化工安全生產(chǎn)與反應風險評估

1、化工安全生產(chǎn)與反應風險評估前言化工生產(chǎn)的方針是“安全第一，預防為主”，這一方針明確了化工生產(chǎn)企業(yè)從事安全生產(chǎn)的重要性以及安全在化工生產(chǎn)活動中的重要地位。安全生產(chǎn)把握著企業(yè)的命脈，決定著企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。我國是一個農(nóng)業(yè)大國，精細化學品的需要量日益增多，化工生產(chǎn)企業(yè)的數(shù)量十分可觀?；瘜W品的開發(fā)生產(chǎn)，在給人們的基本生活要求提供有效保障的同時，各類火災、爆炸及中毒等事故的發(fā)生，也造成了眾多的人員傷亡，給生產(chǎn)企業(yè)和國家?guī)砹素敭a(chǎn)損失，對自然資源和生態(tài)環(huán)境造成了巨大的影響。化工企業(yè)各類安全事故的發(fā)生，可歸結為兩個方面的原因，一是生產(chǎn)企業(yè)對化工過程本質(zhì)安全的理解不到位，盲目放大生產(chǎn)；二是化工安全管理部到位，

2、各種違規(guī)違章行為時有發(fā)生。如今，隨著國家和政府對化工企業(yè)安全生產(chǎn)重視程度的日益提高，現(xiàn)行的安全生產(chǎn)管理模式正在發(fā)生根本性的變化。逐漸由傳統(tǒng)的、經(jīng)驗的、事后處理的方式轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)代的、系統(tǒng)的、事前預測的科學方法。反應風險研究與工藝風險評估是化工安全生產(chǎn)的技術保障?；どa(chǎn)過程中的主要風險來源于化學物質(zhì)風險和工藝過程風險，化工反應風險研究和工藝風險評估是化學品開發(fā)生產(chǎn)的重要研究內(nèi)容，西方發(fā)達國家早在20世紀80年代就開展了相關工作，但是，反應風險研究和工藝風險評估在我國尚處于起步或空白階段?；し磻L險研究主要任務是在工藝研究的基礎上完成相關工藝過程的反應風險研究和工藝風險評估，提出安全的操作條件。開

3、展反應風險研究和工藝風險評估對充分認識化工生產(chǎn)本質(zhì)安全具有重要意義。本書以保障精細化工安全生產(chǎn)為主要目的，詳細介紹了化工生產(chǎn)的相關風險、反應風險研究方法和工藝風險評估辦法，結合實際生產(chǎn)，闡述了化工安全操作機安全管路等內(nèi)容，旨在提高化工安全生產(chǎn)理念，為化工行業(yè)開展反應風險研究與工藝風險評估，實現(xiàn)安全生產(chǎn)，提供一份學習和參考資料?；ば袠I(yè)危險因素與風險分析美國保險協(xié)會（American International Assurance，AIA）把化學工業(yè)危險因素歸納為九個類型。1 工廠地址選擇 下述地區(qū)不宜選擇作為化工生產(chǎn)廠址，否則，將潛在巨大的風險。（3.5%） 易遭受地震、洪水、暴風雨等自然災害

4、的地區(qū)； 水源不充足的地區(qū)； 缺少公共消防設施支援的地區(qū)； 有高濕度，溫度變化顯著等氣候問題的地區(qū)； 受鄰近危險性大的工業(yè)裝置影響較大的地區(qū)； 鄰近公路、鐵路、機場等運輸設施的地區(qū)； 在緊急狀態(tài)下難以把人和車輛疏散至安全地帶的地區(qū)。2 工廠布局 下述布局不適合于進行化工生產(chǎn)，否則，將潛在巨大的風險。（2.0%） 工廠的工藝設備和貯存設備過于密集； 工廠內(nèi)有顯著危險性和無危險性的工藝裝置的安全距離不符合相關規(guī)定和要求； 工廠內(nèi)的昂貴設備過于集中； 工廠內(nèi)對于不能替換的裝置沒有建立有效的防護措施； 工廠內(nèi)鍋爐、加熱器等火源與可燃物料和工藝裝置之間的距離不符合相關規(guī)定和要求； 有地形障礙的工廠。3

5、廠房結構 下述建筑物內(nèi)不能進行化工生產(chǎn)，否則，將潛在巨大的風險。（3.0%） 支撐物、車間的門和墻體等不符合防火結構的建筑要求； 廠房內(nèi)的電氣設備沒有安裝防護措施； 防爆通風系統(tǒng)的排氣能力不符合相關規(guī)定和要求； 廠房內(nèi)的控制、管理和指示裝置沒有防護措施； 廠房內(nèi)安裝的裝置基礎薄弱。4 對生產(chǎn)產(chǎn)品的危險性認識不足 在對生產(chǎn)產(chǎn)品危險性認識不足的情況下，不允許開展生產(chǎn)，否則，將潛在巨大的風險。（20.2%） 研究和確認在裝置中進行原料混合的過程中，是否存在物質(zhì)間強烈的相互作用，或者存在某些催化作用，導致分解反應的發(fā)生； 對處理的氣體、粉塵等具有爆炸性的物質(zhì)，必須明確其在工藝條件下的爆炸范圍和燃燒范圍

6、，建立相應的控制和防護措施。 如果不能充分掌握因為誤操作、不良控制而使工藝過程處于不正常狀態(tài)時的詳細情況，化工生產(chǎn)將潛在巨大的風險。5 化工工藝 進行化工生產(chǎn)時，如果對化學工藝的認識不充分，潛在的工藝風險將沒有辦法避免。（10.6%） 沒有足夠的有關化學反應的熱力學數(shù)據(jù)和動力學數(shù)據(jù)，對反應速率和傳質(zhì)、傳熱的要求不明確； 對化學反應缺乏認識，特別是對具有危險性的副反應認識不足； 沒有足夠的反應熱數(shù)據(jù)，對于熱失控、熱爆炸和熱反應風險缺乏認識； 沒有控制反應失控和處理工藝異常情況的檢測手段和處理辦法。6 物料輸送 下述情況下進行化工物料輸送和開工生產(chǎn)，將潛在風險。（4.4%） 在進行化工生產(chǎn)各單元操

7、作時，對物料流動和輸送不能進行良好的控制； 化工產(chǎn)品的標識不完全； 引風系統(tǒng)的設計不合理，容易發(fā)生粉塵聚集，并引起粉塵爆炸； 工藝產(chǎn)生的廢氣、廢水、廢液和廢渣沒有明確的去處和妥善的處理方法； 裝置區(qū)域內(nèi)沒有考慮安裝檢修情況下的設備裝卸設施。7 誤操作 沒有建立妥善的辦法，有效地控制誤操作情況的發(fā)生。（17.2%） 忽略了對操作員工進行關于設備運轉(zhuǎn)和設備維護和保養(yǎng)的培訓教育； 沒有建立監(jiān)督管理機制，充分發(fā)揮管理人員的監(jiān)督作用； 開車、停車沒有合適的計劃或者是計劃不適當； 缺乏緊急停車相關規(guī)定和相應的操作訓練； 沒有建立崗位操作人員和安全管理人員之間的協(xié)作機制。8 設備缺陷 設備存在下列任意一種缺

