安全评价中对化工典型生产过程的火灾爆炸危险性分析
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1 引言
安全评价工作的第一步就是要对被评价对象（系统）存在的危险、危害因素进行分析，确定其存在的主要危险、危害因素的种类、分布及可能产生的危险、危害方式和途径。危险、危害因素分析是安全评价的重要环节和基础，分析是否全面、准确、科学合理，将直接影响到评价结果的正确性。
火灾爆炸危险性分析是危险、危害因素分析中最主要的分析之一。而石油化工企业生产的突出特点是存在大量以化学反应为主的基本过程，这些化学反应过程中均存在着不同程度的火灾爆炸危险性，不同的化学反应过程的火灾爆炸危险性往往不同，而同一种化学反应的火灾爆炸危险性存在着许多共性。我们在对石油化工企业进行安全评价时，为了能够更全面、准确、科学地对被评价对象（系统）进行火灾爆炸危险性分析，就必须更深入地了解一些石油化工典型生产过程的特点及其火灾爆炸危险性的分析方法，并能熟练地掌握之，以便进一步提高安全评价的技术含量和报告书的编写质量。为此，本文将针对10种石油化工典型生产过程的特点及相应的火灾爆炸危险性分析分别作简要介绍，以供安全评价时参考。
2 化工典型生产过程的火灾爆炸危险性分析
石油化工企业生产的特点是存在许多以化学反应为主的基本过程，其中典型的化学反应主要有：氧化、还原、聚合、裂化、催化、硝化、氯化、磺化、烷基化、电解等十几种。
下面分别简要介绍上述这些反应过程的主要特点及其火灾危险性。
2.1 氧化反应
通常的氧化还原是指有电子得失的反应。但在有机反应中，有机物分子内的原子间没有明显的电子得失，很少有化学价的变化，所以常把加氧去氢的反应叫作氧化反应，常见的有氨氧化制硝酸、甲苯氧化制苯甲酸、乙烯氧化制环氧乙烷等，其生产过程主要火灾爆炸危险性分析如下：
2.1.1 氧化反应需加热，但绝大多数是放热反应，如催化气相反应，一般在（250～600）℃高温下进行，反应热若不及时移去，会使温度迅速升高引发爆炸；
2.1.2 有些氧化反应（如氨、乙烯和甲醇蒸气在空气中的氧化）的物料配比接近于爆炸下限，若配比失调。温控失当，则易爆炸起火；
2.1.3 反应中被氧化的物质大部分是易燃易爆物质（如前述中的氨、甲苯、乙烯等）；
2.1.4 反应所用的氧化剂具有很大的火灾危险性，如氯酸钾、铬酸酐、高锰酸钾等，遇高温或受撞击、摩擦及与有机物、酸类接触，会着火爆炸；而有机过氧化物大多数本身易燃，遇高温则爆炸；
2.1.5 有些氧化反应的产品、中间产物也具有火灾危险性。如产品环氧乙烷属可燃气体，硝酸是强氧化剂，乙醛氧化生产乙酸过程有过乙酸生成，属有机过氧化物，易分解或燃烧。
2.2 还原反应
在有机反应中，把加氢去氧叫作还原反应。还原反应种类很多，其生产过程主要火灾爆炸危险性分析如下：
2.2.1 无论是利用初生态氢还原，还是用催化剂把氢气活化后还原，都有氢气存在，特别是催化加氢还原，大都在加热、加压下进行，若氢气泄漏，极易与空气形成爆炸性混合物，遇火种会爆炸；
2.2.2 还原反应中所使用的催化剂雷氏镍吸潮后在空气中有自燃危险，能使氢气和空气的混合物引燃爆炸；
