实验室安全建设和管理

null实验室建设与安全管理实验室建设与安全管理 张礼敬 教授 一级安全评价师 国家注册安全工程师 zhanglj@njut.edu.cn 13851810118 南京工业大学安全工程 第1章 安全概述第1章 安全概述第1节 什么是安全 1.1 安全的本质含义 安全：没有伤害、没有事故发生、没有损失、没有威胁。 定义：安全是指在生产活动过程中，能将人员伤亡或财产损失控制在可接受水平之下的状态。中国：安全生产事故死亡人数中国：安全生产事故死亡人数null2007年中国矿难死亡人数：3786，平均每二个半小时死一名矿工。 美军入侵伊拉克快5年了，阵亡人数是3921。 1907年，美国矿难死亡人数是3242人。null李毅中（2005年6月24日）：“我们去年的GDP是13.6万亿，作为分母，分子是13.67万人，也就是说每万人中就有一个人因为生产安全事故死亡，这个大概是美国的2.6倍 。” 李毅中说，还有一个数字叫万车死亡率，我们的各类车，包括摩托车，各种机动车，每万辆死亡的人数大概10个人，这个大概是美国的6倍。null中国国家安全生产监督管理总局局长骆琳先生2009年1月16日示，2008年中国安全生产总体水平进一步提高，年度事故死亡人数十三年来首次降到十万人以下。null 安全的本质含义： ①预知危险——预知、预测、分析危险 ②消除危险——限制、控制、消除危险 安全，是指免遭不可接受的伤害。1.2 安全问题的发展历史1.2 安全问题的发展历史安全问题是随着生产的出现而产生，随着生产和技术的发展而发展。 如在古希腊和罗马帝国时期，都设立了以维持治安和救火为主要使命的禁卫军和值班团。 12世纪英国颁布了“防火法令”，17世纪颁布了“人身保护法”，从法律上确定了安全管理的社会性。1.3 安全生产的战略位置1.3 安全生产的战略位置 安全第一，1903年，由美国资本家（矿山）首次提出。1.3.1安全是现代生产、科研装置正常运行的前提条件1.3.1安全是现代生产、科研装置正常运行的前提条件 人类自己制造的文明，同样能够毁灭自己。 1776年瓦特蒸汽机的发明，促进了航海、火车的发展 当蒸汽锅炉发生第一次爆炸的时候，这是一个伟大的信号，这个信号告诉人们，人类自己制造的文明，自己创造的财富（不是老天给的）反过来会伤害自己。人类开始面临现代灾害了。1.3.2 世界范围内思想的转变1.3.2 世界范围内设计思想的转变产品：经济性、操作性、安全性，为每种产品工艺存在和发展的三个基本要素。 人们开始认识到：以经济性为轴心进行的初期开发与可行性研究，当工作进展到某一阶段时，安全可靠性反而成为第一位的。 所以60年代以后，国外有人提出以安全、公害为轴心，发展石油化工工艺。1.3.3 经济技术决策在很多时候决定于安全问题是否能够解决1.3.3 经济技术决策在很多时候决定于安全问题是否能够解决①核电站的和平利用，首要问题安全 ②球罐 （1）美国二战前就使用了（最早） 1940年发生一次爆炸，由泄漏引起。 （2）二战后，日本从非洲运油，需大型油罐贮存 50年代初研制了一个50万m3贮油罐。1.3.4 现代生产安全问题已经成为重大的社会问题，是社会进步、经济繁荣、人们安居乐业的一种象征。1.3.4 现代生产安全问题已经成为重大的社会问题，是社会进步、经济繁荣、人们安居乐业的一种象征。第2节 事故与灾害第2节 事故与灾害2.1 事故 （1）危险（Danger） 危险是指在生产活动过程中，人员或财产遭受损失的可能性超出了可接受水平的一种状态。 （2）安全性（safety Property） 安全性指确保安全的程度，是衡量系统安全程度的客观量。null（3）隐患 隐患系指潜藏的祸患。隐患包括一切可能对人－机－环境系统带来损害的不安全因素。 （4）事故 “事故”定义为：造成人员伤亡、职业病、设备损坏或财产损失的一个或一系列意外事件。 