本質(zhì)安全篇課件

TraditionalRiskManagement傳統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)管理ProcessDesignBasicControls,Alarms,基本控制OperatorSupervision操作監(jiān)控CriticalAlarms,OperatorSupervision,緊急報(bào)警\操作的監(jiān)控andManualIntervention和人為干預(yù)AutomaticActionSafetyInterlockSystemEmergencyShutdownSystem連鎖系統(tǒng)PhysicalProtection(Relief)物理防護(hù)安全閥等PhysicalProtection(Dikes)物理防護(hù)(爆破片)PlantEmergencyResponse工廠的應(yīng)急救援預(yù)案CommunityEmergencyResponse社會(huì)應(yīng)急響應(yīng)傳統(tǒng)的安全管理TypicalLayersofProtectionTraditionalRiskManagement傳1本質(zhì)安全（化）的起源

1862年，比利時(shí)人索爾維（Ernest

Solvay,1832-1922）以食鹽、氨、二氧化碳為原料，制得了碳酸鈉，是為氨堿法（ammomia

soda

process）。

反應(yīng)分三步進(jìn)行：

NH3+CO2+H2O=

NH4HCO3NH4HCO3+NaCl=

NaHCO3+NH4Cl

2NaHCO3=

Na2CO3+CO2

+H2O

反應(yīng)生成的CO2可以回收再用，而NH4Cl又可以與生石灰反應(yīng)，產(chǎn)生NH3，重新作為原料使用：2NH4Cl+CaO===2NH3+CaCl2+H2O(*****)

氨堿法使生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了連續(xù)性生產(chǎn)，食鹽的利用率得到提高，產(chǎn)品質(zhì)量純凈，因而被稱為純堿，但最大的優(yōu)點(diǎn)還在于成本低廉。1867年索爾維設(shè)廠制造的產(chǎn)品在巴黎世界博覽會(huì)上獲得銅制獎(jiǎng)?wù)?，此法被正式命名為索爾維法。本質(zhì)安全（化）的起源

1862年，比利時(shí)人索爾維2本質(zhì)安全化的革新：（1）索爾維方法存在的問(wèn)題，添加石灰時(shí)會(huì)由于打開(kāi)密封蓋而產(chǎn)生氨氣的泄露，造成污染和人員受到傷害；（2）索爾維方法的改進(jìn)先將石灰配置成石灰乳，然后利用泵和管線輸入到儲(chǔ)罐中，使得泄露問(wèn)題徹底解決，大大提高了生產(chǎn)的安全性。當(dāng)時(shí)生產(chǎn)工藝實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全的一個(gè)成功的案例(T.Kletz廣泛稱道的一個(gè)案例）。本質(zhì)安全化的革新：（1）索爾維方法存在的問(wèn)題，添加石灰時(shí)會(huì)由3

