2015年安全工程師《生產技術》考點:典型化工過程安全技術

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　第三節(jié)　典型化工過程安全技術

　　(一)非均相分離

　　化工生產中的原料、半成品、排放的廢物等大多為混合物，為了進行加工。得到純度較高的產品以及環(huán)保的需要等，常常要對混合物進行分離。混合物可分為均相(混合)物系和非均相(混合)物系。非均相物系中，有一相處于分散狀態(tài)，稱為分散相，如霧中的小水滴、煙塵中的塵粒、懸浮液中的固體顆粒、乳濁液中分散成小液滴的液相;另一相處于連續(xù)狀態(tài)，稱為連續(xù)相(或分散介質)，如霧和煙塵中的氣相、懸浮液中的液相、乳濁液中處于連續(xù)狀態(tài)的液相。從有毒有害物質處理的角度，非均相分離過程就是這些物質的凈化過程、吸收過程或濃縮分離過程。工業(yè)生產中多采用機械方法對兩相進行分離，常見的有沉降分離、過濾分離、靜電分離和濕洗分離等，此外，還有音波除塵和熱除塵等方法。

　　過濾過程安全措施：

　　1.若加壓過濾時能散發(fā)易燃、易爆、有害氣體，則應采用密閉過濾機。并應用壓縮空氣或惰性氣體保持壓力：取濾渣時，應先釋放壓力。

　　2.在存在火災、爆炸危險的工藝中，不宜采用離心過濾機，宜采用轉鼓式或帶式等真空過濾機。如必須采用離心過濾機時，應嚴格控制電機安裝質量，安裝限速裝置。注意不要選擇臨界速度操作。

　　3.離心過濾機應注意選材和焊接質量，轉鼓、外殼、蓋子及底座等應用韌性金屬制造。

　　(二)加熱及傳熱

　　傳熱在化工生產過程中的應用主要有創(chuàng)造并維持化學反應需要的溫度條件、創(chuàng)造并維持單元操作過程需要的溫度條件、熱能綜合和回收、隔熱與限熱。

　　熱量傳遞有熱傳導、熱對流和熱輻射三種基本方式。實際上，傳熱過程往往不是以某種傳熱方式單獨出現，而是以兩種或三種傳熱方式的組合?；どa中的換熱通常在兩流體之間進行，換熱的目的是將工藝流體加熱(汽化)，或是將工藝流體冷卻(冷凝)。

　　加熱過程安全分析：

　　加熱過程危險性較大。裝置加熱方法一般為蒸汽或熱水加熱、載熱體加熱以及電加熱等。

　　1.采用水蒸氣或熱水加熱時，應定期檢查蒸汽夾套和管道的耐壓強度，并應裝設壓力計和安全閥。與水會發(fā)生反應的物料，不宜采用水蒸氣或熱水加熱。

　　2.采用充油夾套加熱時，需將加熱爐門與反應設備用磚墻隔絕，或將加熱爐設于車間外面。油循環(huán)系統(tǒng)應嚴格密閉，不準熱油泄漏。

　　3.為了提高電感加熱設備的安全可靠程度，可采用較大截面的導線，以防過負荷;采用防潮、防腐蝕、耐高溫的絕緣，增加絕緣層厚度。添加絕緣保護層等措施。電感應線圈應密封起來，防止與可燃物接觸。

　　4.電加熱器的電爐絲與被加熱設備的器壁之間應有良好的絕緣，以防短路引起電火花，將器壁擊穿，使設備內的易燃物質或漏出的氣體和蒸氣發(fā)生燃燒或爆炸。在加熱或烘干易燃物質，以及受熱能揮發(fā)可燃氣體或蒸氣的物質，應采用封閉式電加熱器。電加熱器不能安放在易燃物質附近。導線的負荷能力應能滿足加熱器的要求，應采用插頭向插座上連接方式，工業(yè)上用的電加熱器，在任何情況下都要設置單獨的電路，并要安裝適合的熔斷器。

　　5.在采用直接用火加熱工藝過程時，加熱爐門與加熱設備間應用磚墻完全隔離，不使廠房內存在明火。加熱鍋內殘渣應經常清除以免局部過熱引起鍋底破裂。以煤粉為燃料時，料斗應保持一定存量，不許倒空，避免空氣進入，防止煤粉爆炸;制粉系統(tǒng)應安裝爆破片。以氣體、液體為燃料時，點火前應吹掃爐膛，排除積存的爆炸性混合氣體，防止點火時發(fā)生爆炸。當加熱溫度接近或超過物料的自燃點時，應采用惰性氣體保護。

