化工风险控制与安全生产（第二版）

本书在第一版的基础上，结合当前国内外最新技术前沿，补充了作者研究团队近年来在反应风险研究、工艺风险评估和风险控制研究领域的成果和实践经验，详细介绍了化工反应风险研究、评估与控制系统理论和关键技术，重点阐述了开展多因素耦合风险评估、深入强化风险控制技术的开发与应用，同时补充了化工安全相关的国家最新的法律法规要求，更新了化工安全生产及过程安全管理相关知识，为实现化工安全治理模式向事前预防转型提供技术保障。
本书可作为化工行业从事研究开发、安全评估工作人员，以及化工过程安全管理人员的学习和参考用书，也可供高等院校化工、安全等专业师生阅读。

程春生，女，国家应急管理部重点实验室/中国中化化工安全技术创新中心主任，教授级工程师，博士生导师，国务院安委会危险化学品安全专业委员会专家组成员，享受国务院特殊津贴，国家百千万百层次人才。现任国家应急管理部重点实验室主任，中国中化化工安全技术创新中心主任，获全国杰出专业技术人才、讲理想•比贡献科技标兵等荣誉称号十余项。长期从事化工工艺&化工安全技术与工程研究，以工艺开发和产业实践为基础，围绕能量转化与传递的科学问题，率先组建团队，按照化学品、化学反应和反应失控分类，建立化工反应风险研究、评估与控制关键技术体系，在化工安全技术与工程领域跻身世界前列。
一直致力于我国化工安全技术体系建立、方法开发、人才培养、成果转化应用等工作，多项研究成果取得国际领先水平，是化工安全技术与工程领域的先行者。多年来，出色主持完成“九五”“十五”“十一五”、2012~2014国家重大科技成果转化项目“化工反应风险研究及安全评估技术转化与应用”等国家科技攻关项目、国家重大科技成果转化项目、国际重要合作项目、省部级重要项目和集团重点项目20余项，正在牵头承担国家“十四五”重点研发课题“典型危险工艺多因素耦合风险评估技术”；牵头制定《精细化工反应安全风险评估规范》国家标准（GB/T 42300-2022），大力推动行业技术进步，应用成效显著；获得包括国家技术发明二等奖在内的多项重要奖励，获得专利授权40余项，发表SCI收录论文多篇，为化工安全技术与工程学科发展和专业教育做出了重要贡献。

