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  • 为什么要做化学反应风险评估?怎么做?

    日期:2019-08-05 11:04 人气:

         精细化工特征是间歇反应或半间歇反应,多产品工厂,复杂、开发中的化学,变化快等。化学品由于其独有的热危险性,在某些条件下会发生反应,此类反应往往具有不可控性,并且伴随着大量放热现象,是导致事故发生的重要原因。因此,开展化学反应安全风险评估,确定风险等级并进行安全设计,提升化工企业本质安全水平,对保障安全生产具有重大意义。

        今天分享DEKRA中国区过程安全总经理赵贵兵的一次精彩报告,与大家聊聊为什么要做化学反应风险评估。

     
    为什么要做化学反应风险评估?

    美国:从1980起,167起事故,平均每年8起

     

        英国:1962-1987, HSE记录189起事故
     
     
    风险在哪儿?如何评估?

    1、风险:

    (1)温度:温度本身危害有限。

    (2)压力:任何温度上升对系统的影响更为重要。有三种潜在的过压源,①正常过程的气体生成;②蒸气压效应(如从正常过程放热的结果);③在升高温度条件下,从正常过程的热量导致分解反应(导致气体和/或蒸汽效应)。

    2、基于温度的评估方法:

    (1)热释放速率:对放热反应随温度指数增加

    dQ/dt = r·∆Hr = k·CAn·∆Hr = A·exp(-E/RT) ·CAn·∆Hr

    (2)热损失速率:化学反应器随温度线性增加

    dQ/dt = U.A. ∆T

     U = 热传递系数(W.m-2.K-1);A = 热传递面积(m2);∆T = 内容物与夹套温差(K)

     

     
     
    为什么会有风险?- 尺度的重要性

    1、绝热:

    放热反应中产生的热以三种方式消耗:升高反应物质温度;升高反应器温度;热损失到环境。了解绝热,确定有多少能量用于加热反应物,就可以对反应进行控制,从而规避风险。

    2、反应器Phi因子及其物理意义:

    对任何反应器内的反应物,反应放出的能量会部分被反应器吸收,部分被反应物本身系,Phi因子用于确定多少能量用于加热反应物。是反应风险评估的重要指标。

     
     

    ∅ :反应器Phi因子;mc:反应器质量;cpc:反应器比热;ms:反应物质量;csc:反应物比热

    (1)Phi因子越大,说明更多的能量被反应器吸收。

    (2)反应器越大, Phi因子越小,说明反应放出的热更多被反应物吸收,因此反应会更快。

    (3)Phi因子越小,能侦探到的放热反应起始温度越低。

    (4)高Phi因子过低预测同样温度下低Phi因子的反应速率。因此,工业实验室小试结果不能直接用于工业规模大型生产设备。

    (5)另外,高Phi因子的测试结果可能会错过产品分解等二次放热反应。

     
     
     

    3、Phi因子与不同参数间的关系

    (1)Phi因子对反应放热起始温度的影响(对同样的起始敏感度)

     

     

    (2)不同Phi因子下活化能对放热反应初始温度的影响(Tonset = 50C @ Phi = 1) 

    (3)TMR

     

    (4)Phi 因子对TMR 的影响

     

    4、完成反应工艺风险分析所需的主要测试设备有:

    1)筛选测试:DSC,RSD,Carius tube 等

    2)目标反应:反应量热,如RC1 等

    3)绝热量热:ARC (Pseudo)、VSPII、APATAC、Vari-Phi,等。国内主要以ARC为主


    反应风险的评估
    国家安监总局于2017年发布了《关于加强精细化工反应安全风险评估工作的指导意见》,其中明确了对化工反应中涉及的原料、中间物料、产品等进行热稳定性测试,对化学反应过程开展热力学和动力学分析,根据反应热、绝热温升等参数评估反应危险等级,根据最大反应速率到达时间等参数评估反应失控的可能性,结合相关反应温度参数进行多因素危险度评估,确定反应工艺危险度等级的要求和建议。 

    下面,以表格的形式,看一下物质分解热、反应失控评估、反应工艺危险度评估的范围及相应后果。

    (1)物质分解热评估

    (2)失控反应风险评估:

    1)严重度评估

    2)可能性评估

     

    3)矩阵评估(Risk = Severity ×Likelihood)

    (4)反应风险评估:回归六个核心基础问题

     

     

    结语

     

     反应工艺危险度只是风险评估的工具,为风险评级提供依据

     

    反应风险评估是一门复杂的学科,需要充分认识反应的动力学和热力学,均相反应与非均相反应、自催化反应等。工艺危险度是风险评估的工具,帮助定量风险,并基于风险选用适用的安全措施才是化学反应风险评估的根本,固相反应、气固反应需要用不同的方法来评估。另外,不是只有放热反应才有风险,非放热反应也会导致重大事故。每一步反应定量风险,不要混淆。

    参考资料:《化学反应风险评估:当前的问题及挑战》赵贵兵 DEKRA中国区过程安全总经理

    转载自《中国化学品安全协会》

     

     

     

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