Mối nguy từ phản ứng hóa học và rủi ro bị quá nhiệt

Đăng lúc: Thứ sáu - 01/08/2014 02:16 - Người đăng bài viết: Nguyễn Tấn Nhật
Một phản ứng hóa học vượt khỏi giới hạn kiểm soát có thể gây ra những tai nạn nghiêm trọng về người, tài sản và môi trường. Trong bài viết này thongtinantoan sẽ hướng dẫn quý độc giả nhận diện những mối nguy chính khi thực hiện các phản ứng hóa học và biện pháp đảm bảo an toàn khi tiến hành công việc.
Mối nguy từ phản ứng hóa học và rủi ro bị quá nhiệt

Mối nguy từ phản ứng hóa học và rủi ro bị quá nhiệt

Bài viết này tập trung cho đối tượng chính là các doanh nghiệp sản xuất hóa chất vừa và nhỏ, tuy nhiên về nguyên lý có thể áp dụng cho mọi loại hình doanh nghiệp.
1. Những mối nguy từ phản ứng hóa học
Trong sản xuất hóa chất, nguyên liệu thô phản ứng với nhau để cho ra các sản phẩm. Những phản ứng hóa học thường sản sinh năng lượng dưới dạng nhiệt – phản ứng tỏa nhiệt. Một phản ứng có thể tỏa nhiệt ngay cả khi phải cung cấp nhiệt cho nguyên liệu để khơi mào phản ứng.
Bài viết này tập trung chủ yếu vào mối nguy phát sinh trực tiếp từ các phản ứng tỏa nhiệt. Còn có những mối nguy khác liên quan đến sản xuất hóa chất như vận chuyển hóa chất độc hại, cháy nổ hay tiếng ồn, làm việc trên cao, mối nguy về cơ khí ... tuy nhiên những mối nguy này không nằm trong phạm vi của bài viết.
2. Phản ứng bị quá nhiệt
Một phản ứng tỏa nhiệt có thể bị quá nhiệt do nhiệt tạo ra bởi phản ứng cao hơn mức nhiệt làm mát. Nhiệt lượng này làm gia tăng nhiệt độ của khối phản ứng dẫn đến tốc độ phản ứng cũng tăng theo. Kết quả là lượng nhiệt sản sinh tiếp tục gia tăng.Thông thường tốc độ phản ứng và tốc độ sản sinh nhiệt tăng gấp đôi khi nhiệt độ tăng thêm 10°C.
Sự quá nhiệt thường hay xảy ra bởi vì khi gia tăng nhiệt độ, tốc độ làm mát gia tăng tuyến tính còn tốc độ nhiệt sản sinh gia tăng theo cấp số nhân. Một khi mất kiểm soát phản ứng, nhiệt độ có thể gia tăng rất nhanh và có rất ít thời gian để có thể điều chỉnh. Thiế bị phản ứng có thể bị đối mặt với rủi ro quá áp do hiện tượng sôi hay chuyển pha khí đột ngột. Sự leo thang nhiệt độ có thể khơi mào cho các phản ứng quá nhiệt hoặc phân hủy nguy hiểm khác.
a. Ảnh hưởng của phản ứng bị quá nhiệt
Một phản ứng bị quá nhiệt có thể sinh ra một loạt các kết quả từ sự quá sôi của khối phản ứng cho đến tăng đột ngột về nhiệt độ và áp suất dẫn đến nổ. Nếu vật liệu dễ cháy được giải phóng, cháy nổ có thể xảy ra. Chất lỏng nóng và các vật liệu độc hại có thể bị phát tán gây ô nhiễm nơi làm việc hoặc môi trường xung quanh.
Bên cạnh đó còn xuất hiện các nguy cơ khác như làm nhân viên vận hành nhà máy bị thương, hay thậm chí là tử ... Nếu may mắn, phản ứng bị quá nhiệt chỉ gây ra những tổn thất như gián đoạn sản xuất, còn nếu xấu hơn có thể xảy ra những tai nạn nghiêm trọng chẳng hạn như thảm họa xảy ra tại nhà máy Seveso (1976) và nhà máy Bhopal (1984).
b. Mối tương quan giữa quy mô phản ứng và sự quá nhiệt