前言
党的十八届五中全会提出创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念，将“本质安全、绿色发展”提高到经济发展全局的战略高度。化工是我国国民经济的重要支柱型产业，新能源、化工新材料、精细化学品、安全与节能环保成为战略性新兴产业的重点发展方向，化学工业正在大踏步向新药、新材料、新能源等精细化工领域深度延伸。随着社会发展和技术进步，健康、安全、环保越来越受到国际社会、国家、地方政府和生产企业的高度重视，加快产业调整，追求安全性、绿色化、高端化、差异化发展，已经成为全行业每一个企业的内在要求。
中国是全球追求本质安全、绿色发展的典范，化工安全技术开发应用，从源头控制风险，是实现行业绿色增长的根本保障。我国政府出台了各种法律、法规和标准，强化推动化工本质安全和技术创新。开发化工安全技术，构建工艺、安全与工程有机结合与协同创新平台，是解决共性技术基础薄弱、产学研结合不紧密、工艺与工程脱节、科技成果转化率低等问题的技术途径。化工安全技术架起工艺向工程转化的桥梁，提高科技成果转化质量，缩短实验室到产业化的距离，是化工产业可持续绿色增长的必经之路，肩负着把我国建设成为一个世界领先的绿色发展国家，实现化工产业高质量发展的重要任务。
物质转化与传递、能量转化与传递、工程与信息的转化与传递是化学品从实验室到产业化需要经历的完整的技术链条。工艺技术的开发应用，实现了物质的转化与传递，推动了化学制造业的迅猛发展，以活性、功能性为目标的化合物更新换代快，化学合成方法日新月异。采用不同的原料，经过不同的合成工艺，获得各种不同的目标产物，在化学家手下都变得轻而易举，可谓条条工艺路线都能实现目标产物的制备。在实现物质转化与传递的过程中，围绕能量转化与传递的科学问题，化工安全技术开发应用必不可少。长期以来，由于化工安全技术与工程的系统理论、关键技术和研究方法不健全，导致化学品和化学反应的本质和规律性研究不深入，工艺向工程转化的机理研究和工程强化不到位，工艺设计缺乏表观实际参数，工艺精确和生产精准程度不高，工艺安全界限不分明，潜在风险及不安全的本质原因不清楚，造成能源、物资消耗和事故率高，环境污染重，甚至造成人员的伤亡和财产的损失，化工产业成为消耗和排放大户，令人们谈化色变。研究的最终目标是实现产业化，从实验室到产业化，化学品和化学反应的安全参数随着产业规模的放大而发生显著改变，安全敏感参数的获取、安全限值的确定，对过程安全性和目标的精准可控性，以及控制联锁、报警预警和应急处置至关重要。连续化、自动化、智能化是化工产业的发展方向，建立化工安全技术与工程研究平台，开发化工反应风险研究、风险评估、风险控制系统理论和关键技术，深入研究反应的机理和本质，为实现化工产业可持续安全发展奠定基础，是实现工程与信息的转化与传递的关键环节和重要学科领域。
自2006年以来，本研究团队以主持国际技术合作与交流为契机，吸收国际化工过程安全管理的先进理念和良好的实践经验，率先开展化工反应风险研究、评估与控制系统理论和核心关键技术的开发与推广应用，得到了国家重大科技成果转化项目和国家科技重大专项，以及辽宁省科技重大专项和中国中化的大力支持。按照化工物料、化学反应和反应失控分类，开展化工安全系统理论研究，开发化工安全关键技术，为过程安全、工艺优化、工艺设计提供技术数据，进一步通过工艺、安全与工程的有机结合与协同创新，保障化工安全生产，并为实现工艺精确、设计精细和生产精准提供科学依据。工艺研究实现了物质的转化与传递，建立了物料平衡；反应风险研究全面获得了化工安全数据和安全限值，建立了能量平衡，为自动化控制、智能化管理提供了技术与数据支撑，并且在实现能量转化与传递的过程中，深入研究了反应机理，提出了目标可控的工程转化条件，为进一步开展工程化研究，实现工程与信息的转化与传递奠定了基础。开展反应风险研究，反应安全风险评估，以及风险控制措施建立，是加强化工重点领域安全能力建设，确保重要产业链、供应链安全，推进安全生产风险专项整治，加强重点行业、重点领域安全监管，实现公共安全治理模式向事前预防转型的重要科技举措。
本书以普及化工安全技术为主要目标，在第一版的基础上进行了全面的完善与补充。作者结合提高精细化率的发展战略，补充了作者研究团队多年的反应风险研究、工艺风险评估和风险控制研究成果，案例分析与实践经验；完善了安全生产须知和化工安全相关的法律法规要求；聚焦危险工艺，进一步详细阐述了化工反应风险研究、评估与控制系统理论、研究方法和关键技术；拓展了研发、放大、设计和生产各阶段的风险分析与风险防控；完善了过程放大和本质安全策略，以及安全生产保障相关内容。
本书由程春生教授主笔，其他作者分工完成各方面内容，旨在为化工风险控制和精准生产，实现化工安全治理模式向事前预防转型贡献力量。

