5.2 反应器

5.2.1 日本中央劳动灾害防止协会调查研究部对间歇式化工过程的事故统计分析结果为：反应22.9%，贮存12.5%，输送10.1%，蒸馏6.7%，混合5.8%。Ciba Geigy公司1971年~1980年工厂事故统计显示，56%的事故是由反应失控或近于失控造成的。《关于加强精细化工反应安全风险评估工作的指导意见》（安监总管三〔2017〕1号文）指出精细化工生产中反应失控是发生事故的重要原因。因此精细化工工程防火设计必须重视反应器工艺及系统设计。
    参考《关于加强精细化工反应安全风险评估工作的指导意见》要求，依据反应工艺过程的危险度等级和评估建议，设置安全仪表系统。
    温度作为评价基准是反应工艺过程危险度评估的重要原则。需考虑四个重要的温度参数：工艺操作温度T_p、技术最高温度MTT、失控体系最大反应速率到达时间TMR_ad为24h对应的温度TD₂₄和失控体系可能达到的最高温度MTSR。
    工艺操作温度T_p：反应过程中冷却失效时的初始温度。
    技术最高温度MTT：可以按照常压体系和密闭体系两种方式考虑。对于常压反应体系来说，技术最高温度为反应体系溶剂或混合物料的沸点；对于密封体系而言，技术最高温度为反应容器最大允许压力时所对应的温度。
    失控体系能达到的最高温度MTSR：当放热化学反应处于冷却失效、热交换失控的情况下，由于反应体系存在热量累积，整个体系在一个近似绝热的情况下发生温度升高。在物料累积最大时，体系能够达到的最高温度称为失控体系能达到的最高温度。
MTSR与反应物料的累积程度相关，反应物料的累积程度越大，反应发生失控后，体系能达到的最高温度MTSR越高。
    危险度等级评估可参照表9确定。
     反应工艺过程危险度等级为1级的，设置常规的自动控制系统；反应工艺过程危险度等级为2级和3级的，除配置常规的自动控制系统外，根据评估建议，设置相应的安全仪表系统；反应工艺过程危险度等级为4级和5级的，除配置常规的自动控制系统外，还应设置独立的安全仪表系统。应在过程危险分析（如HAZOP分析）的基础上，通过风险分析（如保护层分析，LOPA）来确定安全仪表系统的安全完整性等级（SIL）。
5.2.2 常用的减缓措施说明如下：
    1 紧急冷却（emergency cooling）：在发生失控时，使用紧急冷却代替正常冷却。一般需设置一个独立的冷却系统，通过反应器的夹套或盘管引入冷却介质。要注意紧急冷却后的反应物料温度不得低于其凝固点，还要保证反应器的良好搅拌，否则会降低传热，造成严重后果。若搅拌器可能失效，则还应考虑在反应器底部通入氮气，帮助物料混合。
    2 抑制（inhibiting）：通过喷嘴或用氮气向反应物料喷射少量抑制剂，减缓或终止失控的反应。为了使抑制剂快速分散、均匀分布，必须确保有效的搅拌。抑制剂的选择与反应过程有关。例如，自由基聚合反应选用自由基清除剂（阻聚剂）；催化反应选用催化剂失效剂；对于氯或酸性混合物体系，可以用碱性物质中和。
    3 淬灭（quenching）或浇灌（flooding）：大量惰性的和冷的淬灭剂浇灌反应物料，可以起骤冷和稀释作用，通过降低温度和浓度来减缓或终止失控反应。水因其便宜、易得和高比热，而且使用安全，是常用的淬灭剂。在高寒地区室外使用时，应加防冻液，不宜用伴热防冻。对于与水会发生放热反应的情况，如磺化反应，应使用冷硫酸作淬灭剂。对于热效应很大的情况，可使用液氮或干冰。淬灭液槽可设置在反应器上方，一旦开启阀门，淬灭剂依靠重力流入反应器，浇灌反应物料。采用抑制和淬灭措施，反应器设计时必须留出空余容积。
    4 倾泻（dumping）：倾泻是指在反应失控时将反应物料全部转移到盛有淬灭剂或/和抑制剂的倾泻槽。这既可保护反应器，又可提高生产能力。倾泻槽可安装在反应器下方，反应物料依靠重力通过反应器底部阀门排出。
    5 控制减压（controlled depressurization）：这项措施不同于紧急泄放，它是在不采用外部冷却的情况下，利用控制减压使物料蒸发冷却，降低反应温度。
保证以上减缓措施有效，必须做到：
    （1）充分考虑监测、启动和产生效果所需要的时间。
    （2）这些措施的设备、阀门、管道、仪表和相关的公用工程必须时刻处于备用状态，一旦需要立即动作。
    （3）根据HAZOP分析及安全功能评定，确定是否设置安全仪表系统（SIS）及其安全危险性等级（SIL），以提高系统的安全可靠性。