2.2 灾害2.2 灾害2.2.1 自然灾害 自然灾害中有洪水、干旱、飓风、台风、火山爆发、地震、虫害等； 2.2.2 人为灾害 人为灾害中有工业灾害、战争灾害等。 工业灾害的形式多发生在空难、海难、沉船、撞车、颠覆、火灾、爆炸、气云爆炸、毒气大面积泄漏、核泄漏等。第2章 燃烧理论第2章 燃烧理论第1节 燃烧及燃烧危险 1.1 燃烧概念及特征 定义：可燃物和氧在一定条件下发生剧烈的化学反应，并伴有发热和发光的物理化学现象。 a氧化反应；b放热；c发光或烟1.2 宏观燃烧过程1.2 宏观燃烧过程（1）局部的急剧反应带的产生（发火过程） （2）上述反应带向未反应部分传播（传播过程）1.3 可燃气体混合物的燃烧1.3 可燃气体混合物的燃烧在可燃气体混合物中，火焰传播的示意图（1）火焰阵面 在每一瞬间，尚未发生反应的区域和已经反应的区域被一狭窄的正在进行反应的混合物层隔开，这个混合物层就称为火焰阵面。 （2）火焰传播的速度 若在燃烧过程中环境压力保持一定，火焰以恒定速度传播，这样的燃烧过程称为火焰的正常传播，其速度称为火焰的正常速度。1.4 部分可燃化合物质的燃烧生成产物1.4 部分可燃化合物质的燃烧生成产物可燃物质完全燃烧时，其燃烧产物为：碳成为二氧化碳，氢成为水。第2节 燃烧的要素和条件第2节 燃烧的要素和条件2.1 燃烧要素 （1）可燃性物质； （2）助燃性物质； （3）点火源2.2 燃烧条件（火三角）2.2 燃烧条件（火三角）（1）可燃物与助燃物作用并达到一定的数量比例 （2）足够能量和温度的引燃源与之作用第3节 燃烧过程第3节 燃烧过程3.1 可燃物质燃烧过程 一般可燃物质燃烧并非物质本身在燃烧，而是物质受热分解出的可燃性气体在空气中燃烧。 （1）气体最易燃烧，燃烧所需热量只用于本身的氧化分解，并使之达到燃点； （2）液体在点火源作用下，先蒸发成蒸气，然后蒸气氧化分解而燃烧；null（3）固体燃烧分两种情况： ①对于硫磷等简单物质，受热时首先熔化，继之蒸发变为蒸气进行燃烧，无分解； ②对于复杂物质，受热时首先分解为物质的组成部分，生成气态和液态产物。然后，气态、液态产物的蒸气着火燃烧。第4节 闪点，燃点，自燃点第4节 闪点，燃点，自燃点4.1 闪燃与闪点 4.1.1 概念 闪点：在一稳定的空气环境中，可燃性液体或固体表面产生的蒸气，在试验火焰作用下被闪燃时的最低温度。 可燃液体的闪点随其浓度的变化而变化。null如当乙醇含量为100%时，闪点是9℃；80％时，闪点是19℃当含量降至5％时，闪点是62℃；含量再降至3％时，就没有闪燃现象了。如表8－2。null液化烃、可燃液体的火灾危险性分类表2.0.2（石油化工企业设计防火规范GB 50160－92）4.1.2 测试4.1.2 测试闪点测试，有开杯式和闭杯式两种。开杯闪点比闭杯闪点高几度。 测定可燃液体闪点时，为了使液面上的蒸气浓度分布均匀，采用闭杯式容器。但是对闪点较高的液体，可以采用开杯式容器。 可燃液体的闪点是随其浓度的变化而变化的。4.2 燃点4.2 燃点 燃点：在一稳定的空气环境中，可燃性液体或固体表面产生的蒸气在试验火焰作用下被点燃（出现火焰或灼热发光），且能持续燃烧下去时的最低温度。称为该物质的燃点也称为着火点。 燃点比闪点一般高5℃-20℃左右，但是闪点在100℃以下时，往往出现两者相同的情况。 物质的燃点反应了物质的性质。4.3 自燃和自燃点4.3 自燃和自燃点4.3.1 自燃点 系指可燃物在没有火焰、电火花等火源直接作用下，在空气或氧气中被加热而引起燃烧的最低温度（引燃温度）。 自燃点 可燃物质在助燃性气体中加热而没有外来火源的条件下起火燃烧的最低温度。 一般，液体相对密度越小，其闪点越低，而自燃点越高；液体相对密度越大，闪点越高，而自燃点越低。