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77。 化學加工

章節編輯:Jeanne Mager Stellman 和 Michael McCann


目錄

表格和數字

化學工業
L·德波爾

制定過程安全管理計劃
理查德·克勞斯

主要單元操作和流程:概述
悉尼立頓

化學加工操作示例

氯和鹼生產
氯研究所,股份有限公司。

油漆和塗料製造
邁克爾·麥肯(Michael McCann) 

塑料工業
PK 法和 TJ 布里頓

生物科技產業
Susan B. Lee 和 Linda B. Wolfe

煙火工業
J.克勒格

單擊下面的鏈接以在文章上下文中查看表格。

1. 選定國家的化學工業就業
2. 一些一般選址因素
3. 工廠選址安全考慮
4. 設施通常在整個工廠佈局中分開
5. 工藝單元佈局的一般注意事項
6. 限制庫存的步驟
7. 儲罐分離和位置注意事項
8. 化工過程中的泵
9. 設備中的潛在爆炸源
10. 根據法律、法規的要求、強製性的行政執法或司法要求所; 塑料分解揮發物
11. 根據法律、法規的要求、強製性的行政執法或司法要求所; 具有工業重要性的微生物
12. 根據法律、法規的要求、強製性的行政執法或司法要求所; 用於製造煙火的原料

人物

指向縮略圖以查看圖片標題,單擊以查看文章上下文中的圖片。

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兒童類

星期六,二月26 2011:17 09

化學工業

改編自第 3 版職業健康與安全百科全書。

化學工業的業務是改變天然材料的化學結構,以便為其他行業或日常生活提供有價值的產品。 化學品是從這些原材料(主要是礦物、金屬和碳氫化合物)中經過一系列加工步驟生產出來的。 通常需要進一步處理,例如混合和混合,以將它們轉化為最終產品(例如,油漆、粘合劑、藥物和化妝品)。 因此,化學工業涵蓋的領域比通常所說的“化學品”要廣泛得多,因為它還包括人造纖維、樹脂、肥皂、油漆、攝影膠卷等產品。

化學品分為兩大類: 有機無機的. 有機化學品的基本結構是碳原子,結合氫和其他元素。 石油和天然氣是當今世界有機化學生產的 90% 的來源,在很大程度上取代了煤炭以及植物和動物物質這些早期的原材料。 無機化學品主要來自礦物資源。 例如,硫磺是直接開採或從礦石中提取的,氯氣是從食鹽中提取的。

化學工業的產品可大致分為三組,對應於製造的主要步驟: 基礎化學品 (有機和無機)通常是大規模生產的,通常會轉化為其他化學品; 中間體 源自基礎化學品。 大多數中間體需要在化學工業中進行進一步加工,但有些中間體,例如溶劑,可以原樣使用; 化工成品 是通過進一步的化學加工製成的。 其中一些(藥物、化妝品、肥皂)被直接消費; 其他材料,如纖維、塑料、染料和顏料,還要進一步加工。

化學工業的主要部門如下:

  1. 基本無機物:酸、鹼和鹽,主要用於工業和工業氣體的其他地方,例如氧氣、氮氣和乙炔
  2. 基本有機物:塑料、樹脂、合成橡膠和合成纖維的原料; 溶劑和洗滌劑原料; 染料和顏料
  3. 肥料和農藥(包括除草劑、殺菌劑和殺蟲劑)
  4. 塑料、樹脂、合成橡膠、纖維素和合成纖維
  5. 藥品(藥物和藥品)
  6. 油漆、清漆和漆
  7. 肥皂、洗滌劑、清潔劑、香水、化妝品和其他洗浴用品
  8. 雜項化學品,例如拋光劑、炸藥、粘合劑、油墨、照相膠片和化學品

 

在聯合國用於將經濟活動分為十個主要類的國際標準工業分類所有經濟活動 (ISIC) 系統中,化學工業被歸類為第 35 類,這是第 3 大類:製造業的九個子類之一。 大類 35 進一步細分為工業化學品 (351)、其他化學品 (352)、煉油廠 (353)、雜煤和石油產品,例如瀝青 (354)、橡膠產品,包括輪胎 (355) 和塑料加工 (356) .

在報告化學工業統計數據時,每個國家通常使用自己的分類系統,這可能會產生誤導。 因此,各國之間化學工業總績效的比較不能基於國家來源。 然而,經濟合作與發展組織 (OECD) 和聯合國等國際機構通常會在 ISIC 基礎上提供數據,但會延遲大約兩年。

貿易統計數據是根據不同於 ISIC 系統的標準國際貿易分類 (SITC) 在國際上發布的。 各個國家的貿易統計數據幾乎總是參考 SITC 第 5 部分,該部分涵蓋 ISIC 系統中報告的化學品總量的約 90%。

半個世紀以來,化工業的發展速度遠超整個工業。 儘管在 1990 世紀 1990 年代初期世界化學工業出現了經濟蕭條,但在 1 世紀 1992 年代中期化學產量有所增加。 化學品生產增長最大的地區是東南亞。 圖 95 顯示了選定國家 XNUMX-XNUMX 年化學品產量的百分比變化。

圖 1. 選定國家的化學品生產變化,1992-95

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許多化學工業是高度資本密集型的​​,並且也強烈依賴於研究和開發(例如,製藥)。 這兩個因素的綜合結果是,與一般製造業相比,該行業僱用的非熟練體力工人數量異常少。 在 1970 年之前的快速增長時期,該行業的總就業人數略有上升,但此後提高生產率的動力導致大多數發達國家化學工業的就業人數下降。 表 1 顯示了 1995 年美國和幾個歐洲國家的化學工業就業人數。

表 1. 選定國家的化學工業就業情況(1995 年)

國家

僱用

美國

1,045,000

Germany

538,000

France

248,000

United Kingdom

236,000

Italy

191,000

Poland

140,000

Spain

122,000

資料來源:化學與工程新聞 1996。

 

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星期六,二月26 2011:17 45

氯和鹼生產

氯研究所,股份有限公司。

鹽水的電解產生氯氣和苛性鹼。 氯化鈉 (NaCl) 是主要使用的鹽; 它產生燒鹼(NaOH)。 但是,使用氯化鉀 (KCl) 會產生苛性鉀 (KOH)。

2 氯化鈉 + 2 H2氧→氯2↑+ 2 氫氧化鈉 + H2

鹽 + 水 → 氯氣(氣體)+ 鹼 + 氫氣(氣體)

目前,隔膜電池工藝最常用於氯的商業生產,其次是汞電池工藝,然後是膜電池工藝。 由於經濟、環境和產品質量問題,製造商現在更喜歡將膜電池工藝用於新的生產設施。

隔膜電池工藝

隔膜電池(見圖 1)將飽和鹽水送入一個隔間,該隔間內裝有塗有釕鹽和其他金屬鹽的鈦陽極。 塑料電池頭收集在該陽極產生的熱濕氯氣。 壓縮機抽吸然後將氯氣吸入收集集管以進行進一步處理,包括冷卻、乾燥和壓縮。 水和未反應的鹽水通過多孔隔膜分離器滲入陰極室,在陰極室中水在鋼陰極上發生反應,生成氫氧化鈉(苛性鈉)和氫氣。 隔膜將陽極產生的氯氣與陰極產生的氫氧化鈉和氫氣隔離開來。 如果這些產品結合在一起,就會產生次氯酸鈉(漂白劑)或氯酸鈉。 氯酸鈉的商業生產商使用沒有隔板的電池。 最常見的隔膜是石棉和碳氟聚合物的複合材料。 現代隔膜電池工廠不存在歷史上與使用石棉隔膜相關的健康或環境問題。 一些工廠確實使用無石棉隔膜,這些隔膜現在可以買到。 隔膜電池工藝產生含有未反應鹽的稀氫氧化鈉溶液。 額外的蒸發過程濃縮了苛性鹼並去除了大部分鹽分,從而製成具有商業品質的苛性鹼。

圖 1. 氯鹼電池工藝的類型

CMP030F1

汞電池工藝

汞電池實際上由兩個電化學電池組成。 第一個電池在陽極的反應是:

2氯 - → C12 + 2 電子 -

氯化物 → 氯 + 電子

第一個電池在陰極的反應是:

Na+ + 汞 + 電子 - → 鈉·汞

鈉離子 + 汞 + 電子 → 鈉汞齊

鹽水在帶有橡膠襯裡的傾斜鋼槽中流動(見圖 4),陰極汞在鹽水下方流動。 塗層鈦陽極懸浮在鹽水中,用於生產氯氣,氯氣從電解池中流出,進入收集和處理系統。 鈉在電池中被電解並離開第一個電池與汞混合。 這種汞合金流入稱為分解器的第二個電化學電池。 分解器是一個以石墨為陰極、汞齊為陽極的電池。

在分解器中的反應是:

2鈉•汞+ 2氫2O → 2 氫氧化鈉 + 2 汞 + H2

汞電池工藝直接從電池中生產商用 (50%) NaOH。

膜細胞過程

隔膜電池中的電化學反應與隔膜電池中的相同。 使用陽離子交換膜代替多孔隔膜(見圖 1)。 該膜可防止氯離子遷移到陰極電解液中,從而直接從電池中產生基本上無鹽的 30% 至 35% 的苛性鹼。 無需除鹽使得將苛性鹼蒸發至商業 50% 強度變得更簡單,並且需要更少的投資和能源。 由於腐蝕性更強,昂貴的鎳被用作膜電池中的陰極。

