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常用化学化工实验装置设施(一)
【来源/作者】周世红 【更新日期】2017-08-08

化学实验室通常会使用高压、高能、高温和低温实验装置,这些实验装置的正确使用对于保护操作人员的安全十分重要,特别是对那些可能会引起大事故的装置,使用时必须具备充分的知识,并按规程进行操作。

实验装置的使用能量越高,其危险性就越大。使用玻璃装置和高温、高压、高能、高速度、高负荷之类装置时,必须做好充分的预防措施,并谨慎地操作。对其性能不了解的装置,要认真阅读使用说明书,不能轻易操作。实验装置使用后应收拾妥当,如果发现有不正常的地方,必须马上进行检查修理,或者把情况登记备案并告知后面的使用者。

一、压力装置设施

器壁内外存在着一定压力差的所有密闭容器均可称为压力容器。压力容器器壁两边(内、外部)所存在的压力差称为压力载荷,压力容器所承受的这种压力载荷增加了容器的持有能量,使容器具备了能量释放的可能性、产生泄漏和爆炸的危险性。这种可能性和危险性与容器的介质、容积、所承受的压力载荷以及结构、用途等有关。

压力容器的工作介质是指容器所盛装的,或在容器中参与反应的物质。工作介质是液体的压力容器,由于液体的压缩性很小,因此在卸压时介质的膨胀很小,容器爆炸时所释放的能量也很小。而工作介质是气体的压力容器,因为气体有很大的压缩性,因此在容器爆破时气体瞬时卸压膨胀所释放的能量也就很大。承载压力和容积相同的压力容器,工作介质为气体的要比介质为液体的爆破能量大数百倍至数万倍。如,一个容积为lO m3、工作压力为1.1 MPa(绝对压力)的容器,如果介质是空气,它爆破时所释放的能量(气体绝热膨胀所做的功)约为1.36×102J;如果介质是水,则其爆炸时所释放的能量仅为2.16×103J。前者为后者的6200倍。由此可见,容器内的介质若为液体,即使容器爆破,其破坏性也是较小的。不过应该注意的是,这里所说的液体,是指常温下的液体,而不包括高于其标准沸点(在标准大气压下的沸点)的饱和液体(如锅炉中的高温饱和水)和沸点低于常温(包括有可能达到的最高使用温度或周围环境温度)的液化气体。因为这些介质在容器内只是由于压力较高才呈现液态(实际在容器内是气液并存的饱和状态),如果容器破裂,容器内的压力下降,这些饱和液体即呈现过热状态,并立即蒸发气化,体积急剧膨胀,发生“蒸汽爆炸”(爆沸),其所释放的能量要比同体积、同压力的饱和蒸汽大得多(相当于瞬间不断地产生饱和蒸汽)。所以从物质的聚集性状态方面考虑,压力容器的工作介质包括压缩气体、水蒸气、液化气体和工作温度高于其标准沸点的饱和液体。

压力容器的工作压力是指容器在正常使用过程中所能承受的最高压力。一般来说,工作压力越高,或者容器的容积越大,则容器爆炸时气体膨胀所释放的能量也越大,事故的危害性越严重。

压力容器是按预定的使用压力设计的,它的壁厚只能允许承受一定的压力,即所谓最高使用压力,在这个范围内容器可安全运行,超过这个压力,容器就可能遭到破坏。由于种种原因,压力容器在运行过程中常常出现超压。如,压力来自容器外的压力容器,输入气量大于输出气量时,使气体密度增大,压力升高;减压阀失灵或操作失误,高压气体直接进入容器而造成超压;装液过量或受热温度升高,器内液体膨胀,压力剧增;容器内介质的化学反应使压力增高等。

(一)压力装置的安全附件

压力容器的安全附件是为使容器安全运行而装设的一种附属装置。通常不仅把能自动泄压的装置称为附属装置,如安全阀、防爆片等当作安全附件,而且也把一些显示设备中与安全有关的参数计量仪器,如压力表、液面计等也作为安全附件,因为这些装置可使操作人员及时了解设备运行情况,发现不安全因素,以便采取措施,预防事故发生。

(1)安全阀。安全阀是防止超压,保证压力容器安全运行的一种保险装置。当容器在正常压力工作时,它保持密闭不漏,而当容器压力超过规定压力时,就能把容器内的气体迅速排出,使容器内的压力始终保持在最高许可压力范围以内。安全阀不仅有这一主要功能,还有报警功能。在开放排气时,气体流速较高,安全阀发出较大的声响,成为超压的报警信号。

在连续操作的系统中,如装有工作压力相同的多个压力容器,而气体压力在每个容器内不会自行升高者,可按同压系统在连接管道或其中一个容器上装设安全泄压阀;压力容器内的压力是由于容器内的介质化学反应而产生,或化学反应能使压力升高者,应单独装设安全泄压装置;压力容器内介质的压力会因容器内外受热而增高,且容器与其他设备的连接管道又装有阀门者,应单独装设安全泄压装置;盛装或使用蒸汽的压力容器,如最高许用压力不小于蒸汽锅炉时,可不装设安全泄压装置。如果蒸汽是经过减压阀以后输人压力容器,且蒸汽的最高许用压力小于锅炉者,则应在容器上或减压阀出口管上装置安全泄压装置。

