的情况，反应器中的反应物和生成物会发生分解反应，而由于绝热条件，使得反应器中的温度持续升高，达到限值。

综上来看，化工工艺的热危险事故发生频率很高，理论上讲热危险性分为三级危险程度，第一级相对来说危险系数较低，它指的是反应物在反应过程中所能达到的最高温度还小于技术温度，此时不会触发副反应。在预防此类事故时，不需要太过严格的防护措施，因为溶剂在蒸发冷却过程中就起到了冷却作用，防止了反应器发生故障。第二级同第一级比较来说，区别没有很明显，差别 在于他在反应热不断积累的条件中有可能会触发副反应，这时候同样不需要太过严格的措施，溶剂在蒸发冷却过程中的冷却作用虽然不如第一级时强烈，但也会起到减缓的作用。第三级则是反应物在反应过程中所能到达的最高温度已经超过了技术温度，但同样不会触发副反应，这时候采取的措施就需要考虑冷却系统的作用。

四、结束语

化工设备安全和工艺热风险的评估对于现状来说是一个既治标又治本的长期小策略，所以，我們要对化工设备安全工作和工艺的热风险评估工作做得更加全面，更加仔细，并抱以坚持不懈的态度，以及能够尽早地发现问题并解决问题，实现有问题早治理，这样能够有效地防止重大危险事故的发生。

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[4]程春生. 化工反应风险研究和工艺风险评估[C]// 第一届中国国际化工过程安全研讨会暨第一届CCPS亚太过程安全会议. 2013.

作者简介：

陈阳（1987.11.16—）男，汉族，籍贯内蒙古，大专学历，研究方向——化工工艺