例1：有機(jī)物的硝化反應(yīng)，比如在國(guó)防、采礦和水利建設(shè)中廣泛應(yīng)用的TNT炸藥的生產(chǎn)，是通過(guò)對(duì)一種有機(jī)化合物進(jìn)行硝化反應(yīng)來(lái)生產(chǎn)的。有機(jī)物的硝化反應(yīng)速度非?？?，幾乎是瞬間就可完成，同時(shí)釋放大量的反應(yīng)熱。反應(yīng)過(guò)程中如果生成的熱量不能及時(shí)移出體系，就會(huì)引起爆炸。傳統(tǒng)的硝化反應(yīng)一般是在帶冷卻夾套的攪拌釜式反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行的。這種結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器由于換熱面積小，傳熱效率非常有限，不得不通過(guò)控制反應(yīng)物加料速度來(lái)避免熱量積累導(dǎo)致的反應(yīng)失控。因而不僅反應(yīng)釜的體積龐大，而且反應(yīng)所需時(shí)間也很長(zhǎng)。以年產(chǎn)15噸硝基化合物來(lái)說(shuō)，反應(yīng)釜的體積甚至達(dá)到13m3，每次硝化反應(yīng)的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)18（h）小時(shí)以上。例1：有機(jī)物的硝化反應(yīng)，比如在國(guó)防、采礦和水4（a）微反應(yīng)器的物理模型（b）微反應(yīng)器的模擬模型（a）微反應(yīng)器的物理模型（b）微反應(yīng)器的模擬模型5Sulzer（瑞士的蘇爾壽公司）公司開(kāi)發(fā)成功了一種利用熱交換管作為靜態(tài)混合微構(gòu)件來(lái)強(qiáng)化物料混合的反應(yīng)器，在實(shí)現(xiàn)物料高效混合反應(yīng)的同時(shí)將反應(yīng)熱從體系中快速移走，能極大地縮小設(shè)備體積、增加生產(chǎn)能力，特別適用于強(qiáng)放熱反應(yīng)過(guò)程。將該靜態(tài)混合反應(yīng)器技術(shù)用于TNT的生產(chǎn)，反應(yīng)器的體積減小至200毫升，只有傳統(tǒng)夾套式反應(yīng)釜體積的1/6500；硝化反應(yīng)的時(shí)間只有0.25秒，為原來(lái)的1/259200；而年生產(chǎn)能力卻提高了2.2倍。同時(shí)，由于硝化反應(yīng)的時(shí)間非常短，基本上消除了副產(chǎn)物的生成，減少了環(huán)境污染。

Sulzer（瑞士的蘇爾壽公司）公司開(kāi)發(fā)成功了一6例2：Grignard試劑酮還原反應(yīng)，該反應(yīng)是德國(guó)Merck公司生產(chǎn)某種精細(xì)化學(xué)品工藝過(guò)程的一個(gè)組成部分，可以在數(shù)秒內(nèi)完成。該反應(yīng)也是一個(gè)強(qiáng)放熱過(guò)程，在實(shí)際生產(chǎn)中為了導(dǎo)出反應(yīng)熱必須延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，一般需要數(shù)小時(shí)。若利用交叉型微混合器，不僅可以實(shí)現(xiàn)過(guò)程的連續(xù)化，而且可將反應(yīng)時(shí)間降至幾秒鐘。這一發(fā)現(xiàn)證實(shí)微混合器是一種實(shí)現(xiàn)過(guò)程準(zhǔn)確控制、強(qiáng)化反應(yīng)過(guò)程的有效工具，進(jìn)而極大地推動(dòng)了Merck公司建立連續(xù)生產(chǎn)裝置的計(jì)劃。1998年8月建成一套采用5個(gè)小型混合器并聯(lián)操作的全自動(dòng)連續(xù)生產(chǎn)中試裝置并成功運(yùn)行。中試生產(chǎn)的產(chǎn)率為92%，明顯高于實(shí)際間歇式生產(chǎn)中的72%。此外，反應(yīng)時(shí)間從以前的5小時(shí)縮短為現(xiàn)在的10秒以內(nèi)。更值得一提的是，利用小型混合器，可以在較高的溫度下實(shí)現(xiàn)該反應(yīng)，從而有效地減小冷卻設(shè)備的技術(shù)投資，并可節(jié)約能源。

例2：Grignard試劑酮還原反應(yīng)，該反應(yīng)是德國(guó)Merck7化學(xué)工業(yè)的發(fā)展方向：（本質(zhì)安全+綠色化工）化工過(guò)程強(qiáng)化帶來(lái)的益處是多方面的。設(shè)備生產(chǎn)能力的顯著提高，導(dǎo)致單位產(chǎn)品成本大幅降低。設(shè)備體積的微型化，將帶來(lái)設(shè)備和基建投資及土地資源的節(jié)省。由于能充分利用能量、生產(chǎn)效率高，能耗將顯著降低。由于反應(yīng)迅速、均勻，副反應(yīng)少，從而大大減少了副產(chǎn)物的生成，污染環(huán)境的廢物排放也會(huì)顯著減少。甚至有人提出了一種取代龐大、復(fù)雜的傳統(tǒng)化工廠的微型未來(lái)化工廠（實(shí)驗(yàn)室型的化工廠）的設(shè)想。

