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化工安全工程课件第三章-防火防爆措施


B、物料配比和投料速率控制
a.物料配比控制 ✓ 普通化学反应,控制物料配比以保证反应进程和产品质量。例如, 松香钙皂的生产,是把松香投入反应釜内,加热至240℃,缓慢加入氢 氧化钙,生成目的产物和水。反应生成水在高温下变成蒸气。投入的氢 氧化钙如果过量,生成的水蒸气量过多造成危险。 ✓ 对于能形成爆炸性混合物的生产,物料配比应严格控制在爆炸极限 以外。如果工艺条件允许,可以添加水蒸气、氮气等惰性气体稀释。 ✓ 催化剂对化学反应速率影响很大,如果催化剂过量,就有可能发生 危险。 ✓ 可燃或易燃物料与氧化剂的反应,要严格控制氧化剂的投料速率和 投料量。
温度过低会造成反应速度减慢或停滞,温度一旦恢复正常,往往 会因为未反应物料过多而使反应加剧,有可能引起爆炸。温度过低 还会使某些物料冻结,造成管道堵塞或破裂,致使易燃物料泄漏引 发火灾或爆炸。
a.移出反应热
方法: ✓ 夹套冷却、内蛇管冷却、或两者兼用 ✓ 回流冷却 ✓ 惰性气体循环冷却 ✓ 采用一些特殊结构的反应器或在工艺上采取一些措施。如合成甲醇 是强放热反应,在反应器内装配热交换器;混合合成气分两路,其中一 路控制流量以控制反应温度。 ✓ 加入其他介质,如通入水蒸气带走部分反应热。如乙醇氧化制取乙 醛就是采用乙醇蒸气、空气和水蒸气的混合气体,将其送入氧化炉,在 催化剂作用下生成乙醛。利用水蒸气的吸热作用将多余的反应热带走。
如醋酸戊酯在20℃的蒸气压为800Pa,其蒸气浓度为44g·m-3,而爆 炸浓度范围为119~541g·m-3,危险性较小。
常温下使用沸点高于110 ℃的可燃液体较为安全。
2、根据燃烧性物质的特性分别处理
✓ 遇空气或遇水燃烧的物质,应该隔绝空气或采取防水、防潮措施, 以免燃烧或爆炸事故发生。 ✓ 燃烧性物质不能与性质相抵触的物质混存、混用; ✓ 遇酸、碱有分解爆炸危险的物质应该防止与酸碱接触; ✓ 对机械作用比较敏感的物质要轻拿轻放。 ✓ 燃烧性液体或气体,应该根据它们的密度考虑适宜的排污方法; ✓ 根据它们的闪点、爆炸范围、扩散性等采取相应的防火防爆措施。 ✓ 对于自燃性物质,在加工或贮存时应该采取通风、散热、降温等措 施,以防其达到自燃点,引发燃烧或爆炸。
A、反应温度的控制
温度是化学工业生产的主要控制参数之一。各种化学反应都有其 最适宜的温度范围,正确控制反应温度不但可以保证产品的质量, 而且也是防火防爆所必须的。
如果超温,反应物有可能分解起火,压力升高,甚至导致爆炸; 也可能因温度过高而产生副反应,生成危险的副产物或过反应物。
升温过快、过高或冷却设施发生故障,可能会引起剧烈反应,乃 至冲料或爆炸。
5、减压操作
化工物料的干燥,许多是从湿物料中蒸发出其中的易燃溶剂。如果 易燃溶剂蒸气在爆炸下限以下的浓度范围,便不会引发燃烧或爆炸。 为了满足上述条件,这类物料的干燥,一般是在负压下操作。文献中的 爆炸极限数据多为20℃、0.101325 MPa下的体积分数。所以由爆炸下限 不难计算出溶剂蒸气的分压,如果干燥压力在此分压以下,便不会发生 燃烧或爆炸。
✓ 多数气体、蒸气或粉尘的自燃点都在400℃以上,在很多场合 要有明火或火花才能起火,只要消除任何形式的明火,就基本达 到了防火的目的。
