化工安全基本原理与应用（李涛）

人类社会发展到今天，正面临着能源资源匮乏、环境污染等挑战，这些问题的解决需要很多部门协同作战，但其方法和手段都离不开化学工业。化学工业已经并正在做出不可替代的贡献，据化学协会国际董事会（ICCA）2019年报道，化学工业几乎涉及所有的生产行业，通过直接、间接和诱发影响估计为全球国内生产总值（GDP）做出了5.7万亿美元（全球GDP的7%）的贡献，并在全球范围内提供了1.2亿个工作岗位。
由上述数据可见，化学工业是现代经济社会重要的基础产业和支柱产业，但同时又是一个安全和环境风险较大、能源和资源消耗较高的行业，因此需要化工行业从业者具有较强的安全意识和较扎实、全面的安全知识来消除这些负面特征，否则会导致社会存在“谈化色变”的现象。在未来的化学工业发展过程中，化工行业从业者要时刻秉承习近平总书记提出的“始终把人民群众生命安全放在第一位”的新国家安全观，培养出以造福人类和可持续发展为理念的新一代化学工程师。
为了深入学习贯彻全国教育大会精神，聚焦立德树人的根本任务，坚持“以人为本”，增强化工类专业安全教育实施的针对性和有效性，解决长期以来化工专业安全教育存在的突出问题，“教育部高等学校化工类专业教学指导委员会”分别于2019年和2020年举办了第一届和第二届“全国高校化工类专业安全教学研讨会”，探讨了化工类专业安全教学的方向，同时两次会议也指出化工类专业安全教学的内容目前还在摸索中，全国各高校已经出版的“化工安全”或“化工过程安全”类教材内容存在较大的差异，有些教材的理论性偏强，比较适合安全工程专业的学生，但不适合普通化工类专业学生。为了促进化工安全教育，还需建设更加丰富的教材品种。
华东理工大学化工学院从十多年前就在化工类专业一年级新生中开设了“化工安全导论”课程，在化工类专业三年级学生中开设了“化工安全概论”课程，并多次组织有关教师讨论化工类专业学生的化工安全课程教学内容，因学生从入学起就陆续学习四大化学实验，为此应该从一年级就学习有关化学品和实验室安全方面的基础知识，但涉及化工单元操作或化工工艺过程的安全知识，则需要有一定的专业基础，宜放到大学三年级学习。
我们在多年化工安全教学实践的基础上，经多次讨论，比较了国内外多本同类教材，编写了本书。本书从安全的角度支撑了工程专业认证中的毕业要求3（设计/开发解决方案）、毕业要求4（研究）和毕业要求6（工程与社会）。同时，在编写过程中，融入了课程思政的理念，使学生通过本书的学习，能建立起化工安全与可持续发展的理念，理解工程职业道德和规范，培养科学精神和工程师的基本素养以及科技报国的家国情怀和使命担当。
本书共分为10章。前5章阐述了化工生产特点与安全、化工过程安全管理、防火防爆技术、危险化学品安全基础知识和化工实验室安全等内容，是有关化工安全的入门知识；后5章介绍了风险辨识及分析与评价、压力容器、化学反应过程热风险、化工单元操作安全防范和化工工艺过程安全等内容，是有关化工安全的专业知识。有关化工安全方面的知识范围很广，本书只是介绍了我们认为化工类专业在校学生在有限的时间内急需学习掌握的内容，以使学生为将来从事化工生产管理或专业的安全管理/服务等工作打下基础。
根据本书内容的编排，推荐在低年级开设16学时课程讲授前5章，在高年级开设16学时课程讲授后5章。当然也可以作为一门32学时的课程在高年级讲授。此外本书还配套了PPT课件、在线课程及其他学习资料以方便师生的教与学。
本书第1章由李涛、陈辉编写；第2章由陈辉编写；第3章由袁萍编写；第4章由王评编写；第5章由袁萍编写；第6章由吕慧编写；第7章由李涛、王际童编写；第8章由李涛、魏永明编写；第9章由杨座国编写；第10章由彭阳峰编写。全书由李涛统稿，陶氏化学（中国）投资有限公司徐新良和华东理工大学徐宏勇审阅了全书。
限于编者水平，书中难免存在一些不足之处，敬请广大读者批评指正。