化學(xué)工業(yè)的發(fā)展方向：（本質(zhì)安全+綠色化工）8化工系統(tǒng)的本質(zhì)安全化對(duì)于化工企業(yè)，實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全化主要是將本質(zhì)安全化原則應(yīng)用于具體的化工工藝和技術(shù)裝備的設(shè)計(jì)和選擇。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是本質(zhì)安全化原則最初是應(yīng)用于石油化工行業(yè)，但是現(xiàn)在可推廣應(yīng)用于其它行業(yè)?；は到y(tǒng)的本質(zhì)安全化對(duì)于化工企業(yè)，實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全化主要是將本93.1生產(chǎn)工藝過(guò)程的本質(zhì)安全化

生產(chǎn)過(guò)程的風(fēng)險(xiǎn)控制策略通常被分成如下的類別：本質(zhì)的（inherent）、被動(dòng)的（passive）、主動(dòng)的（active）和程序性的（procedural）。3.1生產(chǎn)工藝過(guò)程的本質(zhì)安全化生產(chǎn)過(guò)程的風(fēng)險(xiǎn)控制策略通常被10（1）本質(zhì)的（inherent）消除危險(xiǎn)源或者減輕危險(xiǎn)，使得其作用于對(duì)象的潛在后果是能夠承受的。例如水溶性漆和涂料由于不含溶劑（甲苯、二甲苯等），消除了其火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)性及毒性。（2）被動(dòng)的（passive）對(duì)危險(xiǎn)源的后果進(jìn)行控制和減輕的裝置，這些裝置不需要探頭或者啟動(dòng)（激活）部件。例如，一個(gè)化學(xué)反應(yīng)在最危險(xiǎn)的情況下，可以產(chǎn)生12MPa的壓力，而反應(yīng)器的設(shè)計(jì)壓力為20MPa。這樣即使在反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生了失控反應(yīng)，但是該反應(yīng)器無(wú)須任何壓力探測(cè)裝置來(lái)對(duì)壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)。（1）本質(zhì)的（inherent）11（3）主動(dòng)的(active)報(bào)警、聯(lián)鎖以及減緩裝置被設(shè)計(jì)用來(lái)探測(cè)到系統(tǒng)處于不安全狀態(tài)，并且是通過(guò)這個(gè)裝置使系統(tǒng)恢復(fù)到安全狀態(tài)，通常是采取緊急行動(dòng)使得系統(tǒng)恢復(fù)到正常的運(yùn)行狀態(tài)或是被關(guān)閉。主動(dòng)系統(tǒng)可以被設(shè)計(jì)用來(lái)防止事故發(fā)生，或是降低事故的后果。例如，儲(chǔ)罐的高位開(kāi)關(guān)檢測(cè)到可能發(fā)生溢流時(shí)，將上料閥和上料泵關(guān)閉，從而避免溢流發(fā)生，高位開(kāi)關(guān)被設(shè)計(jì)用來(lái)防止事故發(fā)生。自動(dòng)噴淋系統(tǒng)檢測(cè)到火災(zāi)并自動(dòng)噴淋，以降低火勢(shì)的蔓延和潛在的損失。該系統(tǒng)被設(shè)計(jì)用來(lái)減少損失。它不是用來(lái)防止火災(zāi)發(fā)生，而是減少火災(zāi)的損失。（4）程序性的（procedural）標(biāo)準(zhǔn)的操作程序，操作人員的訓(xùn)練，安全檢查表，以及其他的依賴于人的管理系統(tǒng)。例如，化學(xué)反應(yīng)器的操作人員被訓(xùn)練，當(dāng)反應(yīng)器溫度操作達(dá)到某一溫度的時(shí)候，關(guān)閉上料閥，并對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行緊急冷卻。（3）主動(dòng)的(active)12通常來(lái)講，從可靠性和穩(wěn)定性來(lái)看，這些措施的有效性排序如下：本質(zhì)的（inherent）、被動(dòng)的(passive)、主動(dòng)的(active)和程序性的(procedural)。但是實(shí)際的系統(tǒng)由于存在著多種危險(xiǎn)因素，任何實(shí)際的系統(tǒng)都需要以上幾種措施結(jié)合起來(lái)以便對(duì)危險(xiǎn)源進(jìn)行有效的控制。事實(shí)上，當(dāng)從本質(zhì)上減少了一種危險(xiǎn)，可能增加了另一種風(fēng)險(xiǎn)。通常來(lái)講，從可靠性和穩(wěn)定性來(lái)看，這些措施的有效性排序如下：本13本質(zhì)安全化的原則：本質(zhì)安全化的原則：14本質(zhì)安全化理論的創(chuàng)始人TrevorKletz