安全和健康危害

在常溫下,乾燥的氯氣,無論是液態還是氣態,都不會腐蝕鋼材。 濕氯氣具有很強的腐蝕性,因為它會形成鹽酸和次氯酸。 應注意保持氯氣和氯氣設備的干燥。 管道、閥門和容器在不使用時應關閉或蓋上蓋子,以防止大氣中的水分進入。 如果在氯氣洩漏處使用水,由此產生的腐蝕性條件會使洩漏變得更糟​​。

液氯的體積隨溫度升高而增加。 應採取預防措施以避免管道、容器、容器或其他裝有液氯的設備發生靜水壓破裂。

氫氣是通過電解鹽水溶液生產的所有氯氣的副產品。 在已知的濃度範圍內,氯氣和氫氣的混合物是易燃的並具有潛在爆炸性。 氯氣和氫氣的反應可由直射陽光、其他紫外線源、靜電或劇烈撞擊引發。

氯氣生產過程中會產生少量三氯化氮,這是一種不穩定且極易爆炸的化合物。 當含有三氯化氮的液氯蒸發時,三氯化氮在剩餘的液氯中可能達到危險濃度。

氯有時會與空氣壓縮機、閥門、泵和油隔膜儀器等來源的油和油脂以及維護工作中的木材和破布等多種有機材料發生反應,有時會發生爆炸。

一旦有任何氯氣釋放跡象,必須立即採取措施糾正這種情況。 如果不及時糾正,氯氣洩漏總是會變得更糟。 當發生氯氣洩漏時,配備呼吸器和其他適當的個人防護設備 (PPE) 的經過授權和培訓的人員應進行調查並採取適當的措施。 在沒有適當的 PPE 和後備人員的情況下,人員不得進入氯濃度超過立即危及生命和健康 (IDLH) 濃度 (10 ppm) 的大氣中。 無關人員應遠離,危險區域應隔離。 可能受氯釋放影響的人員應在情況允許時疏散或就地避難。

區域氯監測器和風向指示器可以提供及時的信息(例如,逃生路線),以幫助確定人員是否需要疏散或就地避難。

使用疏散時,可能暴露的人員應移至洩漏處的上風點。 因為氯氣比空氣重,所以高海拔是可取的。 為在最短時間內逃生,已在污染區的人員應側風移動。

在建築物內選擇就地避難時,可以通過關閉所有門窗和其他開口,關閉空調和進氣系統來實現避難。 人員應移動到離釋放點最遠的建築物一側。

必須注意不要在沒有逃生路線的情況下安置人員。 風向的變化可能會使安全位置變得危險。 可能會出現新的洩漏,或者現有洩漏可能會變大。

如果發生火災或即將發生火災,應盡可能將氯容器和設備移離火源。 如果無法移動未洩漏的容器或設備,應用水保持冷卻。 水不應直接用於氯氣洩漏處。 氯和水反應形成酸,洩漏很快就會變得更糟。 但是,如果涉及多個容器並且其中一些容器正在洩漏,則可能需要謹慎使用噴水以幫助防止未洩漏容器的超壓。

每當容器暴露在火焰中時,應使用冷卻水,直到火熄滅且容器冷卻。 接觸火的容器應隔離,並應盡快聯繫供應商。

氫氧化鈉溶液具有腐蝕性,尤其是濃縮時。 面臨溢出和洩漏風險的工人應佩戴手套、面罩和護目鏡以及其他防護服。

致謝:RG Smerko 博士因提供氯研究所的資源而受到認可。

 

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星期六,二月26 2011:17 23

制定過程安全管理計劃

只要有使用溫度和壓力來改變分子結構或從化學品中創造新產品的過程,就存在著火、爆炸或釋放易燃或有毒液體、蒸氣、氣體或工藝化學品的可能性。 控制這些不良事件需要一門特殊的科學,稱為 過程安全管理。 條款 過程安全過程安全管理 最常用於描述保護員工、公眾和環境免受涉及易燃液體和高度危險材料的不良重大事件的後果。 根據美國化學製造商協會 (CMA) 的定義,“過程安全是指控制由將原材料轉化為成品的過程中的誤操作或故障引起的危害,這些過程可能導致有害物質的非計劃釋放”(CMA 1985)。


工業和勞動過程安全參與

過程安全技術在化學加工工業中發揮了重要作用,因此處理易燃和可燃液體和氣體可以在沒有不良後果的情況下進行。 例如,在 1980 世紀 XNUMX 年代,石油和天然氣行業認識到,如果沒有過程安全管理,僅靠過程安全技術是無法防止災難性事故發生的。 考慮到這一點,一些行業協會,例如美國的化學過程安全中心 (CCPS)、美國石油協會 (API) 和化學製造商協會 (CMA),啟動了開發計劃並提供過程安全管理指南供其成員使用。 正如 CCPS 所述,“過程安全從純技術問題演變為需要管理方法的問題對於持續改進過程安全至關重要”。

CCPS 成立於 1985 年,旨在促進儲存、處理、加工和使用危險化學品和材料的過程安全管理技術的改進。 1988 年,化學品製造商協會 (CMA) 啟動了 Responsible Care® 計劃,概述了每個成員公司在管理化學品時對環境、健康和安全責任的承諾。

1990 年,API 發起了一項名為“STEP-今日環境夥伴關係戰略”的全行業計劃,旨在改善石油和天然氣行業的環境、健康和安全績效。 STEP 計劃的七個戰略要素之一涉及石油運營和過程安全。 以下文件是一些因 STEP 計劃而開發的材料的示例,該計​​劃為石油和天然氣行業提供指導,以幫助防止發生易燃液體和蒸汽或危險工藝材料的災難性洩漏或將災難性洩漏的後果降至最低:

  • 過程危害管理(RP 750)

RP 750 涵蓋設計、施工、啟動、操作、檢查、維護和設施改造中碳氫化合物工藝危害的管理。 它特別適用於使用、生產、加工或儲存數量超過一定危險量(如其中定義)的易燃液體和有毒加工化學品的煉油廠、石化廠和主要加工設施。

  • 與加工廠建築物位置相關的危害管理(RP 752)

RP 752 由 API 和 CMA 共同開發,旨在幫助識別需要關注的加工廠建築物,了解與其在加工廠內的位置相關的潛在危險,並管理火災、爆炸和有毒物質釋放的風險。

  • 管理實踐、自我評估過程和資源材料 (RP 9000)

RP 9000 提供資源材料和自我評估方法來衡量實施過程安全管理要素的進展情況。

已開發材料和程序以提供涵蓋化學過程安全管理的指導的其他組織的示例包括但不限於以下內容:

  • 組織資源顧問 (ORC) 報告,具有災難性潛力的物質的過程危害管理
  • 全國煉油協會 (NPRA),BEST(建立環境管理工具)計劃
  • 國際勞工組織 (ILO),《預防重大事故危害實務守則》
  • 國際商會 (ICC),可持續發展憲章.cmp01ce.doc

過程設計和技術、過程變化、材料和材料變化、操作和維護實踐和程序、培訓、應急準備和其他影響過程的因素都必須在系統的危害識別和評估中考慮,以確定他們是否有可能在工作場所和周圍社區導致災難。

1980世紀XNUMX年代初以來,石油和化工行業發生了多起涉及高危物料的重大特大事故,造成大量人員傷亡和重大財產損失。 這些事件推動了世界各地的政府機構、勞工組織和行業協會制定和實施旨在通過應用過程安全原則消除或減輕這些不良事件的規範、法規、程序和安全工作實踐管理。 它們在 自然災害和技術災害 本章和其他地方 百科全書.

為了回應公眾對化學品潛在危害的關注,世界各地的政府和監管機構發起了一些計劃,要求製造商和用戶識別工作場所的有害物質,並告知員工和消費者其製造、使用、儲存和生產過程中存在的危害。處理。 這些計劃涵蓋應急準備和響應、危險識別、產品知識、危險化學品控制和有毒物質釋放報告,還包括碳氫化合物加工。

過程安全管理要求

過程安全管理是整個化學加工設施安全計劃的一個組成部分。 有效的過程安全管理計劃需要高層管理人員、設施管理人員、主管、員工、承包商和承包商員工的領導、支持和參與。

制定過程安全管理計劃時要考慮的組成部分包括:

  • 運營、系統和組織相互依存的連續性
  • 信息管理. 過程安全管理計劃依賴於提供良好記錄和文檔的可用性和訪問權限。
  • 過程質量、偏差和異常以及替代方法的控制
  • 管理和監督的可及性和溝通. 由於過程安全管理是設施內所有安全工作的基礎,因此管理、監督和員工的責任和問責制應明確界定、傳達和理解,以使該計劃發揮作用。
  • 目的和目標、合規性審計和績效衡量。 在實施之前,重要的是為過程安全管理計劃的每個要素建立長期和短期目標。

 

過程安全管理計劃的要素

所有化學設施過程安全管理計劃都涵蓋相同的基本要求,儘管計劃要素的數量可能因所使用的標準而異。 無論使用哪個政府、公司或協會的原始文件作為指南,每個化學過程安全管理計劃都應包含一些基本要求:

  • 過程安全信息
  • 員工參與
  • 過程危害分析
  • 變革管理
  • 運營流程
  • 安全工作實踐和許可證
  • 員工信息和培訓
  • 承包商人員
  • 啟動前安全審查
  • 設計品質保證
  • 維護和機械完整性
  • 應急響應
  • 定期安全審計
  • 過程事件調查
  • 標準和法規
  • 商業機密。

 

過程安全信息

流程工業使用流程安全信息來定義關鍵流程、材料和設備。 過程安全信息包括在進行過程危害分析之前所有可用的關於過程技術、過程設備、原材料和產品以及化學危害的書面信息。 其他關鍵過程安全信息是與資本項目審查和設計基準標準相關的文件。

化學資料 不僅包括過程中化學品(如碳氫化合物和高度危險材料)的化學和物理特性、反應性和腐蝕性數據以及熱穩定性和化學穩定性,還包括不慎混合不同不相容材料的危險影響。 化學信息還包括進行有毒和易燃釋放的環境危害評估以及允許的接觸限值可能需要的信息。

工藝技術信息 包括方塊流程圖和/或簡單的工藝流程圖,以及每個特定工藝的化學描述,以及溫度、壓力、流量、成分的安全上限和下限,以及工藝設計材料和能量平衡(如有)。 還確定了過程和材料偏差的後果,包括它們對員工安全和健康的影響。 每當流程或材料發生變化時,信息都會根據工廠的變更管理系統進行更新和重新評估。

工藝設備和機械設計​​信息 包括涵蓋所採用的設計規範以及設備是否符合公認的工程實踐的文檔。 確定是否對根據不再通用的規範、標準和慣例設計和建造的現有設備進行維護、操作、檢查和測試,以確保持續安全運行。 有關建築材料、管道和儀表圖、洩壓系統設計、電氣分類、通風設計和安全系統的信息會在發生變化時進行更新和重新評估。

員工參與

過程安全管理計劃應包括員工參與過程安全分析和計劃其他要素的開發和實施。 通常向在該區域工作的所有員工和承包商員工提供過程安全信息、事件調查報告和過程危害分析的訪問權限。 大多數工業化國家都要求對工人進行系統的指導,以了解他們可能接觸到的所有化學品的識別、性質和安全處理。

工藝危害分析

工藝安全信息編制完成後,針對工藝的複雜程度,進行全面系統的多學科工藝危害分析,以識別、評估和控制工藝的危害。 進行過程危害分析的人員應具備相關化學、工程和過程操作方面的知識和經驗。 每個分析小組通常包括至少一名完全熟悉所分析過程的人員和一名勝任所用危害分析方法的人員。

用於確定設施內從何處開始進行過程危害分析的優先順序基於以下標準:

  • 工藝危害的範圍和性質
  • 可能受影響的工人人數
  • 過程的操作和事件歷史
  • 進程的年齡。

 

化學工業中使用了多種進行過程安全分析的方法。

“如果?” 方法 提出一系列問題來審查潛在的危險場景和可能的後果,最常用於檢查對流程、材料、設備或設施的擬議修改或變更。

“清單”法 類似於“如果……怎麼辦?” 方法,除了使用以前開發的檢查表,該檢查表特定於操作、材料、過程和設備。 在完成初始構造或進行重大周轉或添加過程單元後進行啟動前審查時,此方法很有用。 “如果……怎麼辦?”的組合在分析結構、材料、設備和工藝相同的單元時,通常使用“清單”方法。

危險和可操作性 (HAZOP) 研究方法 常用於化工和石油工業。 它涉及一個由經驗豐富的領導者指導的多學科團隊。 該團隊使用特定的指導詞,例如“不”、“增加”、“減少”和“反向”,系統地應用這些詞來識別偏離所分析的過程、設備和操作的設計意圖的後果。

故障樹/事件樹分析 是類似的,正式的演繹技術,用於估計事件發生的定量可能性。 故障樹分析從定義的事件向後工作,以識別和顯示事件中涉及的操作錯誤和/或設備故障的組合。 事件樹分析是故障樹分析的逆過程,它從特定事件或事件序列向前推進,以查明可能導致危險的事件,從而計算事件序列發生的可能性。

失效模式及影響分析方法 將每個過程系統或設備單元及其故障模式、每個潛在故障對系統或單元的影響以及每個故障對系統完整性的嚴重程度製成表格。 然後按重要性對故障模式進行排序,以確定最有可能導致嚴重事故的故障模式。

無論使用哪種方法,所有化學過程危害分析都考慮以下因素:

  • 過程位置、選址和過程的危害
  • 識別任何具有潛在災難性後果的先前事件或未遂事件
  • 適用於危害的工程和行政控制
  • 控制的相互關係和適當應用檢測方法以提供早期預警
  • 人為因素、設施選址和控制失效的後果
  • 在潛在故障區域內對工人的安全和健康影響的後果。

 

變革管理

化學工藝設施應制定和實施計劃,以便在發生變化時修訂工藝安全信息、程序和實踐。 此類計劃包括管理授權系統和影響每個過程的材料、化學品、技術、設備、程序、人員和設施變更的書面文件。

例如,化學工業中變革計劃的管理包括以下領域:

  • 碳氫化合物加工技術的變化
  • 設施、設備或材料(例如催化劑或添加劑)的變化
  • 人事變動及組織和人事變動的管理
  • 臨時變更、差異和永久變更
  • 提高過程安全知識,包括:
    • 擬議變更的技術基礎
    • 變化對安全、健康和環境的影響
    • 修改操作程序和安全工作實踐
    • 其他過程所需的修改
    • 變更所需時間
    • 擬議變更的授權要求
    • 更新與過程信息、操作程序和安全實踐相關的文檔
    • 由於變化而需要的培訓或教育
  • 細微變化的管理(任何不是實物替代的東西)
  • 非常規變更。

 

變更系統的管理包括通知參與過程和維護的員工以及承包商人員,他們的任務將受到任何變更的影響,並在啟動前根據需要提供更新的操作程序、過程安全信息、安全工作實踐和培訓過程的一部分或過程的受影響部分。

運營流程

化學加工設施必須制定並向工人提供操作說明和詳細程序。 應定期審查操作說明的完整性和準確性(並在發生變化時進行更新或修改)並涵蓋工藝裝置的操作限制,包括以下三個方面:

  1. 偏差的後果
  2. 避免或糾正偏差的步驟
  3. 與操作限制相關的安全系統的功能。

 

參與該過程的工人可以獲得涵蓋以下領域的操作說明:

  • 初始啟動(周轉、緊急情況和臨時操作後的啟動)
  • 正常啟動(正常和臨時操作以及正常關機)
  • 緊急操作和緊急關閉
  • 需要緊急關閉的條件以及將關閉責任分配給合格的操作員
  • 非常規工作
  • 操作員-過程和操作員-設備接口
  • 行政控制與自動控制。

 

安全的工作習慣

化學加工設施應實施動火作業和安全工作許可證和工作指令計劃,以控制在加工區內或加工區附近進行的工作。 主管、員工和承包商人員必須熟悉各種許可證計劃的要求,包括許可證簽發和到期以及適當的安全、材料處理和防火和預防措施。

典型化學設施許可證計劃中包含的工作類型包括:

  • 熱加工(焊接、帶壓攻絲、內燃機等)
  • 電氣、機械、氣動能量和壓力的上鎖/掛牌
  • 密閉空間進入和使用惰性氣體
  • 通風、打開和清潔工藝容器、儲罐、設備和管線
  • 控制非指定人員進入過程區域。

 

化學設施應制定和實施安全工作規範,以控制工藝操作過程中的潛在危害,涵蓋以下關注領域:

  • 過程中使用的材料、催化劑和化學品的特性和危害
  • 工程、行政和個人保護控制,以防止暴露
  • 身體接觸或接觸危險化學品時應採取的措施
  • 原材料、催化劑的質量控制和危險化學品的庫存控制
  • 安全和保護系統(聯鎖、抑制、檢測等)功能
  • 工作場所的特殊或獨特的危險。

 

員工信息和培訓

化學加工設施應使用正式的過程安全培訓計劃來培訓和教育現任、重新分配和新的主管和工人。 為化學過程操作和維護主管和工人提供的培訓應涵蓋以下領域:

  • 流程員工所需的技能、知識和資格
  • 選擇和開發過程相關的培訓計劃
  • 衡量和記錄員工的績效和效率
  • 工藝操作和維護程序的設計
  • 過程操作和過程危害概述
  • 材料和備件在其使用過程中的可用性和適用性
  • 過程啟動、操作、關閉和應急程序
  • 與工藝、催化劑和材料相關的安全和健康危害
  • 設施和加工區域的安全工作實踐和程序。

 

承包商人員

承包商通常受僱於化學加工設施。 設施必須制定程序,以確保執行維護、修理、周轉、重大翻新或專業工作的承包商人員充分了解該地區的危險、材料、流程、操作和安全程序以及設備。 定期對績效進行評估,以確保承包商人員經過培訓、合格、遵守所有安全規則和程序,並了解和了解以下內容:

  • 與其工作相關的潛在火災、爆炸和有毒物質釋放危害
  • 工廠安全程序和承包商安全工作實踐
  • 應急計劃和承包商人員行動
  • 對承包商人員進入、退出和出現在過程區域的控制。

 

啟動前安全審查

啟動前過程安全審查是在化工廠啟動新過程設施之前,在設施中引入新的危險材料或化學品之前,在重大轉變之後以及設施進行重大過程修改的情況下進行的。

啟動前安全審查確保已完成以下內容:

  • 建築、材料和設備按照設計標准進行驗證
  • 過程系統和硬件,包括計算機控制邏輯,已經過檢查、測試和認證
  • 警報器和儀器經過檢查、測試和認證
  • 對洩壓和安全裝置以及信號系統進行檢查、測試和認證
  • 消防和預防系統經過檢查、測試和認證
  • 安全、防火和應急響應程序已製定、審查、到位並且是適當和充分的
  • 啟動程序已到位並已採取適當的措施
  • 已進行過程危害分析,處理、實施或解決所有建議,並記錄行動
  • 完成所有必需的初始和/或複習操作員和維護人員培訓,包括應急響應、過程危害和健康危害
  • 所有操作程序(正常和異常)、操作手冊、設備程序和維護程序均已完成並到位
  • 已滿足對新流程的變更要求和對現有流程的修改的管理。

 

設計質量保證

當採用新工藝或對現有工藝進行重大更改時,通常會在施工前和施工期間(啟動前審查之前)進行一系列工藝安全設計審查。 在計劃和規範作為“最終設計圖紙”發布之前進行的設計控制審查涵蓋以下領域:

  • 地塊規劃、選址、間距、電氣分類和排水
  • 危害分析和過程化學設計
  • 項目管理要求和資格
  • 工藝設備和機械設備的設計和完整性
  • 管道和儀表圖紙
  • 可靠性工程、警報器、聯鎖裝置、減壓裝置和安全裝置
  • 結構材料和相容性。

 

另一項審查通常在施工開始前進行,涵蓋以下內容:

  • 拆除和挖掘程序
  • 原材料控制
  • 設施和現場施工人員和設備的控制
  • 製造、施工和安裝程序及檢查。

 

在建造或改造過程中通常會進行一次或多次審查,以確保以下方面符合設計規範和設施要求:

  • 按規定提供和使用的建築材料
  • 正確的裝配和焊接技術、檢查、驗證和認證
  • 施工期間考慮的化學和職業健康危害
  • 在施工和設施許可期間考慮了物理、機械和操作安全隱患,並遵循了安全實踐
  • 臨時保護和應急響應系統已提供並正在運行。

 

維護和機械完整性

工藝設施有計劃來保持工藝相關設備的持續完整性,包括定期檢查、測試、性能維護、糾正措施和質量保證。 這些計劃旨在確保設備和材料的機械完整性得到審查和認證,並在啟動前糾正缺陷,或為適當的安全措施做好準備。

機械完整性計劃涵蓋以下設備和系統:

  • 壓力容器和儲罐
  • 緊急停機和消防系統
  • 過程安全措施,例如洩壓和排氣系統和設備、控制、聯鎖裝置、傳感器和警報
  • 泵和管道系統(包括閥門等部件)
  • 質量保證、建築材料和可靠性工程
  • 維護和預防性維護計劃。

 

機械完整性計劃還包括維護材料、備件和設備的檢查和測試,以確保正確安裝和適用於所涉及的過程應用。 檢查和測試的驗收標準和頻率應符合製造商的建議、良好的工程實踐、法規要求、行業實踐、設施政策或以前的經驗。

應急響應

制定應急準備和響應計劃以涵蓋整個過程設施,並提供危險識別和潛在過程危險的評估。 這些計劃包括就緊急通知、響應和疏散程序對員工和承包商員工進行培訓和教育。

典型的過程設施應急準備計劃符合適用的公司和法規要求,包括以下內容:

  • 獨特的員工和/或社區警報或通知系統
  • 內部報告火災、洩漏、洩漏和緊急情況的首選方法
  • 向適當的政府機構報告流程相關事件的要求
  • 緊急停機、疏散、人員清點程序、緊急逃生程序、車輛和設備拆除和路線分配
  • 應急響應和救援程序、職責和能力,包括員工、公共安全、承包商和互助組織
  • 處理少量洩漏或危險化學品釋放的程序
  • 提供和維護應急電源和公用設施的程序
  • 業務延續計劃、人員和設備來源
  • 文件和記錄保存、現場安全、清理、打撈和恢復。

 

定期安全審核

許多過程設施使用自我評估過程安全管理審計來衡量設施性能並確保符合內部和外部(法規、公司和行業)過程安全要求。 進行自我評估審核的兩個基本原則是:收集涵蓋特定設施過程安全管理要求的所有相關文件,並通過跟進其在一個或多個選定過程中的應用來確定計劃的實施和有效性。 制定了審計結果和建議的報告,設施管理部門保留了記錄如何糾正或減輕缺陷的文件,如果沒有,說明未採取糾正措施的原因。

碳氫化合物加工設施的合規審計計劃涵蓋以下領域:

  • 在審計之前確定目標、時間表和驗證結果的方法
  • 確定用於進行審計的方法(或格式),並製定適當的清單或審計報告表
  • 準備證明符合政府、行業和公司的要求
  • 分配知識淵博的審計團隊(內部和/或外部專業知識)
  • 迅速回應所有調查結果和建議,並記錄所採取的行動
  • 至少保存一份最新的合規審計報告存檔。

 

通常會制定設施和工藝單元特定檢查表,以供在進行過程安全審核時使用,其中涵蓋以下項目:

  • 定位和過程安全管理計劃概述
  • 初步巡視煉油廠或天然氣處理設施
  • 工藝設施文件審查
  • “先前事件”和未遂事故(在加工設施或特定單元中)
  • 確定和審查選定的要審核的過程單元
  • 工藝單元構造(初始和後續修改)
  • 工藝單元化學危害(原料、催化劑、工藝化學品等)
  • 處理單元操作
  • 過程單元控制、洩壓和安全系統
  • 過程單元維護、修理、測試和檢查
  • 工藝單元相關培訓和員工參與
  • 變更計劃、實施和有效性的流程設施管理
  • 處理消防和緊急情況通知和響應程序。

 

由於審計的目標和範圍可能不同,合規審計團隊應至少包括一名熟悉被審計流程的人員、一名具有適用監管和標準專業知識的人員以及其他具備執行審計所需技能和資格的人員。 由於缺乏設施人員或專業知識,或者由於監管要求,管理層可能決定在審計團隊中包括一名或多名外部專家。

過程事件調查

流程設施已製定計劃來徹底調查和分析與流程相關的事件和未遂事故,及時處理和解決調查結果和建議,並與工作與事件調查結果相關的工人和承包商一起審查結果。 一個團隊盡快對事件(或未遂事故)進行徹底調查,該團隊包括至少一名熟悉相關過程操作的人員和其他具有適當知識和經驗的人員。

標準和法規

加工設施受制於兩種截然不同的標準和法規。

  1. 適用於工藝設施和員工的設計、操作和保護的外部規範、標準和法規通常包括政府法規和協會以及行業標準和慣例。
  2. 公司或設施制定或採用的內部政策、指南和程序,以補充外部要求並涵蓋獨特或獨特的流程,並根據設施的變更管理系統定期審查並在必要時進行更改。

 

商業機密

過程設施管理人員應向以下人員提供過程信息,而不考慮可能的商業秘密或保密協議:

  • 負責收集和編制過程安全信息
  • 進行過程危害分析和合規性審計
  • 制定維護、操作和安全工作程序
  • 參與事件(未遂事故)調查
  • 負責應急計劃和響應。

 

設施通常要求獲得過程信息的人員簽訂不披露信息的協議。

 

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星期六,二月26 2011:17 49

油漆和塗料製造

改編自 NIOSH 1984。

油漆和塗料包括油漆、清漆、生漆、著色劑、印刷油墨等。 傳統塗料由顏料顆粒分散在載體中組成,載體由成膜劑或粘合劑(通常是油或樹脂)和稀釋劑(通常是揮發性溶劑)組成。 此外,還可以有各種各樣的填料和其他添加劑。 清漆是油和天然樹脂在有機溶劑中的溶液。 也可以使用合成樹脂。 漆是一種塗層,其中薄膜完全通過溶劑的蒸發而乾燥或硬化。

傳統塗料的固體含量低於 70%,其餘大部分為溶劑。 限制可排放到大氣中的溶劑量的空氣污染法規導致開發出各種有機溶劑含量低或不含有機溶劑的替代塗料。 其中包括:水性乳膠漆; 兩部分催化塗料(例如,環氧樹脂和聚氨酯系統); 高固含量塗料(超過 70% 的固含量),包括主要由顏料和增塑劑組成的塑料溶膠塗料; 輻射固化塗料; 和粉末塗料。

根據美國國家職業安全與健康研究所 (NIOSH 1984) 的數據,大約 60% 的塗料製造商僱用的工人少於 20 人,只有約 3% 的工人超過 250 人。 這些統計數據有望代表全球塗料製造商。 這表明小商店占主導地位,其中大多數不具備內部健康和安全專業知識。

製造過程

一般來說,油漆和其他塗料的製造是使用批處理過程的一系列單元操作。 很少或沒有化學反應; 操作大多是機械的。 製造包括原材料的組裝、混合、分散、稀釋和調整、容器的灌裝和倉儲。