8、陷，即不能進行化工生產(chǎn)，否則，潛在巨大風險。（31.1%） 設備材質(zhì)選擇不合適，因選材不當而引起裝置的腐蝕和損壞； 設備設計和安裝不完善，例如：缺少可靠的控制儀表等； 設備、管線等材質(zhì)老化，出現(xiàn)裝置材料的疲勞現(xiàn)象； 對金屬材料的焊接、安裝等沒有進行充分的無損探傷檢查，沒有辦法進行專家組的驗收評審； 在設備設計和安裝結構上存在缺陷，例如：不能停車，沒有辦法進行定期檢查或進行維護和維修； 設備在超過設計極限的工藝條件下運行； 對運轉(zhuǎn)中存在的問題或不完善的防護措施沒有及時進行改進； 不能連續(xù)記錄溫度、壓力、開停車情況，不能記錄中間罐和壓力容器內(nèi)的壓力變動情況。9 防患計劃不充分 化工生產(chǎn)需要以預防為

9、主，防患計劃不充分的情況不能進行化工生產(chǎn)。（8.0%） 沒有得到政府等相關部門的許可時，不能進行化工生產(chǎn)； 化工生產(chǎn)時責任分工不明確時，不能進行化工生產(chǎn)； 裝置運行異?；虬l(fā)生故障時僅僅依靠安全部門，沒有建立聯(lián)動機制，這樣的情況下，不能進行化工生產(chǎn)； 沒有建立應急預案以及預防事故發(fā)生的計劃或者應急預案和計劃過于簡單，不能進行化工生產(chǎn)； 在遇有緊急情況下不能采取有力的措施，不能進行化工生產(chǎn)； 化工生產(chǎn)需要實行包括HSE等管理部門和生產(chǎn)部門在內(nèi)的共同進行的定期安全檢查； 化工生產(chǎn)需要對生產(chǎn)負責人和技術人員進行安全生產(chǎn)的繼續(xù)教育和必要的防患培訓和教育。1.5風險分析 風險分析（hazard analy

10、sis，HAZAN）是指對暴露出的風險及其產(chǎn)生的后果進行分析。風險分析可分為以下三個步驟。（1） 風險識別 風險識別方法可以采用第1.4節(jié)提到的事件樹分析（ETA）、事故樹分析(FTA)、危險與可操作性研究（HAZOP）等。（2） 風險評估 風險評估是針對系統(tǒng)潛在的危險性進行定性和定量分析，主要評估系統(tǒng)發(fā)生危險的可能性以及造成的損失及其嚴重程度，為安全管理和科學決策提供理論基礎，同時，還可以充分利用專家經(jīng)驗，采用計算機及相關軟件等先進的科學測試設備，預防事故的發(fā)生。（3） 風險的控制與管理 風險的控制與管理指的是提出降低風險的措施。在化工行業(yè)中，通過風險分析常常能夠分析出工藝過程中的不足，并提

11、出相應的解決措施。風險的控制與管理，同樣需要一個專家組，專家組的工作也同樣是圍繞著風險分析分析的三個步驟開展工作：對事故發(fā)生的頻率給出假設；對事故可能對員工、公眾和工廠造成的后果給出假設；將上述結果與目標或準則進行比較，決定是否接受風險，或是采取行動減少風險發(fā)生的概率；1.5.1 風險識別過程工藝風險評估的基礎條件是首先進行風險識別。化工生產(chǎn)過程的風險識別包括化學物質(zhì)風險識別、目標工藝反應過程風險識別、未知二次分解反應過程風險識別以及生產(chǎn)工藝過程中設備及其操作風險識別等。其中，工藝生產(chǎn)過程中設備及其操作風險的識別可以通過事件樹分析（ETA）、事故樹分析(FTA)、危險與可操作性研究（HAZOP

12、）、風險檢查法（checklist）等不同的方法開展。在工藝放大生產(chǎn)初始設計階段或在生產(chǎn)階段進行定性的識別。而化學物質(zhì)風險、目標工藝反應過程風險和未知二次分解反應過程風險則需要通過信息資料的查詢和實驗室反應風險測試研究來獲取相關數(shù)據(jù)和結論?；瘜W物質(zhì)風險需要進行大量的安全數(shù)據(jù)收集和必要的測試工作，包括參與反應的所有化工原料以及工藝過程中形成的各個中間體的穩(wěn)定性測試研究等。大多數(shù)參與反應的化學物質(zhì)的安全數(shù)據(jù)等，包括反應原料、中間體、產(chǎn)品和相關雜質(zhì)等，一部分可以通過查詢物質(zhì)安全數(shù)據(jù)表（MSDS）得到，有些特殊的化工原料、中間體以及相關雜質(zhì)的安全性數(shù)據(jù)不屬于常規(guī)數(shù)據(jù)，需要通過實驗測試求取。重要的安全性

13、數(shù)據(jù)包括物質(zhì)的燃燒性、閃點、引燃溫度、爆炸極限、最低引燃能量、自燃溫度等。各種重要安全性數(shù)據(jù)的定義匯總解釋如下。燃燒性 燃燒性是指物質(zhì)在空氣中遇到明火、高溫或氧化劑等條件時的燃燒行為，具有燃燒性的物質(zhì)分為易燃物質(zhì)、可燃物質(zhì)和不燃物質(zhì)三個層次。閃點 閃點即易燃液體揮發(fā)出能產(chǎn)生瞬間閃光蒸氣所需的最低溫度，當液體受熱而迅速揮發(fā)時，如果液面上的蒸氣濃度剛好達到其爆炸下限濃度，則此時的溫度就是物質(zhì)的閃點，閃點分開杯式閃點和閉杯式閃點。閃點是判斷可燃性液體蒸氣由于外界明火作用而發(fā)生閃燃的依據(jù)，是評價可燃液體危險程度的代表性參數(shù)之一。如果液體受熱達到閃點或閃點以上的溫度，一經(jīng)火源的作用就將引起閃燃，并且將在

14、一定的條件下引發(fā)火災事故。引燃溫度 引燃溫度是指在常溫常壓下，加熱一個容器內(nèi)的可燃氣體與空氣的混合氣，可燃氣體開始著火時的反應容器器壁的最低溫度。它可以作為評定可燃氣體和可燃液體在發(fā)熱物體內(nèi)發(fā)生燃燒的尺度。從引燃機理可知，引燃溫度是一個非物理性常數(shù)，它受各種因素影響，例如：引燃溫度與可燃物濃度、壓力、反應容器、添加劑等條件相關。爆炸極限 可燃氣體或可燃液體的蒸氣與空氣混合后遇火花引起燃燒爆炸的濃度范圍稱為該物質(zhì)的爆炸極限，也稱為燃燒極限。引起燃燒爆炸的濃度范圍分別稱為爆炸下限（lower explosion limit，LEL）和爆炸上限（upper explosion limit，UEL）。

