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化学反应风险评估工艺危险度分级

发布时间:

2024-01-03 11:02

反应工艺危险度指的是工艺反应本身的危险程度,危险度越大的反应,反应失控后造成事故的严重程度就越大。本文将介绍反应工艺危险度的分级,以及相应的评估结论和工艺优化建议措施。《精细化工反应安全风险评估规范》GB/T 42300-2022中,根据工艺操作温度、合成反应的最高温度、TD24为24h的温度、技术原因的最高温度,这4个温度参数之间的大小关系,把工艺反应危险度从高到低分为5个等级,企业应根据反应工艺危险度等级,有针对性地采取控制措施,对于反应工艺危险度较高的反应,需要对工艺进行优化或者采取有效的控制措施,降低危险度等级。

 

图1 根据Tp、MTSR、MTT和TD244个温度水平对危险度分级

 

需要说明的是,根据图1对合成工艺进行的热风险分级体系主要基于4个特征温度参数,没有考虑到压力效应、溶剂蒸发速率、反应物料液位上涨等更加复杂的因素,因而是一种初步的热风险分级体系。

工艺危险度等级对选择和制定风险降低措施有重要作用,不同危险度等级,采取的应对方式和风控措施不同,具体情形如下:

 

1级危险度情形

反应危险性较低。MTSR小于MTT和TD24,体系不会引发物料的二次分解反应,也不会导致反应物剧烈沸腾而冲料。但是,仍需避免反应物料长时间受热,以免达到MTT。

对于反应工艺危险度为1级的工艺过程,应配置常规的自动控制系统,对主要反应参数进行集中监控及自动调节(分布式控制系统DCS或可编程逻辑控制器PLC)。

 

2级危险度情形

潜在分解风险。MTSR小于MTT和TD24,体系不会引发物料的二次分解反应,也不会导致反应物剧烈沸腾而冲料。但是由于MTT高于TD24,如果反应体系持续停留在失控状态,有可能引发二次分解反应的发生,二次分解反应继续放热,最终使反应体系达到MTT,有可能引起冲料等危险事故。

对于反应工艺危险度为2级的工艺过程,在配置常规自动控制系统,对主要反应参数进行集中监控及自动调节的基础上,应设置偏离正常值的报警联锁控制;宜根据设计要求及规范设置但不限于爆破片安全阀;应根据安全完整性等级(SIL)评估要求,设置相应的安全仪表系统

 

3级危险度情形

存在冲料和分解风险。MTSR大于MTT,容易引起反应物料沸腾导致冲料危险的发生,甚至导致体系瞬间压力的升高,但是,MTSR小于TD24,引发二次分解反应发生的可能性不大,体系物料的蒸发冷却也可以作为热交换的措施,成为系统的安全屏障。3级危险度时,反应体系在MTT时的反应放热速率快慢对体系安全性影响很大,应充分考虑但不限于紧急减压、紧急冷却风险控制措施,避免冲料和引发二次分解反应,导致爆炸事故。

对于反应工艺危险度为3级的工艺过程,在配置常规自动控制系统,对主要反应参数进行集中监控及自动调节的基础上,应设置偏离正常值的报警联锁控制;宜根据设计要求及规范设置但不限于爆破片安全阀,设置但不限于紧急终止反应紧急冷却降温等控制设施;应根据SIL评估要求,设置相应的安全仪表系统

 

4级危险度情形

冲料和分解风险较高,潜在爆炸风险。MTSR大于MTT和TD24,体系的温度可能超过MTT,引起反应物料沸腾导致冲料危险的发生,并引发二次分解反应的发生。在这种情况下,反应体系在MTT时的各种反应的放热速率对整个工艺的安全性影响很大。体系物料的蒸发冷却、紧急减压、紧急冷却措施有一定的安全保障作用;但是,不能完全避免二次分解反应的发生。对于4级危险度而言,应建立一个可靠、有效的技术和工程设计措施。

对于反应工艺危险度为4级的工艺过程,尤其是风险高但必须实施产业化的项目,应优先开展工艺优化改变工艺的方法降低风险;应配置常规自动控制系统,对主要反应参数进行集中监控及自动调节;应设置偏离正常值的报警和联锁控制;宜根据设计要求及规范设置但不限于爆破片,安全阀,设置但不限于紧急终止反应、紧急冷却等控制设施;应根据SIL评估要求,设置独立的安全仪表系统。

 

5级危险度情形

爆炸风险较高。MTSR大于TD24,失控体系很容易引发二次分解反应,二次分解反应不断放热,体系温度很可能超过MTT,导致反应体系处于更加危险的状态。这种情况下,单纯依靠蒸发冷却和降低反应系统压力措施已经不能满足体系安全保障的需要。因此,5级危险度是一种非常危险的情形,普通的技术措施不能解决5级危险度的情形,应选择工艺优化区域隔离措施。

对于反应工艺危险度达到5级并必须实施产业化的项目,它的设计与4级危险度情形一样;在此基础上,还应设置在防爆墙隔离的独立空间中,并设置完善的超压泄爆设施,实现全面自控,除装置安全技术规程和岗位操作规程中对于进入隔离区有明确规定的,反应过程中操作人员不应进入所限制的空间内。

化工工艺危险度分级可以帮助企业了解反应工艺的危险程度,并根据工艺危险等级,采取相应的安全措施和完善风险管理,以保证生产过程的安全,最大程度上降低事故风险,提高化工企业安全生产水平,确保化工企业的稳定和可持续发展。

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