4.3.2 物质的自燃现象4.3.2 物质的自燃现象自燃 全称“自燃着火”。是无需外界热源点燃，由可燃物和氧化剂本身自发的化学反应所引起的着火过程。 其特点是可燃混合物接受内热源整体的加热。 （1）受热自燃 可燃物质在外部热源作用下温度升高，达到自燃点而自行燃烧谓之自燃。 （2）自热燃烧 可燃物在无外部热源影响下，其内部发生物理的、化学的或生化过程而产生热量，并经长时间积累达到该物质自燃点而自行燃烧的现象。4.4 物质的燃点、闪点、自燃点的关系4.4 物质的燃点、闪点、自燃点的关系燃点固体或液体能够产生足够蒸气时的那个最低温度。 闪点指液体在空气中或液面附近产生蒸气，其浓度足够被点燃时的最低温度。 自燃点系指可燃物在没有火焰、电火花等火源直接作用下，在空气或氧气中被加热而引起燃烧的最低温度（引燃温度）。可燃物的自燃点不是物质的固有常数。null易燃液体的燃点约高于闪点1.5℃，而闪点愈低二者相差愈小。 因为易燃液体的燃点极接近于闪点，所以在估计易燃液体的火灾危险性时，只考虑闪点就可以了。 自燃点不是物质的固有的常数，和闪点是根本不同的。 一般说来，流体比重越小，闪点越低，而自燃点越高。几点液体燃料的自燃点和闪点比较，℃几点液体燃料的自燃点和闪点比较，℃第3章 爆炸理论第3章 爆炸理论第1节 爆炸及爆炸现象 1.1 定义 定义：爆炸是一种以系统压力快速升高产生破坏性压力为特征的气体动力现象。 爆炸的一个重要特点是大量能量在有限的体积内突然释放或急剧转化。1.2 特征1.2 特征①爆炸过程的快速性： ②爆炸点附近压力急剧升高，多数爆炸伴有温度升高； ③周围介质发生震动或邻近的物质遭到破坏。1.3 爆炸基本条件1.3 爆炸基本条件1)反应的放热性 2)反应的快速性 3)生成气体物质 爆炸三要素 指构成爆炸的热量、快速和生成气体3种条件。热量给爆炸提供能源；快速则使有限的能量集中在局限化空间形成能量高度积聚；生成的气体则是能量转换、能量释放的工作介质。1.4 单位含能量1.4 单位含能量单位体积或单位重量的爆炸系或爆炸物所具有的爆炸能量。表8－15 物质单位含能量的比较表8－15 物质单位含能量的比较就单位体积的含能量而言，炸药的含能量可以达到燃料-空气混合物含能量的130~600倍。1.5 爆炸作用1.5 爆炸作用指物质爆炸时对周围物体的各种机械作用。 爆炸作功的形式是多种多样的，总作功能力为各项爆炸作用作功的总和。爆炸所作的总功称为爆炸物的作功能力，又称为爆炸物的威力。第2节 爆炸分类第2节 爆炸分类2.1 爆炸按照其性质来分 （1）物理性爆炸 这种爆炸是由物理变化而引起的，物质因状态或压力发生突变而形成爆炸的现象成为物理性爆炸。 物理性爆炸前后物质的性质及化学成分均不改变。null（2）化学性爆炸 由于物质发生极迅速的化学反应，产生高温高压而引起的爆炸称为化学性爆炸。 化学性爆炸前后物质的性质和成分均发生了根本的变化。2.2 根据爆炸传播速度2.2 根据爆炸传播速度轻爆：通常指爆炸传播速度为每秒数十厘米至数米的过程； 爆炸：指爆炸速度为10米至数百米的过程； 爆轰：指爆炸传播速度为1000米至数千米以上的过程。null爆轰是在一定浓度极限范围内产生的。 氢一空气：18.3—59.0％ 乙炔一空气：4.1—50.0％ 氢一氧气(66.7％)：2821m/s 乙炔一氧气(40.0％)：2716m/s 爆轰还与压力有关。 高压乙炔爆轰速度(98％)： 5 kg/cm2－1050 m/s 25 kg/cm2－1600 m/s 炸药类： 雷汞－5400 m/s 硝化甘油一8625m/s2.3 按引起爆炸反应的相，可分为气相爆炸和凝相爆炸两大类2.3 按引起爆炸反应的相，可分为气相爆炸和凝相爆炸两大类凝相比起气相来，由于其密度为气相的100～1000倍，所以与气相爆炸有较大的区别。 （1）气相爆炸 a．