编者 
2022 年 10 月 

李涛，华东理工大学，副校长、教授，主要从事碳一化工、催化反应工程和过程系统工程研究。作为上海市精品课程化工过程分析与开发负责人，以及化工安全类课程的总负责人，长期从事教育教学研究。基于调研、梳理和分析，提出并构建了化工安全概论、化工安全仿真、化工过程安全、企业EHS风险管理四年不断线的化工安全类课程体系，为培养学生的工程系统思维和社会责任感，塑造学生职业价值取向提供坚实平台。

《化工安全基本原理与应用》以危险化学品安全使用与防火防爆技术为重点基础知识，介绍了化工生产特点与化工过程安全管理的要素，以及采用科学的方法对化工实验室安全、压力容器、化学反应过程热风险、化工单元操作和化工工艺过程进行风险辨识分析与评价。全书共10章：绪论；化工过程安全管理；防火防爆技术；危险化学品安全基础知识；化工实验室安全；风险辨识、分析与评价；压力容器；化学反应过程热风险；化工单元操作安全防范；化工工艺过程安全。本书采用了最新安全相关法律法规，反映了化工安全理论及应用的最新发展动向。
《化工安全基本原理与应用》为高等学校化学工程与工艺及相关专业本科生教材，也可供石油与化工、制药及轻工等行业从事安全管理、科研开发和工程设计的人员及相关专业研究生参考。

第1章　绪论 1
1.1　化工生产特点与安全	2
1.1.1　化工生产特点	2
1.1.2　化工生产安全	3
1.1.3　安全教育的重要性和必要性	3
1.2　安全相关概念	5
1.2.1　安全的概念	5
1.2.2　危险及其有害因素	5
1.2.3　危险有害因素的辨识	5
1.3　事故的预防	7
1.3.1　事故及其特性	7
1.3.2　事故归因理论	8
1.3.3　预防事故的对策措施	15
思考题	16

第2章　化工过程安全管理 17
2.1　安全管理概述	18
2.1.1　安全管理及基本特征	18
2.1.2　安全管理方法	19
2.2　安全管理原理与原则	20
2.2.1　系统原理及其原则	20
2.2.2　人本原理及其原则	21
2.2.3　预防原理及其原则	22
2.2.4　强制原理及其原则	23
2.3　化工安全生产管理相关法律知识	23
2.3.1　《中华人民共和国安全生产法》介绍	23
2.3.2　化工过程安全管理简介	28
2.3.3　HSE管理体系和安全评价简介	29
2.4　化工生产应急管理	43
2.4.1　应急管理概述	43
2.4.2　事故应急管理体系	44
2.4.3　事故应急预案编制与演练	46
思考题	50

第3章　防火防爆技术 51
3.1　燃烧的基础知识	52
3.1.1　燃烧及其特征	52
3.1.2　燃烧条件	52
3.1.3　燃烧过程	53
3.1.4　燃烧类型	54
3.1.5　氧指数	56
3.1.6　最小点火能	57
3.2　爆炸的基础知识	57
3.2.1　爆炸及其特征	57
3.2.2　爆炸的分类	58
3.2.3　爆炸极限及其影响因素	59
3.2.4　粉尘爆炸	61
3.3　防火防爆技术措施	64
3.3.1　控制可燃可爆物质	64
3.3.2　点火源及其控制	64
3.3.3　工艺参数的安全控制	67
3.3.4　溢料和泄漏的控制	68
3.3.5　自动控制与安全保护装置	68
3.3.6　火灾爆炸因素分析及防火防爆基本原理	69
3.3.7　化工生产中火灾爆炸危险性分析	70
3.3.8　火灾爆炸事故蔓延的控制	71
3.4　消防技术	72
3.4.1　火灾的分类	72
3.4.2　灭火方法及其原理	73
3.4.3　灭火剂	74
3.4.4　灭火器材和消防给水设施	76
3.4.5　常见初起火灾的扑救	79
思考题	82