ProfessorofChemicalEngineering

T.kletz@lboro.ac.uk提出了化工本質(zhì)安全化的十一個(gè)原則本質(zhì)安全化理論的創(chuàng)始人TrevorKletz

15（1）強(qiáng)化（intensification）本質(zhì)安全化設(shè)計(jì)中最常用的方法就是強(qiáng)化（或最小化）。強(qiáng)化包括使用最少量的危險(xiǎn)物質(zhì)，即使全部的物料泄漏也不會(huì)造成緊急情況。危險(xiǎn)的反應(yīng)物，應(yīng)由臨近的車間就地生產(chǎn)，使得輸送管線中的實(shí)際保有的物料量最少。強(qiáng)化原則可以應(yīng)用到反應(yīng)器、液氣接觸設(shè)備、熱交換器、混合器和干燥器等。（1）強(qiáng)化（intensification）本質(zhì)安全化設(shè)計(jì)中16MinimizeExampleTwoMethylAcetateProcessesTheleftoneisaconventionalprocess.Therightisbasedonreactivedistillationtechnology.Therighthandprocessminimizesinventory.乙酸甲酯的生產(chǎn)過(guò)程的簡(jiǎn)化MinimizeExampleTwoMethylAce17強(qiáng)化:減小生產(chǎn)裝置,提高生產(chǎn)效率.強(qiáng)化:減小生產(chǎn)裝置,提高生產(chǎn)效率.18強(qiáng)化原則在化工裝置中的應(yīng)用序號(hào)項(xiàng)目采取的措施以及應(yīng)注意的問(wèn)題1反應(yīng)器應(yīng)充分掌握化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)；盡可能采用連續(xù)反應(yīng)器；就地生產(chǎn)和使用危險(xiǎn)原材料；將反應(yīng)物料用泵連續(xù)添加到批次反應(yīng)器中。2分離系統(tǒng)在蒸餾過(guò)程中及時(shí)移走危險(xiǎn)物料；利用柱狀結(jié)構(gòu)以減少支撐和連接；對(duì)其他類型的分離系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估；減少熱交換器的面積以減少其物料存量。3儲(chǔ)存系統(tǒng)減少危險(xiǎn)物料和中間產(chǎn)品的儲(chǔ)存量；考慮及時(shí)的生產(chǎn)供應(yīng)；減少輸送壓力以便減少泄漏；利用較大的物料顆粒、糊、漿料來(lái)減少粉塵爆炸危險(xiǎn)性；當(dāng)處于以下情況時(shí)，較小的儲(chǔ)罐確實(shí)可以減小危險(xiǎn)性：危險(xiǎn)主要存在于連結(jié)和分離處；利用罐車和槽車裝卸物料。4管線系統(tǒng)等設(shè)計(jì)堤式排放系統(tǒng)（地下儲(chǔ)罐），以防可燃性物料在儲(chǔ)罐周邊積聚；減少毒性物質(zhì)和具有高蒸氣壓物質(zhì)的溢流口的面積；優(yōu)化管線的長(zhǎng)度；管線的截面積不宜過(guò)大；對(duì)小直徑管線提供足夠的支撐；條件許可時(shí)，盡可能采用氣態(tài)輸送。強(qiáng)化原則在化工裝置中的應(yīng)用序號(hào)項(xiàng)目采取的措施以及應(yīng)注意的問(wèn)題19（2）替代（substitution）如果強(qiáng)化措施不可行，可以采取替代措施，即在生產(chǎn)過(guò)程中采用較安全的原料。例如，利用不燃的或閃點(diǎn)較高的液體，毒性較小的溶劑（制冷劑、導(dǎo)熱材料）來(lái)代替那些易（可）燃性的、毒性的原料。例如，某些氧化乙烯（ethyleneOxide）工廠原先利用數(shù)百噸的石蠟來(lái)對(duì)裝置進(jìn)行冷卻，使得石蠟的危險(xiǎn)性甚至比反應(yīng)器中的氧氣和乙烯混合物還要高?，F(xiàn)在，許多現(xiàn)代化的工廠已使用水來(lái)代替石蠟作為冷卻介質(zhì)。（2）替代（substitution）如果強(qiáng)化措施不可行，可20替代:用安全的物料來(lái)替代危險(xiǎn)的物料.替代:用安全的物料來(lái)替代危險(xiǎn)的物料.21替代原則在化工裝置中的應(yīng)用

