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化工安全与环保

第一章绪论

现代化学工业的生产特点

一、化工生产的特点

二、化学工业发展伴生的新危险

三、当前安全存在问题突出表现

化学工业安全问题的特点

化工生产中，从原料、中间体到成品，大都具有易爆、易燃、毒性等化学危险性

化工工艺过程复杂多样化，高温、高压、深冷等不安全的因素很多，事故的多发性和严重性是其独有的特点

一、化学工业危险因素

二、化工装置的紧急（危险）状态

三、化学工业安全措施

化工工艺安全管理及现状

化工与环境问题

第二章化学品安全管理体系

管理组织与机构

一、国际管理组织与机构

二、中国管理组织与机构

1、政府管理部门——管理、监督

2、行业协会——为行业内的企业、机构提供咨询和服务

3、其他相关组织与服务机构

4、化学品安全相关网站

管理体系与制度框架

一、国际化学品管理体系与制度框架

化学品分类（29个）

理化危险（17）

爆炸物

易燃气体

易燃烟雾剂

氧化性气体

高压气体

易燃液体

易燃固体

自反应物质和混合物

发火液体

发火固体

自然物质和混合物

遇水放出易燃气体的物质和混合物

氧化性液体

氧化性固体

有机过氧化物

金属腐蚀剂

健康危险（10）

急性毒性

皮肤腐蚀/刺激

严重眼损伤/眼刺激

呼吸或皮肤过敏

生殖细胞致突变性

致癌性

生殖毒性

特定目标器官毒性——单次接触

特定目标器官毒性——重复接触

吸入危险

环境危险（2）

危害水生环境

危害臭氧层

二、中国化学品管理体系与制度框架

第三章化学品的性质特征及其危险性

化学品的分类和危险性

化学品

危险化学品

易燃物质的性质和特征

一、易燃物质的性质

1、闪点：易挥发可燃物质表面形成的蒸汽和空气的混合物遇火燃烧的最低温度

判断可燃性液体蒸气由于外界明火而发生闪燃的依据

2、着火点：指蒸气和空气的混合物在开口容器中可以点燃并持续燃烧的最低温度

着火点一般高于闪点

自然温度：指一种物质与空气接触发生火灾或引起自燃的最低温度，并在此温度下无火源时物质可持续燃烧。

蒸气相对密度

熔点

沸点

分子式

爆炸范围（爆炸极限、燃烧极限）：可燃蒸气或气体与空气的混合物遇引爆源引爆即能发生爆炸或燃烧的浓度范围。用爆炸下限（最低浓度）和爆炸上限（最高浓度）表示。

蒸发潜热

燃烧热

二、物质易燃性分类和火险等级

三、物质易燃性评估

毒性物质的性质和特征

一、毒性物质的临界限度和致死剂量

临界限度：表示所有作业人员日复一日的重复暴露在环境中而不会受到危害所承受的最高浓度。

临界限度值

最大可接受毒物浓度：指全生命周期的慢性毒性试验得出的最大无影响浓度和最低有影响浓度之间的毒物浓度。

临界限度表示方法

是通风设备设计的基础数据

致死剂量：具有致死作用的实验动物单位体重的毒物量。

绝对致死量或浓度

半数致死量或浓度

最小致死量或浓度

最大耐受量或浓度

二、毒性物质的判别和危险等级划分

反应物质的性质和特征

一、具有自燃性质的化学品

自燃性质

二、具过氧化性质的化学品

过氧化性质：分子中含有过氧基（-O-O-）的一类化合物

三、具水敏性质的化学品

水敏性质：与水，特别是与限量的水剧烈反应的一类化合物

不稳定结构集团

不稳定结构基团危险性热力学的分析

ΔG<0 反应能自发进行

Δ G>0 反应不能自发进行

ΔG=0 可逆过程（热力学平衡状态）

不稳定性氧平衡值判别法

氧差额：系统的氧含量与系统中碳、氢和其他可氧化的元素完全氧化所需的氧量之间差值。

在一定程度上反映物质爆炸能力

氧平衡值（反应的氧平衡值）：氧平衡值=1600×氧差额/M

用于判断含有不稳定结构基团化合物的安全风险

化学反应危险性的动力学分析