作者
2024年7月于沈阳



第一版前言
我国是农业大国，也是精细化工生产规模位居世界前列的大国，化学防除依然是农业生产上虫、草、菌防治的主要途径。然而，精细化工生产大量使用危险化学品，经过危险性高的化学工艺过程，同时具有装置密集、高毒性、高污染、高风险性等显著特点。生产过程中容易发生火灾、爆炸、中毒和环境污染等事故，造成人员伤亡和财产损失。因此，化工生产的健康、安全和环保，越来越成为化工生产的重中之重。我国政府对精细化工安全生产工作的重视程度越来越高，制定出各种法律法规，强化本质安全技术研究的推广和应用。
我国精细化工行业本质安全研究处于起步阶段，欠缺本质安全的技术数据，工艺设计缺乏技术支撑，盲目性强，导致安全性事故原因不明确，控制措施不到位。自2008年开始，本研究团队得到中国中化集团公司的大力支持，通过引进国际领先的研究设备，开展化工反应风险研究和工艺风险评估平台建设，研究化工安全生产的本质影响因素，关注化工生产牵涉到的化工原料、化学工艺和化工设备，从物质风险、工艺过程风险、二次分解反应风险和腐蚀风险等方面，开展系统的本质安全研究，确定工艺安全条件，为工艺设计提供技术数据和科学依据，同时获得工艺优化的指导性参数，建立安全控制措施，保障安全生产。
精细化学品的开发生产，需要经历工艺研究、反应风险研究、工程化放大研究等必要的研究过程，实现“三传”和“三转”，包括物质传递与转化、能量传递与转化、信息传递与转化。通过工艺研究，建立物料平衡，实现了物质的传递与转化。通过反应风险研究，建立完整的能量平衡，实现了能量的传递与转化。化工反应风险研究和工艺风险评估是化学品开发生产的重要研究内容，是化工安全生产的技术保障。
以保障精细化工安全生产，实现工艺优化和降耗减排为主要目标，在已出版的《化工安全生产与反应风险评估》的基础上，结合多年的研究实例，总结研究经验，同时结合国家法律法规要求编写了本书，强化风险控制，延伸反应风险研究领域。
在本书编写和出版过程中，得到了中国中化集团公司、中化农化有限公司、沈阳化工研究院有限公司，以及沈阳科创化学品有限公司的高度重视和大力支持。另外，沈阳科创化学品有限公司反应风险研究中心的马晓华、李全国、刘玄等人在实验测试、数据处理和书稿校正中做了大量工作，在此表示衷心的感谢！
希望本书有效指导化工安全生产。笔者水平和经验有限，书中难免存在疏漏之处，敬请同仁和读者予以批评和指正。

编著者
2014年6月于沈阳

1　化工安全生产须知 001
1.1　化工行业安全特性及分类 002
1.1.1　化工行业安全特性 002
1.1.2　化工行业安全分类 004
1.2　化工行业的安全事故 005
1.2.1　化工行业的安全事故及分析 005
1.2.2　化工行业的安全事故等级划分及事故处理要求 009
1.3　化工安全法律法规 012
1.3.1　安全生产标准 012
1.3.2　安全法律法规分类 013
1.3.3　新安全生产法 013
1.3.4　其他主要法律法规 014
1.3.5　安全生产保障 017
1.3.6　火灾预防和消防 019
1.3.7　应急预案 020
1.3.8　安全生产许可 020
1.3.9　危险化学品安全管理 024
1.3.10　特种设备安全管理 028
1.3.11　职业卫生安全 030
1.3.12　安全生产部门规章 031
1.3.13　建设项目安全设施“三同时”监督管理 031
1.4　安全评价机构与安全评价 035
1.4.1　安全评价活动 035
1.4.2　工艺安全可靠性论证 036
1.4.3　安全评价 036
1.4.4　危险、有害因素的分类 037
1.4.5　危险、有害因素的识别 037
1.4.6　常用的安全评价方法 039
1.4.7　安全评价报告 042
1.5　职业危害预防和管理 043
1.5.1　职业病和职业性有害因素分类 043
1.5.2　职业危害识别 044
1.5.3　职业危害因素的检测与评价 045
1.6　化工安全技术与工程概述 046
1.6.1　反应风险研究 047
1.6.2　反应安全风险评估 049
1.6.3　反应风险控制 051
1.6.4　小结 056
参考文献 056