序號(hào)項(xiàng)目采取的措施以及應(yīng)注意的問(wèn)題1化學(xué)品替代聚合后再鹵化以避免使用危險(xiǎn)的單體；生產(chǎn)并立即使用危險(xiǎn)物質(zhì)（減少危險(xiǎn)物料的儲(chǔ)存）。2溶劑利用水基溶劑來(lái)替代有機(jī)溶劑；減少清洗時(shí)使用的氯氟烴的使用；在提取蒸餾過(guò)程中采用低毒性溶劑。3輔助系統(tǒng)使用水和蒸汽作為熱媒；如不能使用水和蒸汽作為熱媒，可利用高閃點(diǎn)油品、熔鹽作為熱媒。替代原則在化工裝置中的應(yīng)用序號(hào)項(xiàng)目采取的措施以及應(yīng)注意的問(wèn)22（3）改變工藝路線（AlternativeReactionRoutes）

除了使用較為安全的化學(xué)品以外，還可以通過(guò)改變反應(yīng)路線來(lái)降低生產(chǎn)過(guò)程的危險(xiǎn)性。最典型的改變反應(yīng)路線的例子是印度博帕爾的美國(guó)聯(lián)合碳化學(xué)公司生產(chǎn)的殺蟲(chóng)劑—甲萘威（Carbaryl）。原來(lái)反應(yīng)路線是甲胺（methylamine）和光氣（Phosgene）反應(yīng)生成甲基異氰酸鹽，然后再和α-萘酚（α-naphthol）反應(yīng)生成甲萘威（Carbaryl）。正是由于中間產(chǎn)品甲基異氰酸鹽的泄漏造成了博帕爾的慘痛事故。新的可供選擇的工藝路線是利用同樣的原料，但是改變了其反應(yīng)順序。光氣首先和α-萘酚反應(yīng)生成氯甲酸，然后再和甲胺反應(yīng)生成甲萘威。這樣在反應(yīng)過(guò)程中避免了甲基異氰酸鹽的產(chǎn)生。（3）改變工藝路線（AlternativeReaction23（4）減緩（modifiedStorageArrangements）在生產(chǎn)中如確實(shí)需要大量的危險(xiǎn)物質(zhì)的話，那么在生產(chǎn)中應(yīng)以最安全和最小的量來(lái)保存這些化學(xué)品。例如，大量的氨、氯和液化石油氣應(yīng)以液態(tài)儲(chǔ)存（而不是以壓力的形式存儲(chǔ)），即使發(fā)生泄漏，泄漏的速率也會(huì)較小。如果毒性和易燃性化學(xué)品不用在現(xiàn)場(chǎng)制造，而且又能保證可靠的供應(yīng)，那么其儲(chǔ)存量可以由數(shù)百噸降到數(shù)十噸。在這種情況下，即使發(fā)生泄漏，可以大大降低潛在的危險(xiǎn)性。這種方法不需要對(duì)現(xiàn)有的裝置做任何改進(jìn)，僅僅降低了儲(chǔ)存量。（4）減緩（modifiedStorageArrange24減緩:以最安全和最小的量來(lái)保存這些化學(xué)品。減緩:以最安全和最小的量來(lái)保存這些化學(xué)品。25ModerateExampleThecontainmentbuildingmoderatestheconsequenceofaleak,accidentorfailure.ModerateExampleThecontainmen26