　　(三)蒸餾及精餾

　　化工生產中常常要將混合物進行分離，以實現產品的提純和回收或原料的精制。對于均相液體混合物，最常用的分離方法是蒸餾。要實現混合液的高純度分離，需采用精餾操作。

　　蒸餾過程危險性分析：

　　在常壓蒸餾中應注意易燃液體的蒸餾熱源不能采用明火，而采用水蒸氣或過熱水蒸氣加熱較安全。蒸餾腐蝕性液體，應防止塔壁、塔盤腐蝕，造成易燃液體或蒸氣逸出，遇明火或灼熱的爐壁而產生燃燒。蒸餾自燃點很低的液體，應注意蒸餾系統(tǒng)的密閉，防止因高溫泄漏遇空氣自燃。對于高溫的蒸餾系統(tǒng)，應防止冷卻水突然漏入塔內，這將會使水迅速汽化，塔內壓力突然增高而將物料沖出或發(fā)生爆炸。啟動前應將塔內和蒸汽管道內的冷凝水放空，然后使用。在常壓蒸餾過程中，還應注意防止管道、閥門被凝固點較高的物質凝結堵塞，導致塔內壓力升高而引起爆炸。在用直接火加熱燕餾高沸點物料時(如苯二甲酸酐)，應防止產生自燃點很低的樹脂油狀物遇空氣而自燃。同時，應防止蒸干，使殘渣焦化結垢，引起局部過熱而著火爆炸。油焦和殘渣應經常清除。冷凝系統(tǒng)的冷卻水或冷凍鹽水不能中斷，否則未冷凝的易燃蒸氣逸出使局部吸收系統(tǒng)溫度增高，或竄出遇明火而引燃。

　　真空蒸餾(減壓蒸餾)是一種比較安全的蒸餾方法。對于沸點較高、在高溫下蒸餾時能引起分解、爆炸和聚合的物質，采用真空蒸餾較為合適。如硝基甲苯在高溫下分解爆炸、苯乙烯在高溫下易聚合，類似這類物質的蒸餾必須采用真空蒸餾的方法以降低流體的沸點。借以降低蒸餾的溫度，確保其安全。

　　(四)氣體吸收與解吸

　　氣體吸收按溶質與溶劑是否發(fā)生顯著的化學反應可分為物理吸收和化學吸收;按被吸收組分的不同，可分為單組分吸收和多組分吸收;按吸收體系(主要是液相)的溫度是否顯著變化，可分為等溫吸收和非等溫吸收。在選擇吸收劑時，應注意溶解度、選擇性、揮發(fā)度、黏度。工業(yè)生產中使用的吸收塔的主要類型有板式塔、填料塔、湍球塔、噴灑塔和噴射式吸收器等。

　　解吸又稱脫吸，是脫除吸收劑中已被吸收的溶質，而使溶質從液相逸出到氣相的過程。在生產中解吸過程用來獲得所需較純的氣體溶質，使溶劑得以再生，返回吸收塔循環(huán)使用。工業(yè)上常采用的解吸方法有加熱解吸、減壓解吸、在惰性氣體中解吸、精餾方法。

　　(五)干燥

　　干燥按其熱量供給濕物料的方式，可分為傳導干燥、對流干燥、輻射干燥和介電加熱干燥。干燥按操作壓強可分為常壓干燥和減壓干燥;按操作方式可分為間歇式干燥與連續(xù)式干燥。常用的干燥設備有廂式干燥器，轉筒干燥器、氣流干燥器、沸騰床干燥器、噴霧干燥器。為防止火災、爆炸、中毒事故的發(fā)生，干燥過程要采取以下安全措施：

　　1.當干燥物料中含有自燃點很低或含有其他有害雜質時必須在烘干前徹底清除掉，干燥室內也不得放置容易自燃的物質。

　　2.干燥室與生產車間應用防火墻隔絕，并安裝良好的通風設備，電氣設備應防爆或將開關安裝在室外。在干燥室或干燥箱內操作時，應防止可燃的干燥物直接接觸熱源，以免引起燃燒。

　　3.干燥易燃易爆物質，應采用蒸汽加熱的真空干燥箱，當烘干結束后，去除真空時，一定要等到溫度降低后才能放進空氣;對易燃易爆物質采用流速較大的熱空氣干燥時，排氣用的設備和電動機應采用防爆的;在用電烘箱烘烤能夠蒸發(fā)易燃蒸氣的物質時，電爐絲應完全封閉，箱上應加防爆門;利用煙道氣直接加熱可燃物時，在滾筒或干燥器上應安裝防爆片，以防煙道氣混入一氧化碳而引起爆炸。

