化工安全生产与反应风险评估 - 图文(4)

4.1.2 可燃液体和可燃气体引燃温度测试

把可燃液体和可燃气体放入被加热的试验瓶内，发生清晰可见的火焰或爆炸性的化学反应，这种反应的延迟时间不超过5min，发生这样的现象时，我们称物质被引燃，物质被引燃时的最低温度成为引燃温度。

图4.3为常用的可燃液体和气体引燃温度的测试装置。可燃液体和可燃气体引燃温度的测试方法是把一定量的可燃液体或可燃气体试样注入200ml已加热的、敞口的锥形烧瓶中，如图4.3所示。当测试装置置于暗室里时，可以清楚地观察到烧瓶内物质是否发生引燃。若在一段时间内未发生引燃，需要更换待测液体或气体样品，同时升高锥形烧瓶的测试温度，重复测试，直到发生引燃。反之，如果物质在某一温度下发生引燃，则需要更换液体或气体的试样，降低烧瓶温度，重复测试直到不发生引燃。所测得的试样最低引燃温度就是其在空气中的常压引燃温度。

4.1.3 最低引燃能量测试

燃烧的三要素包括可燃物质、助燃物质和引燃能量，称为“火三角”原理，燃烧的

必要条件是三者缺一不可。在化工生产过程中，各种有机化工原料都是可燃性物质，可燃物质这一角色存在无疑的。在通常情况下，助燃物质为空气中的氧气，助燃物质这一角色无处不在的。引燃能量的来源多种多样，包括外界加热、化学反应本身放热以及其他能量来源。在化工生产过程中常常使用大量的有机溶剂，如果操作不当，将导致静电聚集，产生的静电作为一种很主要的引燃能量来源，容易导致燃烧和爆炸危险的发生，很多燃烧和爆炸危险都来源于静电作用。可燃物质的最低引燃能量是非常重要的安全性参数，掌握了物质最低引燃能量的大小，对于确定安全操作条件，保证安全生产尤为重要。

图4.4是固体粉尘的最低引燃能量测试示意图。最低引燃能量的测量方法在测试管上水平插入两根相对的电极，测试管底部盛放粉尘，通过进气阀将压缩空气充入储气罐，然后开启喷粉阀，压缩空气将粉尘吹浮起来，并分散到测试管中形成粉尘云，通过给电火花发生器加上不同的能量，进行引爆，粉尘突然燃爆所需的最低能量，即为固体粉尘的最低引燃能量。

可燃气体的最低引燃能量的测试类似于固体粉尘最低引燃能量的测试，其测试装置如图4.5所示。

可燃气体的最低引燃能量的测试方法是把预先配制好的可燃混合气体，从配气容器中导入到气体爆炸容器，然后通过调节不同放电电压产生的电火花对测试容器内混合气体进行引燃。通过压力传感器可以测得点火后容器内的压力曲线，通过分析压力曲线判定是否气体被点燃，点燃混合气体的最小能量，即为混合气体的最低引燃能量。

可燃固体粉尘和可燃气体的最低引燃能量往往是毫焦耳级，毫焦耳数值提高了测试的难度，要求测试装置的数据采集必要必须精确可靠，否则无法进行测试或测试结果偏差很大。

4.1.4 爆炸极限测试

爆炸极限在热爆炸学中是一个非常重要的参数，在化学工业中，很多爆炸事故是由于可燃气体或可燃蒸汽达到了其爆炸极限的浓度，在引燃能量的作用下，发生燃烧或爆炸。在对某一化学工艺进行反应风险研究和风险评估时，必须要首先明确反应工艺过程中所涉及的各种物料的爆炸极限，以此来规避爆炸风险。如前章所述，虽然，爆炸极限可以通过一些公式进行计算得到，但是，计算数值并不精确，有时误差很大，精确可靠的爆炸极限值，还需要通过实验测试取得。