15、當可燃氣體在混合氣體中的濃度低于爆炸上限或高于爆炸上限時均不會發(fā)生爆炸，而處于下限和上限之間的濃度范圍稱作爆炸范圍。爆炸極限是物質(zhì)安全性的重要參數(shù)，具體內(nèi)容會在后續(xù)章節(jié)中進行詳細介紹。最低引燃能量 對氣體、蒸氣、粉塵云施加能量，例如：點火花、靜電聚集等，當能量達到一定數(shù)值，并且可燃物處在爆炸范圍的環(huán)境時，這些氣體、蒸氣、粉塵云就可能爆炸。這個能量數(shù)值稱為最低引燃能量。自燃溫度 自燃溫度是指在沒有火花和火焰的條件下，物質(zhì)能夠在空氣中自燃的最低溫度。自燃溫度不低于且通常遠高于燃燒上限對應的溫度。除了考慮物質(zhì)的安全性參數(shù)以外，還需要考慮物質(zhì)的毒性，考慮化學物質(zhì)引起機體損傷的能力。評價化學物質(zhì)的毒性，

16、應將危害性和危險性兩者區(qū)別開來。危害性表示某種物質(zhì)在一定條件下引起機體損傷的可能性，危險度則表示接觸某種物質(zhì)可能出現(xiàn)不良作用的預期頻率。毒性計算所用的單位一般以化學物質(zhì)引起實驗動物某種毒性反應所需的劑量表示（mg/kg）；如果為吸入中毒，則用空氣中該物質(zhì)的濃度表示（mg/m3），所需劑量或濃度愈小，表示物質(zhì)的毒性愈大，最通用的毒性反應是動物的死亡數(shù)，常用的毒性指標有以下幾種。絕對致死量或致死濃度（LD100或LC100），即所有染毒動物全部死亡的最小劑量或濃度。致死中量或致死中濃度（LD50或LC50），即染毒動物半數(shù)死亡的劑量或濃度。毒物通過口腔或皮膚接觸進入體內(nèi)分別代表經(jīng)口和經(jīng)皮半數(shù)致死量

17、或濃度，試驗所用的試體應有統(tǒng)一的規(guī)格。最小致死量或最小致死濃度（MLD或MLC），即所有染毒動物中個別動物死亡的劑量或濃度。最大耐受量或最大耐受濃度（LD0或LC0），即全組染毒動物全部存活的最大劑量或濃度。當化學物質(zhì)發(fā)生泄漏時，應當判斷相關化學毒性物質(zhì)短期暴露的危害，因此，還需要有相關化學毒性物質(zhì)的短期暴露限值（如：IDLH）。了解物質(zhì)的毒性，可以提高操作人員對參與化學反應的物質(zhì)的警惕，在進行化工生產(chǎn)操作時，必須做好個人防護，盡量避免人員直接暴露在毒性環(huán)境中。因此，化工原料、中間體的安全數(shù)據(jù)對化工風險評估非常重要，化工原料、中間體的安全性數(shù)據(jù)是保證風險評估順利開展的基礎條件。目標化合物合成的

18、化學反應工藝過程風險，可以通過反應風險研究，結合相關反應機理研究展開，首先需要確定目標合成工藝的反應類型?；瘜W反應的類型有很多種，例如硝化反應、氧化反應、磺化反應、聚合反應、鹵化反應等。根據(jù)反應的類型，可以初步了解反應的風險性情況。例如：硝化反應屬于強放熱反應，溫度越高，硝化反應速率越快，放出的熱量越多，極易造成溫度失控而引起爆炸風險。有些氧化反應也是強放熱反應，特別是完全氧化反應，放出的熱量比部分的部分氧化反應大810倍，被氧化的物質(zhì)大多是易燃易爆危險化學品，通常以空氣或氧為氧化劑，反應體系隨時都可能形成爆炸性混合物。因此，例如硝化、氧化等強放熱反應，均屬于非常危險的反應工藝，在反應過程中，

19、如果控制不好，非常易引起熱失控，導致燃燒或爆炸風險的發(fā)生。所以，在工藝研發(fā)階段，必須要對確定的工藝進行熱風險識別，主要是放熱反應的放熱量，放熱量越大，反應越容易引起熱失控。此外，還有反應的絕熱溫升（Tad）、轉(zhuǎn)化率（X）、熱失控條件下反應工藝可能達到的最高溫度（MTSR）等重要熱數(shù)據(jù)，這些熱數(shù)據(jù)可以通過量熱實驗獲取。例如：采用實驗室全自動反應量熱儀（RC1）來獲取熱數(shù)據(jù)。熱數(shù)據(jù)的獲取，將為開展反應風險研究和工藝風險評估提供數(shù)據(jù)基礎。在放熱工藝反應發(fā)生熱失控后，當放熱速率很高時，可以近似考慮為絕熱的反應體系，由于熱失控導致體系溫度升高，達到或超過了反應的最高溫度，在這個溫度下，有可能達到反應料液

20、的最低熱分解溫度而引發(fā)未知的二次分解反應發(fā)生，使反應熱失控加劇。因此，在工藝研發(fā)階段，要明確工藝反應熱失控后反應的最高溫度（）、反應體系物料的熱分解溫度以及發(fā)生二次熱分解反應后最大反應速率到達時間（TMRad）、爆炸壓力等參數(shù)。工藝反應熱失控后反應的最高溫度MTSR如前面所述，可以通過RC1來獲取，而反應體系物料的熱分解溫度以及二次熱分解反應后最大反應速率到達時間TMRad可以通過等溫差熱掃描量熱儀（DSC）或絕熱反應量熱儀（ARC）來獲取。在化工反應風險研究領域，ARC應用要優(yōu)于DSC，ARC除了可以獲取溫度數(shù)據(jù)外，還可以獲取壓力數(shù)據(jù)，這部分內(nèi)容將在后續(xù)章節(jié)中做詳細介紹。因此，通過采用差熱掃

21、描DSC、反應量熱RC1、二次分解反應研究ARC，基本可以識別出整個工藝反應過程的熱風險，獲得熱風險數(shù)據(jù)，為下一步開展工藝風險評估奠定基礎。1.5.2 風險評估過程風險等級一般由以下兩個方面組成：一是風險產(chǎn)生的可能性；二是風險影響所導致的最壞并可確定的嚴重程度。因此，需要對工藝偏差的可能性和嚴重程度進行相應的評估。但是，對于精細化工（包含制藥）行業(yè)來說，由于工藝過程大多數(shù)在多功能的設備上進行，由一步工藝到另一步，設備的運行條件可能很大的不同，因此，對精細化工（包含制藥）工藝進行評估只能是定性或半定量，很難做到完全定量。風險發(fā)生的可能性p與導致偏差的原因有關，它通常用頻率f表示，選擇相應的觀察期

