我國精細化工現狀分析
2019年全國共發生化工事故164起、死亡274人。其中發生重大事故2起、死亡25人;特別重大事故1起、死亡78人。自2017年以來連續三年發生2起以上的重特大事故[2],化工安全生產形勢依然十分嚴峻。
反應熱失控
評估化學反應熱失控過程需要考慮以下幾個重要參數:
反應風險評估
原國家安監總局于2017年發布了《關于加強精細化工反應安全風險評估工作的指導意見》,其中明確了對化工反應中涉及的原料、中間物料、產品等進行熱穩定性測試,對化學反應過程開展熱力學和動力學分析,根據反應熱、絕熱溫升等參數評估反應危險等級,根據最大反應速率到達時間等參數評估反應失控的可能性,結合相關反應溫度參數進行多因素危險度評估,確定反應工藝危險度等級的要求和建議。
1) 物質分解熱評估
2)反應風險評估
i) 嚴重度評估
ii) 可能性評估
ii) 可能性評估
iii) 矩陣評估(Risk = Severity ×Likelihood)
3) 反應工藝危險度評估
針對不同的反應工藝危險度等級,需要建立不同的風險控制措施。對于危險度等級在3級及以上的工藝,需要進一步獲取失控反應溫度、失控反應體系溫度與壓力的關系、失控過程最高溫度、最大壓力、最大溫度升高速率、最大壓力升高速率及絕熱溫升等參數,確定相應的風險控制措施。
反應風險評估關鍵儀器
反應安全風險評估需要的儀器種類較多,包括反應量熱儀、絕熱加速量熱儀、差熱掃描量熱儀、閃點測試儀、爆炸極限測試儀、最小點火能測試儀等測試儀器,還包括水分測試儀、液相色譜儀、氣相色譜儀等分析儀器。其中獲取主要評估指標的關鍵儀器為反應量熱儀與絕熱加速量熱儀。
反應量熱儀
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控溫精度高,全溫度范圍控溫精度為±0.1K;
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多量熱模式,支持熱流、功率補償以及蒸回流量熱三種模式;
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測量精度高,全面考慮量熱過程熱傳遞和熱散失,可實現全溫度、全液位范圍系統熱容校準;
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定制化能力強,組件搭配靈活,支持軟件功能定制開發。
絕熱加速量熱儀
絕熱加速量熱儀是在實驗室條件下模擬潛在二次反應風險的專業測試儀器,能精確測得樣品熱分解初始溫度、絕熱分解過程中溫度和壓力隨時間的變化曲線, 尤其是能給出DTA和DSC等無法給出的物質在熱分解初期的壓力緩慢變化過程。
絕熱加速量熱儀的經典工作模式為“加熱—等待—搜尋”(H-W-S)模式,工作前可設置實驗起始溫度、終止溫度、斜率敏感度、加熱幅度和等待時間等參數?!凹訜帷彪A段,量熱儀的溫度按設定的加熱幅度升高;“等待”階段,控制器通過比較樣品室溫度與絕熱爐各個區域的溫度,保持絕熱爐內的溫度處于均勻平衡狀態;“搜尋”階段,若檢測到樣品升溫速率大于設置的閾值(如0.02℃/min),則進入絕熱追蹤階段,通過程序控溫保持樣品池四周的絕熱環境;否則,量熱儀自動進入下一個“加熱—等待—搜尋”流程。
通過絕熱追蹤階段的樣品升溫曲線,可測定放熱起始溫度、分解反應絕熱溫升ΔTad;對升溫曲線進行動力學分析,可進一步計算得到分解反應活化能E、指前因子A、TMRad和TD24等反應風險評估關鍵參數。
仰儀科技TAC-500A是國內自主開發的首款絕熱加速量熱儀。該款儀器可實現快速溫度追蹤,即使在較低的phi因子下也能獲得良好的測量精度。同時具有實用的臺式緊湊設計,易于維護,具有良好的使用維護時間比。目前該款儀器在國內受到客戶廣泛認可的同時,也已經成功打入歐洲市場。
參考資料