　　4.間歇式干燥，物料大部分靠人力輸送，熱源采用熱空氣自然循環(huán)或鼓風機強制循環(huán)，溫度較難控制，易造成局部過熱，引起物料分解造成火災或爆炸。因此，在干燥過程中，應嚴格控制溫度。

　　5.在采用洞道式、滾筒式干燥器干燥時，主要是防止機械傷害。在氣流于燥，噴霧干燥、沸騰床干燥以及滾筒式干燥中，多以煙道氣、熱空氣為干燥熱源。

　　6.干燥過程中所產生的易燃氣體和粉塵同空氣混合易達到爆炸極限。在氣流干燥中，物料由于迅速運動相互激烈碰撞、摩擦易產生靜電;滾筒干燥過程中，刮刀有時和滾筒壁摩擦產生火花，因此，應該嚴格控制干燥氣流風速，并將設備接地;對于滾筒干燥，應適當調整刮刀與筒壁間隙，并將刮刀牢牢固定，或采用有色金屬材料制造刮刀，以防產生火花。用煙道氣加熱的滾筒式干燥器，應注意加熱均勻，不可斷料，滾筒不可中途停止運轉。斗口有斷料或停轉應切斷煙道氣并通氮。干燥設備上應安裝爆破片。

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　　(六)蒸發(fā)

　　蒸發(fā)按其采用的壓力可以為常壓蒸發(fā)、加壓蒸發(fā)和減壓燕發(fā)(真空蒸發(fā))。按其蒸發(fā)所需熱量的利用次數可分為單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)。蒸發(fā)過程要注意如下問題：

　　1.蒸發(fā)器的選擇應考慮燕發(fā)溶液的性質，如溶液的黏度、發(fā)泡性、腐蝕性、熱敏性，以及是否容易結垢、結晶等情況。

　　2.在蒸發(fā)操作中，管內壁出現結垢現象是不可避免的，尤其當處理易結晶和腐蝕性物料時，使傳熱量下降。在這些蒸發(fā)操作中，一方面應定期停車清洗、除垢;另一方面改進蒸發(fā)器的結構，如把蒸發(fā)器的加熱管加工光滑些，使污垢不易生成，即使生成也易清洗，提高溶液循環(huán)的速度，從而可降低污垢生成的速度。

　　(七)結晶

　　結晶是固體物質以晶體狀態(tài)從蒸氣、溶液或熔融物中析出的過程。結晶是一個重要的化工單元操作，主要用于制備產品與中間產品、獲得高純度的純凈固體物料。

　　結晶過程常采用攪拌裝置。攪動液體使之發(fā)生某種方式的循環(huán)流動，從而使物料混合均勻或促使物理、化學過程加速操作。

　　結晶過程的攪拌器要注意如下安全問題：

　　1.當結晶設備內存在易燃液體蒸氣和空氣的爆炸性混合物時，要防止產生靜電，避免火災和爆炸事故的發(fā)生。

　　2.避免攪拌軸的填料函漏油，因為填料函中的油漏入反應器會發(fā)生危險。例如硝化反應時，反應器內有濃硝酸，如有潤滑油漏入，則油在濃硝酸的作用下氧化發(fā)熱，使反應物料溫度升高，可能發(fā)生沖料和燃燒爆炸。當反應器內有強氧化劑存在時，也有類似危險。

　　3.對于危險易燃物料不得中途停止攪拌。因為攪拌停止時，物料不能充分混勻，反應不良，且大量積聚;而當攪拌恢復時，則大量未反應的物料迅速混合，反應劇烈，往往造成沖料，有燃燒、爆炸危險。如因故障而導致攪拌停止時，應立即停止加料，迅速冷卻;恢復攪拌時，必須待溫度平穩(wěn)、反應正常后方可續(xù)加料，恢復正常操作。

　　4.攪拌器應定期維修，嚴防攪拌器斷落造成物料混合不勻，最后突然反應而發(fā)生猛烈沖料，甚至爆炸起火，攪拌器應靈活，防止卡死引起電動機溫升過高而起火。攪拌器應有足夠的機械強度，以防止因變形而與反應器器壁摩擦造成事故。

　　(八)萃取

　　萃取時溶劑的選擇是萃取操作的關鍵，萃取劑的性質決定了萃取過程的危險性大小和特點。萃取劑的選擇性、物理性質(密度、界面張力、黏度)、化學性質(穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和抗氧化穩(wěn)定性)、萃取劑回收的難易和萃取的安全問題(毒性、易燃性、易爆性)是選擇萃取劑時需要特別考慮的問題。工業(yè)生產中所采用的萃取流程有多種，主要有單級和多級之分。