22、T，通常觀察期為一年。P=fTfP=P/T精細化工（包含制藥）工藝風險評估通常需要將評估的風險與可接受的標準進行比較，因此，風險分為可接受風險、有條件接受風險和不可接受風險。風險的可接受程度是風險降低措施等相關決策的重要依據(jù)。1.5.3 風險降低措施在對風險進行評估時，一旦風險被評估為不可接受風險，必須采取措施來降低風險，否則后果會越來越嚴重。從化工工程的角度來說，如果能從根本上消除化工過程中的風險，該風險控制措施應該是最為有效的，因為它能夠使事故完全不發(fā)生，或者至少做到事故后果嚴重程度大大降低。但是，從化學工藝的角度來說，從根本上消除工藝風險意味著必須要對現(xiàn)行的工藝合成路線進行技改，技改過程

23、中，應避免反應過程中出現(xiàn)不穩(wěn)定的中間體，避開強烈的放熱反應，避免生成高毒性物質(zhì)等，這在化工工藝路線的選擇上往往是非常困難的。在進行工藝研究和工藝設計時，應盡可能避免選用低閃點的易燃有機溶劑以及高毒和危害環(huán)境的溶劑?？梢哉f，絕對安全的化學工藝不存在，任何化學工藝都潛在失控的風險，消除化學反應失控風險的有效措施是降低和減少能量，從而達到不引起失控的目的。預防性控制措施的采納，可以做到讓事故不容易發(fā)生，但是，并不能完成避免事故的發(fā)生。減少危險物質(zhì)的品種和使用量，選用半間歇式工藝而不是間歇式工藝以增加反應過程的控制途徑等措施屬于很好的預防性措施，可以避免事故發(fā)生以及產(chǎn)生嚴重的后果。工藝的設計應以盡可能

24、避免人為差錯的發(fā)生為目的，例如：在化工生產(chǎn)車間設計安裝聯(lián)鎖或安裝切斷裝置等，保證在一些特定的情況下，當公用工程發(fā)生故障時也能夠正常工作。工藝過程中管路、閥件等的標識屬于組織措施，組織措施是基于操作人員的行為，在精細化工行業(yè)，反應器加料以手動操作居多，而且產(chǎn)品的識別主要靠操作人員。在諸如聲光報警系統(tǒng)、工藝控制過程中的藥品識別分類、復核等，這些措施是否能夠有效實施都與操作人員的能力有關，而操作人員的工作能力完全取決于其工作紀律和所受到的培訓程度。因此，需要建立必要的組織措施。通過風險識別的方法確認的風險，可以通過設計變更或改變操作條件加以避免，然而，全部控制風險是不可能的。風險只能通過各種技術手段

25、加以降低，降低至可接受水平。但是，化工生產(chǎn)的風險不可能完全消除，也就是說在化工生產(chǎn)過程中不存在零風險。例如，一個加料閥門，如果開關失靈或操作者忘記開關，后果將非常可怕，為了保證安全，可以安裝2個閥門，安裝雙閥門顯然比單一閥門安全，但是，2個閥門同時失靈的可能性依然存在，風險不可能得到完全避免。在經(jīng)過詳細的風險分析后，盡管采取相應的風險降低措施，但是，仍會存在一定的殘余風險，殘余風險主要包括如下內(nèi)容。 （1）有意識接受風險 有意識接受的風險是指在進行風險識別過程中，接受那些被識別出來，并被降低為低等級風險，這些風險不足以產(chǎn)生化工事故危害，這些風險可以被接受，處于可控范圍內(nèi)。但是，由于風險具有可變

26、性，對于識別出的可接受的風險，并不代表永久都可以接受，隨著時間的推移，低等級風險可能會逐漸演變成不可接受的風險。因此，在后續(xù)的風險控制管理過程中，被識別出的低等級的風險也不能被忽視，應當納入正常管理范圍內(nèi)，以免風險升級，引發(fā)嚴重的后果。（2）誤判斷的風險 在風險識別和風險評估過程中，參與工作的人員是一個專家組，專家組由各專業(yè)的經(jīng)驗豐富的專家組成，但是，由于各位專家的經(jīng)驗有限，在對識別出的風險進行評估的過程中，難免會出現(xiàn)誤判斷的情況。對于低風險評估為高風險，這是一種保守的評估，是可以接受的風險，但是，對于高風險被評為低風險時，這種殘余風險是非常可怕的。所以，一般情況下，專家們在對風險進行識別和評

27、估的過程往往需要經(jīng)過多次反復的修改和完善，盡量避免高殘余風險被遺漏和被誤判。（3）未識別出的風險 同樣，風險評估專家在進行風險識別過程中，由于經(jīng)驗有限，可能存在風險未被識別出的情況，在這類殘余風險中存在著高風險和低風險，所以，風險識別過程要經(jīng)過多次反復進行修改和完善，盡量識別出生產(chǎn)系統(tǒng)中的風險。風險分析應以高度負責的態(tài)度盡量減少殘余的風險，特別是已識別出來而錯誤判斷的風險和未識別出的風險。殘余風險的評價應依據(jù)相應的評估標準進行，選擇的控制措施和已有的控制措施應當考慮降低風險發(fā)生的可能性，某些風險可能在選擇了適當?shù)目刂拼胧┖笕蕴幱诓豢山邮艿娘L險范圍內(nèi)，應考慮是否接受此類風險或增加控制措施。為了確

28、保所選擇控制措施的充分性，必要時可以進行再評估，通過控制措施實施的有效性，評價殘余風險是否可以接受。因此，風險評估是一項面向未來的挑戰(zhàn)性很強的工作，需要具備杰出技能的工藝技術和工程技術人員的參與。1.5.4 風險分析的影響因素對于化工生產(chǎn)過程進行風險分析的成功與否，本質(zhì)上取決于以下三個方面的因素：（1） 風險識別的系統(tǒng)性和全面性 風險分析和風險評估團隊成員的專業(yè)全面性決定了風險識別的系統(tǒng)性和全面性，決定了風險分析的廣度。風險分析團隊成員的專業(yè)覆蓋面越廣，在進行工藝風險識別時，被識別出的風險就越多，越全面。因此，風險分析團隊人員應至少包括工藝研究人員、化學工程人員、設計人員、自動儀表人員以及具體

29、操作人員等。（2） 風險分析團隊的經(jīng)驗和技術水平 在進行風險分析過程中，分析團隊成員的經(jīng)驗非常重要，風險分析專家的經(jīng)驗直接決定著風險分析的深度。經(jīng)驗越豐富的風險分析專家能夠識別出的風險就越多，對風險分析得就越透徹，同時也會提出更多的風險降低措施，更加切實有效地執(zhí)行后續(xù)的風險控制管理。（3） 風險分析數(shù)據(jù)的可靠性和安全性 對風險進行分析時，所依據(jù)的基礎數(shù)據(jù)必須保證具有可靠性和安全性，如果在風險分析評估過程中所使用的工藝數(shù)據(jù)與真實值存在一定峰偏差，這可能又會產(chǎn)生另外一個風險偏差。因此，在進行風險分析之前，風險分析專家提供的基礎數(shù)據(jù)資料必須經(jīng)過認真核實，確保數(shù)據(jù)的真實性和可靠性。 對化工工藝進行風險

