在世界范圍內(nèi)無(wú)數(shù)次的火災(zāi)、爆炸、中毒案例說(shuō)明,工業(yè)過(guò)程特別是化工、石油化工過(guò)程火災(zāi)爆炸事故理論與工程以及分析鑒定技術(shù)的研究與應(yīng)用是我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)發(fā)展乃至世界范圍內(nèi)亟待解決的大課題。圍繞經(jīng)濟(jì)建設(shè)中出現(xiàn)的工業(yè)裝置的大型化、自動(dòng)化、規(guī)?;⒏吣芰?jī)?chǔ)備的特點(diǎn),當(dāng)代事故災(zāi)害性、突發(fā)性、社會(huì)性的現(xiàn)實(shí),對(duì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)中50余套危險(xiǎn)性極大、最具普遍性和技術(shù)密集性的典型化工和石油化工裝置和生產(chǎn)過(guò)程,進(jìn)行充分、系統(tǒng)的論證和分析,在已經(jīng)創(chuàng)立的化學(xué)化工安全工程理論體系的基礎(chǔ)上,選擇和剖析國(guó)內(nèi)外幾百起典型火災(zāi)、爆炸事故案例為模型化、模式化研究剖析的對(duì)象,進(jìn)行理論穿透、工程技術(shù)分析,提煉和創(chuàng)建化學(xué)化工火災(zāi)、爆炸災(zāi)害事故理論。結(jié)合我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)安全生產(chǎn)領(lǐng)域迫切需要解決的疑難課題,創(chuàng)建我國(guó)化學(xué)化工過(guò)程火災(zāi)、爆炸災(zāi)害事故模式與分析鑒定技術(shù)體系及應(yīng)用系統(tǒng)。
一.工業(yè)過(guò)程火災(zāi)、爆炸災(zāi)害事故模式的基礎(chǔ)理論
圍繞經(jīng)濟(jì)建設(shè)尤其是化工、石油化工過(guò)程威脅極大的火災(zāi)、爆炸、毒氣泄漏擴(kuò)散事故的難題等一系列安全生產(chǎn)課題,對(duì)火災(zāi)、爆炸過(guò)程的知識(shí)結(jié)構(gòu)、實(shí)驗(yàn)體系以及科研選題進(jìn)行了充分、系統(tǒng)的論證和設(shè)計(jì)。以化學(xué)化工安全工程為基礎(chǔ),以研究事故原點(diǎn)、危險(xiǎn)要素、危險(xiǎn)結(jié)構(gòu)與狀態(tài)及其轉(zhuǎn)化為事故的過(guò)程和機(jī)理為主要內(nèi)容,以宏觀過(guò)程的正常平衡、平穩(wěn)、協(xié)調(diào)為目的,研究過(guò)程的平衡條件、平穩(wěn)因素、過(guò)程控制、邊界條件、臨界狀態(tài)等一系列技術(shù)理論問(wèn)題。相繼創(chuàng)建了安全設(shè)計(jì)、過(guò)程與工藝安全工程、過(guò)程爆炸與分析技術(shù)、過(guò)程安全原理等安全工程事故分析技術(shù)的理論體系。及時(shí)總結(jié)國(guó)內(nèi)外不斷出現(xiàn)的典型事故案例,不斷補(bǔ)充和提煉經(jīng)濟(jì)建設(shè)安全生產(chǎn)領(lǐng)域迫切需要解決的事故理論、事故模式與分析控制技術(shù)。結(jié)合科研課題、生產(chǎn)實(shí)際,以案例研究為核心進(jìn)行理論穿透、技術(shù)分析、應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行模擬。其中案例研究體系包括:化工裝置爆炸模式、火災(zāi)模式、泄漏擴(kuò)散模式以及相應(yīng)的技術(shù)分析體系,建立火災(zāi)爆炸事故的分析、鑒定及控制研究實(shí)驗(yàn)體系。
工業(yè)過(guò)程最重要的危險(xiǎn)是火災(zāi)爆炸事故災(zāi)害,而熱量是爆炸能量的源泉。熱的反應(yīng)、熱的發(fā)生和積累,過(guò)程熱的傳遞和變換,熱的流動(dòng)和轉(zhuǎn)移,無(wú)不和爆炸相關(guān)。運(yùn)用化工熱力學(xué)、工程熱力學(xué)、反應(yīng)工程理論、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、催化理論以及爆炸突變理論等,研究熱平衡,熱積累,熱突變,過(guò)程爆炸,臨界條件和規(guī)律,以及各臨界點(diǎn)之間的關(guān)系。