2　化工危险及风险分析 059
2.1　化工行业的主要危险源 059
2.1.1　危险 059
2.1.2　风险 060
2.1.3　化工行业危险因素及危险源 060
2.1.4　设备缺陷危险 063
2.1.5　化学工艺危险 064
2.1.6　化学物质危险 065
2.1.7　误操作危险 065
2.2　风险识别方法 065
2.2.1　安全检查表法 066
2.2.2　事件树分析 068
2.2.3　事故树分析 070
2.2.4　危险与可操作性分析 073
2.3　风险分析 076
2.3.1　风险识别过程 076
2.3.2　风险评估过程 078
2.3.3　风险降低措施 079
2.3.4　风险分析的影响因素 080
2.4　重要危险化工工艺及安全措施的建立 080
2.4.1　硝化工艺 081
2.4.2　过氧化工艺 086
2.4.3　氧化工艺 090
2.4.4　氯化工艺 094
2.4.5　光气及光气化工艺 097
2.4.6　加氢工艺 102
2.4.7　磺化工艺 105
2.4.8　氟化工艺 109
2.4.9　重氮化工艺 113
2.4.10　偶氮化工艺 117
2.4.11　胺化工艺 120
2.4.12　聚合工艺 123
2.4.13　烷基化工艺 127
2.4.14　裂解（裂化）工艺 130
2.4.15　电解工艺（氯碱） 132
2.4.16　其他工艺 133
参考文献 142

3　化工过程本质安全及反应安全风险评估 144
3.1　热相关概念 145
3.1.1　比热容 145
3.1.2　绝热温升 146
3.1.3　反应热 147
3.1.4　表观反应热 149
3.1.5　工艺反应能够达到的最高温度 149
3.1.6　绝热条件下最大反应速率到达时间 151
3.1.7　化学反应速率 151
3.1.8　热量平衡 153
3.2　化工本质安全及关键技术 155
3.2.1　本质安全概念 155
3.2.2　化工过程本质安全及研究技术简介 156
3.3　物质风险研究 157
3.3.1　物质的稳定性 157
3.3.2　静态安全 159
3.3.3　动态安全 173
3.3.4　物质自加速分解及使用安全 176
3.4　反应过程风险研究 185
3.4.1　间歇、半间歇和连续过程风险研究 185
3.4.2　工艺偏离过程风险研究 187
3.4.3　失控反应风险研究 188
3.5　化工反应安全风险评估 194
3.5.1　物料分解热评估 195
3.5.2　失控反应严重度评估 196
3.5.3　失控反应可能性评估 197
3.5.4　失控反应可接受程度评估（矩阵评估） 198
3.5.5　反应工艺危险度评估 199
3.5.6　全流程反应安全风险评估 202
3.5.7　压力及毒物释放扩展评估 202
参考文献 210

4　重要安全性参数实验测试及实例分析 212
4.1　重要安全性参数 213
4.1.1　工艺敏感性参数 214
4.1.2　风险控制敏感性参数 215
4.2　燃爆性测试 215
4.2.1　粉尘爆炸性筛选测试 216
4.2.2　最低引燃能量测试 216
4.2.3　粉尘着火温度测试 217
4.2.4　爆炸严重度测试 219
4.2.5　爆炸极限测试 220
4.2.6　自燃温度测试 221
4.2.7　固体相对自燃温度测试 222
4.2.8　可燃液体和可燃气体引燃温度测试 223
4.2.9　氧化性液体测试 223
4.2.10　持续燃烧测试 224
4.3　差热量热 225
4.3.1　差热分析 226
4.3.2　热重分析 228
4.3.3　差示扫描量热 229
4.3.4　微量热仪 234
4.4　绝热量热 235
4.4.1　杜瓦瓶量热仪 237
4.4.2　加速量热仪 239
4.4.3　高性能加速量热仪 247
4.4.4　phi 1 绝热加速量热仪 247
4.5　反应量热 248
4.5.1　反应量热仪 248
4.5.2　热传递量热器 256
4.5.3　连续流反应量热仪 257
4.5.4　CRC 反应量热仪 257
4.5.5　ISOPERIBOLIC 量热仪 257
4.6　其他测试 258
4.6.1　快速筛选量热 258
4.6.2　泄放口尺寸研究 261
4.6.3　分解压力测试 261
4.6.4　绝热放热测试 262
4.6.5　气体逸出速率测试 262
4.6.6　反应系统筛选测试 262
4.6.7　闭口/开口闪点测试 263
4.6.8　燃烧热值测试 263
4.6.9　ICI 测试 263
4.6.10　75℃热稳定性测试 264
参考文献 264