30、分析的工作是一項具有經(jīng)驗性和創(chuàng)造性的工作，它要求風險分析團隊成員應當具有一定的實際工作經(jīng)驗、具有一定的創(chuàng)造力和開闊的思路，更重要的是要具有較高的團隊合作精神。可以說，化工工藝風險識別、評估分析、后續(xù)控制管理的成果是集體智慧的結晶?；し磻獰犸L險及其評估開展化工反應風險測試和風險評估，必須以化工反應的工藝研究為基礎，考慮從小試到中試，進一步開展生產(chǎn)以及工藝優(yōu)化等開發(fā)過程。開展化工反應風險研究和工藝風險評估涉及到以下幾個方面的工作內(nèi)容：1 收集常規(guī)反應信息，包括基本的化學反應方程式，各種變化對化學反應的影響，進行工藝過程使用的化學物料的熱分解性測試。2 采用差示掃描量熱儀（DSC）定量地分析反應使

31、用的所有原料、中間體、產(chǎn)物以及反應體系的熱性質(zhì)，包括放熱性質(zhì)和起始熱分解溫度等，可以采用常規(guī)的動力學差示掃描量熱，如果工藝溫度接近物質(zhì)分解溫度，必須采用等溫差示掃描量熱，得到絕熱條件下，最大分解速率到達時間以及相應的熱量輸出。3 進行爆炸性測試，包括引爆性和爆燃性測試，主要考慮化合物好的化學結構、氧平衡反應情況、最高反應速率情況，必要的情況下，進行爆炸實驗研究。4 確定反應放熱情況，明確最低放熱溫度，可以采用反應量熱儀（RC1）進行反應熱測試。5 進行反應絕熱升溫測試和絕熱溫升計算，得到熱量輸出以及反應到最大速率的時間等。6 確定反應失控考能導致的后果，主要考慮氣體逸出情況、溫度升高情況和壓力

32、升高情況，以絕熱溫升測試和絕熱量熱結果為依據(jù)。燃燒與爆炸風險3.1.2.4 燃燒最低氧需要量（MOC）在氧氣含量8%的情況下，大多數(shù)有機物質(zhì)不能燃燒。因此，通常規(guī)定氧氣含量8%作為安全的操作條件，對于低閃點的高危險性物質(zhì)，要求氧氣含量5%，對于一些特殊反應，例如風險較高的壓力催化加氫反應，要求氧氣含量2%。降低反應體系氧氣含量的常規(guī)方法是采用氮氣對系統(tǒng)進行惰化。對于一些與氮氣能夠發(fā)生化學作用的物質(zhì)，不能使用氮氣作為惰化條件。例如：金屬鋰等物質(zhì)的惰化操作不能使用氮氣，需要使用二氧化碳。4 安全性實驗測試在工藝研究的基礎上，開展化工反應風險研究和工藝風險評估，通過安全性實驗測試以及對實驗測試結果的

33、總結和分析，對工藝反應風險做出評估，明確危險因素和可能發(fā)生的危險等級，確定相應的安全措施，提出可行的工藝優(yōu)化方案以及風險控制措施。安全性實驗測試主要包括物料的熱穩(wěn)定性測試、爆炸性測試、氣體逸出速率測試和對反應的量熱測試等。通過安全性實驗測試，獲取工藝反應的安全性實驗數(shù)據(jù)，作為對工藝反應進行安全性評價的主要依據(jù)，得出的安全性評價結果對于工藝的進一步放大和安全生產(chǎn)具有一定的指導性作用。在進行安全性實驗測試以前，工藝研究、反應風險研究和工藝風險評估需要依據(jù)文獻數(shù)據(jù)對實驗室小試工藝反應的安全性做出評估，文獻數(shù)據(jù)可以檢索到工藝中使用的化學物質(zhì)，包括工藝中使用的溶劑和一些原料、中間體及產(chǎn)物的物理和化學性質(zhì)

34、，但是，文獻數(shù)據(jù)給出的結果不一定具有很高的期望值。例如：合成工藝中常常使用四氫呋喃作為反應溶劑，四氫呋喃很容易與氧氣結合形成爆炸性的過氧化物，這是操作過程中存在的重要危險之一。避免風險發(fā)生的方法要求在操作過程中使用抗氧劑對過氧化物進行處理，同時保持惰性氣體保護環(huán)境。但是，值得注意的是文獻數(shù)據(jù)并不能取代安全性和危險性實驗測試，對于一個全新的反應工藝，當沒有相應的文獻安全數(shù)據(jù)做參考時，實驗測試是一個必不可少的研究起點，實驗測試手段采用一些高端、精確的測試儀器，諸如最低引燃能量測試裝置、實驗室全自動反應量熱儀（RC1）、絕熱反應量熱儀（ARC），差示掃描量熱儀（DSC）等。4.1爆炸性測試燃燒風險和

35、爆炸風險是化工行業(yè)的重大風險，需要盡最大的可能去規(guī)避。因為大多數(shù)有機化合物具有燃爆性，所以需要進行爆炸性測試。如果對反應原料、反應混合物或反應中間體的爆炸性測試顯示出該物質(zhì)具有潛在的嚴重的燃爆或爆炸危險，最好更換反應原料，重新設計工藝，改變工藝路線，通過改變反應中間體的化學結構等途徑來規(guī)避可能的燃爆或爆炸危險。然而，改變工藝路線，重新設計工藝往往比較困難，可行的做法是對現(xiàn)有的工藝采取特殊的預防措施，保持高度的警惕，以保證工藝過程的安全實施，避免發(fā)生燃爆事故。4.1.1固體粉塵著火溫度測試凡是呈細粉狀態(tài)存在的固體物質(zhì)均稱為粉塵。固體粉塵的存在形式可分為粉塵云和和粉塵層兩種，粉塵層是指沉積或堆積在

36、地面或物體表面上的粉塵群；粉塵云是指懸浮在空氣中或容器中的粉塵，粉塵云是高濃度粉塵顆粒與氣體的混合物。粉塵層或粉塵云的著火溫度是指粉塵層或粉塵云在受熱時發(fā)生燃爆的最低溫度。粉塵層和粉塵云由于存在形式的不同，導致各自的著火溫度測試方式不同，粉塵層著火溫度的測試裝置為板式熱爐，如圖4.1所示。對于粉塵層著火的定義如下：（1） 粉塵層著火時能夠觀察到粉塵的有焰燃燒或無焰燃燒；（2） 粉塵層著火溫度可以達到450；（3） 粉塵層著火溫度高出熱表面溫度250。粉塵層著火溫度的測試過程首先是將熱板爐表面加熱到預定的溫度，并穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)，然后將被測試樣品置于熱板中心處，并形成指定厚度的粉塵層，不能用力