第4章　危险化学品安全基础知识 83
4.1　危险化学品的分类和危险特性	84
4.1.1　危险化学品的分类	84
4.1.2　危险化学品危险特性简述	86
4.2　危险化学品安全管理与技术概述	87
4.2.1　危险化学品的安全标签与安全技术说明书	87
4.2.2　危险化学品使用与储存安全	89
4.2.3　危险化学品包装与运输安全	93
4.2.4　有毒化学品的危害与防护	94
4.3　危险化学品重大危险源管理	103
4.3.1　危险化学品重大危险源辨识	103
4.3.2　危险化学品重大危险源控制	106
4.4　危险化学品事故现场处置基本方法	107
4.4.1　隔离、疏散	108
4.4.2　防护	108
4.4.3　询情和侦检	109
4.4.4　现场急救	109
4.4.5　泄漏处理	109
4.4.6　火灾控制	111
4.4.7　公共场所危险化学品应急要点	112
思考题	113

第5章　化工实验室安全 115
5.1　化工实验室安全基本原理和规程	116
5.1.1　化工实验室三级安全教育	116
5.1.2　化工实验基本程序	117
5.1.3　实验室安全用电	118
5.1.4　实验室安全用水	118
5.1.5　实验室的安全防护	119
5.1.6　实验室的三废处理	120
5.2　常用化学品安全使用	120
5.2.1　强酸、强碱及腐蚀剂的安全使用	120
5.2.2　汞的安全使用	121
5.2.3　苯的安全使用	122
5.2.4　硫化氢的安全使用	123
5.3　化工实验室常用设备的安全使用	124
5.3.1　钢瓶的安全使用	124
5.3.2　烘箱、马弗炉的安全使用	126
5.3.3　色谱仪的安全使用	127
5.3.4　泵的安全使用	129
5.4　实验室灼伤及其防护	130
5.4.1　灼伤及其分类	130
5.4.2　化学灼伤的现场急救	131
思考题	133

第6章　风险辨识、分析与评价 134
6.1　基本概念与定义	135
6.2　风险辨识、分析方法	138
6.2.1　检查表法	138
6.2.2　预先危险性分析	141
6.2.3　故障假设分析	144
6.2.4　危险与可操作性分析	145
6.2.5　故障模式与影响分析	154
6.2.6　事件树分析	157
6.2.7　事故树分析	159
6.2.8　人的可靠性分析	164
6.2.9　定量风险分析	166
6.2.10　保护层分析	166
6.2.11　其他风险辨识方法	168
6.2.12　风险辨识、分析方法的选择	170
6.3　风险评价	171
思考题	173

第7章　压力容器 174
7.1　压力容器基础知识	175
7.1.1　压力容器的定义	175
7.1.2　压力容器的分类	175
7.1.3　压力容器的结构	178
7.1.4　压力容器常用材料	179
7.1.5　压力容器力学基础知识	180
7.2　压力容器安全性能及安全装置	182
7.2.1　压力容器的失效模式	182
7.2.2　压力容器安全装置	184
7.3　压力容器的泄放	187
7.3.1　压力容器的超压安全泄放	187
7.3.2　压力容器的安全泄放量	189
7.3.3　爆破片的选用与设计计算	189
7.3.4　压力容器安全泄放	190
7.4　压力容器安全运行管理	192
7.4.1　压力容器的安全运行	192
7.4.2　压力容器的使用管理	193
7.4.3　压力容器的维护保养	195
7.5　容器破裂及其危害	197
7.5.1　压力容器的破裂方式	197
7.5.2　压力容器破裂的危害	198
思考题	199