✓ 有些气体、蒸气或固体易燃物的自燃点很低,只有采取充分的 降温措施,才能有效地避免自燃。
✓ 有些液体如乙醚,受阳光作用能生成危险的过氧化物,对于这 些液体,应采取避光措施,盛放于金属桶或深色玻璃瓶中。
即使设备密封很严,但总会有部分气体、蒸气或粉尘渗漏到室内, 必须采取措施使可燃物的浓度降至最低。同时还要考虑到爆炸物的量虽 然极微,但也有局部浓度达到爆炸范围的可能。完全依靠设备密闭,消 除可燃物在厂房内的存在是不可能的。往往借助于通风来降低车间内 空气中可燃物的浓度。通风可分为机械通风和自然通风;按换气方式也 可分为排风和送风。“换气率”
为了保证设备的密闭性,对于危险设备和系统,应尽量少用法兰连 接。输送危险液体或气体,应采用无缝管。负压操作可防止爆炸性气体 逸入厂房,但在负压下操作,要特别注意设备清理打开排空阀时,不要 让大量空气吸入。
加压或减压设备,在投产或定期检验时,应检查其密闭性和耐压程 度。所有压缩机、液泵、导管、阀门、法兰、接头等容易漏油、漏气的 机件和部位应该经常检查。填料如有损坏应立即更换。以防渗漏。操作 压力必须加以限制,压力过高,轻则密闭性遭破坏,渗漏加剧;重则设 备破裂,造成事故。
b.投料速率控制
对于放热反应,投料速率不能超过设备的传热能力,否则, 物料温度将会急剧升高,引起物料的分解、突沸,造成事故。加 料时如果温度过低,往往造成物料的积累、过量,温度一旦适宜 反应加剧,加之热量不能及时导出,温度和压力都会超过正常指 标,导致事故。
如某农药厂“保棉丰’’反应釜,按工艺要求,在不低于75℃ 的温度下,4h内加完100 kg双氧水。但由于投料温度为70℃,开 始反应速率慢加之投入冷的双氧水使温度降至52℃,因此将投料 速度加快,在1h 20 min投入双氧水80 kg,造成双氧水与原油剧烈 反应,反应热来不及导出而温度骤升,仅在6s内温度就升至200℃ 以上,使釜内物料气化引起爆炸。
✓ 对于地上贮罐,为了周边的安全,贮罐应该设置在比建筑物和工厂 公用设备低洼的地区。为了防止火焰扩散,贮罐间要有较大的间隙,要 有适宜的排液设施和充分的阻液渠。
4.装卸操作
装卸的普通安全要求是安全接近车辆的顶盖,这对于顶部装卸的情 形特别重要。计量、采样等操作也是如此。这样就需要架设适宜的扶梯、 装卸台、跳板,车辆上要安装永久的扶手。所有燃烧性物质的装卸都要 配置相应的防火、防爆消防设施。
3.大容量燃烧性液体贮罐
贮存大容量燃烧性液体采用大型贮罐。贮罐分地下、半地下、地上 三种类型。为了安全,所有贮罐在安装前都必须试压、检漏,贮罐区要 有充分的救火设施。
✓ 地下和半地下贮罐,要根据贮存液体的性质,选定的埋罐区的地形 和地质条件,确定埋罐的最佳尺寸和地点,以及采用竖直的还是水平 的贮罐。埋罐选点时,还要结合同区中的建筑物、地下室、坑洞的地点, 统筹考虑。罐体掩埋要足够牢固,以防洪水、暴雨以及其他可能危及罐 体装配安全的事件发生。要考虑邻近工厂腐蚀性污水排放、存在腐蚀性 矿渣或地下水的可能性,确有腐蚀性状况,在埋罐前就得采取必要的防 腐措施。对罐要进行充分的遮盖,在罐区要建设混凝土围墙。
b.传热介质选择
