TZJATA 0016-2023 化学实验反应风险评估与预防技术规范.pdf

ICS71.020CCS G85化学实验反应风险评估与预防技术规范Technical specification for risk assessment and prevention of chemicalexperimental reactions2023-04-15 发布2023-05-15 实施浙江省分析测试协会发 布T/ZJATA浙江测试团体标准T/ZJATA00162023全国团体标准信息平台T/ZJATA00162023I前言本文件按照GB/T1.12020标准化工作导则 第 1 部分标准化文件的结构和起草规则的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由浙江省分析测试协会提出并归口。本文件起草单位：浙江化安安全技术研究院有限公司、浙江吉华集团股份有限公司、上虞京新药业有限公司。本文件主要起草人王俊、洪亮、徐海波、谢刚、盛学斌、邢园科。全国团体标准信息平台T/ZJATA00162023II引言通过采用化学实验反应风险评估的方法，揭示反应参数、物料性质、实验设备、操作方式等条件对人员和实验室的影响程度，并进行实验风险规避或预防，对反应安全性的认识、实验操作的正常开展，以及实验室的安全运行都有着重要的意义，也有利于从本质上提升反应工艺产业化过程中的安全水平，有效预防安全事故的发生。全国团体标准信息平台T/ZJATA001620231化学实验反应风险评估与预防技术规范1范围本文件规定了化学实验反应风险评估和风险预防的技术规范。本文件适用于化工行业的化学实验反应风险评估与预防。其他行业的实验室可参照使用。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB136902009 化学品分类和危险性公示 通则GB/T247772009 化学品理化及其危险性检测实验室安全要求GB/T27476.52014 检测实验室安全 第 5 部分：化学因素GB/T340652017 分析仪器的安全要求GB/T347082017 化学品风险评估通则GB/T222322008 化学物质的热稳定性测定 差示扫描量热法GB/T423002022 精细化工反应安全风险评估规范3术语和定义GB/T340652017、GB136902009、GB/T423002022 界定的术语和定义适用本文件。4化学实验过程的影响因素与风险等级划分4.1总则化学实验的潜在风险在于非预期的实验结果，会造成实验室受损、人员伤害。按GB/T247772009、GB/T27476.52014、GB/T347082017、GB/T423002022规定，对化学实验反应过程的影响因素进行识别，对风险等级进行划分，并采取优化措施，可预防或降低事故发生的概率和影响程度，提高化学实验运行的安全系数。影响化学实验安全的主要因素包括实验条件（温度、压力）、实验物料（物理危险性、健康危害性、腐蚀性、使用剂量）、实验反应热（合成反应绝热温升、分解反应绝热温升）、实验设备、实验操作、实验类型及实验前/后处理。根据潜在风险可能造成的危害划分为稍有风险、轻度风险、中度风险、高度风险、严重风险5个风险等级，分别用风险等级指数1、2、3、4、5表示，各风险等级对应可能造成的危害如表1所示。全国团体标准信息平台T/ZJATA001620232表 1风险等级对应的危害风险等级可能造成的危害1实验危险性较低2实验室轻度受损或人员轻度伤害3实验室中度受损或人员中度伤害4实验室重度受损或人员重度伤害5实验室毁灭性受损或人员致死注：参照GB/T423002022 分为 5 级，等级越高风险越大。根据各影响因素的风险等级计算实验的风险系数，结合典型化学反应风险定级，确定该化学实验风险综合等级，以对应实施相应的风险预防、控制措施，降低化学实验的风险。