化工过程热风险

化工过程热风险，也称化工工艺热风险、反应风险，是由热失控（也称反应失控）引发因素及其相关后果所带来的风险，普遍存在于化工过程的各个操作单元中。 根据国家安监总局《关于加强精细化工反应安全风险评估工作的指导意见》（安监总管三〔2017〕1号），精细化工生产中反应失控是发生事故的重要原因，开展精细化工反应安全风险评估、确定风险等级并采取有效管控措施，对于保障企业安全生产意义重大。

《化工过程热风险》是“危险化学品安全丛书”（第二版）的一个分册。本书共分八章，第一章主要介绍化工过程热失控及热风险的概念与内涵、化工过程热风险与其他风险的关系，第二章介绍热风险相关的基本概念与原理，第三章介绍物料稳定性与热分析动力学等知识与理论，第四章介绍热失控致灾模型、热风险表征参数体系、评估模型及评估程序，第五章重点围绕工程中常见的传热受限问题进行叙述，第六章介绍热安全参数的获取途径与方法，第七章介绍间歇与半间歇工艺的安全分析、优化与放大，第八章介绍热风险评估方法在合成、蒸馏、储存、运输等操作单元中的应用等。《化工过程热风险》适合化工行业从事研发、设计、生产和安全等工作的科技和管理人员阅读，也可供高等院校化工、安全工程及相关专业的高年级本科生、研究生参考。

 

