环己酮半间歇过氧化反应过程热失控研究

采用反应量热仪(RC1e)、差示扫描量热仪(DSC)和绝热加速量热仪(ARC)对环己酮过氧化反应过程的热失控危险性进行了研究,利用冷却失效情形法对该工艺进行危险性分级。结果表明:温度的升高使环己酮过氧化反应速率加快,体系比热容增加,温度升高也使产物各种中间体及副反应活跃程度增加,提高搅拌速度也能促进环己酮氧化,而延长加料时间可以将反应热量较好地移出,但同时降低反应速率,使过氧化环己酮得率降低。依据风险评价指数矩阵法和失控情景分析法,得到环己酮半间歇过氧化反应的热失控危险程度级别为5级,而降低环己酮的加入量,危险程度等级为2级。     

釜式反应器反应失控的温度与压力预测

釜式反应器因反应失控导致爆炸、火灾和有毒物料泄漏事故时有发生.对其反应失控内在规律的研究有助于采取针对性防范措施.本文从事故案例中分析和总结了化工生产中反应失控火灾爆炸事故的原因和事故特征.利用反应系统热量平衡原理和物料气-液相平衡原理,分别对间歇、半连续和连续式釜式反应器建立了反应失控所达到的最大温度和压力预测方法.结合釜式反应器的操作,应用此预测方法计算表明,半连续釜式反应器失控时继续加料,反应失控的绝热温升最大,连续和间歇釜式反应器次之,而半连续釜式反应器失控时停止加料绝热温升值较小;反应器内液体物料的蒸气压以比温升速度更大的速度上升.     

过氧丙酸分解反应的失控泄放特性研究

为研究过氧丙酸分解反应的失控泄放特性,利用泄放模式实验装置对过氧丙酸在不同泄放口径和泄放压力下的顶部和底部的泄放过程进行了试验模拟,得到了过氧丙酸的失控特性参数和不同条件下的泄放特征。结果表明:过氧丙酸失控反应泄放易出现二次峰值现象,初次峰值为气相泄放,二次峰值为气液两相泄放;二次峰值的出现取决于泄放口径及泄放时的物料温度,与泄放压力无关;恒压泄放容易出现非平衡泄放,导致较高最大累积压力和较高的釜内物料温度;底部泄放能够使釜内物料快速排空。     

某恒温间歇反应的热失控研究

为得到某恒温间歇反应冷却系统临界温度Tc并评估该反应体系的热危险性,基于间歇反应体系热参数的敏感性,探讨数值计算方法和选用4种反应热失控临界判据得到的不同Tc值。结果表明,数值计算方法得到了反应体系的Tc为31.7℃,Semenov判据、Sliding判据、Da/St判据得到的Tc值分别为10℃,17℃和27℃;无量纲绝热温升B给出的结论是,在允许的工艺温度范围内,该反应对任意的冷却系统温度都处于难以控制状态。数值计算方法及各判据得到的Tc的较大差异性说明各方法均有一定的局限性。在运用参数敏感性分析的基础上,结合风险矩阵图方法对系统冷却失效的热危险性进行评估,得到不同Tc下风险可接受、有条件接受及不可接受对应的参数范围的物料累积度Xac与最大反应速率到达时间θ间的关系。     

锂离子电池热失控危险性研究进展

锂离子电池广泛应用的同时也出现了燃烧、爆炸等安全问题.针对锂电池热失控及火灾问题,综述了电池内部热失控演变过程、热失控气体释放及其燃爆风险,以及热失控和火灾发生时有毒有害气体的危害性等方面近年来的研究进展.最后提出今后主要研究方向是电池模块/电池包内热失控气体释放和流动过程研究、气体爆炸危险性动态变化规律研究和大容量高比能富镍电池单体/模块热失控特性和规律研究等.     

基于热成像面积变化率的锂电池热失控研究

锂电池在生活中的使用越来越普及,但锂电池热失控造成的损失是不可估量的。使用红外热成像监测锂电池表面高温区域面积的扩散,从电池过充、内部隔膜刺穿和外部短路3个方面获取电池热成像的表面高温区域分布。通过MATLAB对电池升温过程中的热成像进行红外图像处理,使用最大类间方差法分割电池表面的高温区域。最后采用高斯逼近函数拟合高温区域面积的变化,分析出3种锂电池热失控的原因。     

不同外热部位下18650型锂离子电池热失控研究

为探究不同外热部位对18650型锂离子电池热失控特性的影响,通过自主设计的试验平台对电荷量为100%的18650型锂离子电池开展不同外热部位下热失控试验,探讨不同部位外热源对电池热失控行为过程、热失控响应时间、温度特性、电池破裂部位的影响。结果表明:在相同热源功率条件下,外热源位置对电池热失控过程中初爆与二次燃爆间的时间间隔存在影响,顶部加热时安全阀打开瞬间便发生二次燃爆,底部和中部加热工况下,时间间隔分别延迟至18 s和40 s;中部加热时池体温升速率最慢,为0.873℃/s,分别为顶部和底部加热时的77.5%和77.8%;中部加热时热失控响应时间最长达290 s,顶部和底部加热时分别缩短12.4%和30.0%;顶部和底部加热时,热失控破裂部位集中于顶部"褶皱处"和底部防爆阀,但在中部加热工况下,电池发生破裂部位的随机性增加,其外壳破坏程度也有增加。     