4.2实验温度、压力实验温度和实验压力分别依据数值范围进行风险等级划分，如表 2 所示。表 2实验温度、压力风险等级风险等级实验温度(T)实验压力(P)barG115T30P=02-20T15 或 30T70-1P0 或 0P13T-20 或 70T1001P164100T60016P1005T600P100注 1：参照固定式压力容器安全技术监察规程(TSG212016)等资料进行等级划定。注 2：对于实验温度或压力范围较大的，以最高值或最低值进行评定，取等级高者。4.3实验物料通过物料物理危险性、健康危害性、腐蚀性及使用剂量风险的量化来评估相应风险。4.3.1物理危险性对照全球化学品统一分类和标签制度（GHS）物理危险性划分类别，查询原料和产物（物料）中物质的化学品安全技术说明书（MSDS）中对应的物理危险性，根据物质的物理危险性分值i（物质危险性赋分方式示例见附录A）和物质的质量占比Xi，确定物料的物理危险性评估值。越大，则物料的物理危险性越高。物料物理危险性评估值按公式（1）计算：=Xii.（1）式中：物料物理危险性评估值；Xi物料中某一物质的质量占比；i物料中某一物质的物理危险性分值。物料中物质的物理危险性分值按表 3 进行统计。全国团体标准信息平台T/ZJATA001620233表 3实验物料的物理危险性分值序号类型类别与校正系数原料 1原料 2原料 3原料 4产物 1产物 21爆炸物1-7（系数 3）2易燃气体1-3（系数 3）3气雾剂1-3（系数 3）4氧化性气体1（系数 8）5高压气体1（系数 6）6易燃液体1-4（系数 2）7易燃固体1-2（系数 4）8自反应物质和混合物1-5（系数 2）9发火液体1（系数 10）10发火固体1（系数 10）11自热物和混合物1-2（系数 4）12遇水放出易燃气体的物质和混合物1-3（系数 5）13氧化性液体1-3（系数 3）14氧化性固体1-3（系数 3）15有机过氧化物1-5（系数 2）16金属腐蚀剂1（系数 6）17退敏爆炸物1-4（系数 3）单物质物理危险性分值i物料物理危险性评估值注 1：参照全球化学品统一分类和标签制度（GHS）第 7修订版分类进行评定；注 2：根据物质的GHS类型和类别对实验人员、设备等的影响情况，对各类别物质的危险性赋值，物质危险性赋分方式示例见附录A（1 类的危险性最高，赋分最高）；注 3：MSDS没有对应GHS类别的，默认危险性分值为 0；注 4：单物质危险性分值为各类型分值加和；注 5：物料物理危险性评估值按各物质质量占比对各物质危险性分值进行加权平均，原料和产物（包括副产物）分别计算后加和，反应前后未变化的物质不重复计算。4.3.2健康危害性对照GHS健康危害性划分类别，查询物料中物质的MSDS中对应的健康危害性，根据物质的健康危害性分值i（物质危险性赋分方式示例见附录A）和物质的质量占比Xi，确定物料的健康危害性评估值。越大，则物料的健康危害性越高。物料健康危害性评估值按公式（2）计算：=Xii.（2）式中：物料健康危害性评估值；Xi物料中某一物质质量占比；i物料中某一物质的健康危害性分值。物料中物质的健康危害性分值按表 4 进行统计。全国团体标准信息平台T/ZJATA001620234表 4实验物料的健康危害性分值序号类型类别与校正系数原料 1原料 2原料 3原料 4产物 1产物 21急毒性1-5（系数 4）2皮肤腐蚀/刺激1-3（系数 4）3严重眼损伤/眼刺激1-3（系数 4）4呼吸或皮肤致敏1-2（系数 4）5生殖细胞致突变性1-2（系数 3）6致癌性1-2（系数 3）7生殖毒性1-3（系数 2）8特定目标器官毒性（单次接触）1-3（系数 4）9特定目标器官毒性（多次接触）1-2（系数 3）10吸入危险1-2（系数 3）单物质健康危害性分值i物料健康危害性评估值注：物料的健康危害性分值计算方式与物理危险性分值计算方式一致。4.3.3腐蚀性通过分析设备材质和物料性质，可得到物料对设备的腐蚀性程度。