Quy mô phản ứng được tiến hành có ảnh hưởng đáng kể đến khả năng xảy ra sự quá nhiệt. Nhiệt sản sinh gia tăng theo thể tích của hỗn hợp phản ứng, trong khi đó nhiệt làm mát phụ thuộc vào bề mặt trao đổi nhiệt. Khi quy mô và tỉ lệ giữa thể tích với bề mặt tăng lên, sự làm mát trở nên không phù hợp. Điều này rất quan trọng và cần tính toán khi triển khai áp dụng sản xuất từ quy mô phòng thí nghiệm sang sản xuất thực tế. Ngoài ra cũng cần lưu ý điều này khi điều chỉnh về mặt công nghệ để nâng cao năng suất sản xuất.
3. Nguyên nhân chủ yếu dẫn đến sự cố phản ứng bị quá nhiệt
  • Không hiểu biết đầy đủ về công nghệ hóa học và nhiệt hóa học
  • Thiết kế hệ thống giải nhiệt không phù hợp
  • Hệ thống kiểm soát và hệ thống an toàn không phù hợp
  • Quy trình vận hành không phù hợp bao gồm cả việc đào tạo...
4. Bạn cần phải làm gì để đối phó với rủi ro phản ứng bị quá nhiệt?
Để đối phó với mối nguy phản ứng hóa học trước hết bạn cần nhận diện chúng, sau đó xác định khả năng có thể xảy ra và hậu quả có thể xảy đến. Hay nói cách khác, bạn cần đánh giá rủi ro đối với quy trình công nghệ.
4. 1. Đánh giá rủi ro công nghệ hóa học
Một đánh giá điển hình sẽ bao gồm:
Xác định công nghệ, điều kiện vận hành và thiết bị.
Nhận diện mối nguy.
  • Đánh giá rủi ro phát sinh từ các mối nguy và xác định liệu những biện pháp phòng ngừa hiện có đã đầy đủ hay cần bổ sung thêm.
  • Lựa chọn và xác định các biện pháp an toàn phù hợp và
  • Triển khai và duy trì các biện pháp an toàn đã lựa chọn.
Bạn nên bắt đầu đánh giá rủi ro càng sớm càng tốt khi triển khai công nghệ. Việc đánh giá nên tiến hành đầu đủ để xác định các mối nguy hiểm tiềm tàng và điều tra nguyên nhân của chúng. Nếu có thể, các mối nguy cần phải được loại bỏ.
Trong giai đoạn phát triển thiết kế, cần dự đoán những sai lệch có thể có trong quá trình vận hành bình thường như lỗi thiết bị hay lỗi con người. Bạn cần tuân theo phương pháp có hệ thống để nhận diện mối nguy như nghiên cứu Hazop, đặc biệt là đối với các nhà máy, quy trình công nghệ có mối nguy cao, phức tạp hay ứng dụng công nghệ mới.
Đánh giá mối nguy phản ứng hóa học
Để xác định các mối nguy của một phản ứng, bạn cần thông tin về hóa chất và phản ứng nhiệt hóa học. Bao gồm:
  • Khả năng phân hủy nhiệt của vật liệu thô, các chất trung gian, sản phẩm và sản phẩm phụ;
  • Liệu có xảy ra sự quá nhiệt của phản ứng tỏa nhiệt và
  • Tốc độ và lượng nhiệt hình thành bởi phản ứng.
Nếu như không an toàn để thử nghiệm các phản ứng chưa biết tại thiết bị phản ứng đúng kích cỡ, những kỹ thuật và thử nghiệm khác nhau được phát triển để cung cấp dữ liệu dự đoán. Những phương pháp chính là:
  • Tính toán lý thuyết để có được thông tin sơ bộ
  • Kiểm tra sàng lọc cơ bản, chẳng hạn như phương pháp DCS hay ống carius
  • Nhiệt lượng đẳng nhiệt (chủ yếu để xác định động học và nhiệt phản ứng)
  • Nhiệt lượng đoạn nhiệt (chủ yếu để xác định điểm quá nhiệt) ...
                                  Phương pháp DCS