2.2.3 固体还原剂保险粉、硼氢化钾、氢化铝锂等都是遇湿易燃危险品；
2.2.4 还原反应的中间体，特别是硝基化合物还原反应的中间体，具有一定的火灾危险，如，苯胺在生产中如果反应条件控制不好，可生成爆炸危险性很大的环己胺。
2.3 聚合反应
聚合是指将若干个分子结合为一个较大的组成相同而分子量较高的化合物的反应过程。如丁二烯聚合生产顺丁橡胶和丁苯橡胶，氯乙烯聚合生产聚氯乙烯塑料等。按聚合方式可分为本体、溶液、悬浮、缩合、乳液5种，每种聚合过程的主要火灾爆炸危险性分析如下：
2.3.1 对于本体聚合反应，往往由于聚合热不易散出而导致火灾爆炸事故。如在高压聚乙烯生产中，每聚合1kg乙烯会放出3.8MJ的热量，当未能及时散热时，则每聚合1%的乙烯可使釜内温度升高（12～13）℃，待升高到一定温度时，就会使乙烯分解，强烈放热，有发生爆聚的危险，一旦发生爆聚，则设备堵塞，压力骤增，极易发生爆炸；
2.3.2 对于溶液聚合反应，此种聚合方法在聚合和分离过程中，容易产生易燃溶剂挥发和静电火花；
2.3.3 对于悬浮聚合反应，在聚合过程中，如果工艺条件控制不好易出现溢料，如果溢料，则水分蒸发后未聚合的单体和引发剂遇火源极易引发火灾或爆炸事故；
2.3.4 缩合（缩聚）反应是指具有两个或两个以上功能团的单体相互缩合，并析出小分子副产物而形成聚合物的反应。虽为吸热反应，但若温度过高时，也会使系统压力升高，甚至引起爆裂，泄漏出易燃易爆的单体而造成火灾爆炸事故。
2.4 裂化（裂解）反应
裂化是指有机化合物在高温下分子发生分解的反应过程，有热裂化、催化裂化、加氢裂化三种类型，每种裂化过程的主要火灾爆炸危险性分析如下：
2.4.1 热裂化，是在高温高压下进行，装置内的油品温度一般超过其自燃点，若漏出油品会立即起火。热裂化过程中产生大量的裂化气，且有许多气体分馏设备，若漏出气体，会与空气形成爆炸性气体混合物，遇加热炉等明火，有发生爆炸的危险。在炼油厂各装置中，热裂化装置发生火灾或爆炸的危险性较大；
2.4.2 催化裂化，一般在（460～520）℃和（0.1～0.2）MPa下进行，若操作不当，再生器内空气和火焰进入反应器中会引起恶性爆炸。U型管上的小设备、小阀门较多，易漏油着火。在催化裂化过程中还会产生易燃裂化气，在烧焦活化催化剂不正常时可能出现易燃易爆的一氧化碳；
2.4.3 加氢裂化时，使用大量氢气，且反应温度和压力都较高，装置钢材内的碳分子易被氢气夺取，使碳钢硬度增大而降低强度，发生氢脆。若设备、管道检查或更换不及时，会在高压（10～15）MPa下发生设备爆炸。此外，加氢是强烈的放热反应，反应器若不能按要求通冷却氢以控制温度，可出现设备局部过热、加热炉炉管烧穿或高温管线、反应器漏气而引起火灾。
2.5 催化反应
是指在催化剂作用下的化学反应，如由氮和氢合成氨，由乙烷和氧合成环氧乙烷等都属催化反应。其主要火灾爆炸危险性分析如下：
2.5.1 如果催化剂选择不正确或加入量不合适，易形成局部反应激烈。若散热不良，温控不当，易发生超温爆炸或起火事故；
2.5.2 催化过程中有的会产生氯化氢，存在腐蚀和中毒危险，有的会产生硫化氢，存在中毒和爆炸危险；有的会产生氢气，火灾爆炸危险性更大，在高压下，氢的腐蚀作用可使金属高压容器脆化，而造成火灾爆炸及容器破坏性事故；