图4.6是采用一个20L的球形爆炸容器，进行固体粉尘爆炸极限浓度测试的图示。 固体粉尘爆炸极限浓度的测试方法如下：

初次试验时，按着10g/m3浓度的整数倍数确定试验粉尘浓度。

（1）如果测得的爆炸压力p≥0.15MPa，则以10g/m3的整数倍减小粉尘浓度进行试验，直至连续3次同样试验所测压力值p<0.15MPa；

（2）如果测得的爆炸压力p<0.15MPa，则以10g/m3的整数倍增加粉尘浓度进行试验，直至连续3次同样试验所测压力值p≥0.15MPa；

所得粉尘试样爆炸下限浓度介于3次连续试验压力p<0.15MPa和3次连续p≥0.15MPa之间。

可燃气体爆炸极限浓度测定如图4.7所示。 可燃气体爆炸极限浓度测试方法如下：

（1）首先将装置抽真空，至压力降△p≤5mmHg； （2）保持5min压力降△p≤2mmHg；

（3）按分压法进行混合气配制，然后打开反应管底部泄压阀进行点火，并观察火焰是否传至管顶；

（4）用渐近测试法寻找极限值，如果在同样条件下进行三次试验，点火后火焰均未

传至管顶，则可改变进样量，进行下一个浓度的试验。

爆炸下限的测试样品增加量每次不能大于10%，爆炸上限的测试样品减少量每次不小于2%。最后爆炸极限由最近的火焰传播和不传播的两点体积分数的算术平均值来确定。 每次试验后要用湿度低于30%的清洁空气冲洗试验装置，包括反应管壁及点火电极，避免产生污染。

4.2扫描测试

经过对物质进行的爆炸性测试，可以确认工艺反应的燃爆及爆炸风险，进一步需要对反应工艺中的物料以及化学反应进行扫描测试，获取物料的热稳定性和分解特性等安全数据。扫描测试方法有很多种，牵涉到的仪器设备多种多样，测试样品的需求量可以少至毫克级、多至公斤级，特别重要的高附加值产品也可以进行吨级样品量的扫描测试。

常用的实验室扫描测试仪有差热分析（different thermal analysis，DTA）、差示扫描量热（different scanning calorimetory，DSC）、绝热测试（insulated exotherm test，IET ）、分解压力测试（decomposition pressure test，DPT）、气体逸出速率测试（gas evolution rates test，GERT）等。

上述测试的测试温度区间都比较宽，可以对样品进行初始扫描，也可以对反应过程进行扫描测试，适用于实验室样品测试。还可以在反应的不同阶段从反应混合物中取样，观察反应混合物的热不稳定以及物质热分解的可能性，考察在反应温度条件下反应时间对物质稳定性的影响，考察在相应的温度下延长测试时间对物质热稳定性的影响。实验还可以得到热产生量及产生速率，气体产生量及逸出速率，反应物质剧烈分解爆炸等信息。

上述的各种扫描测试的缺点是测试条件趋向于离析热，并且，热分解温度与加热速率相关，因此，测试结果的稳定性不是很强。此外，由于测试的样品比较少，属于少量样品测试，测试结果不足以充分反映大规模生产的情况。 4.2.1 差热分析（DTA）

差热分析（different thermal analysis，DTA）是在程序控制的条件下进行程序升温，比较测量物质与参比物质之间的温度差与温度关系的一种扫描分析技术。通过差热分析测定，可以得到相应的DTA曲线，DTA曲线描述的是试样与参比物之间的温差（⊿T）随温度或时间的变化关系。在DTA测试实验中，物质会发生相转变、晶格转变等物理变化，有些物质会发生分解、氧化、还原等其他化学反应，当物质发生物理变化或化学反应时，试样的温度会由于物质发生的相转变温温差（⊿T）随温度或时间的变化关系差（⊿T）随温度或时间的变化关系、晶格转变以由于及由于反应的吸热或放热等热效应发生变化，并由此记录为试样与参与物之间的温差（⊿T）随温度或时间的变化曲线。在通常情况下，相转变、还原反应和一些分解反应表现为吸热反应，而晶格转变、氧化反应等变现为放热反应。 4.2.1.1 DTA测试的基本原理