5　化工过程放大策略 266
5.1　化工过程放大设计 268
5.1.1　物质转化与传递 269
5.1.2　能量转化与传递 276
5.1.3　工程与信息的转化与传递 283
5.1.4　本质安全策略 286
5.2　逐级放大 290
5.2.1　小试 291
5.2.2　放大试验及过程强化 292
5.2.3　产业化 295
5.3　相似模拟放大 297
5.3.1　相似理论技术 297
5.3.2　研究方法 298
参考文献 300

6　工厂操作常规风险及风险控制 302
6.1　工厂操作常规风险 303
6.1.1　燃烧和爆炸风险 303
6.1.2　毒物风险 305
6.1.3　腐蚀风险 306
6.2　不同阶段主要危险因素分析 307
6.2.1　研发阶段主要危险因素 307
6.2.2　放大阶段主要危险因素 307
6.2.3　设计阶段主要危险因素 308
6.2.4　生产阶段主要危险因素 309
6.3　安全基础的选择 311
6.3.1　工艺物料的选择 311
6.3.2　工艺路线的选择 314
6.3.3　间歇和半间歇操作 316
6.3.4　最坏情形的确定 317
6.3.5　不同情形的过压问题及其安全方式 319
6.3.6　工厂操作的有效性和兼容性 320
6.3.7　工艺控制及工厂优化 321
6.4　风险预防与控制措施 324
6.4.1　化学反应及控制 324
6.4.2　应急减压 329
6.4.3　应急冷却 330
6.4.4　应急卸料 330
6.4.5　应急淬灭 330
6.4.6　超压泄放 336
6.4.7　其他措施 341
参考文献 341

7　安全生产及其技术文件管理 343
7.1　安全生产管理办法 343
7.1.1　综合安全管理制度 343
7.1.2　人员安全管理制度 344
7.1.3　设备设施安全管理制度 345
7.1.4　环境安全管理制度 345
7.1.5　特种设备安全管理制度 346
7.1.6　安全生产教育培训 346
7.1.7　安全生产检查与隐患排查治理 347
7.1.8　劳动防护用品管理 348
7.2　HSE 管理或QHSE 管理 348
7.2.1　风险评价和隐患治理 349
7.2.2　变更和应急管理 349
7.2.3　检查和监督 349
7.3　建设工程管理 350
7.4　重要安全技术 352
7.4.1　化学品安全技术 352
7.4.2　工艺安全技术 353
7.4.3　设备安全技术 356
7.4.4　电气安全技术 356
7.4.5　静电防护安全技术 359
7.4.6　雷击防护安全技术 360
7.4.7　防火防爆安全技术 361
7.4.8　消防安全技术 364
7.5　人员及班组管理 365
7.5.1　标准化制度 365
7.5.2　人员能力要求 366
7.5.3　人员培训 367
7.5.4　班组人员配置 367
7.5.5　交接班管理 368
7.5.6　化工生产常见设备故障 369
7.5.7　设备运行状态监控手段 369
7.5.8　设备管理要求 370
7.6　物料使用、储运及管理 371
7.6.1　物料入厂检验 371
7.6.2　物料存储 371
7.6.3　物料领用管理 372
7.6.4　现场临时储存要求 372
7.6.5　运输 372
7.7　岗位标准操作规程 373
7.7.1　工艺技术规程 373
7.7.2　现场操作规程 373
7.8　检维修 374
7.8.1　一级保养 374
7.8.2　二级保养 375
7.8.3　三级保养 375
7.8.4　设备检维修 375
7.8.5　仪表维护保养 376
7.8.6　仪表检维修 376
7.9　技术文件管理 377
7.9.1　工艺指南 377
7.9.2　研究技术文件和生产技术文件 379
7.9.3　工艺变更 389
7.9.4　生产品种变更 390
参考文献 390