2.5.3 原料气中某些能与催化剂发生反应的杂质含量增加，可能成为爆炸危险物，如乙烯催化氧化合成乙醛的反应中，催化剂体系中常含有大量的亚铜盐，若原料气中含乙炔过高，则乙炔会与亚铜盐反应生成乙炔铜，乙炔铜是一种极敏感的爆炸物，在空气作用下易氧化成暗黑色，并易起火爆炸。
2.6 硝化反应
是指在有机化合物分子中引入硝基（-NO2），取代氢原子而生成硝基化合物的反应。如甲苯硝化生产梯恩梯，苯硝化制取硝基苯，甘油硝化制取硝化甘油等，其硝化过程主要火灾爆炸危险性分析如下：
2.6.1 因硝化是放热反应，需在降温条件下进行，稍有疏忽，如中途搅拌停止，冷却水供应不良、加料速度过快等，均会使温度猛增，混酸氧化能力加强，易引起着火和爆炸事故；
2.6.2 硝化剂具有氧化性，常用的硝化剂有浓硝酸、硝酸、浓硫酸、硫酸、发烟硫酸、混合酸等均具有氧化性、吸水性和腐蚀性，它们与油脂、有机物接触即能引起燃烧。在制备硝化剂时，若温度过高或落入少量水，会促使硝化剂大量分解和蒸发，不仅造成设备强烈腐蚀，还可能造成爆炸事故；
2.6.3 被硝化物质（如苯、甲苯、甘油、脱脂棉等）大多易燃，若使用或贮存管理不当，易造成火灾。硝化产品大都有着火爆炸的危险，受热、摩擦、撞击或接触明火，极易发生爆炸或火灾。
2.7 氯化反应
是指氯原子取代有机化合物中氢原子的过程，如由甲烷制甲烷氯化物，苯氯化制氯苯等。常用的氯化剂有：气态或液态氯、气态氯化氢和各种浓度的盐酸、磷酰氯、三氯化磷、次氯酸钙等。氯化过程主要火灾爆炸危险性分析如下：
2.7.1 氯化反应的原料大多是有机易燃物和强氧化剂（如甲烷、乙烷、酒精、天然气、苯、甲苯、液氯等），若未严格控制各种火源、电气设备不符合防爆要求，则易发生火灾爆炸；
2.7.2 最常用的氯化剂是液态或气态氯，其不仅属剧，且氧化性极强，贮存压力较高，一旦泄漏，危险性很大。若氯化反应器前的氯气缓冲罐未装设或控制不好，致使被氯化的有机物倒流，可能引起爆炸；
2.7.3 氯化反应是放热反应，如果物料泄漏就会造成火灾或爆炸。氯化反应几乎都有氯化氢气体生成，设备易受腐蚀而发生泄漏，增加了反应过程火灾爆炸的危险性。
2.8 磺化反应
是在有机化合物分子中引入磺（酸）基（-SO3H）的反应。常用的磺化剂有发烟硫酸、亚硫酸钠、亚硫酸钾、三氧化硫等。磺化过程主要火灾爆炸危险性分析如下：
2.8.1 磺化剂三氧化硫是氧化剂，遇比硝基苯易燃的物质时会很快着火，若遇水会生成硫酸，会大量放热升温而导致起火、爆炸，因硫酸的强腐蚀性还会增加对设备的腐蚀破坏；
2.8.2 所用原料苯、硝基苯、氯苯等为可燃物，所用的磺化剂浓硫酸、发烟硫酸等都是氧化性物质，有些甚至是强氧化剂，若投料顺序颠倒、投料速度过快，可能造成反应温度升高，使磺化反应变为燃烧反应，引起火灾或爆炸事故；
2.8.3 磺化反应是放热反应，若在反应过程中无有效的冷却和良好的搅拌，均可能使反应温度超高，以致发生燃烧起火或爆炸。
2.9 烷基化反应（亦称烃化）