過(guò)程裝置的工藝結(jié)構(gòu)決定了裝置系統(tǒng)的危險(xiǎn)特征,對(duì)裝置結(jié)構(gòu)中的傳質(zhì)單元、機(jī)械分離單元、傳熱單元、輸送單元等過(guò)程的物料平衡、熱量平衡、能量平衡、動(dòng)量平衡等條件進(jìn)行分析,研究過(guò)程動(dòng)態(tài)變量對(duì)平衡與穩(wěn)定條件的影響以及反應(yīng)變化過(guò)程危險(xiǎn)要素的動(dòng)態(tài)特性和轉(zhuǎn)化機(jī)理、邊界狀態(tài)變量,極限控制參數(shù),對(duì)過(guò)程氧化熱、燃燒熱、自催化熱、分解熱、聚合熱以及各種物理熱的產(chǎn)生、傳遞、轉(zhuǎn)移、積累等進(jìn)行研究。
二.在解剖典型裝置、典型事故的基礎(chǔ)上建立災(zāi)害事故模式
為了建立系統(tǒng)實(shí)用的火災(zāi)爆炸以及介質(zhì)泄漏擴(kuò)散模式,在研究過(guò)程中,主要選擇的典型過(guò)程及典型裝置考慮如下原則:
1)有極高經(jīng)濟(jì)社會(huì)價(jià)值和技術(shù)密集性、危險(xiǎn)性的重點(diǎn)核心過(guò)程及裝置;
2)危險(xiǎn)性特別大而且已經(jīng)出現(xiàn)或多次出現(xiàn)過(guò)特別重大事故的生產(chǎn)過(guò)程及裝置;
3)事故過(guò)程機(jī)理復(fù)雜影響因素又多變,科學(xué)性和理論性很強(qiáng)的生產(chǎn)過(guò)程及裝置;
4)一旦發(fā)生事故具有災(zāi)害性、社會(huì)性、能量集中,破壞性大,可能波及系統(tǒng)及社會(huì),
5)事故涉及的理論和技術(shù)工程問(wèn)題對(duì)我國(guó)各類生產(chǎn)裝置和研究裝置,尤其對(duì)于化學(xué)工業(yè)和石化工業(yè)發(fā)展具有普遍意義和指導(dǎo)意義。
選擇的典型過(guò)程與典型裝置共有50余個(gè),揭示事故奧秘,探索事故規(guī)律,其中主要有:
氧化過(guò)程、過(guò)氧化過(guò)程、環(huán)氧化過(guò)程;熱裂化、催化裂化、加氫裂化過(guò)程;高壓加氫及還原過(guò)程;芳烴硝化及加工系列;食鹽電解、水電解及氯加工系列;乙烯氧化、環(huán)乙烯氧化、丙烯氨氧化、芳烴抽提、催化重整、催化加氫、乙烯聚合、氯乙烯聚合、丁二烯聚合;煤制氣、輕油制氣、重油制氣及凈化處理系統(tǒng);氣體液化及深冷分離(液氮、液氧、液氫)系統(tǒng);液態(tài)烴及液化烴類貯運(yùn)系統(tǒng);氨合成及氨加工系統(tǒng);乙炔發(fā)生及加工系統(tǒng);工業(yè)反應(yīng)爐、加熱爐運(yùn)行系統(tǒng)。
經(jīng)過(guò)對(duì)以上裝置的典型分析與解剖,建立以下災(zāi)害事故模式,理論模型、控制模型與鑒定模型。
1)物系分類模式分為:裝置外可燃?xì)怏w—空氣(O2)混合系爆炸;裝置內(nèi)可燃?xì)怏w—助燃?xì)怏w混合系爆炸;壓縮氣體過(guò)壓爆炸;反應(yīng)系熱平衡破壞爆炸;物質(zhì)或物系熱分解爆炸;壓力平衡破壞爆炸;液化氣體,過(guò)熱液體爆炸;凝聚相、相態(tài)轉(zhuǎn)化爆炸;懸浮狀粉塵爆炸;液體噴霧爆炸;相忌物混合系爆炸;蒸汽或氣云擴(kuò)散爆炸;局限化快速燃燒爆炸;液態(tài)烴熱波爆炸,油層薄膜爆炸。
2)按機(jī)理分類模式分為:燃燒熱爆炸;氧化熱爆炸;分解熱爆炸;聚合熱爆炸;自催化熱爆炸;氣液相平衡破壞爆炸;外熱氣化爆炸;裝置功能失效爆炸;能量蓄積爆炸;超臨界狀態(tài)爆炸;能量非定常流向爆炸(能量意外釋放事故);不穩(wěn)定物(系)突變爆炸。
裝置外混合系爆炸
因?yàn)楦鞣N技術(shù)原因及操作原因裝置泄漏,可燃性介質(zhì)在裝置外引起的一種爆炸或火災(zāi)事故。
1)裝置質(zhì)量因素泄漏A材料錯(cuò)誤,品質(zhì)不符;B強(qiáng)度不足;C加工焊接組裝缺陷;D裂讎擴(kuò)展;E結(jié)構(gòu)缺陷;F密封失效。
2)裝置工藝因素泄漏A高流速介質(zhì)沖擊磨損;B反復(fù)應(yīng)力作用;C腐蝕破壞;D蠕變失效;E冷脆斷裂;F結(jié)焦原因;G結(jié)垢;H老化變質(zhì);I內(nèi)壓超高。
3)外力因素破壞A外力飛行物打擊;B運(yùn)載過(guò)程傾倒;C施工破壞;D強(qiáng)力拉斷;E基礎(chǔ)下沉或傾斜;F支撐變化;G過(guò)猛操作;H地震破壞;I設(shè)備誤敞開(kāi)。