37、壓粉塵層。迅速加熱使熱板溫度恒定到放置樣品前的溫度，觀察粉塵是否著火。如果30min或更長時間內(nèi)無明顯自熱，試驗應停止，然后更換粉塵層調(diào)整熱板溫度重新進行試驗，如果發(fā)生著火，應當立即更換粉塵層降溫進行試驗。最高未著火的溫度低于最低著火溫度，其差值不應超過10。所測得的最低著火溫度就是粉塵層的著火溫度。圖4.2是粉塵云著火溫度測試的管式熱爐裝置。粉塵云著火的定義是要求加熱管下端有火焰噴出或火焰滯后噴出，若只有火星而沒有火焰，不視為著火。測試方法是將適量的粉塵裝入盛粉室中，將加熱爐溫度調(diào)到500，并將儲氣罐氣壓調(diào)到10kPa。打開電磁閥，將粉塵噴入加熱爐內(nèi)。如果未現(xiàn)著火，可以升高加熱爐溫度，重新裝

38、入相同質(zhì)量的粉塵進行試驗，直至出現(xiàn)火焰，或直到加熱爐溫度達到1000為止。一旦出現(xiàn)著火，則改變粉塵的質(zhì)量和噴塵壓力，直到出現(xiàn)劇烈著火。然后，將這個粉塵質(zhì)量和噴塵壓力不變，以20的間隔降低加熱爐的溫度進行試驗，直到10次試驗均未出現(xiàn)著火。如果在300時仍未出現(xiàn)著火，則以10的步長降低加熱爐的溫度。當試驗到未出現(xiàn)著火時，再取下一個溫度值，將粉塵質(zhì)量和噴塵壓力分別采用較低和較高一級的規(guī)定值進行試驗。如有必要，可進一步降低加熱爐溫度，直到10次均未出現(xiàn)著火。4.1.2 可燃液體和可燃氣體引燃溫度測試把可燃液體和可燃氣體放入被加熱的試驗瓶內(nèi)，發(fā)生清晰可見的火焰或爆炸性的化學反應，這種反應的延遲時間不超過

39、5min，發(fā)生這樣的現(xiàn)象時，我們稱物質(zhì)被引燃，物質(zhì)被引燃時的最低溫度成為引燃溫度。圖4.3為常用的可燃液體和氣體引燃溫度的測試裝置?？扇家后w和可燃氣體引燃溫度的測試方法是把一定量的可燃液體或可燃氣體試樣注入200ml已加熱的、敞口的錐形燒瓶中，如圖4.3所示。當測試裝置置于暗室里時，可以清楚地觀察到燒瓶內(nèi)物質(zhì)是否發(fā)生引燃。若在一段時間內(nèi)未發(fā)生引燃，需要更換待測液體或氣體樣品，同時升高錐形燒瓶的測試溫度，重復測試，直到發(fā)生引燃。反之，如果物質(zhì)在某一溫度下發(fā)生引燃，則需要更換液體或氣體的試樣，降低燒瓶溫度，重復測試直到不發(fā)生引燃。所測得的試樣最低引燃溫度就是其在空氣中的常壓引燃溫度。4.1.3 最

40、低引燃能量測試燃燒的三要素包括可燃物質(zhì)、助燃物質(zhì)和引燃能量，稱為“火三角”原理，燃燒的必要條件是三者缺一不可。在化工生產(chǎn)過程中，各種有機化工原料都是可燃性物質(zhì)，可燃物質(zhì)這一角色存在無疑的。在通常情況下，助燃物質(zhì)為空氣中的氧氣，助燃物質(zhì)這一角色無處不在的。引燃能量的來源多種多樣，包括外界加熱、化學反應本身放熱以及其他能量來源。在化工生產(chǎn)過程中常常使用大量的有機溶劑，如果操作不當，將導致靜電聚集，產(chǎn)生的靜電作為一種很主要的引燃能量來源，容易導致燃燒和爆炸危險的發(fā)生，很多燃燒和爆炸危險都來源于靜電作用?？扇嘉镔|(zhì)的最低引燃能量是非常重要的安全性參數(shù)，掌握了物質(zhì)最低引燃能量的大小，對于確定安全操作條件，

41、保證安全生產(chǎn)尤為重要。圖4.4是固體粉塵的最低引燃能量測試示意圖。最低引燃能量的測量方法在測試管上水平插入兩根相對的電極，測試管底部盛放粉塵，通過進氣閥將壓縮空氣充入儲氣罐，然后開啟噴粉閥，壓縮空氣將粉塵吹浮起來，并分散到測試管中形成粉塵云，通過給電火花發(fā)生器加上不同的能量，進行引爆，粉塵突然燃爆所需的最低能量，即為固體粉塵的最低引燃能量?？扇細怏w的最低引燃能量的測試類似于固體粉塵最低引燃能量的測試，其測試裝置如圖4.5所示?？扇細怏w的最低引燃能量的測試方法是把預先配制好的可燃混合氣體，從配氣容器中導入到氣體爆炸容器，然后通過調(diào)節(jié)不同放電電壓產(chǎn)生的電火花對測試容器內(nèi)混合氣體進行引燃。通過壓力傳

42、感器可以測得點火后容器內(nèi)的壓力曲線，通過分析壓力曲線判定是否氣體被點燃，點燃混合氣體的最小能量，即為混合氣體的最低引燃能量?？扇脊腆w粉塵和可燃氣體的最低引燃能量往往是毫焦耳級，毫焦耳數(shù)值提高了測試的難度，要求測試裝置的數(shù)據(jù)采集必要必須精確可靠，否則無法進行測試或測試結果偏差很大。4.1.4 爆炸極限測試爆炸極限在熱爆炸學中是一個非常重要的參數(shù)，在化學工業(yè)中，很多爆炸事故是由于可燃氣體或可燃蒸汽達到了其爆炸極限的濃度，在引燃能量的作用下，發(fā)生燃燒或爆炸。在對某一化學工藝進行反應風險研究和風險評估時，必須要首先明確反應工藝過程中所涉及的各種物料的爆炸極限，以此來規(guī)避爆炸風險。如前章所述，雖然，爆炸

43、極限可以通過一些公式進行計算得到，但是，計算數(shù)值并不精確，有時誤差很大，精確可靠的爆炸極限值，還需要通過實驗測試取得。圖4.6是采用一個20L的球形爆炸容器，進行固體粉塵爆炸極限濃度測試的圖示。固體粉塵爆炸極限濃度的測試方法如下： 初次試驗時，按著10g/m3濃度的整數(shù)倍數(shù)確定試驗粉塵濃度。 （1）如果測得的爆炸壓力p0.15MPa，則以10g/m3的整數(shù)倍減小粉塵濃度進行試驗，直至連續(xù)3次同樣試驗所測壓力值p0.15MPa； （2）如果測得的爆炸壓力p0.15MPa，則以10g/m3的整數(shù)倍增加粉塵濃度進行試驗，直至連續(xù)3次同樣試驗所測壓力值p0.15MPa； 所得粉塵試樣爆炸下限濃度介于3