(2)压力表。压力表是用来测量容器内介质压力的仪表。在压力容器中,大部分使用弹簧管压力表。在高压气瓶(如氧气瓶和乙炔瓶)上应采用专用的压力表,而在一些工作介质具有腐蚀性的容器中,也有使用薄膜压力表的。压力表的量程应与设备工作压力相适应,通常为工作压力的1.5~3倍,最好为2倍。压力表刻度盘上应该画红线,指出最高允许工作压力。压力表的连接管不应有漏水、漏气现象,否则会降低压力表指示值。

(3)爆破片。对于固定式压力容器,爆破片的设计爆破压力不得大于压力容器的设计压力,且爆破片的最小设计爆破压力不应小于压力容器最高工作压力的1.05倍。

(4)测温仪表。需要控制壁温的压力容器上,必须装设测试壁温的测温仪表(或温度计),严防超温。

(5)液位计。根据压力容器的介质、最高允许工作压力(或设计压力)和设计温度选用;在安装使用前,设计压力小于10 MPa压力容器用液位计进行1.5倍液位计公称压力的液压试验,设计压力大于或者等于10 MPa压力容器的液位计进行1.25倍液位计公称压力的液压试验;储存O℃以下介质的压力容器,选用防霜液位计;寒冷地区室外使用的液位计,选用夹套型或者保温型结构的液位计;用于易爆、毒性程度为极度、高度危害介质的液化气体压力容器上,有防止泄漏的保护装置;要求液面指示平稳的,不允许采用浮子(标)式液位计。

(6)紧急切断装置。其作用是当管道及其附件发生破裂及误操作或罐车附近发生火灾事故时,可紧急关闭阀门,迅速切断气源,防止事故蔓延扩大。

(7)快开门式压力容器的安全联锁装置。《压力容器安全技术监察规程》第49条规定,快开压力容器的快开门必须设置安全联锁装置,并且安全联锁装置应具备以下功能:①快开门达到预定关闭部位方能升压运行的联锁控制功能;②当压力容器内部压力完全释放,安全联锁脱开后,方能打开快开门的联锁联动功能:③具有与上述动作同步的报警功能。按引起安全联锁装置动作的动力来源,可分为直接作用式安全联锁装置、间接作用式安全联锁装置和组合式安全联锁装置。

以上都是保证压力容器安全运行的安全附件,均应定期检查,保证其精确度和安全可靠性。

(二)高压装置的安全使用

1、压力容器的安全使用

正确和合理地使用压力容器,是提高压力容器安全可靠性,保证压力容器安全运行的重要条件。为了实现压力容器管理工作的制度化、规范化,有效地防止或减少事故的发生,国务院颁布了《特种设备安全监察条例》《压力容器安全技术监察规程》《压力容器定期检验规则》等一系列法规,对压力容器安全使用管理提出了明确的内容和严格的要求。

使用压力容器的单位和个人应按规定办理压力容器使用登记手续,未办理登记的不得擅自使用。所有压力容器必须办理特种设备使用登记证,压力容器的使用登记证仅在压力容器定期检验合格期间有效。

有压力容器的使用单位必须建立《压力容器技术档案》及使用登记本,每年应将压力容器数量和使用情况进行统计。

使用压力容器单位的技术负责人必须对压力容器的安全技术管理负责,并根据设备的数量和对安全性能的要求,负责组织对使用压力容器的操作人员进行培训。

压力容器使用单位应做好压力容器运行、维修和安全附件校验情况的检查,做好压力容器检验、维修改造和报废等技术审查工作。压力容器的重大修理、改造方案应报上级安全监察机构审查批准。

使用压力容器的注意事项如下:

(1)充分明确实验的目的,熟悉实验操作的条件。要选用适合于实验目的及操作条件要求的装置、器械种类及设备材料。

(2)购买或加工上述器械、设备时,要选择质量合格的产品,并要标明使用的压力、温度及使用化学药品的性状等条件。

(3)一定要安装安全器械,设置安全设施。估计实验特别危险时,要采用遥测、遥控仪器进行操作。同时,要定期检查安全器械。

(4)预先采取措施,即使由于停电等原因而使器械失去功能,也不致发生事故。

(5)高压装置使用的压力,要在其试验压力的2/3以内使用。但试压时,应在其使用压力的1.5倍的压力下进行耐压试验。

(6)用厚的防护墙把实验室的三面围起来,而另一面则用通用的薄墙围起。屋梁也要用轻质材料制作。

(7)要确认高压装置在超过其常用压力下使用也不漏气,倘若漏气了,也要防止其滞留不散,要注意室内经常换气。

(8)实验室内的电气设备要根据使用气体的不同性质,选用防爆型之类的合适设备。

(9)实验室内仪器、装置的布局要预先充分考虑倘若发生事故,也要使其所造成的损害限制在最小范围内。

(10)在实验室的门外及其周围要挂出标志,以便局外人也清楚地知道实验内容及使用的气体等情况。

参考资料:实验室安全与环境保护


【关键词】化学实验室,实验装置,压力装置,高压装置,压力容器,国家标准物质网 

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