塗料

用於製造油漆的原材料有液體、固體、粉末、糊狀物和漿狀物。 這些是手動稱重和預混合的。 團聚的顏料顆粒必須減小到原始顏料尺寸,並且顆粒必須用粘合劑潤濕以確保分散在液體基質中。 這種稱為研磨的分散過程是通過多種類型的設備完成的,包括高速軸-葉輪分散機、麵團攪拌機、球磨機、砂磨機、三輥磨機、攪拌機等。 初始運行可能需要長達 48 小時,然後將樹脂添加到糊狀物中,然後在較短的時間內重複研磨過程。 然後分散的材料通過重力轉移到排放罐中,可以在其中添加其他材料,例如著色化合物。 對於水性塗料,通常在這個階段添加粘合劑。 然後用樹脂或溶劑稀釋糊狀物,過濾,然後通過重力再次轉移到罐裝區域。 填充可以手動或機械完成。

在分散過程之後,可能需要在引入新批次之前清潔罐和研磨機。 這可能涉及手動和電動工具,以及鹼性清潔劑和溶劑。

漆的生產通常在罐或混合器等封閉設備中進行,以盡量減少溶劑的蒸發,這會導致乾漆膜沉積在加工設備上。 否則,漆的生產與油漆生產的方式相同。

清漆

含油清漆的製造包括對油和樹脂進行蒸煮,使它們更相容,開發高分子量分子或聚合物,並增加在溶劑中的溶解度。 較舊的工廠可能會使用便攜式開放式水壺進行加熱。 將樹脂和油或樹脂單獨加入釜中,然後加熱至約 316ºC。 天然樹脂必須在添加油之前加熱。 將材料倒在水壺的頂部。 在烹飪過程中,水壺上覆蓋著耐火排氣罩。 烹飪後,將水壺移到房間,通常通過噴水快速冷卻,然後加入稀釋劑和乾燥劑。

現代工廠使用容量為 500 至 8,000 加侖的大型封閉反應器。 這些反應器類似於化學加工工業中使用的反應器。 它們配有攪拌器、觀察鏡、填充和排空反應器、冷凝器、溫度測量裝置、熱源等的管線。

在舊工廠和現代工廠中,稀釋的樹脂在包裝前都經過過濾作為最後一步。 這通常是在樹脂還熱的時候完成的,通常使用壓濾機。

粉末塗料

粉末塗料是無溶劑體系,基於樹脂和其他添加劑顆粒在加熱物體表面的熔化和融合。 粉末塗料可以是熱固性或熱塑性的,包括諸如環氧樹脂、聚乙烯、聚酯、聚氯乙烯和丙烯酸樹脂之類的樹脂。

最常見的製造方法包括粉末成分的干混和擠出熔融混合(見圖 1)。 乾燥的樹脂或粘合劑、顏料、填料和添加劑被稱重並轉移到預混合器中。 該過程類似於橡膠製造中的干混操作。 混合後,將材料放入擠出機中加熱直至熔化。 熔融材料被擠出到冷卻傳送帶上,然後轉移到粗粒機。 粒狀材料通過細磨機,然後篩分以達到所需的粒度。 然後包裝粉末塗料。

圖 1. 擠出熔融混合法製造粉末塗料的流程圖

CMP040F3

危害及其預防

一般來說,與油漆和塗料製造相關的主要危害涉及材料處理; 有毒、易燃或易爆物質; 和物理因素,如電擊、噪音、熱和冷。

人工搬運裝有原材料和成品的箱子、桶、容器等是因不當起吊、滑倒、跌落、掉落容器等造成傷害的主要來源。 預防措施包括工程/人體工程學控制,例如物料搬運輔助工具(滾筒、千斤頂和平台)和機械設備(輸送機、起重機和叉車)、防滑地板、個人防護裝備 (PPE),例如安全鞋和適當的培訓在手動起重和其他材料處理技術中。

化學危害包括接觸有毒粉塵,例如鉻酸鉛顏料,這可能發生在稱重、混合器和研磨機料斗的填充、未封閉設備的操作、粉末塗料容器的填充、設備清潔和容器溢出過程中。 粉末塗料的製造會導致大量粉塵暴露。 預防措施包括用糊狀物或漿液代替粉末; 局部排氣通風 (LEV),用於打開粉末袋(見圖 2)和加工設備、設備外殼、洩漏清理程序和必要時的呼吸保護。

圖 2. 袋塵控制系統

CMP040F4

油漆和塗料製造中使用了多種揮發性溶劑,包括脂肪烴和芳香烴、醇類、酮類等。 最易揮發的溶劑通常存在於漆和清漆中。 在溶劑型塗料製造過程中稀釋過程中可能會暴露於溶劑蒸汽中; 在清漆製造過程中給反應容器(尤其是舊的釜類型)裝料時; 在灌裝所有溶劑型塗料期間; 以及在使用溶劑手動清潔工藝設備期間。 清漆反應器和漆混合器等設備的外殼通常涉及較低的溶劑暴露,洩漏的情況除外。 預防措施包括工藝設備的外殼、稀釋和罐裝操作的 LEV 以及呼吸保護和清潔容器的密閉空間程序。

其他健康危害包括吸入和/或皮膚接觸用於製造聚氨酯油漆和塗料的異氰酸酯; 與用於製造輻射固化塗料的丙烯酸酯、其他單體和光引髮劑; 丙烯醛和清漆烹飪產生的其他氣體排放物; 以及粉末塗料中的固化劑和其他添加劑。 預防措施包括外殼、LEV、手套和其他個人防護服和設備、危險材料培訓和良好工作規範。

易燃溶劑、可燃粉末(尤其是用於漆器生產的硝化纖維)和油類,如果被火花或高溫點燃,都有著火或爆炸的危險。 點火源可能包括有故障的電氣設備、吸煙、摩擦、明火、靜電等。 浸油的抹布可能是自燃源。 預防措施包括在轉移易燃液體時將容器連接和接地,將包含可燃粉塵的球磨機等設備接地,通風以將蒸氣濃度保持在爆炸下限以下,在不使用時蓋住容器,移除火源,使用防火花易燃或可燃材料周圍的有色金屬工具和良好的內務管理規範。

噪音危害可能與使用球磨機、高速分散機、用於過濾的振動篩等有關。 預防措施包括隔振器和其他工程控制、更換噪音設備、良好的設備維護、隔離噪聲源以及存在過度噪聲的聽力保護計劃。

其他危險包括機器防護不足,這是機器周圍常見的傷害源。 如果沒有適當的設備維護和維修上鎖/掛牌程序,則電氣危險是一個特殊的問題。 灼熱的清漆烹飪容器和飛濺的材料以及用於包裝和標籤的熱熔膠可能會導致灼傷。

 

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星期六,二月26 2011:17 38

主要單元操作和流程:概述

本文介紹了有關化學加工行業的基本工藝設備、存儲、工廠佈局和操作注意事項的信息,包括廣泛適用於整個化學工業的主要項目和概念。 然而,化學加工所需的許多設備都是高度專業化的,不能廣泛推廣。 有關毒性和有害物質以及過程安全的更多詳細信息,請參見本文檔的其他部分 百科全書。

化學加工行業的佈局有兩個基本類別:工廠佈局,包括所有工藝單元、公用設施、存儲區、裝卸區、建築物、商店和倉庫,以及單元或工藝佈局,僅包括設備佈置具體過程,也稱為過程塊。

工廠佈局

選址

整個工廠的定位或選址基於許多一般因素,如表 1 (CCPS 1993) 所示。 這些因素因地點、政府和經濟政策而有很大差異。 在這些不同的因素中,安全考慮是一個極其重要的問題,在某些地方,它們可能是決定工廠選址的主要因素。


表 1. 一些一般選址因素

  • 場地周圍的人口密度
  • 自然災害發生(地震、洪水等)
  • 盛行風和氣象數據
  • 電力、蒸汽和水的可用性
  • 安全考慮
  • 空氣、水和廢物法規及其複雜性
  • 原材料和市場的可及性
  • 交通運輸
  • 選址許可證和獲得它們的複雜性
  • 產業發展中的交互需求
  • 勞動力可用性和成本
  • 投資優惠

 

選址工廠安全的一個重要方面是在具有危險過程的工廠與附近的工廠、住宅、學校、醫院、高速公路、水道和飛機走廊之間定義一個緩衝區。 表 2 列出了一些總體安全注意事項。緩衝區很重要,因為距離往往會減少或減輕各種事故的潛在暴露。 可以定義通過大氣相互作用將有毒濃度降低到可接受水平所需的距離,以及有毒物質從意外釋放中擴散的距離。 此外,緩衝區造成的有毒物質釋放和公眾接觸之間的時間差可用於通過預先計劃的應急響應方案向民眾發出警告。 由於工廠有各種類型的含有毒物質的設施,應對潛在危險系統進行擴散分析,以確保工廠周邊的每個區域都有足夠的緩衝區。

 


表 2. 工廠選址安全注意事項

  • 緩衝區
  • 附近其他危險設施的位置
  • 有毒有害物品清單
  • 消防供水是否充足
  • 應急設備通道
  • 鄰近行業和社區的應急響應支持的可用性
  • 極端天氣和盛行風
  • 公路、水路、鐵路和飛機走廊的位置
  • 緊急情況下的環境和廢物處理限制
  • 排水和坡度
  • 保養與檢查

 

火災是加工廠和設施中的潛在危險。 大火可能是熱輻射的來源,也可以通過距離來減輕。 在緊急情況或啟動/關閉操作期間,升高的耀斑也可能是熱輻射源。 火炬是一種在高處或特殊地面位置自動燃燒廢氣或緊急釋放蒸汽的裝置。 這些應該遠離工廠周邊(為了社區保護),火炬基地的一個區域應該禁止工人使用。 如果操作不當,液體夾帶到火炬中會導致液滴燃燒。 除火災外,設備內還可能發生爆炸或產生衝擊波的蒸汽雲。 雖然距離會在一定程度上降低緩衝區上方的爆炸強度,但爆炸仍會對附近社區產生影響。