可燃气体混合物爆炸 可燃性气体或可燃性液体蒸汽同助燃性气体按一定比例混合，在着火源作用下而引起的爆炸称为爆炸性混合气体爆炸。nullb．气体热分解爆炸 单一气体由于分解反应产生大量的反应热而引起的爆炸。 c．可燃性粉尘爆炸 可燃性固体的微细粉尘，在一定浓度、呈悬浮状态分散在空气等助燃气体中时，并保持适当浓度的状态下，由着火源作用而引起的爆炸谓之粉尘爆炸。 d．喷雾爆炸 空气中易燃液体被喷成雾状物剧烈燃烧时引起的爆炸。nulle．可燃蒸气云爆炸 可燃蒸气云产生于泄漏、喷出后所形成的滞留状态。 比空气轻的气体浮于上方，重的则沉覆于地面，滞留于低洼、窨井之处，可随风飘移形成连续气流在同空气混合达其爆炸极限，在火源存在下即可引起爆炸。 f．过压爆炸 由于压缩气体压力超高，引起设备、容器、管线等破裂所引起的爆炸。null（2）凝相爆炸 1）液相爆炸 a．聚合爆炸 b．蒸发爆炸(蒸气) 蒸气爆炸－由于生成过热液体，发生快速蒸发时而引起的爆炸。 2）固相爆炸 a．易爆化合物爆炸 b．导线爆炸 c．固相转化时造成的爆炸第3节 可燃气体爆炸第3节 可燃气体爆炸3.1 分解爆炸性气体爆炸 某种可燃气体在某种条件作用下，分解过程产生高热引起的爆炸。 此种气体分解可以产生相当数量的热量，当分解热达到20－30kcal／mol的物质在一定条件下点火之后火焰就能传播开来。null在高压下容易引起爆炸的物质，当压力降至某数值时，火焰便不再传播，这个压力叫做分解爆炸的临界压力。 众所周知“乙炔压缩就会爆炸”，它表明高压下乙炔非常危险，其原因是高压下乙炔的分解爆炸。null乙炔分解爆炸反应： C2H2→2C(固)十H2 ΔH＝-226.7 kJ／mol 乙炔分解爆炸时，终压为初压的11倍左右。 乙炔分解爆炸的临界压力为0.137MPa（表压）（1.4kg／cm2）。 乙烯分解爆炸的临界压力为3.92MPa(表压)。3.2 爆炸性混合物爆炸3.2 爆炸性混合物爆炸（1）爆炸性混合物 如果可燃的气体或蒸气预先按一定比例与空气均匀混合，这种气体或蒸汽与空气的混合物，称为爆炸性混合物。 （2）爆炸极限 可燃性气体或蒸气与助燃性气体形成的均匀混合系，在标准测试条件下引起爆炸的浓度极限值，称为爆炸极限。null能够引起爆炸的可燃性气体的最低含量称为爆炸下限；最高浓度称为爆炸上限。 爆炸极限一般可以用可燃性气体或蒸汽在混合物中的体积百分数来表示，有时也用单位体积气体中可燃物的含量来表示(g/m3或mg/L)null（3）爆炸极限的影响因素 1）原始温度 爆炸性混合物的原始温度越高则爆炸极限范围越大。 2）原始压力 一般压力增大，爆炸极限扩大；压力降低，则爆炸极限范围缩小。 压力降至某值时，其下限与上限重合，将此时的最低压力称为爆炸的临界压力。 一氧化碳的临界压力为真空度30.66kPa。一般烃类介质的临界压力为真空度5.33kPa。null3）惰性介质及杂质 若混合物中所含惰性气体的百分数增加，爆炸极限的范围缩小。 例如如果没有水，干燥的氯没有氧化的性能，干燥的氢和氧的混合物在较高的温度下不会产生爆炸。 4）容器 容器的管子直径越小，爆炸极限范围越小。 当管径(火焰通道)小到一定程度时，单位体积火焰所对应的固体冷却表面散出的热量就会大于产生的热量，火焰便会中断熄灭。火焰不能传播的最大管径称为该混合系的临界直径。null5）能源 点火能的强度高、热表面的面积大、点火源与混合物的接触时间等都会使爆炸极限扩大。 表4 部分气体的最低引爆能量(毫焦)表4 部分气体的最低引爆能量(毫焦)《石油化工企业设计防火规范》GB50160－1992（1999年版）可燃气体的火灾危险性分类 表2.11.1可燃气体的火灾危险性分类 表2.11.1柴油： 40℃ 爆炸极限0.7—5.0%null2009年10月19日下接第四章： 危险化学品基本知识