熱量失控的影響

失控的放熱反應能夠導致反應物沸騰，溫度、壓力迅速升高而造成爆炸，產生沖擊波和拋射物傷害。如果易燃易爆物質因爆炸而泄漏出來，就會造成火災或二次爆炸。熱溶液和有毒物質會污染整個工作空間，或者所產生的有毒氣云向廠外擴散。這些都可能導致操作人員、附近工作人員或居民受傷以至死亡，也對周圍環境造成了污染。總而言之，反應失控輕者能造成停產和財產損失，重者會帶來人員傷亡和環境污染等嚴重的后果。

                                  比例的影響

比例在很大程度上決定了發生熱量失控的可能性。熱量的產生是和反應物的體積成比例的，而熱量的轉移則依賴于熱量傳遞所必須的反應物的表面積。隨著體積與表面積之比的增加，冷卻就不是很充分了。這一點對于我們把工藝從實驗室放大到實際生產中來是很重要的。同時，當我們改進生產工藝以提高產量時，也必須考慮這一點。

                                    事故原因

分析英國熱量失控所造成的事故結果表明，事故的發生主要是由于以下原因：

1．對過程化學和熱化學理解的不充分；

2．對熱量的轉移考慮和設計的不夠充分；

3．控制系統和安全系統不完善；

4．操作程序（也包括崗前培訓）不恰當。

以上這些主要影響因素都是我們在進行過程安全設計時所必須考慮的。

                                 化學過程危險性評估

為了消除化學反應危險，必須首先辨識危險源，然后判斷它們發生的可能性以及導致事故后果的嚴重性。換句話說，你需要對過程中所存在的危險進行評估，并且如果你有5人或更多的雇員，就需要記錄重要的發現。

典型的評估包括如下內容：

1．定義工藝過程、操作條件和相關設備；

2．辨識危險源；

3．預測可能造成的危害以及確定現有的防范措施是否有效或者充分；

4．選擇并制定適當的安全防范措施；

5．貫徹執行所制定的安全措施。

應該在工藝的開發過程中盡可能早的進行安全評價。評價工作必須要具體和充分，以便辯識潛在的危險源并研究其根本原因。只要有可能，就應該徹底消除安全隱患。

在過程設計階段，就應該考慮那些可預測的偏離正常情況的發生，例如設備失效或操作人員的失誤等。

                                    反應危險性評估

為了確定反應危險性，評估人員需要有關反應的化學和熱化學信息，這包括：

1．反應物、中間產物、產品以及副產品發生熱分解的可能性；

2．放熱反應失控是否能夠發生；

3．反應所產生的氣體及放出熱量的速率和數量；

由于在實際反應器中測試一個并不清楚的反應是很不安全的，因此人們發明了各種各樣的試驗方法進行預測。主要方法有：

1．利用文獻中的數據進行計算，得到初步的信息；

2．微分掃描熱量測定；

3．等溫熱量測定；

4．絕熱熱量測定；

5．減小泄放尺寸測定。

對于所有的反應來說，并不存在標準的評估程序可以遵循。能夠得到評估所需要的數據才是最終目的。為了節約時間和避免做無用功，任何評估都應該反映反應的復雜性和潛在危險程度的大小。

對化學反應的危險性進行評估，選擇適合的測試方法以及由有能力有經驗的人對評價結果進行總結性闡述是非常重要的。對于一個小型企業來說，花錢買專門的測試設備并不劃算，而是可以求助測試機構或專家顧問。

                                      安全措施

一旦知道了過程中所存在的危險，就應該采取措施來確保安全操作。主要有如下方法：

1．消除或減少危害的固有安全方法；

2．防止失控反應發生的過程控制；

3．限制失控事故后果的保護措施。

固有安全

只要有可能，就應該通過固有安全設計來消除或減少危險，例如：

1．采用安全的原料來替代危險的原料；

2．反應器中應盡量少的存在未反應的原料，例如，采用連續性生產代替間歇式生產；

3．使用加熱媒介，其最高溫度對于反應混合物來說很低，以致于不會分解；

正如上面所介紹的那樣，固有安全的方法能從根本上影響整個工藝過程。如果在工藝過程的早期開發階段就考慮使用這種方法，這將是非常容易實現的。

過程控制

過程控制包括傳感器、報警器、連鎖裝置以及其他控制系統的使用。這些儀器或系統都是自動進行相關操作，或者允許人工干預，來阻止失控反應條件的形成。采用這種措施需要徹底地了解所評價的化工過程，特別是安全操作的限度。

保護措施

保護措施并不阻止反應失控的發生，而是減輕由反應失控所帶來的事故后果。它們很少單獨使用，而是需要一些預防性措施來減少對它們的需要。當反應失控發生并且這些保護性措施起作用后，這些關于失控條件下的反應的詳細信息對于這些保護性措施的有效性是非常需要的，主要是：

1．設計設備所能承受的最大壓力，適應緊急的泄壓排放和確保排放的原料進入安全的區域；

2．如果反應混合物泄漏出來并超出了事先設定的界限，迅速冷卻反應混合物；

3．添加反應抑制劑來阻止反應的進行和預防反應失控；

4．將反應物傾倒入可使反應終止的液體中。

                                     選擇安全原理

化工反應的安全原理是把所采用的保護措施同確保安全操作結合起來。對于某種特殊情況，所采用的安全措施依賴于以下因素：

1．阻止反應失控發生的容易程度；

2．各種措施的實用性；

3．所采用措施同設備的操作是否協調。

不管選擇什么方法，都必須適用于所有可預見的異常情況的發生，并能夠將由反應失控所帶來的危害降低到可以被接受的水平。

在實際情況下，不可能采用固有安全的方法來消除所有危險，還應該選擇添加控制措施來進一步減少危害，最后還應該采取保護性措施，例如排泄，來消除剩余的危害。這種各種方法的結合使用是通常采用的辦法。當反應失控可能影響到周圍環境時，還應該考慮所采用的措施對于環境來說是否合理。

                                         安全管理

當緊急情況發生時，如果操作人員并不知道應該怎樣去做，那么經過精心制定的安全措施將不會發揮它應有的作用。安全措施必須以適當的管理體系作為保證，主要包括：

1．操作和緊急處理程序；

2．與職工進行磋商、交流；

3．對操作人員進行培訓和監督；

4．設備的維護；

5．維修的管理。

（作者單位：南京工業大學安全工程研究所）