還應考慮擬議地點附近的現有設施可能發生意外洩漏或火災的可能性。 應對潛在事件進行建模和評估,以確定對擬議工廠佈局的可能影響。 應評估對外部事件的緊急響應,並與其他工廠和受影響社區協調響應。

其他考慮因素

陶氏化學公司根據最大可能財產損失 (MPPD) 和業務中斷風險 (B1) 的可接受水平開發了另一種工廠佈局方法 (Dow Chemical Company 1994a)。 這些考慮因素對於新工廠和現有工廠都很重要。 陶氏火災和爆炸指數在新工廠佈局或向現有工廠添加設備時很有用。 如果發現根據指數計算出的風險不可接受,則應增加間隔距離。 或者,佈局更改也可以降低潛在風險。

總體佈局

在整個工廠佈局中,盛行風是一個重要的考慮因素。 點火源應位於潛在洩漏源的上風處。 明火加熱器、鍋爐、焚化爐和火炬屬於這一類 (CCPS 1993)。 另一個建議是將儲罐安裝在工藝裝置和公用設施的下風處 (CCPS 1993)。 環境法規已導致儲罐洩漏顯著減少(Lipton 和 Lynch 1994)。

工藝單元、設備和不同工廠功能的各種出版物中概述了最小間隔距離(CCPS 1993;Dow Chemical Company 1994a;IRI 1991)。 表 3 顯示了通常在整個工廠佈局中建議距離間隔的一般設施。應仔細定義實際距離建議。 雖然表 3 中未顯示明火加熱器和工藝爐,但它們是重要的項目,建議的距離間隔必須包含在單元工藝佈局中。


表 3. 工廠總體佈局中通常分開的設施

  • 處理單元
  • 罐區
  • 裝卸設施
  • 喇叭褲
  • 電力、鍋爐和焚化爐
  • 冷卻塔
  • 變電站、大型電氣開關場
  • 中央控制室
  • 倉庫
  • 分析實驗室
  • 傳入的公用事業計量和阻塞系統
  • 消防水帶、固定式水砲、蓄水池和應急消防泵
  • 垃圾處理區
  • 維修建築物和區域
  • 行政樓

 

此外,道路對於緊急和維護車輛或設備通道是必需的,並且需要在工藝單元之間和整個工廠的各個部分仔細放置。 應為高架管架和其他高架設備留出可接受的間隙,並在十字路口和所有設施的入口處留出橫向間隙。

佈局要求可以基於推薦的最小間隔距離(CCPS 1993;NFPA 1990;IRI 1991;Mecklenburgh 1985)或通過危害分析確定(Dow Chemical Company 1994a)。

工藝單元佈局

表 3 顯示了整個工廠分離佈局摘要。 處理單元包含在總體佈局中顯示的特定塊中。 化學過程通常在過程和實施圖 (P&ID) 中詳細顯示。 工藝佈局需要考慮特定設備間隔距離以外的因素,其中一些因素如表 4 所示。


表 4. 工藝單元佈局的一般注意事項

  • 未來擴展和單元可訪問性的區域定義
  • 維修設備可達性,便於經常維護
  • 個別設備維修的空間要求(例如,拉動熱交換器管束所需的區域或控制閥的可及性)
  • 具有爆炸可能性的高壓設備或反應器的屏障
  • 裝卸固體填充反應器或塔的機械和空間要求
  • 粉塵爆炸的洩放空間
  • 將經常打開或維護的設備與高溫管道、容器等分開。
  • 特殊建築物或構築物以及必要的間隙(例如,帶有內部橋式起重機或外部起重機的壓縮機房)

 

任何特定工藝單元中的設備組合都會有很大差異,具體取決於工藝。 單元內的流和材料的毒性和危險特性也有很大差異。 儘管存在這些差異,但已為許多設備項目制定了最小距離標準(CCPS 1993;NFPA 1990;IRI 1991;Mecklenburgh 1985)。 計算過程設備的潛在洩漏和有毒暴露也會影響間隔距離的程序是可用的(Dow Chemical Company 1994b)。 此外,當洩漏估計已經計算時,可以應用分散分析。

設備與間隔距離

矩陣技術可用於計算分離設備所需的空間(CCPS 1993;IRI 1991)。 基於特定加工條件和設備危險評估的計算可能導致與標準矩陣指南不同的分隔距離。

可以通過細化各個類別和添加設備來開發矩陣的廣泛列表。 例如,壓縮機可以分為幾種類型,例如處理惰性氣體、空氣和有害氣體的壓縮機。 發動機驅動壓縮機的間隔距離可能不同於電機或蒸汽驅動機器。 儲存液化氣體的儲存設施的間隔距離應根據氣體是否惰性來分析。

應仔細定義過程電池限制。 它們是工藝單元的邊界線或繪圖限制(該名稱源於早期在加工過程中使用的烤箱電池組)。 其他單位、道路、公用設施、管道、徑流溝等根據電池限制繪製。 雖然單元設備位置不延伸到電池限制,但應定義設備與電池限制的分隔距離。

控制室或控制室

過去,每個過程單元都設計有一個控制室,提供過程的操作控制。 隨著電子儀器和計算機控制處理的出現,單獨的控制室已被中央控制室所取代,中央控制室在許多操作中控制多個過程單元。 由於過程優化和人員效率的提高,集中控制室在經濟上是有利的。 獨立的過程單元仍然存在,在一些專門的單元中,已被集中控制室取代的舊控制室仍可用於本地過程監控和緊急控制。 雖然控制室的功能和位置通常由過程經濟性決定,但控制室或控制室的設計對於維持緊急控制和工人保護非常重要。 中央和本地控制室的一些注意事項包括:

  • 控制室加壓,防止有毒有害蒸氣進入
  • 抗爆破控制室設計
  • 建立一個風險最小的位置(基於間隔距離和氣體洩漏的可能性)
  • 淨化所有入口空氣並安裝入口煙囪位置,以最大限度地減少有毒或有害蒸氣的攝入
  • 密封控制室的所有下水道出口
  • 安裝滅火系統。

 

減少庫存

工藝和工廠佈局的一個重要考慮因素是包括設備在內的整個庫存中有毒和有害物質的數量。 隨著材料體積的增加,洩漏的後果會更加嚴重。 因此,應盡可能減少庫存。 改進的工藝可以減少設備的數量和尺寸,從而減少庫存、降低風險,同時還可以減少投資並提高運營效率。

表 6 顯示了一些潛在的庫存減少考慮因素。如果將安裝新的加工設施,則應通過考慮表 5 中顯示的一些目標來優化加工。


表 5. 限制庫存的步驟

  • 通過改進過程控制、操作和及時庫存控制減少儲罐庫存減少
  • 通過流程整合消除或最小化現場儲罐庫存
  • 使用反應變量分析和開發來減少反應器體積
  • 用連續反應器代替間歇式反應器,這也減少了下游滯留
  • 通過減少底部體積和使用更先進的塔盤或填料的塔盤滯留來降低蒸餾塔滯留
  • 用熱虹吸再沸器代替釜再沸器
  • 最大限度地減少塔頂鼓和塔底緩衝鼓的體積
  • 改進管道佈局和尺寸以最大限度地減少滯留
  • 在產生有毒物質的地方,最大限度地減少有毒部分的滯留

儲存設施

化學加工廠的儲存設施可以存放液體和固體進料、中間化學品、副產品和加工產品。 儲存在許多設施中的產品用作其他過程的中間體或前體。 稀釋劑、溶劑或其他工藝材料也可能需要儲存。 所有這些材料通常都儲存在地上儲罐 (AST) 中。 一些地方仍在使用地下儲罐,但由於通道問題和容量有限,使用通常受到限制。 此外,當洩漏污染地下水時,此類地下儲罐 (UST) 的潛在洩漏會帶來環境問題。 一般的地球污染會導致潛在的大氣暴露和更高蒸氣壓的材料洩漏。 在地面修復工作中,洩漏的材料可能是一個潛在的暴露問題。 UST洩漏導致許多國家的環境法規越來越嚴格,例如對雙壁罐和地下監測的要求。

典型的地上儲罐如圖 1 所示。立式 AST 是錐形或圓頂罐、有蓋或無蓋浮頂的浮頂罐或外部浮頂罐 (EFRT)。 改裝或封閉式屋頂儲罐是 EFRT,其蓋子安裝在通常為測地線型圓頂的儲罐上。 由於 EFRT 隨著時間的推移不會保持完美的圓形形狀,因此密封浮頂很困難,因此需要在儲罐上安裝覆蓋物。 測地圓頂設計消除了錐形屋頂儲罐 (FRT) 所需的屋頂桁架。 測地圓頂比錐形屋頂更經濟,此外,圓頂減少了材料對環境的損失。