BIPB的热分解动力学和失控反应模拟

为了评估双(叔丁过氧基)二异丙苯(BIPB)的热危害,对其热分解过程进行多速率的动态扫描C80热分析,用几种简单的热危害评估方法分析其热危害。然后应用模式法、无模式法(Friedman微分等转化率法)分别对试验结果进行处理,得到分解动力学数据,并用ASTM E 698法得到活化能数据,同时用C80、ARC和DSC的试验数据验证分解动力学数据的可靠性。最后利用无模式法的分解动力学数据进行BIPB绝热条件下和非绝热的2m3球形容器中的失控反应模拟,得到类似工艺条件下BIPB的安全控制温度。     

反应失控型火灾爆炸事故预测

介绍了一种预测反庆失控灾害的方法,通过实验测定容器的时间常数,预测能够引起反应失控的最低环境温度,发生反应失控时的危险温度,以及达到最大反应速度反需的时间,预测结果与实际情况具有良好的一致性。     

双氧水绝热分解特性的安全泄放研究

反应热失控是引起设备超压的重要因素之一,可靠的安全泄放装置是防止设备发生超压破坏的最有效方法。为了对双氧水储罐的泄放面积进行设计,利用泄放口尺寸测试装置VSP2(Vent Sizing Package 2)对封闭环境下质量分数为20%的H_2O_2进行测试,得到反应失控过程中的热力学参数,并依此推算出不同泄放压力下的安全泄放面积A。结果表明,在绝热条件下,20%H_2O_2的起始分解温度为70℃,比反应热为435.49 k J/kg,最大压力为6.26 MPa。双氧水反应体系的泄放类型为缓和混合体系,采用DIERS设计方法和OMEGA方法计算不同泄放压力下的泄放面积。安全泄放面积随泄放压力增加而增大。VSP2具有很低的热惯量,可为失控反应安全泄放设计提供基础数据,以提高设计的可靠性。     

基于电化学-热-力耦合模型的锂离子电池热失控研究

为提升锂离子电池的安全性能,减少由热失控导致的安全事故,分析电池温升的原因并有效降低其温度,依据电化学反应中浓度、电势与热模型中温度的相互影响关系,建立电化学-热-力耦合模型。通过模拟单电池和电池组温度分布的实时情况,分析单电池温度不均匀分布和电池组温度正态分布情况的原因,探讨换热面积和流通量对散热量的影响,研究电池组中单体电池的位置分布及不同传热介质的散热情况。研究结果显示：低温和相对高温环境下,欧姆热、极化热及电化学反应热产热占比不同,但产热最高温度未达到电极材料与电解液分解反应的临界温度420 K;高温环境下,电池温度持续升高接近临界温度,出现热失控趋势,对流换热系数对电池影响较大。电池组间隙为10 mm和20 mm时,整体温度比间隙为0时分别降低了1.1%和1.8%;与无间隙电池组相比,以铜板和铝板为传热介质的电池组温度分别降低了2.0%和1.6%。     

包装性能对空运锂电池热失控影响的定量研究

包装是防止空运锂电池热失控后果扩大的关键,提出了一种基于试验的空运锂电池包装性能定量评价方法,利用自主设计的锂电池火灾试验平台对锂电池包装件开展热失控试验,结合试验结果分析选取初爆时间、初爆和燃爆时间间隔、热失控电池数量、峰值温度作为锂电池包装性能等级评价指标,引入物元可拓法构建包装性能熵权物元可拓模型,通过对不同包装形式和材料的锂电池包装件进行评价可知:现有瓦楞纸包装性能等级为Ⅲ(差),会严重威胁锂电池空运安全;采用玻璃纤维板包装,包装方式为玻璃纤维隔板加盖板时性能等级为I(优良),可显著提高空运安全性。     

反应失控条件下过氧化二叔丁基-甲苯体系的安全泄放研究

安全泄放是在失控条件下降低反应体系风险最为经济有效的技术措施。为了研究泄放口的设计,利用高性能绝热量热仪PhiTEC II对质量分数20%的过氧化二叔丁基(DTBP)-甲苯(C7H8)体系进行了测试,得到热惯量1.06条件下温升速率、压升速率随温度变化的数据。结果表明:该DTBP体系的起始分解温度为148℃,其反应体系属蒸汽和气体共同作用的混合体系;采用Leung方法和OMEGA方法对该体系的安全泄放量和泄放装置的泄放能力进行了计算,求得当泄放压力为0.25 MPa时的泄放面积为0.001 4 m2;低热惯量的绝热量热仪Phi-TEC II可以为失控反应的压力泄放设计提供基础数据,有利于提高安全泄放设计的可靠性。     