第8章　化学反应过程热风险 200
8.1　基础知识	201
8.1.1　化学反应的热效应	201
8.1.2　化学反应的压力效应	205
8.1.3　温度对反应速率的影响	207
8.1.4　绝热条件下的反应速率	209
8.1.5　热平衡相关的基本概念	210
8.1.6　失控反应	214
8.2　化学反应热风险的评价方法	217
8.2.1　热风险	217
8.2.2　冷却失效模型	217
8.2.3　严重度评价准则	219
8.2.4　可能性评价准则	220
8.2.5　工艺热风险评价准则	221
8.2.6　技术极限温度作为安全屏障时的注意事项	223
8.3　评价参数的实验获取	223
8.3.1　量热仪的运行模式	224
8.3.2　几种常用的量热设备	224
8.4　化学反应热风险的评价程序	227
8.4.1　热风险评价的一般规则	227
8.4.2　热风险评价的实用程序	228
8.4.3　甲苯磺化反应的热风险评估	230
思考题	231

第9章　化工单元操作安全防范 232
9.1　概述	233
9.2　物料输送	233
9.2.1　液体物料输送	234
9.2.2　气体物料输送	238
9.2.3　固体物料输送	242
9.3　传热	244
9.3.1　直接火加热	244
9.3.2　换热	248
9.3.3　冷却与冷凝	251
9.4　干燥	252
9.5　冷冻与结晶	253
9.5.1　冷冻	253
9.5.2　结晶	254
9.6　蒸发与蒸馏	255
9.6.1　蒸发	255
9.6.2　蒸馏	256
9.7　吸收与吸附	258
9.7.1　吸收	258
9.7.2　吸附	260
9.8　萃取	261
9.8.1　概述	261
9.8.2　危险性分析	262
9.8.3　安全防范措施	262
9.9　其他化工单元操作安全技术	262
9.9.1　混合	262
9.9.2　过滤	263
9.9.3　熔融	264
9.9.4　粉碎	265
9.9.5　筛分	268
思考题	268

第10章　化工工艺过程安全 269
10.1　煤化工生产过程安全	270
10.1.1　概述	270
10.1.2　典型工艺过程危险性分析	271
10.1.3　安全措施	273
10.2　合成气生产过程安全	274
10.2.1　概述	274
10.2.2　典型工艺过程危险性分析	275
10.2.3　安全措施	276
10.3　合成氨及化肥生产过程安全	276
10.3.1　概述	276
10.3.2　典型工艺过程危险性分析	277
10.3.3　安全措施	277
10.4　硫酸生产过程安全	278
10.4.1　概述	278
10.4.2　典型工艺过程危险性分析	279
10.4.3　安全措施	279
10.5　纯碱生产过程安全	280
10.5.1　概述	280
10.5.2　典型工艺过程危险性分析	281
10.5.3　安全措施	281
10.6　石油炼制与石油化工过程安全	282
10.6.1　概述	282
10.6.2　典型工艺过程危险性分析	283
10.6.3　安全措施	284
10.7　精细化工单元生产过程安全	285
10.7.1　概述	285
10.7.2　氧化反应危险性分析及安全措施	285
10.7.3　还原反应危险性分析及安全措施	286
10.7.4　硝化反应危险性分析及安全措施	287
10.7.5　氯化反应危险性分析及安全措施	289
10.7.6　磺化反应危险性分析及安全措施	290
10.7.7　烷基化反应危险性分析及安全措施	290
10.8　聚合反应生成过程安全	291
10.8.1　概述	291
10.8.2　典型工艺过程危险性分析	291
10.8.3　安全措施	292
10.9　生物化工过程安全	293
10.9.1　概述	293
10.9.2　典型工艺过程危险性分析	293
10.9.3　安全措施	294
思考题	295

参考文献 296