圖 1. 典型的地上儲罐

CMP020F1

通常,儲罐僅限於液體蒸汽壓力不超過 77 kPa 的液體儲存。 如果壓力超過此值,則使用橢球體或球體,因為兩者都是為壓力操作而設計的。 球體可能非常大,但不會安裝在壓力可能超過機械設計定義的某些限制的地方。 對於大多數更高蒸汽壓力的存儲應用,球體通常是存儲容器,並配備減壓閥以防止過壓。 球體出現的一個安全問題是翻滾,它會產生過多的蒸汽並導致安全閥排放或更極端的情況,例如球體壁破裂 (CCPS 1993)。 一般來說,液體內容物會分層,如果將溫暖的(密度較小的)材料裝入球體底部,溫暖的材料會上升到表面,而較冷的、密度較高的表面材料會滾到底部。 溫暖的表面材料蒸發,壓力升高,這可能導致安全閥排放或球體過壓。

坦克佈局

儲罐佈局需要仔細規劃。 有關於儲罐間隔距離和其他注意事項的建議(CCPS 1988;1993)。 在許多地點,法規並未指定間隔距離,但最小距離 (OSHA 1994) 可能是適用於間隔距離和地點的各種決定的結果。 表 6 列出了其中一些考慮因素。此外,儲罐服務是加壓、冷藏和常壓儲罐的儲罐分離的一個因素(CCPS 1993)。


表 6. 儲罐分隔和位置注意事項

  • 基於殼與殼距離的分隔可基於參考,並以計算相鄰儲罐發生火災時的熱輻射距離為準。
  • 儲罐應與工藝裝置分開。
  • 儲罐位置最好位於其他區域的下風處,這樣可以最大限度地減少儲罐釋放大量蒸汽時的點火問題。
  • 儲罐應有堤壩,這在大多數地區也是法律要求的。
  • 儲罐可以分組使用普通堤壩和消防設備。
  • 堤壩應具有緊急情況下的隔離能力。

 

堤壩是必需的,並且名義上的體積尺寸可以容納水箱的內容物。 如果一個堤壩內有多個水箱,最小體積堤壩容量等於最大水箱的容量 (OSHA 1994)。 堤牆可以用土、鋼、混凝土或實心磚石建造。 但是,土堤應該是不透水的,頂部平坦,最小寬度為 0.61 m。 此外,堤防區內的土壤也應有一層防滲層,以防止任何化學​​品或油類滲入土壤。

油箱洩漏

多年來一直存在的一個問題是罐底腐蝕導致的罐洩漏。 通常,儲罐在儲罐底部有水層,這會導致腐蝕,並且由於與大地接觸可能會發生電解腐蝕。 因此,各個地區都制定了監管要求,以控製罐底洩漏以及水中污染物對地下土壤和水的污染。 已經開發了多種設計程序來控制和監測洩漏(Hagen 和 Rials 1994)。 此外,還安裝了雙層底。 在某些裝置中,已安裝陰極保護以進一步控制金屬劣化(Barletta、Bayle 和 Kennelley 1995)。

抽水

定期從水箱底部手動排放水會導致暴露。 通過開放式手動排水的目視觀察確定界面可能會導致工人接觸。 可以安裝帶有接口傳感器和控制閥的封閉式排放裝置,從而最大限度地減少潛在的工人接觸(Lipton 和 Lynch 1994)。 市場上有多種傳感器可用於此服務。

滿罐

儲罐經常裝滿,造成潛在的安全和工人暴露危險。 這可以通過控制入口截止閥或進料泵的冗餘或雙級儀器來防止 (Bahner 1996)。 多年來,溢流管一直安裝在化學品儲罐上,但它們終止於排水口上方一小段距離,以便可以目視觀察溢流排放。 此外,排水口的尺寸必須大於最大填充率,以確保適當的排水。 然而,這樣的系統是潛在的暴露源。 這可以通過將溢流管直接連接到排水管並在管中使用流量指示器來顯示溢流來消除。 雖然這會令人滿意地發揮作用,但這會導致排水系統超載,並產生非常大的污染物體積和潛在的健康和安全問題。

儲罐檢查和清洗

定期將儲罐從服務中移除以進行檢查和/或清潔。 必須仔細控制這些程序,以防止工人接觸並最大程度地減少潛在的安全隱患。 排水後,儲罐經常用水沖洗以去除工藝液體痕跡。 從歷史上看,必要時會手動或機械清潔水箱。 當水箱排空時,它們充滿了可能有毒且可能在可燃範圍內的蒸汽。 水沖洗可能不會顯著影響蒸汽毒性,但它可以減少潛在的燃燒問題。 對於浮頂,浮頂下方的材料可以被沖洗和排放,但一些儲罐的集水槽中可能仍有材料。 這種底部材料必須手動移除,並且可能存在潛在的暴露問題。 工作人員可能需要穿戴個人防護裝備 (PPE)。

通常情況下,封閉儲罐和浮頂下方的任何體積都會用空氣吹掃,直到達到指定的氧氣濃度水平,然後才允許進入。 但是,應連續獲得濃度測量值,以確保毒性濃度水平令人滿意且不會改變。

蒸汽排放和排放控制

對於固定頂或改裝的浮頂儲罐 (CFRT),在許多地方可能不接受向大氣排放。 壓力真空 (PV) 排氣口(如圖 2 所示,這些罐被移除,蒸汽通過封閉管道流向控制裝置,污染物在控制裝置中被破壞或回收。對於這兩個罐,惰性吹掃(例如氮氣)可以被注入以消除晝夜真空效應並為回收裝置保持正壓。在 CFRT 罐中,氮氣消除了晝夜效應並減少了通過 PV 通風口排放到大氣中的任何蒸汽。但是,並沒有消除蒸汽排放。有大量控制裝置和技術可用,包括燃燒、吸收器、冷凝器和吸收(Moretti 和 Mukhopadhyay 1993 年;Carroll 和 Ruddy 1993 年;Basta 1994 年;Pennington 1996 年;Siegall 1996 年)。控制系統的選擇是最終排放目標的函數以及運營和投資成本。

在浮頂罐中,無論是外部還是內部,密封件和輔助配件控制都有效地減少了蒸汽損失。

安全隱患

易燃性是儲罐中的一個主要問題,需要消防系統來幫助控制和防止火區擴大。 提供消防水系統和安裝建議(CCPS 1993;Dow Chemical Company 1994a;NFPA 1990)。 在某些情況下,水可以直接噴灑在火上,這對於冷卻相鄰的儲罐或設備以防止過熱至關重要。 此外,泡沫是一種有效的滅火劑,可以在儲罐上安裝永久性泡沫設備。 應與製造商一起審查移動消防設備上泡沫設備的安裝。 現在可以使用環境可接受且毒性低的泡沫,它們在快速滅火方面的效果可與其他泡沫相媲美。

加工設備

由於流程眾多、專業化的工藝要求和產品的變化,化學品加工需要各種各樣的工藝設備。 因此,無法審查當今使用的所有化學設備; 本節將重點介紹在處理序列中應用更廣泛的設備。

電抗器

化學工業中有大量的反應器類型。 反應器選擇的基礎是許多變量的函數,首先要對反應是分批反應還是連續反應進行分類。 通常,隨著反應經驗的增加和一些改進(例如改進的催化劑)變得可用,間歇反應會轉變為連續操作。 連續反應處理通常更有效並且產生更一致的產品,這在滿足產品質量目標方面是可取的。 但是,仍然存在大量的批量操作。

反應

在所有反應中,必須將反應分類為放熱或吸熱(產生熱量或需要熱量),以便定義控制反應所需的加熱或冷卻要求。 此外,必須建立失控反應標準,以安裝可防止反應失控的儀器傳感器和控制裝置。 在反應堆全面運行之前,必須調查和製定應急程序,以確保失控反​​應得到安全控制。 各種潛在解決方案中的一些是自動啟動的緊急控制設備,注入停止反應的化學物質以及可以容納和容納反應堆內容物的通風設施。 安全閥和排氣操作非常重要,需要始終維護良好且功能正常的設備。 因此,經常安裝多個互鎖安全閥,以確保對一個閥的維護不會降低所需的洩壓能力。

如果安全閥或通風口因故障而排放,幾乎在所有情況下都必須控制排放流出物,以盡量減少潛在的安全和健康危害。 因此,應仔細分析通過管道控制緊急排放的方法以及反應堆排放的最終處置。 一般而言,應將液體和蒸汽分離,將蒸汽送至火炬或回收,並在可能的情況下回收液體。 去除固體可能需要一些研究。

批量

在涉及放熱反應的反應器中,一個重要的考慮因素是用於保持溫度的冷卻介質在壁或內部管道上結垢。 污垢材料的去除變化很大,去除方法是污垢材料特性的函數。 可以使用溶劑、高壓噴嘴流或在某些情況下手動去除污染的材料。 在所有這些程序中,必須仔細控制安全和暴露。 材料進出反應器的運動不得允許空氣進入,這可能會導致易燃蒸氣混合物。 應使用惰性氣體(例如氮氣)打破真空。 船舶進入檢查或工作可歸類為進入密閉空間,應遵守該程序的規則。 應了解蒸氣和皮膚毒性,技術人員必須了解健康危害。

連續

流通式反應器可以充滿液體或蒸汽和液體。 一些反應在反應器中產生漿液。 此外,還有含有固體催化劑的反應器。 反應流體可以是液體、蒸氣或蒸氣和液體的組合。 促進反應而不參與反應的固體催化劑通常包含在網格中,稱為固定床。 固定床反應器可以有單床或多床,可以有放熱或吸熱反應,大多數反應需要通過每個床的恆溫(等溫)。 這經常需要在床之間的不同位置注入進料流或稀釋劑以控制溫度。 對於這些反應系統,通過床的溫度指示和傳感器位置對於防止反應失控和產品產量或質量變化極為重要。