不同环境体系下锂离子电池热失控特性实验研究

针对锂离子电池热失控引发的航空运输安全问题,自主设计并搭建锂离子电池热失控灾害演化及危险性分析实验平台。在敞开和密封环境体系下,对电加热触发荷电量(State of Charge,SOC)为0%、50%和100%的18650型锂离子电池热失控规律进行了实验研究。观察单体锂离子电池在敞开和密封体系中的热失控现象,并记录单体锂离子电池热失控时间、温度峰值及相应的温度变化。数据结果显示,相比敞开体系,密封体系有效的延缓了锂离子电池发生热失控的时间,并降低了锂离子热失控时释放的能量,为锂离子电池的航空运输安全性研究提供了理论依据和工程技术参考。     

硝基苯精馏过程爆炸事故的影响因素试验研究

为了对存在热失控危险的硝基苯精馏装置爆炸事故因素进行研究,利用RSD快速筛选量热仪,对硝基苯精馏塔中存在的主要危险物质(硝基苯、二硝基苯和二硝基酚钠盐)进行试验测试,筛选出最危险物质.在获得主要危险物反应质热失控的基础数据条件下,对二硝基酚钠与硝基苯间不同比例的复配物进行热分析测试.研究表明:在相同的操作条件下,二硝基酚钠盐有放热反应,纯物质硝基苯和二硝基苯在测试条件下较稳定,没有放热现象;当二硝基酚钠盐与硝基苯复配后在试验过程中有强放热反应,存在较大的热失控风险.     

环氧乙烷生产系统的安全性评价

用道氏火灾、爆炸危险指数评价方法对抚顺乙烯化工厂环氧乙烷生产系统进行安全性评价.针对环氧乙烷生产系统实际运转情况,对其中的M101混合器单元从一般工艺危险性、特殊工艺危险性和安全补偿措施等方面进行了系统分析,并对该系统的危险性因素进行辨识并提出了相应的整改措施.结果表明,该生产系统中5个评价单元内的实际最大可能财产损失分别是1.407×107元、1.488×107元、0.489×107元、0.804×107元和0.711×107元,均在该评价方法规定的最大可能财产损失范围内,说明现役环氧乙烷生产系统在理论上是可以安全运行的.     

不同外热功率下18650锂离子电池热失控特性

为探究不同外热功率(220,170,120,70 W)下锂离子电池的热失控特性,采用动压变温实验舱作为燃爆实验舱,并利用量热仪和ISO-9705烟气分析仪监测特征参数,对荷电状态(SOC)为100％的18650型锂离子电池进行高温热失控实验.结果表明:在不同的外热功率条件下,锂离子电池进入热失控的过程呈现出相似的趋势,...     

高温环境下18650型锂离子电池热失控过程的数值分析

采用ANSYS对高温条件下铜棒代替锂离子电池的空白试验进行数值模拟,获得拟合的陶瓷化纤棉毯的比热容;然后对18650型锂离子电池的热响应进行模拟,通过模拟结果与试验数据的比较分析,获得锂离子电池内部的反应放热量;最后应用得出的陶瓷化纤棉毯比热容和化学反应热对高温环境下18650型锂离子电池的热失控进行模拟,研究18650型锂离子电池热失控的变化规律.结果表明:20W加热条件下,锂离子电池的放热反应热为30 kJ;锂离子电池在加热1 287 s后发生热失控,热失控持续113 s后锂离子电池温度达最高,之后开始缓慢减小;锂离子电池热失控温度为500 K,热失控前温度几乎是线性增加,之后热失控导致温度迅速增加(呈指数倍增长);锂离子电池保温材料陶瓷化纤棉毯的温度变化是非线性的.     

相变材料填充率影响锂电池组热失控传播特性的实验研究

复合相变材料(PCM)应用于锂电池组的热管理是当前研究的热点。然而,PCM对锂电池组热失控传播特性的影响规律仍不甚明晰。实验研究了不同PCM填充率对锂电池组的影响,分析其热失控触发时间、最高温度、质量损失和热释放速率等参数变化规律。结果发现,添加PCM后,电池表面温度、CO和SO₂浓度均出现了不同程度的降低,但对热释放速率没有明显的影响。PCM填充率为0%和10%的电池组均发生了热失控传播,而30%、50%、100%的PCM填充率能有效阻隔热失控传播的发生。     

环氧乙烷存储单元寿命周期动态风险分析与预测

为了保证工艺过程的安全性,工程师们使用多种定量风险评价方法对整个过程进行评估。但定量风险评价方法无法随着化工工艺寿命周期的进行而实时更新数据。基于南京化工园区某公司环氧乙烷存储装置,借助@Risk软件,分别应用确定性概率方法和不确定性概率分布方法对装置进行了风险概率分析。在此基础上,应用贝叶斯理论更新概率分布参数,基于设定的事件累积次数对环氧乙烷存储装置进行了动态风险评估。结果表明,24个终态事件的发生概率是变化的,装置整体的安全状态概率随着运行时间的推移而减小,并逐渐趋近0.612 86,事故概率减小,并逐渐趋近0.023 72,未遂事件概率增加,并逐渐趋近0.334 57。通过Origin拟合得到的事故概率和未遂事件概率函数与海因里希法较为吻合。