化学物质的非互溶性

反应物质的非互溶性质

1、毒性危险

2、反应危险

3、水敏性危险

化学反应类型及其危险性

1、燃烧反应

危险性

燃烧炉点火时应特别注意物质的爆炸或燃烧极限

燃烧速率可以用调节温度、氧化剂或燃烧的加入量控制

多数情况下燃烧需要点火，但对于反应性极强的物质，可以自燃

2、氧化反应

危险性

如果有足够的氧化剂和燃料，就存在燃烧的可能性

氧化反应都是强放热反应，反应热如不及时移去，将会使温度迅速升高甚至发生爆炸

化学平衡几乎总是有利于完全反应，为了防止产物损失，必须采取措施限制氧化的程度

有的氧化反应（如氨、乙烯在空气中的氧化）其物料配料比接近爆炸下限，极易爆炸起火

被氧化的物质大部分是易燃易爆物质

氧化剂（如高锰酸盐、次氯酸及其盐、所有的过氧化物、所有的氯酸盐等）具有很大的火灾危险性

有些氧化产品也具有火灾危险性

措施

严格控制反应物料的配比（可燃气体和空气的混合比例）在爆炸范围之外

一般采用立式氧化反应接触器

在反应器前和管道上安装阻火器，接触器应有泄压装置，并尽可能采用自动控制或调节以及报警联锁装置

严格控制反应温度，不能超过氧化物质的自燃点

氧化反应使用的原料及产品，应按有关危险品的管理规定做好储运工作

氧化反应为降低风险，采用低浓度的反应物或低温条件

3、中和反应

危险来源于热量的释放。降低反应物浓度，控制反应温度

4、电解反应

不存在反应危险，存在高强度电流的危险，或危险化学品危险，如氰化物的毒性危险、可燃气体和高氧化态产物产生的危险

5、复分解反应

危险性极小

6、硝化反应

危险性

硝化是一个放热反应

硝化剂具有氧化性、吸水性、腐蚀性

被硝化的物质大多易燃，有的还兼有毒性

硝化产品大都有着火爆炸的危险性

措施

精心控制反应温度，其最大容许温度由最终产物的温度敏感度决定

液相硝化温度控制极为重要

气象硝化温度注意控制反应物浓度，热交换装置的设计要留有余量

7、酯化反应

危险性

酯化物质是强还原剂，或反应或产物不稳定

8、还原反应

反应危险与氧化反应相同

9、氨化反应

危险性

主要来自气体的泄漏可能产生的中毒危害以及碱性腐蚀危险

10、卤化反应

强放热反应，氟化反应最强

氯化

氟化

反应剧烈，易爆炸，尤其气象反应要用惰性气体稀释

溴化和碘化

11、磺化反应

危险性

常用的碘化剂都是氧化剂（如硫酸），遇易燃物质会引起着火

生产用的原料都是可燃物、而磺化剂是强氧化剂，具备了可燃物与氧化剂作用发生放热反应的燃烧条件

磺化反应是放热反应

磺化试剂具有腐蚀剂

12、水解反应

危险性

无机水解有控制问题，需要不断溢出水解热

有机水解反应比较缓慢，仅轻微放热，危险性较小

存在高温或高压情况

13、加氢反应：大多为放热反应，且反应温度、压力较高，原料大多为易燃易爆，部分原料和产品有毒性、腐蚀性

危险性

火灾危险性

爆炸危险性

中毒危险

腐蚀危险

高压操作，较难控制

14、烷基化反应

危险性

反应本身危险性不大

主要为反应物质的危险性，如强腐蚀剂

15、缩合反应

危险性

反应放热可能会酿成火险

16、聚合反应

危险性

火灾或爆炸危险

第四章燃烧和爆炸与防火防爆安全技术

燃烧要素

燃烧三要素：燃料、氧气、点火源

燃烧的分类和特征参数

分类

闪燃

闪点（可燃液体）：闪燃的最低温度

点燃

着火点：点燃的最低温度

自燃点

自燃点：自燃的最低温度

特征参数

燃烧温度

燃烧速率

燃烧热

燃烧性物质的储存和运输

燃烧性物质概述

分类：不大于38度的温度范围便能引燃的物质称为易燃性物质

评价注意事项：易燃气体和易燃粉尘最容易引燃；储存区需通风良好，且远离金属切割、焊接等动火作业；氧化剂（能提供反应氧）和燃料隔离必须储存，尤其靠近低闪点液体储存是极不安全的