是在有机化合物中的氮、氧、碳等原子上引入烷基（-R）的化学反应，引入的烷基有甲基（-CH3），乙基（-C2H5）、丙基（-C3H7）、丁基（-C4H9）等。烷基化常用烯烃、卤代烃、醇等能在有机化合物分子中的碳、氧、氮等原子上引入烷基的物质叫作烷基化剂。如苯胺和甲醇作用制取二甲基苯胺。烷基化反应过程主要火灾爆炸危险性分析如下：
2.9.1 被烷基化的物质（如甲类液体苯、丙类液体苯胺）大都有着火爆炸危险，烷基化剂一般比被烷基化物质的火灾危险性更大，如丙烯是易燃气体，甲醇是甲类液体，十二烯是乙类液体；
2.9.2 所用的催化剂反应活性强，如三氯化铝是忌湿易燃物品，有强腐蚀性，遇水或水蒸气会分解放热，放出氯化氢气体，能引起爆炸，若接触可燃物、易着火。三氯化磷是腐蚀性忌湿易燃液体，遇水或乙醇会剧烈分解，放出大量热和氯化氢气体，有很强的腐蚀性和刺激性，有毒，遇水及酸（主要是硝酸、乙酸）发热、冒烟、有引起火灾爆炸的危险；
2.9.3 烷基化反应都是在加热条件下进行，如果原料、催化剂、烷基化剂等加料顺序颠倒、速度过快或搅拌中断，会发生剧烈反应，引起跑料，造成火灾或爆炸事故；
2.9.4 烷基化产品（如乙类液体异丙苯、丙类液体二甲基苯胺和烷基苯）也具有一定的火灾危险性。
2.10 电解反应
是指电流通过电解质溶液或熔融电解质时，在两个电极上所引起的化学变化过程。钠、钾、镁、铅等有色金属和锆、铪等稀有金属的冶炼，铜、锌、铝等的精炼，氢、氧、氯、烧碱、氯酸钾、过氧化氢等许多化工产品的制备，以及电镀、电抛光、阳极氧化等，都要通过电解来实现。以隔膜法电解食盐水生产氢氧化钠、氢气、氯气为例，其电解过程主要火灾爆炸危险性分析如下：
2.10.1 被电解的盐水中杂质过量可能产生火灾爆炸危险。如盐水中含有铁杂质，会产生第二阴极而放出氢气；盐水中带入铵盐，当PH
2.10.2 电解过程若氢气和氯气控制不好，可能相互混合而发生爆炸。导致氢气和氯气混合的主要原因是：①阳极室内盐水液面过低；②电解槽氢气出口堵塞，引起阴极室压力升高；③电解槽的隔膜吸附质量差；④石棉绒质量差，在安装电解槽时碰坏隔膜，使隔膜局部脱落，或送电前注入的盐水量过大将隔膜冲坏；⑤阴极室中的压力等于或超过阳极室的压力时，即可能使氢气进入阳极室；
2.10.3 电解槽内盐水液面高低不适当，若盐水液面过低，氢气可能通过阴极网渗入到阳极室内与氯气混合成爆炸性气体，若盐水过满，在压力下盐水会上涨；
2.10.4 电解设备若发生氢气泄漏，会与室内空气混合而引发火灾或厂房爆炸；
2.10.5 生产过程若突然停电或停机时，若未采取正确的应急处理措施，立即去关闭高压阀，有可能使电解槽内氯气倒流而发生爆炸。
3 结语
在对化工典型生产过程进行火灾爆炸危险性分析时，还应根据GB18218-2000《重大危险源辨识》，针对评价对象生产场所和储存场所中火灾爆炸危险物质的数量，判定是否构成火灾爆炸或毒物危害重大危险源，以便将重大危险源作为重点进一步进行定性定量评价。
在对化工典型生产过程的火灾爆炸危险性分析的基础上，才能够对被评价对象所采取的安全卫生措施是否符合有关安全标准、规范的要求，是否具有针对性和可靠性，可能达到何种安全生产条件作出准确、客观和科学的评价，得出正确的评价结果。进而提出或补充切合实际、行之有效的安全对策措施，促使被评价对象安全生产水平、经济效益同步提高和发展。