Việc đánh giá các mối nguy phản ứng, lựa chọn phương pháp kiểm tra và phân tích các kết quả phải được tiến hành bởi nhân sự có kinh nghiệm và có đủ khả năng.
4.2. Biện pháp an toàn
Một khi bạn biết những rủi ro là gì rồi, bạn có thể lựa chọn biện pháp để đảm bảo vận hành an toàn. Một số giải pháp an toàn có thể tham khảo:
  • Áp dụng giải pháp công nghệ an toàn hơn, mà có thể loại bỏ hoặc thay thế mối nguy
  • Kiểm soát công nghệ, mà có thể ngăn ngừa các phản ứng quá nhiệt xảy ra và
  • Biện pháp bảo vệ, mà có thể giới hạn/ hạn chế hậu quả của việc quá nhiệt.
Giải pháp công nghệ an toàn hơn
Khi có thể, bạn nên loại bỏ hoặc giảm thiểu mối nguy bằng các giải pháp thiết kế vốn dĩ an toàn hơn. Ví dụ như:
  • Thay thế nguyên liệu nguy hiểm bằng loại nguyên liệu an toàn hơn hay có ít vật liệu không phản ứng trong thiết bị phản ứng bằng cách sử dụng chu trình phản ứng liên tục thay vì phản ứng theo từng mẻ lớn;
  • Sử dụng quy trình phản ứng bán liên tục (nguyên liệu được cho vào phản ứng từ từ theo thời gian) thay vì quy trình phản ứng theo từng mẻ lớn;
  • Sử dụng môi trường gia nhiệt mà ở đó nhiệt độ tối đa thấp hơn nhiệt độ hỗn hơn phản ứng bị phân hủy
Những ví dụ trên cho thấy, giải pháp công nghệ an toàn hơn có thể dễ dàng hơn nếu bạn xem xét trong giai đoạn đầu phát triển công nghệ.
Kiểm soát công nghệ
Kiểm soát công nghệ bao gồm việc sử dụng các cảm biến, cảnh báo và những hệ thống kiểm soát khác để có thể tự động xử lý hoặc cho phép can thiệp nhằm ngăn chặn các điều kiện có thể dẫn đến các phản ứng không kiểm soát được. Để áp dụng những biện pháp này cần có hiểu biết sâu về công nghệ hóa học đặc biệt là giới hạn vận hành an toàn.
Biện pháp bảo vệ
Biện pháp bảo vệ không ngăn chặn được sự quá nhiệt, nhưng có thể giảm thiểu được hậu quả có thể xảy ra. Thực tế thì những biện pháp bảo vệ thường hiếm khi sử dụng đến vì những biện pháp ngăn chặn đòi hỏi phải giảm tới mức thấp nhất rủi ro có thể xảy ra sự cố. Cần phải có những hiểu biết về phản ứng trong điều kiện bị quá nhiệt để lựa chọn về yêu cầu kỹ thuật phù hợp cho hệ thống bảo vệ. Bạn có thể:
  • Thiết kế nhà máy chịu được áp suất tối đa – các vent xả cố định và đảm bảo nguyên liệu bị xả ra nơi an toàn.
  • Làm nguội cưỡng bức hỗn hợp phản ứng nếu nó vượt quá giới hạn;
  • Thêm chất ức chế phản ứng để ngăn chặn phản ứng và phòng ngừa quá nhiệt hay
  • Đổ hỗn hợp phản ứng vào môi chất làm nguội
4.3 Lựa chọn cơ sở an toàn
Cơ sở an toàn đối với một phản ứng hóa học và sự kết hợp của các biện pháp để đảm bảo vận hành an toàn. Những biện pháp bạn lựa chọn cho từng trường hợp cụ thể sẽ dựa vào các yếu tố sau:
  • Cách nào dễ dàng để ngăn chặn quá nhiệt
  • Cách áp dụng kết hợp nhiều biện pháp khác nhau và
  • Sự tương thích của các giải pháp với biện pháp vận hành
Cho dù bạn chọn giải pháp nào đi nữa, chúng phải đáp ứng tất cả các trường hợp dự đoán có thể xảy ra và giảm thiểu rủi ro bị quá nhiệt ở mức độ thấp nhất có thể.
Trong thực tế, bạn không thể loại bỏ tất cả các mối nguy bằng giải pháp công nghệ an toàn hơn nên cần bổ sung thêm các biện pháp kiểm soát để giảm thiểu thêm các rủi ro cũng như áp dụng biện pháp bảo vệ (như vent, van an toàn...) để ứng phó với những rủi ro còn tồn tại. Thông thường tai nạn sự cố do phản ứng bị quá nhiệt sẽ có những ảnh hưởng về mặt môi trường, do đó bạn cần phải xem xét liệu các biện pháp an toàn mà bạn đang áp dụng có phù hợp với luật môi trường hay không?
4.4 Quản lý an toàn
Dù rằng bạn đã lựa chọn cẩn thận các giải pháp an toàn nhưng nếu người vận hành không biết phải làm thế nào khi tình huống khẩn cấp xảy ra thì những giải pháp nói trên cũng không phát huy được hiệu quả. Các biện pháp an toàn cần được hỗ trợ bằng hệ thống quản lý phù hợp như:
  • Quy trình vận hành và ứng phó sự cố khẩn cấp.
  • Sự tham gia tham vấn của người lao động.
  • Đào tạo và giám sát vận hành.
  • Bảo dưỡng thiết bị.
  • Kiểm soát sự thay đổi.
Tóm lại
Thực sự không cần thiết phải tốn quá nhiều thời gian và tiền bạc để đánh giá rủi ro về công nghệ hóa học của bạn và áp dụng các biện pháp an toàn phù hợp. Điều quan trọng là bạn cần chứng minh rằng bạn đã thực hiện các đánh giá phù hợp và đầy đủ, và hệ thống được thiết lập để giảm thiểu mối nguy quá nhiệt ở mức thấp nhất có thể.
Sự đầu tư của bạn tùy thuộc vào mức độ phức tạp của công nghệ và mức độ rủi ro liên quan. Bên cạnh việc tuân thủ với các yêu cầu của luật pháp về an toàn và sức khỏe, bạn còn nhận được nhiều lợi ích khác bởi có thể tránh được các rủi ro do gián đoạn sản xuất, các chi phí hay thiệt hại và thương tật xảy ra do sự quá nhiệt trong phản ứng.
Tác giả bài viết: Nguyễn Tấn Nhật
Đánh giá bài viết
Tổng số điểm của bài viết là: 0 trong 0 đánh giá
Click để đánh giá bài viết

Ý kiến bạn đọc

Mã an toàn:   Mã chống spamThay mới     

 

Thăm dò ý kiến

Bạn có tìm thấy những thông tin hữu ích từ website?

Có, website rất hữu ích cho những người muốn tìm hiểu về an toàn!

Không

Bộ đếm

  • Đang truy cập: 6
  • Hôm nay: 1405
  • Tháng hiện tại: 60201
  • Tổng lượt truy cập: 3723315