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精细化工反应安全风险评估实验室解决方案

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精细化工反应安全风险评估实验室解决方案

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1.背景意义化学品是当今社会发展的重要组成部分。化工反应安全风险的控制关系到国家经济发展与民生保障。我国化工产品生产、运输、存储和使用的安全形势依然十分严峻,每年发生数百起化工安全事故,仅就天津港“8.12”重大爆炸事故,爆炸造成159人死亡,14人失联,上万户居民住房受损的严重后果。根据德国财经网的估算,爆炸的损失在数十亿甚至上百亿欧元,折合人民币最高是730亿元……
 

 

1.背景意义

化学品是当今社会发展的重要组成部分。化工反应安全风险的控制关系到国家经济发展与民生保障。我国化工产品生产、运输、存储和使用的安全形势依然十分严峻,每年发生数百起化工安全事故,仅就天津港“8.12”重大爆炸事故,爆炸造成159人死亡,14人失联,上万户居民住房受损的严重后果。根据德国财经网的估算,爆炸的损失在数十亿甚至上百亿欧元,折合人民币最高是730亿元。2012年2月28日上午9时4分左右, 河北克尔化工有限责任公司生产硝酸胍的一车间发生重大爆炸事故, 共造成25人死亡、 4人失踪、 46人受伤。2015年8月22日20时50分左右,山东润兴化工科技有限公司10万吨/年己二腈项目在试生产过程中发生爆炸着火事故,造成1人死亡、2人重伤、7人轻伤。类似爆炸事故严重影响到社会的发展和稳定,如何快速准确的分析化学品的热危险性特性迫在眉睫。

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。因此开展化工反应安全风险评估,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。对此,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。

另外,针对化工产品成品的爆炸、燃烧、腐蚀等物理危险,国务院新修订的《危险化学品安全管理条例》已于2011年12月1日起实施,明确实行危险化工产品登记制度,规定登记核心内容之一包括:化学品理化危险特性及其分类和标签信息,要求对化工产品的危险特性尚不明确的应“对该化学品的物理危险性进行鉴定”。

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2.4 精细化工生产本质安全指标获取

精细化工生产的主要安全风险来自工艺反应的热风险,失控的根本原因在于反应热的失去控制导致设备的温度上升,并最终引发反应釜的冲料、燃烧和爆炸。开展反应安全风险评估,就是对反应的热风险进行评估。化工生产的本质安全化就是要通过了解化工工艺技术信息,包括物料特性、配比,反应温度、压力控制范围,反应时间,加料方式、速度等工艺操作条件,了解化学反应机理,量化失控反应的热危害性,评估反应风险发生可能性和严重度,以此进行安全设施设计,完善风险控制措施,实现生产设备或系统本身的安全性。

当前化工生产工艺多以间歇和半间歇操作为主,一个典型的间歇反应失控体系的失控历程如图1所示,图中温度曲线的描述如下:

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正常的工艺过程:室温下将反应物加入反应釜,搅拌加热至反应温度(目标工艺操作温度Tp),使其保持在反应物停留时间和生产率经过优化的温度水平上,间歇或半间歇加料,直至反应完成,冷却并清空反应釜(图1中虚线所示)。

冷却失效后:累积反应物继续反应放热,引发绝热温升ΔTad,达到失控体系最高温度
MTSR
(Maximum temperature of the synthesis reaction),由于达到了起始反应温度Tonset,目标反应中的产物可能发生二次反应,导致二次反应绝热温升ΔTad,并在经历时间TMRad最大反应速率到达时间)后达到最大反应速率。

只有根据图1中序号,利用相关仪器设备的测量与分析回答6大关键信息,才能够建立失控反应模型,为获取热风险评估所需参数提供指导:

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