制程反应失控之探讨与对策.PDF

製程反應失控之探討與對策 簡村德 長春企業集團環安部 一、前言： 湖口新竹工業區福國化工廠於 90/5/18發生失控反應之爆炸火 災，影響所及廣達一平方公里，造成一名人員死亡， 112 位人員 受傷， 40餘家工廠受到波及，損失估計達數億元。其後亦有其他 因添加觸媒過量或原料比例錯誤及不當使用過氧化物致造成失控 反應之事故案例，這些案例顯示出國內一些化工廠，對於失控反 應預防與可能造成火災爆炸之嚴重後果的認知不足，實有待集思 廣義探討造成反應失控之原因及應採取之對應措施。 二、探討內容： (一) 何謂失控反應 (二)發生失控反應事故的之主要原因 (三)國外文獻事故案例分析 (四) 製程開發中各階段之安全評估內容 (五) 反應失控之潛在危險性技術評估 (六) 反應失控之安全對策 (七) 案例介紹：Phenol-Formaldehyde Reaction (八) 衍生探討重點 : 源頭本質安全設計與安衛管理 1 ( 一) 何謂失控反應 (Runaway Reaction) 當反應放熱速率超過熱移除速率時，多餘熱量使反應物溫度 (1) 上升，若反應速率急速增加失去控制，造成失控反應(如圖一) 。 圖一 反應速率與冷卻速率的溫度效應 圖二 製程反應失控溫度對時間關係 從時間軸來看，物質在製造的過程中因非預期的因素導致製 程偏離、反應器溫度上升，進而引發快速放熱反應的情況可以得 到重要的啟示。圖二為一絕熱自溫昇特性曲線(2) ，圖中可清楚明 瞭在製程正常操作至最後的反應失控過 程裡，熱能量的累積是相 當重要的因素，倘若我們可以在製程可允許的最高溫度內將製程 拉回安全狀態的控制條件，即可避免失控反應的發生，因此在清 楚明瞭反應物質本身特性的前提下，設計者可藉由此一絕熱溫昇 曲線來設計各項保護措施，如 Cooling/Chilling System 、Safety Valve 、Rupture Disk 與 Blowdown Tank 等。據工研院工安衛中心 的統計 (3) ，較具有潛在失控反應危害的石化原料有乙烯、氯乙烯、 丙烯、苯乙烯、聚丁二烯、丙烯腈、甲基丙烯酸、對二甲苯、丁 二烯、鄰二甲苯、醋酸乙烯酯、酚、甲醛與壓克力單體等原料， 其相對應之製程如表一所示。 2 表一 具潛在高風險失控反應危害之石化原料及製程(3) 曾有國內外事 原料 製程或產品 反應器 儲槽 故或緊急排放 乙烯 VCM v v v 乙烯 EO ，EG v v v 乙烯 PE v v v 氯乙烯 PVC v v v 丙烯 PP v v