第一章绪论1
第一节化工过程热风险的双维度认知1
一、横向维度与热风险分布1
二、纵向维度与热风险分布3
第二节不同激励条件对危险物料的刺激作用3
第三节化工过程热失控的定义与本质5
一、化工过程热失控的定义5
二、热失控的本质5
第四节热失控典型事故案例分析7
一、事故案例7
二、事故原因统计10
第五节化工过程热风险与其它风险的关系15
一、化工过程热风险16
二、热风险与其它过程风险的关系18
三、热安全与本质安全的关系18
第六节国内外化工过程热风险发展状况20
参考文献22
第二章基本概念与基本原理24
第一节化学反应的热效应25
一、反应热25
二、分解热26
三、热容27
四、绝热温升30
第二节压力效应31
一、气体释放31
二、蒸气压32
三、溶剂蒸发量33
四、蒸气管的溢流现象33
五、蒸气管内的蒸气速率34
第三节热平衡35
一、热平衡项35
二、热平衡的简化表达式40
第四节化学反应速率40
一、温度对反应速率的影响40
二、绝热条件下的反应速率42
第五节失控反应44
一、热爆炸44
二、Semenov热温图44
三、参数敏感性45
四、临界温度46
五、绝热条件下优选反应速率到达时间48
六、绝热诱导期为24h时引发温度49
参考文献50
第三章物料热稳定性及热分析动力学51
第一节热分解51
一、放热分解反应51
二、分解反应的评估54
第二节热分析及热分析动力学简介55
一、热分析55
二、热分析动力学方程58
三、速率常数59
四、动力学模型函数60
五、动力学补偿效应60
第三节热分析动力学基本信息61
一、ICTAC对热分析动力学计算的建议61
二、热分析动力学基本信息61
第四节热分析动力学计算的数据要求67
一、温度误差的影响68
二、微分与积分数据68
三、等温测试和恒定温升速率测试69
第五节热分析动力学求算方法70
一、等转化率方法70
二、模型拟合法77
第六节动力学预测84
第七节自催化分解反应85
一、自催化反应的定义85
二、自催化反应行为86
三、自催化模型88
四、自催化反应的鉴别或表征方法91
第八节动力学分析实例95
一、热分析动力学的模型拟合方法96
二、热分析动力学的等转化率方法99
三、偶氮二异丁腈动态DSC吸放热耦合处理101
四、自催化反应的表征104
参考文献107
第四章热安全参数与评估模型110
第一节热失控致灾模型110
一、热失控致灾的一般过程111
二、化工过程热爆炸的事故树模型111
三、基于冷却失效情形的热失控致灾模型113
四、热安全参数115
第二节严重度表征参数116
一、绝热温升116
二、压力升高117
三、泄漏影响半径118
第三节可能性表征参数119
一、优选反应速率到达时间TMRad119
二、给定温度下反应失控可能性参数121
三、蒸气管溢流及反应物料膨胀问题123
四、其它可能性表征参数126
第四节危险度分级与评估流程127
一、风险矩阵评估方法127
二、基于特征温度的危险度评估方法及简化评估流程129
三、多因素危险度综合评估方法及综合评估流程134
四、热安全评估的一般流程139
参考文献140
第五章传热受限141
第一节工业过程中不同类型的热累积141
第二节热量平衡143
一、时间尺度与热量平衡143
二、强制对流143
三、自然对流144
四、高黏液体和固体146
第三节反应性物料的热平衡148
一、Frank-Kamenetskii模型148
二、Thomas模型152
三、有限元模型153
第四节基于决策树的热累积评估154
一、基于决策树的热累积评估流程154
二、储料罐传热受限评估的应用实例156
参考文献159
第六章热安全参数的获取161
第一节理论计算和评估方法161
一、反应方程162
二、标准生成焓162
三、物料热分解危险性的评估163
四、算例164
五、CHETAH方法的不足之处166
第二节量热方法分类及量热原理166
一、量热仪的样品规模及运行模式166
二、常见的量热设备及量热原理167
第三节基于差示类量热仪的热安全参数获取178
一、实测数据178
二、动力学计算及有关参数的获取179
三、比热容的测试180
四、热稳定性的实验筛选和评估181
第四节基于绝热量热的热安全参数获取182
一、实测数据182
二、基于n级模型的动力学参数获取方法183
三、TMRad的计算184
四、热惯量的计算和应用186
五、基于绝热数据的动力学参数及压力数据改进算法188
六、反应类型对动力学参数和TMRad、TD24的影响189
七、热惯量对计算结果的影响分析191
八、自催化特性分级方法193
第五节基于反应量热方法的热安全参数获取195
一、实测数据195
二、MTSR的获取196
三、反应动力学参数的获取200
四、其它热安全参数的获取202
第六节热交换参数的获取202
一、透过反应器壁面的热交换202
二、搅拌釜的内膜系数205
三、内膜系数的确定205
四、设备的传热阻力207
五、传热系数的实际测定210
第七节热稳定性参数求解实例211
一、基于等转化率的TMRad的求算211
二、基于模型拟合法的TMRad的求算213
参考文献220
第七章间歇和半间歇工艺的安全分析与优化222
第一节间歇反应器222
一、数学模型222
二、间歇反应器稳定性分析224
三、温度控制方法227
四、等温模式227
五、恒温模式229
六、绝热模式231
七、多变模式232
八、温度控制反应模式236
九、间歇反应器安全操作准则239
十、间歇反应过程案例分析240
第二节半间歇反应器244
一、数学模型245
二、半间歇反应器中反应物料的累积247
三、半间歇反应过程动态稳定性分析251
四、半间歇反应工艺安全设计256
五、半间歇反应工程案例分析263
参考文献265
第八章化工过程热风险评估的应用实践268
第一节合成过程热风险评估268
一、某硝化反应268
二、某缩合反应272
三、某氧化反应277
第二节蒸馏单元的危害与热风险评估281
一、蒸馏过程存在的危害281
二、一起溶剂回收过程热失控爆炸事故的测试与分析286
第三节储存、运输过程中的热风险评估291
一、SADT测试方法292
二、SADT的小药量试验推算方法295
参考文献299
附录事故案例300
附录A弗朗西斯·施特塞尔在其著作中列举的部分案例300
附录B美国T2 Laboratories有限公司反应失控导致的爆炸事故306
索引312