　　萃取設備的主要性能是能為兩液相提供充分混合與充分分離的條件，使兩液相之間具有很大的接觸面積，這種界面通常是將一種液相分散在另一種液相中所形成，兩相流體在萃取設備內以逆流流動方式進行操作。萃取的設備有填料萃取塔、篩板萃取塔、轉盤萃取塔、往復振動篩板塔和脈沖萃取塔。

　　(九)制冷

　　冷卻與冷凝的主要區(qū)別在于被冷卻的物料是否發(fā)生相的改變，若發(fā)生相變則成為冷凝，否則，如無相變只是溫度降低則為冷卻。冷卻、冷凝操作在化工生產中十分重要，它不僅涉及到生產，而且也嚴重影響防火安全，反應設備和物料由于未能及時得到應有的冷卻或冷凝，常是導致火災、爆炸的原因。在工業(yè)生產過程中，蒸氣、氣體的液化，某些組分的低溫分離，以及某些物品的輸送、儲藏等，常需將物料降到比水或周圍空氣更低的溫度，這種操作稱為冷凍或制冷。

　　冷凍操作的實質是利用冷凍劑自身通過壓縮―冷卻―蒸發(fā)(或節(jié)流、膨脹)的循環(huán)過程，不斷地由被冷凍物體取出熱量(一般通過冷載體鹽水溶液傳遞熱量)，并傳給高溫物質(水或空氣)，以使被冷凍物體溫度降低。一般說來，冷凍程度與冷凍操作技術有關,凡冷凍范圍在―100℃以內的稱冷凍;而在―100～―200℃或更低的，則稱為深度冷凍或簡稱深冷。

　　冷卻(凝)及冷凍過程的危險控制要點如下：

　　(1)應根據被冷卻物料的溫度、壓力、理化性質以及所要求冷卻的工藝條件，正確選用冷卻設備和冷卻劑。忌水物料的冷卻不宜采用水做冷卻劑，必需時應采取特別措施。

　　(2)應嚴格注意冷卻設備的密閉性，防止物料進入冷卻劑中或冷卻劑進入物料中。

　　(3)冷卻操作過程中，冷卻介質不能中斷，否則會造成積熱，使反應異常，系統(tǒng)溫度、壓力升高，引起火災或爆炸。因此，冷卻介質溫度控制最好采用自動調節(jié)裝置。

　　(4)開車前，首先應清除冷凝器中的積液;開車時，應先通入冷卻介質，然后通入高溫物料;停車時，應先停物料，后停冷卻系統(tǒng)。

　　(5)為保證不凝可燃氣體安全排空，可充氮進行保護。

　　(6)高凝固點物料，冷卻后易變得黏稠或凝固，在冷卻時要注意控制溫度，防止物料卡住攪拌器或堵塞設備及管道。

　　2.冷凍過程的安全措施

　　(1)對于制冷系統(tǒng)的壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器以及管路系統(tǒng)，應注意耐壓等級和氣密性，防止設備、管路產生裂紋、泄漏。此外，應加強壓力表、安全閥等的檢查和維護。

　　(2)對于低溫部分，應注意其低溫材質的選擇，防止低溫脆裂發(fā)生。

　　(3)當制冷系統(tǒng)發(fā)生事故或緊急停車時，應注意被冷凍物料的排空處置。

　　(4)對于氨壓縮機，應采用不發(fā)火花的電氣設備;壓縮機應選用低溫下不凍結且不與制冷劑發(fā)生化學反應的潤滑油，且油分離器應設于室外。

　　(5)注意冷載體鹽水系統(tǒng)的防腐蝕。

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　　(十)篩分及過濾

　　1.篩分

　　在工業(yè)生產中，為滿足生產工藝的要求，常常需將固體原料、產品進行篩選，以選取符合工藝要求的粒度，這一操作過程稱為篩分。篩分分為人工篩分和機械篩分。篩分所用的設備稱為篩子，通過篩網孔眼控制物料的粒度。按篩網的形狀可分為轉動式和平板式兩類。

　　篩分過程的危險控制要點。在篩分可燃物時，應采取防碰撞打火和消除靜電措施，防止因碰撞和靜電引起粉塵爆炸和火災事故。

　　2.過濾

　　過濾是使懸浮液在重力、真空、加壓及離心的作用下，通過細孔物體，將固體懸浮微粒截留進行分離的操作。按操作方法，過濾分為間歇過濾和連續(xù)過濾兩種;按推動力分為重力過濾、加壓過濾、真空過濾和離心過濾。過濾采用的設備為過濾機。