44、次連續(xù)試驗壓力p0.15MPa和3次連續(xù)p0.15MPa之間。 可燃氣體爆炸極限濃度測定如圖4.7所示。 可燃氣體爆炸極限濃度測試方法如下： （1）首先將裝置抽真空，至壓力降p5mmHg； （2）保持5min壓力降p2mmHg； （3）按分壓法進行混合氣配制，然后打開反應管底部泄壓閥進行點火，并觀察火焰是否傳至管頂； （4）用漸近測試法尋找極限值，如果在同樣條件下進行三次試驗，點火后火焰均未傳至管頂，則可改變進樣量，進行下一個濃度的試驗。 爆炸下限的測試樣品增加量每次不能大于10%，爆炸上限的測試樣品減少量每次不小于2%。最后爆炸極限由最近的火焰?zhèn)鞑ズ筒粋鞑サ膬牲c體積分數(shù)的算術平均值來確定。

45、每次試驗后要用濕度低于30%的清潔空氣沖洗試驗裝置，包括反應管壁及點火電極，避免產(chǎn)生污染。4.2掃描測試經(jīng)過對物質(zhì)進行的爆炸性測試，可以確認工藝反應的燃爆及爆炸風險，進一步需要對反應工藝中的物料以及化學反應進行掃描測試，獲取物料的熱穩(wěn)定性和分解特性等安全數(shù)據(jù)。掃描測試方法有很多種，牽涉到的儀器設備多種多樣，測試樣品的需求量可以少至毫克級、多至公斤級，特別重要的高附加值產(chǎn)品也可以進行噸級樣品量的掃描測試。常用的實驗室掃描測試儀有差熱分析（different thermal analysis，DTA）、差示掃描量熱（different scanning calorimetory，DSC）、絕熱測試

46、（insulated exotherm test，IET ）、分解壓力測試（decomposition pressure test，DPT）、氣體逸出速率測試（gas evolution rates test，GERT）等。上述測試的測試溫度區(qū)間都比較寬，可以對樣品進行初始掃描，也可以對反應過程進行掃描測試，適用于實驗室樣品測試。還可以在反應的不同階段從反應混合物中取樣，觀察反應混合物的熱不穩(wěn)定以及物質(zhì)熱分解的可能性，考察在反應溫度條件下反應時間對物質(zhì)穩(wěn)定性的影響，考察在相應的溫度下延長測試時間對物質(zhì)熱穩(wěn)定性的影響。實驗還可以得到熱產(chǎn)生量及產(chǎn)生速率，氣體產(chǎn)生量及逸出速率，反應物質(zhì)劇烈分解爆炸等

47、信息。上述的各種掃描測試的缺點是測試條件趨向于離析熱，并且，熱分解溫度與加熱速率相關，因此，測試結果的穩(wěn)定性不是很強。此外，由于測試的樣品比較少，屬于少量樣品測試，測試結果不足以充分反映大規(guī)模生產(chǎn)的情況。4.2.1 差熱分析（DTA）差熱分析（different thermal analysis，DTA）是在程序控制的條件下進行程序升溫，比較測量物質(zhì)與參比物質(zhì)之間的溫度差與溫度關系的一種掃描分析技術。通過差熱分析測定，可以得到相應的DTA曲線，DTA曲線描述的是試樣與參比物之間的溫差（T）隨溫度或時間的變化關系。在DTA測試實驗中，物質(zhì)會發(fā)生相轉(zhuǎn)變、晶格轉(zhuǎn)變等物理變化，有些物質(zhì)會發(fā)生分解、氧化

48、、還原等其他化學反應，當物質(zhì)發(fā)生物理變化或化學反應時，試樣的溫度會由于物質(zhì)發(fā)生的相轉(zhuǎn)變溫溫差（T）隨溫度或時間的變化關系差（T）隨溫度或時間的變化關系、晶格轉(zhuǎn)變以由于及由于反應的吸熱或放熱等熱效應發(fā)生變化，并由此記錄為試樣與參與物之間的溫差（T）隨溫度或時間的變化曲線。在通常情況下，相轉(zhuǎn)變、還原反應和一些分解反應表現(xiàn)為吸熱反應，而晶格轉(zhuǎn)變、氧化反應等變現(xiàn)為放熱反應。 4.2.1.1 DTA測試的基本原理DTA測試實驗如圖4.8所示。DTA具體測試方法是將試樣和參比物質(zhì)分別放入不同的坩堝1和坩堝2中，將坩堝1和坩堝2置于加熱爐中，以一定的升溫速率進行程序升溫，升溫速率V=dT/dt。以Ts和Tr

49、分別表示試樣和參比物各自溫度，假設試樣和參比物的熱容量分別為Cs和Cr，Cs和Cr不隨溫度而變化，它們的升溫曲線如圖4.9所示。 如果以T=Ts-Tr對時間t作圖，得到的溫度隨時間變化的DTA曲線，如圖4.10所示。 在0a時間區(qū)間內(nèi)，T基本上是保持一致，形成了溫度隨時間變化的DTA曲線的基線。隨著溫度升高，測試樣品的溫度與參比物之間的溫差發(fā)生了變化，在溫度隨時間變化的DTA曲線中表現(xiàn)為有峰出現(xiàn)，通常情況下采用向上的峰表示放熱，向下的峰表示吸熱，也可以反之表示；峰值越大代表溫差越大；峰的數(shù)目越多，代表試樣發(fā)生變化的次數(shù)越多。所以，在物質(zhì)的溫度隨時間變化的DTA測試中，各種吸熱和放熱峰的個數(shù)、峰

50、的形狀、峰面積的大小和峰的位置及其相應的溫度，可以用來定性地鑒定所研究物質(zhì)的熱穩(wěn)定性情況，峰面積大小代表著熱量變化的多少。4.2.1.2 DTA主要影響因素差熱分析操作簡單，但是，在實際工作中往往遇到這樣那樣的問題，例如：當同一個試樣在不同的儀器上進行測量時，或者不同的操作人員在同一臺儀器上進行操作時，所得到的差熱曲線往往會有所差異，測試峰表現(xiàn)出最高溫度、峰的形狀、峰面積值的大小都會存在不同程度的差異。其主要原因是熱量與許多因素有關，物質(zhì)在物理變化或化學變化時，傳熱情況通常比較復雜，容易得到不同的結果。雖然，差熱分析結果受很多因素的影響，往往存在一定的差異，但是，只要嚴格控制各種條件，仍能獲得