危险性

高闪点物质的烟雾易于引燃，泡沫的起火温度要比预期的低得多

可燃物质当其温度加热至闪点以上时就变成了易燃物质，少量挥发性物质加入高沸点液体，会极大地降低液体的闪点，使液体的燃烧爆炸新危险显著增加

可燃固体粉尘具有严重的爆炸危险

储存安全

一般盛装于容量约200KG以下的容器中

爆炸及其类型

按爆炸性质分类

物理爆炸

化学爆炸

三要素：气体、热量、化学反应高速度

类型

按爆炸速度分类

轻爆

爆炸

爆轰

按爆炸反应物质分类

爆炸极限理论与计算

爆炸极限理论

爆炸极限

爆炸下限：是可燃气体或蒸气与空气组成的混合物在点火以后可以蔓延的最低浓度

爆炸上限：是火焰蔓延的最高浓度

浓度在上限以上的可燃气（蒸气）——空气混合气不能认为是安全的

爆炸下限越低，少量可燃物就会形成爆炸条件；爆炸上限越大，则有少量空气渗入容器，就能与容器内的可燃物混合形成爆炸条件；可燃性混合物爆炸极限范围越宽，其爆炸危险性就越大

爆炸危险度越大，则其燃爆危险性越大

影响爆炸极限的因素

初始温度

初始压力：压力增大，爆炸范围越大；压力降低，爆炸范围缩小

惰性介质或杂质

爆炸极限

若混合物中所含惰性气体增加，爆炸范围就缩小，惰性气体的浓度提高到某一数值，混合物就不能爆炸

加入惰性气体，爆炸上限显著下降，爆炸下限略有上升，最终合为一点——爆炸临界点

容器的材质和尺寸

容器管道直径越小，爆炸极限范围越小

能源

爆炸极限的计算

根据化学计量浓度近似计算

爆炸性物质的储存和销毁

火灾爆炸危险与防火防爆措施

物料的火灾爆炸危险

气体

主要指标：爆炸极限、自燃点

液体

主要指标：闪点、爆炸极限

固体

主要指标：固体的熔点、着火点、自燃点等

化学反应的火灾爆炸危险

氧化反应

水敏性危险

酸敏性反应

工艺装置的火灾爆炸危险

装置不适当

操作失误：阀门、点火、明火

装置故障：破损、机械故障、仪表故障

不停车检修

异常化学反应：物质匹配不当、不适当聚合分离、安全装置不合理

防火防爆措施

1、易燃易爆物质的安全处理

对易燃易爆气体混合物：避免在爆炸范围内加工

对易燃易爆液体：避免湿气蒸气的浓度达到爆炸下限

对易燃易爆固体：避免暴热使其蒸气达到爆炸浓度，避免形成爆炸性粉尘

2、点火源的安全控制

明火

磨擦撞击

高温热表面

电气火花

有火灾爆炸危险物质的加工处理

燃烧爆炸敏感性工艺参数的控制

灭火剂和灭火措施

基本方法：隔离、窒息、冷却、抑制

灭火剂

水

原理：水的蒸发潜热较大，与燃烧物质接触被加热气化吸收大量的热，使燃烧物质冷却降温，从而减弱燃烧的强度。水遇到燃烧物后气化生成大量的蒸气，能够阻止燃烧物与空气接触，并能稀释燃烧区的氧，使火势渐弱