传热介质,即热载体,常用的有水、水蒸气、碳氢化合物、熔盐、烟道气等。 (1) 避免使用性质与反应物料相抵触的介质 应尽量避免使用性质与反应物料相抵触的物质作冷却介质。例如,金属钠遇 水剧烈反应而爆炸。所以这些物料的冷却介质不得用水,一般采用液体石蜡。 (2) 防止传热面结垢 在化学工业中,设备传热面结垢是普遍现象。传热面结垢不仅会影响传热效 率,更危险的是在结垢处易形成局部过热点,造成物料分解而引发爆炸。结垢 的原因有,由于水质不好而结成水垢;特别是因物料聚合、凝聚、炭化而引起 结垢,极具危险性。换热器内传热流体宜采用较高流速,这样既可以提高传热 效率,又可以减少污垢的沉积。 (3) 传热介质使用安全 高温传热介质,如联苯混合物(73.5%联苯醚和26.5%联苯)在使用过程中要防 止低沸点液体(如水或其他液体)进入,低沸点液体进入高温系统,会立即气化 超压而引起爆炸。传热介质运行系统在水压试验后,一定要有可靠的脱水措施, 在运行前应进行干燥吹扫处理。
2.管道输送
高压天然气、液化石油气、石油原油、汽油或其他燃料油一般采用 管道输送。为保证安全输送,在管线上应安装多功能的安全设施,如 有自动报警和关闭功能的火焰检测器、自动灭火系统以及闭路电视,远 程监视管道运行状况。
例如在正常情况下,管道中各处的流量读数应该相同,压力读数应 该保持恒定,一旦某处的读数出现变化,可以立即断定该处发生泄 漏.立即采取应急措施,把损失降至最低限度。
✓ 有些物质能够提高易燃液体的自燃点,如在汽油中添加四乙基 铅,就是为了增加汽油的易燃性。而另外一些物质,如铈、钒、 铁、钴、镍的氧化物,则可以降低易燃液体的自燃点。对于这些 情况应予以注意。
3、密闭和通风措施
为了防止易燃气体、蒸气或可燃粉尘泄漏与空气混合形成爆炸性混 合物,设备应该密闭,特别是带压设备更需要保持密闭性。如果设备或 管道密封不良,正压操作时会使可燃物泄漏;负压操作时会使空气进入。
三、燃烧性物质的经铁路、水路发货、中转或到达,应在郊区或远离市区 的指定专用车站或码头装卸。装运燃烧性物质的车船,应悬挂危险货 物明显标记。车船上应设有防火、防爆、防水、防日晒以及其他必要 的消防设施。车船卸货后应进行必要的清洗和处理。 ✓ 火车装运应按铁道部“危险货物运输规则”办理。 ✓ 汽车装运应按规定的时间、指定的路线和车速行驶,停车时应与其 他车辆、高压电线、明火和人口稠密处保持一定的安全距离。 ✓ 船舶装运,在航行和停泊期间应与其他船只、码头仓库和人烟稠密 区保持一定的安全距离。
对于有火灾爆炸危险的厂房的通风,由于空气中含有易燃气体,所 以不能循环使用。
空气中含有易燃气体或粉尘的厂房,应选用不产生火花的通风机械 和调节设备。
含有爆炸性粉尘的空气,在进入排风机前应进行净化,防止粉尘进 入排风机。
4、惰性介质的惰化和稀释作用
1)惰性气体保护作用 惰性气体反应活性较差,常用作保护气体。惰性气体保护是指用惰性 气体稀释可燃气体、蒸气或粉尘的爆炸性混合物,以抑制其燃烧或爆炸。 常用的惰性气体有氮气、二氧化碳、水蒸气等。 易燃固体物料在粉碎、研磨、筛分、混合以及粉状物料输送时,应施 加惰性气体保护。输送易燃液体物料的压缩气体应该选用惰性气体。易 燃气体在加工过程中,应该用惰性气体作稀释剂。对于有火灾爆炸危险 的工艺装置、贮罐、管道等,应该配备惰性气体。 方法:真空抽净法,真空抽取重复进行,直至合格。
压力净化法,加压排空重复进行,直至合格。 吹扫净化法,一个口通入另一口排出,直至合格。
2)最小氧气浓度 在易燃物料的加工中,惰性气体的用量取决于系统中氧的最高允许 浓度。氧的最高允许浓度值因采用不同的惰性气体而有所不同。
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