51、較好的重現(xiàn)性。DTA實驗測試需要注意下述幾個方面的問題。（1） 參比物質(zhì)的選擇 DTA實驗測試基線非常重要，要想獲得平穩(wěn)的基線，參比物質(zhì)的選擇是重要的因素，參比物質(zhì)的選擇有一定的原則要求，參比物質(zhì)在加熱或冷卻過程中不能發(fā)生任何的變化。根據(jù)物質(zhì)穩(wěn)定性，通常選擇-三氧化二鋁、煅燒過的氧化鎂或石英砂作為參比物。此外，在整個升溫過程中，參比物質(zhì)的比熱容、導熱系數(shù)、粒度等要盡可能與試樣保持一致或與試樣相近，盡可能保證基線的平穩(wěn)。（2） 試樣的預處理和用量 DTA實驗測試物質(zhì)用量的確定是另一個重要因素，如果試樣用量大，容易使相鄰的兩個峰重疊，造成峰的分辨率降低。因此，應盡可能減少試樣的用量。測試樣品的顆粒

52、度大小最好在100200目左右，太大的顆粒雖然可以改善導熱條件，但是，測試物質(zhì)的顆粒太細可能會破壞試樣的晶體結構，對于容易分解而產(chǎn)生氣體的測試樣品，測試物質(zhì)的顆粒度應稍大一些。參比物質(zhì)的顆粒度、裝填情況及緊密程度應與測試樣品保持一致，盡可能減少基線的漂移。（3） 溫升速率的選擇 DTA實驗測試溫升速率的選擇同樣是一個重要因素，溫升速率不僅僅影響出峰的位置，而且影響峰面積的大小。在通常情況下，較快的溫升速率會導致面積的相對變大，峰型變得尖銳。而且，較快的溫升速率還會造成測試品由于分解而偏離平衡條件的程度變大，容易使基線出現(xiàn)漂移。更為突出的缺點是有可能導致相鄰兩個峰的重疊，造成峰的分辨率下降。在較

53、慢的溫升速率條件下，基線漂移相對減少，容易使體系接近平衡條件，分辨率提高，可以使兩個相鄰的峰的峰型變得扁而寬，增強峰的分辨率，使得峰之間得到更好的分離。但是，由于通常選擇測試的靈敏度為812/min，對儀器的靈敏度要求較高，測定時間較長。因此，真正應用過程中需要根據(jù)實際情況選擇合適的升溫速率。（4） 氣氛和壓力的選擇 DTA實驗測試氣氛和測試壓力的選擇同樣是一個重要因素，測試氣氛和測試壓力可以影響測試樣品化學反應和物理變化的平衡溫度和峰型。因此，必須根據(jù)測試的性質(zhì)選擇適當?shù)臏y試氣氛和測試壓力。通常情況下，由于多數(shù)測試樣品容易被氧化，需要選擇氮氣（N2）和氦氣（He）等惰性氣體的測試氣氛，并根據(jù)

54、具體測試要求確定合適的壓力條件。4.2.2 熱重分析熱重分析（thermal gravimetric analysis，TG或TGA）也是一種熱分析技術，可以用來研究物質(zhì)的熱穩(wěn)定性和組分變化等情況，TGA是物質(zhì)穩(wěn)定性研究比較常用的檢測和檢測手段。熱重分析技術是指在程序控制條件下進行程序升溫，測量待測試樣的質(zhì)量與溫度或時間的變化關系，TGA廣泛應用于研發(fā)、質(zhì)量控制和物質(zhì)風險研究，在實際的物質(zhì)分析過程中，熱重分析經(jīng)常與其他分析方法聯(lián)用。例如：熱重分析與差示掃描量熱聯(lián)用，成為熱重-差示掃描量熱，簡稱TG-DSC技術。TG-DSC技術可以應用于綜合熱分析，全面準確地分子化學物質(zhì)的熱穩(wěn)定性。熱重分析所使

55、用的儀器是熱天平，測試樣品量一般為（25)mg,不能過多，由于熱天平靈敏度很高，通?？蛇_0.1g，如果測試樣品量過多，樣品加熱時的傳熱效果較差，導致測試樣品內(nèi)部溫度變化梯度加大，有時甚至會使測試樣品產(chǎn)生熱效應，造成測試樣品的溫度偏離線性程序升溫，使熱重曲線發(fā)生較大的變化，另外，測試時用于盛放測試樣品的試樣器皿的材質(zhì)需要能夠耐受高溫，并且對測試樣品、中間產(chǎn)物和最終產(chǎn)物都具有相對的惰性，不能與測試樣品、中間產(chǎn)物和最終產(chǎn)物具有反應活性。因此，通常使用的試樣器皿的材質(zhì)包括陶瓷、石英、鉑金、鋁等。在進行熱重分析測試時，不同的測試樣品需要不同材質(zhì)的試樣器皿，保證測試器皿不會受到損壞。一般情況下，在進行熱重

56、分之前，需要首先了解測試樣品的相關腐蝕活性等性質(zhì)，以便選擇合適的試樣器皿，保證能夠進行準確的熱重分析測試。4.2.2.1 熱重測試的基本原理 熱重分析的基本原理是考慮當測試樣品重量發(fā)生變化時的情況，將樣品重量發(fā)生的變化所引起的天平稱量數(shù)值轉(zhuǎn)化成電磁量，微小的電磁量變化經(jīng)過放大器放大后，傳送給電腦，由電腦進行數(shù)據(jù)采集并記錄。測試過程中產(chǎn)生的電磁量的變化的大小正比于測試樣品的重量變化大小。實際測試過程中，當被測物質(zhì)在加熱過程中發(fā)生汽化、升華、分解產(chǎn)生氣體或失去結晶水而表現(xiàn)出失重時，被測物質(zhì)的質(zhì)量就會發(fā)生變化，電腦則會及時地在線記錄被測物質(zhì)的質(zhì)量變化情況，最后得到熱重曲線。熱重TG曲線采取以質(zhì)量作縱

57、坐標，自上而下表示質(zhì)量減少；以溫度或時間作為橫坐標，自左至右表示溫度和時間的增加。對得出的熱重TG曲線進行分析，就可以知道被測物質(zhì)在什么情況下產(chǎn)生變化，并且根據(jù)TG測試的失重量，得到樣品的熱變化所產(chǎn)生的熱性質(zhì)方面的信息。4.2.2.2 熱重測試的應用熱重分析技術的顯著特點是具有比較強的定量性，能準確地測量出測試物質(zhì)的質(zhì)量變化及質(zhì)量變化的速率情況。只要被測物質(zhì)受熱時能夠產(chǎn)生重量的變化，就可以使用熱重分析技術進行其變化過程的測試研究。熱重分析技術可以測試的對象包括腐蝕、高溫分解、溶劑的損耗、氧化/還原反應、水合/脫水等。目前，熱重分析技術廣泛應用于化工原料、塑料、橡膠、涂料、藥品、催化劑、無機材料、金屬材料以及復合材料等各個相關領域的研究開發(fā)、工藝優(yōu)化與質(zhì)量監(jiān)控等，具體研究領域包括無機物化合物的熱分解研究、有機物的熱分解研究、聚合物的熱分解研究；反應動力學的研究；爆炸材料的研究；金屬在高溫