泡沫灭火剂（密度比水小的效果好）

在液体表面生成凝聚的泡沫漂浮层，起窒息和冷却作用

干粉灭火剂

二氧化碳、卤代烃等灭火剂：窒息作用、冷却作用而灭火

第五章化工厂设计与装置安全

化工厂设计安全

一、危险和防护的一般考虑

1、一级危险（潜在危险）

2、二级危险（直接危险）

二、化工厂的定位

1、基本原则

主导风向：一个地区出现次数较多的风向

最小风频：一个地区一年中出现次数最少的风向

2、工厂定位应避免的地区

3、考虑因素

4、主导因素

三、化工厂选址

四、化工厂布局安全

工艺装置区（最危险）

罐区：下风区、专用区域、围堰高度为20cm，地面为水泥、比工艺装置区略低的区域

公用设施区

锅炉设备和配电设备应该设置在易燃液体设备的上风区

运输装卸区

装卸设施应该设置在工厂的下风区域

辅助生产区

维修车间应设置于工厂的上风区域

废水处理装置应设置在工厂的下风远程区域

管理区

五、化工单元区域规划

流程线状布置

设备配置的直线排列

分组布置

控制室

单元神经中枢，应设置在单元的周边区域

对于处理毒性物质的单元，控制室应该设置在单元的上风区域

与有危险的容器隔离

加热锅炉（火源）

设置在单元其余部分的上风区域

设置在侧面风区域

压缩机

与其他危险设备适当隔离

容易泄漏气体，应设置于单元的下风区域

尽可能安装在只有屋顶而无侧墙的亭阁式建筑物

反应器（火源）

公用工程设施

设备的平面布置

换热器应尽量在地上

各设备的间距和基础高度

设备基础高度应根据该地区的洪水记录决定最低地上高度

配管设计方面应考虑的事项

防泄漏设计

软管系统的配置

管线配置的安全考虑

化工工艺设计

流程框图

确定工艺路线

工艺流程图（PFD）

模拟计算后，确定物料平衡、热量平衡

管道仪表流程图（P&ID）

进行设备、阀门、仪表、管线的选型设计计算

工艺设计安全校核

物料和反应的安全校核（12项）

过程安全的总体规划（10项）

非正常操作的安全问题（11项）

化工过程装置与设备设计安全

化工设计安全校核、安全评价及环境评价

危险与可操作性（HAZOP）分析

第六章压力容器的设计与使用安全

压力容器概述和分类

分类

蒸汽锅炉

非燃火压力容器

应用特点

广泛性

操作的复杂性

安全的高要求

大容量、高参数

安全管理

前半生管理

后半生管理

压力容器的设计、制造和检验

检验周期

外部检查

至少半年进行一次

内外部检查

每三年进行一次

全面检查

每六年进行一次

第七章化工厂安全操作与维护

化工生产的十四不准

加强明火管理，厂区内不准吸烟

生产区内，不准未成年人进入

上班时间，不准睡觉、干私活、离岗和干生产无关的事

在班前、班中不准喝酒

不准使用汽油等易燃液体擦洗设备、用具和衣物

不按规定穿戴劳动保护用品，不准进入生产岗位

安全装置不齐全的设备不准动用

不是自己分管的设备、工具不准使用

检修设备时安全措施不落实，不准开始检修

停机检修后的设备，未经彻底检查，不准启用

未办高处作业证，不带安全带，脚手架、跳板不牢，不准登高作业

石棉瓦上不固定好跳板，不准作业

未安装触电保安器的移动式电动工具，不准使用

未取得安全作业证的员工，不准独立作业；特殊工种职工，未经取证，不准作业

子主题15

装置的安全停车及处理

停车操作注意事项

卸压

降温

排净

抽堵盲板

置换、吹扫、清洗

装置环境安全标准

氧含量应为19～21%

设备内部的可燃气体含量应低于安全值

检修场地水井、地沟应清理干净，加盖砂封，设备管道内无余压，无灼烫物、无沉淀物

设备、管道物料排空后，加水冲洗，再用氮气、空气置换至设备内可燃物含量合格，氧含量在19～21%

化工装置检修

分类

计划内检修

计划外检修

特点

复杂性、频繁性、危险性大

化工厂单元操作安全

干燥

分类

对流干燥

传导干燥

辐射式

介电加热式

筛分

人工筛分

机械筛分

粉碎

增大表面积

工艺变更管理

工艺变更

人员变更

设备变更

组织变更

规程变更

法律法规变更

基础设施变更

第八章化工环境保护技术

三废

废气

废水

废渣

化工废气污染及治理

化工废气主要污染物及其危害

颗粒污染物

危害最严重是飘尘

气态污染物

二次污染物

化工安全与环保

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