　　(十一)物料輸送

　　在工業(yè)生產過程中，經常需要將各種原材料、中間體、產品以及副產品和廢棄物從一個地方輸送到另一個地方，這些輸送過程就是物料輸送。在現代化工業(yè)企業(yè)中，物料輸送是借助于各種輸送機械設備實現的。由于所輸進的物料形態(tài)不同(塊狀、粉態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)等)，所采取的輸送設備也各異。

　　1.液態(tài)物料輸送

　　液態(tài)物料可借其位能沿管道向低處輸送。而將其由低處輸往高處或由一地輸往另一地(水平輸送)，或由低壓處輸往高壓處，以及為保證一定流量克服阻力所需要的壓頭，則需要依靠泵來完成。泵的種類較多，通常有往復泵、離心泵、旋轉泵、流體作用泵等四類。

　　液態(tài)物料輸送危險控制要點如下：

　　(1)輸送易燃液體宜采用蒸氣往復泵。如采用離心泵，則泵的葉輪應脯色金屬制造，以防撞擊產生火花。設備和管道均應有良好的接地，以防靜電引起火災。由于采用虹吸和自流的輸送方法較為安全，故應優(yōu)先選擇。

　　(2)對于易燃液體，不可采用壓縮空氣壓送，因為空氣與易燃液體蒸氣混合，可形成爆炸性混合物，且有產生靜電的可能。對于閃點很低的可燃液體，應用氮氣或二氧化碳等惰性氣體壓送。閃點較高及沸點在130℃以上的可燃液體，如有良好的接地裝置，可用空氣壓送。

　　(3)臨時輸送可燃液體的泵和管道(膠管)連接處必須緊密、牢固，以免輸送過程中管道受壓脫落漏料而引起火災。

　　(4)用各種泵類輸送可燃液體時，其管道內流速不應超過安全速度，且管道應有可靠的接地措施，以防靜電聚集。同時要避免吸入口產生負壓，以防空氣進入系統(tǒng)導致爆炸或抽癟設備。

　　2氣態(tài)物料輸送

　　氣體物料的輸送采用壓縮機。按氣體的運動方式，壓縮機可分為往復壓縮機和旋轉壓縮機兩類。

　　氣態(tài)物料輸送危險控制要點如下：

　　(1)輸送液化可燃氣體宜采用液環(huán)泵，因液環(huán)泵比較安全。但在抽送或壓送可燃氣體時，進氣入口應該保持一定余壓，以免造成負壓吸入空氣形成爆炸性混合物。

　　(2)為避免壓縮機氣缸、儲氣罐以及輸送管路因壓力增高而引起爆炸，要求這些部分要有足夠的強度。此外，要安裝經核驗準確可靠的壓力表和安全閥(或爆破片)。安全閥泄壓應將危險氣體導至安全的地點。還可安裝壓力超高報警器、自動調節(jié)裝置或壓力超高自動停車裝置。

　　(3)壓縮機在運行中不能中斷潤滑油和冷卻水，并注意冷卻水不能進入氣缸，以防發(fā)生水錘。

　　(4)氣體抽送、壓縮設備上的墊圈易損壞漏氣，應注意經常檢查及時換修。

　　(5)壓送特殊氣體的壓縮機，應根據所壓送氣體物料的化學性質，采取相應的防火措施。如乙炔壓縮機同乙炔接觸的部件不允許用銅來制造，以防產生具有爆炸危險的乙炔銅。

　　(6)可燃氣體的管道應經常保持正壓，并根據實際需要安裝逆止閥、水封和阻火器等安全裝置，管內流速不應過高。管道應有良好的接地裝置，以防靜電聚集放電引起火災。

　　(7)可燃氣體和易燃蒸氣的抽送、壓縮設備的電機部分，應為符合防爆等級要求的電氣設備，否則，應穿墻隔離設置。

　　(8)當輸送可燃氣體的管道著火時，應及時采取滅火措施。管徑在150 mm以下的管道。一般可直接關閉閘閥熄火;管徑在150 mm以上的管道著火時，不可直接關閉閘閥熄火，應采取逐漸降低氣壓。通入大量水蒸氣或氨氣滅火的措施。但氣體壓力不得低于50～100 Pa。嚴禁突然關閉閘閥或水封。以防回火爆炸。當著火管道被燒紅時，不得用水驟然冷卻。

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