根据表 5 汇总实验设备材质和物料腐蚀性信息，确定物料对设备材质的腐蚀能力（材质耐腐蚀性查询示例见附录B）。设备选材时，应避免使用腐蚀性等级为 4 对应的设备材质，或采取保护措施避免含该材质的部件被物料直接或间接接触。表 5物料腐蚀性表序号项目值1设备材质2物料组成3物料浓度4反应温度5酸碱性（pH）6设备耐腐蚀性注 1：设备材质要考虑釜、传感器、桨、加料泵送管路设备、排气管路、贮存容器、电路板等；注 2：常用设备材质有：石英、玻璃、陶瓷；哈式合金、钛、316 不锈钢、304 不锈钢、蒙乃尔合金；石墨烯、聚四氟乙烯、氟化塑料、硅胶、ABS塑料、聚丙烯、聚乙烯、丁腈橡胶等；注 3：混合物料的腐蚀性按各自浓度评定，特殊的如硫酸中含氯化钠则要考虑盐酸，见腐蚀性数据与选材手册（第 1 版，化学工业出版社）P330P335；注 4：腐蚀性不确定的，先进行小剂量试验验证，使用腐蚀数据与选材手册（第 1 版，化学工业出版社）P51失重法计算物料对涉及材质的腐蚀率，判定设备是否可用；注 5：根据腐蚀性数据与选材手册（第 1 版，化学工业出版社），物料腐蚀性等级与设备材质耐腐蚀性描述的对应关系为 1优良、2良好、3可用、4不适用。4.3.4使用总剂量实验风险随物料使用剂量增加而上升。对特殊反应（如氧化反应），实验物料剂量必须考虑物料配全国团体标准信息平台T/ZJATA001620235比对爆炸极限的影响。综上，实验物料物理危险性、健康危害性、腐蚀性及使用剂量对应的风险等级如表 6 所示。表 6实验物料物理危险性、健康危害性、腐蚀性及使用剂量风险等级风险等级物理危险性评估值()健康危害性评估值()腐蚀性等级总剂量(M)g1551M102510510210M1003102010203100M100042040204041000M1000054040-M10000注：通过物料各风险高低进行划分。4.4实验反应热4.4.1合成反应绝热温升合成反应为化学反应的主要研究对象（含副反应），合成反应中的绝热温升应按公式（3）计算：Tad=QrmrCp,r.（3）式中：Tad合成反应的绝热温升，单位为开（K）；Qr合成反应放热的总热量，单位为千焦（kJ）；mr合成反应后料液的混合质量，单位为千克（kg），特殊情况结合反应过程变化情况取保守值；Cp,r合成反应后料液的混合比热容，单位为千焦/（千克开）（kJ/(kgK)），特殊情况结合反应过程变化情况取保守值。合成反应放热的总热量Qr根据公式（4）计算：Qr=nrrH.（4）式中：rH合成反应的反应焓，单位为千焦/摩尔（kJ/mol）；nr合成反应焓计量的基准反应物的物质的量，单位为摩尔（mol）。典型化学反应的反应焓如表 7 所示，其他反应可通过文献键能查找或使用差式扫描量热仪 DSC 等量热仪实验获得合成反应的反应焓。表 7 7典型化学反应的反应焓反应类型反应焓rH kJ/mol中和反应（盐酸）-55中和反应（硫酸）-105重氮化反应-65磺化反应-150胺化反应-120全国团体标准信息平台T/ZJATA001620236表 7 7（续）反应类型反应焓rH kJ/mol环氧化反应-100聚合反应（苯乙烯）-60加氢反应（烯烃）-200加氢（氢化）反应（硝基类）-560硝化反应-130氯化反应（取代类）-120金属有机物合成反应-300注：本表部分数据引自化工工艺的热安全风险评估与工艺设计（科学出版社），部分数据由NIST Chemistry WebBook数据库查询得到。4.4.2分解反应的绝热温升若发生分解反应失控，分解反应中的绝热温升应按公式（5）计算：Tad,d=QdmdCp,d.（5）式中：Tad,d分解反应的绝热温升，单位为开（K）；Qd分解反应所放出的总热量，单位为千焦（kJ）；md分解反应涉及的物料总质量，单位为千克（kg）；Cp,d分解反应涉及的物料总比热容，单位为千焦/（千克开）（kJ/(kgK)）。分解反应放热的总热量Qd根据公式（6）计