（a）大量存儲(chǔ)（b）降低存儲(chǔ)量

27減緩原則在化工裝置中的應(yīng)用

序號(hào)項(xiàng)目采取的措施以及應(yīng)注意的問(wèn)題1稀釋以稀釋來(lái)降低蒸氣壓；以稀釋來(lái)減少初始釋放濃度；2冷凍通過(guò)冷凍來(lái)減少液化氣體儲(chǔ)存壓力；通過(guò)冷凍來(lái)減少泄漏事故時(shí)的初始閃燃（減少泄漏推動(dòng)力，減少過(guò)熱，減少兩相噴射流）。3粒徑采用較大的粒徑和使用漿糊狀物料。4隔離通過(guò)設(shè)計(jì)隔離措施來(lái)減少一處事故造成其它地點(diǎn)的事故；減少危險(xiǎn)物質(zhì)在廠內(nèi)的運(yùn)輸。5處理偏差通過(guò)泵的體積和管線尺寸限制物料的添加速度；設(shè)置料倉(cāng)和喂料罐來(lái)防止加料過(guò)多；設(shè)計(jì)管線/閥門(mén)防止直接由儲(chǔ)罐向反應(yīng)器進(jìn)行加料；選擇熱交換媒體限制反應(yīng)器可能達(dá)到的最高、最低溫度。6儲(chǔ)罐設(shè)立防護(hù)堤防止出現(xiàn)溢流。7控制建筑物對(duì)于毒性物料通過(guò)控制在構(gòu)筑內(nèi)來(lái)減少其影響。減緩原則在化工裝置中的應(yīng)用序號(hào)項(xiàng)目采取的措施以及應(yīng)注意的問(wèn)28（5）能量限制（energylimitation）限制生產(chǎn)過(guò)程中的能量也是獲得本質(zhì)安全化生產(chǎn)過(guò)程的方法之一。例如，通過(guò)限制熱交換器的溫度防止過(guò)熱要比采用聯(lián)鎖方式要好，因?yàn)槁?lián)鎖裝置有可能發(fā)生失效。簡(jiǎn)化工業(yè)系統(tǒng)的示意圖（5）能量限制（energylimitation）限制生產(chǎn)29（6）簡(jiǎn)單化（simplification）簡(jiǎn)單化是指在設(shè)計(jì)過(guò)程中避免不必要的復(fù)雜化，從而減少人失誤和誤操作的機(jī)會(huì)。簡(jiǎn)化工業(yè)系統(tǒng)的示意圖（6）簡(jiǎn)單化（simplification）簡(jiǎn)單化是指在設(shè)計(jì)30SimplifyExampleThesimplersystemontherightreducestheopportunityforchemicalinteractionsandutilityusagemistakes.SimplifyExampleThesimplersy31簡(jiǎn)化原則在化工裝置中的應(yīng)用

序號(hào)項(xiàng)目采取的措施以及應(yīng)注意的問(wèn)題1設(shè)備設(shè)計(jì)設(shè)備時(shí)要考慮余量；應(yīng)為安全閥設(shè)置分離容器；考慮到最大的壓力。2管線系統(tǒng)減少觀察玻璃孔、柔性連接以及波紋管等；采用焊接管路；利用不宜發(fā)生失效的