固定床一般會失去活性,必須再生或更換。 對於再生,床上的沉積物可以被燒掉,溶解在溶劑中,或者在某些情況下,通過將惰性流體中的化學物質注入床中來再生,從而恢復催化劑活性。 根據催化劑的不同,可以應用這些技術之一。 在床燃燒的地方,反應器被清空並清除所有工藝流體,然後充滿惰性氣體(通常是氮氣),惰性氣體被加熱和再循環,將床升高到指定的溫度水平。 此時,向惰性流中添加極少量的氧氣以啟動火焰前鋒,該火焰前鋒逐漸穿過床層並控制溫度升高。 過量的氧量對催化劑具有有害影響。

固定床催化劑去除

固定床催化劑的去除必須小心控制。 反應器中的工藝流體被排出,然後剩餘的流體用沖洗流體置換或用蒸汽吹掃,直到所有工藝流體都被移除。 在打開容器或在惰性覆蓋層下從容器中排出催化劑之前,可以用惰性氣體或空氣吹掃容器之前,最終吹掃可能需要其他技術。 如果在此過程中使用水,則水會通過封閉管道排入工藝下水道。 一些催化劑對空氣或氧氣敏感,會自燃或有毒。 這些需要特殊程序以在填充或排空容器期間消除空氣。 必須仔細定義個人防護和處理程序,以最大程度地減少潛在暴露並保護人員。

用過的催化劑處理可能需要進一步處理,然後才能送到催化劑製造商進行回收或進入環境可接受的處理程序。

其他催化劑系統

流過鬆散固體催化劑床的氣體使床膨脹並形成類似於液體的懸浮液,稱為流化床。 這種類型的反應用於各種過程。 廢催化劑作為氣固側流被去除以進行再生,然後通過封閉系統返回到工藝中。 在其他反應中,催化劑活性可能非常高,雖然催化劑在產物中排出,但濃度極低,不會造成問題。 如果不希望產品蒸氣中的催化劑固體濃度過高,則必須在純化前去除殘留的固體。 然而,固體的痕跡將保留下來。 這些在其中一個副產品流中被移除以進行處置,而副產品流又必須被澄清。

在通過燃燒再生廢催化劑的情況下,流化床系統需要大量的固體回收設施以滿足環境限制。 回收可能包括旋風分離器、電除塵器、袋式過濾器)和/或洗滌器的各種組合。 在固定床上發生燃燒的地方,基本問題是溫度控制。

由於流化床催化劑通常在呼吸範圍內,因此在固體處理過程中必須小心謹慎,以確保使用新鮮或回收的催化劑保護工人。

在某些情況下,可以使用真空從固定床上去除各種成分。 在這些情況下,蒸汽驅動的真空噴射器通常是真空發生器。 這會產生經常含有有毒物質的蒸汽排放物,儘管在射流中的濃度非常低。 但是,如果直接排放到大氣中,應仔細檢查蒸汽射流的排放以確定污染物的數量、毒性和潛在的擴散。 如果這不能令人滿意,則噴射排放可能需要在所有蒸汽都受到控制的集水坑中進行冷凝,並將水輸送到封閉的下水道系統。 旋轉真空泵將執行此服務。 往復式真空泵的排放物可能不允許直接排放到大氣中,但在某些情況下可以排放到火炬管線、焚化爐或過程加熱器中。

安全指引

在所有反應器中,壓力增加是一個主要問題,因為不得超過容器壓力額定值。 這些壓力增加可能是過程控制不佳、故障或反應失控的結果。 因此,需要洩壓系統通過防止反應器過壓來保持容器完整性。 洩壓閥排放必須仔細設計,以在所有條件下保持足夠的洩壓,包括洩壓閥維護。 可能需要多個閥門。 如果洩壓閥設計為排放到大氣中,則排放點應高於附近所有建築物,並應進行擴散分析以確保對工人和附近社區提供充分保護。

如果爆破片安裝有安全閥,排放口也應封閉,最終排放位置應如上所述指定。 由於圓盤破裂不會復位,沒有安全閥的圓盤可能會釋放大部分反應器內容物,空氣可能會在釋放結束時進入反應器。 這需要仔細分析,以確保不會產生易燃情況,並且不會發生非常不良的反應。 此外,磁盤的排放可能會釋放液體,通風系統必須設計為容納所有液體和排放的蒸汽,如上所述。 大氣緊急釋放裝置在安裝前必須獲得監管機構的批准。

安裝在反應器中的混合攪拌器是密封的。 洩漏可能是危險的,如果發生洩漏,則必須修復密封,這需要關閉反應堆。 反應器內容物可能需要特殊處理或預防措施,緊急停堆程序應包括反應終止和反應器內容物的處置。 必須仔細審查每個步驟的易燃性和暴露控制,包括反應器混合物的最終處置。 由於停工可能代價高昂並且涉及生產損失,因此引入了磁力驅動混合器和更新的密封系統以減少維護和反應器停工。

進入所有反應堆都需要遵守安全的密閉空間進入程序。

分餾塔或蒸餾塔

蒸餾是通過利用沸點差異的方法分離化學物質的過程。 化工廠和煉油廠中熟悉的塔是蒸餾塔。

各種形式的蒸餾是絕大多數化學過程中的一個處理步驟。 分餾或蒸餾可以在純化、分離、汽提、共沸和萃取工藝步驟中找到。 這些應用現在包括反應蒸餾,其中反應發生在蒸餾塔的單獨部分。

蒸餾是用塔中的一系列塔盤進行的,也可以在裝滿填料的塔中進行。 填料具有特殊的配置,可輕鬆讓蒸汽和液體通過,但為蒸汽-液體接觸和有效分餾提供足夠的表面積。

手術

熱量通常供應給帶有再沸器的塔,儘管特定物流的熱含量可能足以消除再沸器。 利用再沸器的熱量,在塔盤上發生多步汽液分離,較輕的材料通過塔上升。 來自頂部托盤的蒸汽在塔頂冷凝器中完全或部分冷凝。 冷凝液收集在餾出物回收罐中,其中一部分液體被回收到塔中,另一部分被抽出並送到特定位置。 未冷凝的蒸氣可在別處回收或送至可以是燃燒器或回收系統的控制裝置。

壓力

塔通常在高於大氣壓力的壓力下運行。 然而,塔經常在真空下運行,以最大限度地降低可能影響產品質量的液體溫度,或者在塔材料由於可能難以達到的溫度水平而成為機械和經濟問題的情況下。 此外,高溫可能會影響流體。 在重質石油餾分中,非常高的塔底溫度經常會導致焦化問題。

真空通常通過噴射器或真空泵獲得。 在工藝裝置中,真空負載包括一些輕質蒸氣材料、塔進料流中可能存在的惰性物質和洩漏的空氣。 通常,真空系統安裝在冷凝器之後,以減少真空系統中的有機負荷。 真空系統的大小是根據估計的蒸汽負荷確定的,噴射器處理更大的蒸汽負荷。 在某些系統中,真空機可以直接連接到冷凝器出口。 典型的噴射器系統操作是噴射器和直接氣壓式冷凝器的組合,其中噴射器蒸汽與冷卻水直接接觸。 氣壓式冷​​凝器耗水量非常大,蒸汽-水混合物會導致高出水溫度,這往往會蒸發大氣氣壓槽中的任何有機化合物痕跡,從而可能增加工作場所的暴露。 此外,廢水系統中增加了大量的污水負荷。

在改進的真空系統中,隨著蒸汽消耗量的顯著減少,實現了大幅減水。 由於真空泵不能處理大的蒸汽負荷,因此在第一級使用蒸汽噴射器與表面冷凝器相結合以減少真空泵負荷。 此外,還安裝了一個用於地面操作的污水池。 更簡單的系統減少了廢水負荷並保持封閉系統,從而消除了潛在的蒸汽暴露。

安全指引

必須保護所有塔和鼓免受可能因故障、火災 (Mowrer 1995) 或公用設施故障導致的超壓。 危害審查是必要的,並且在某些國家/地區是法律要求的。 適用於流程和工廠運營的通用流程安全管理方法可提高安全性、最大限度地減少損失並保護工人健康(Auger 1995;Murphy 1994;Sutton 1995)。 排放到大氣或封閉系統的洩壓閥 (PRV) 提供保護。 PRV 通常安裝在塔頂以釋放大量蒸汽負荷,儘管有些安裝將 PRV 定位在塔的其他位置。 PRV 也可以位於餾出物塔頂回收罐上,只要在 PRV 和塔頂之間不放置閥門即可。 如果截止閥安裝在通往冷凝器的工藝管線中,則 PRV 必須安裝在塔上。

在解除蒸餾塔超壓時,在某些緊急情況下,PRV 排放量可能會非常大。 封閉系統排放排氣管線中的非常高的負載可能是系統中的最大負載。 由於 PRV 放電可能是突然的並且整個釋放時間可能非常短(少於 15 分鐘),因此必須仔細分析這種極大的蒸汽負荷(Bewanger 和 Krecter 1995 年;Boicourt 1995 年)。 由於這種短而大的峰值負荷很難在吸收器、吸附器、熔爐等控制裝置中處理,因此在大多數情況下,首選的控制裝置是用於蒸汽破壞的火炬。 通常,多個 PRV 連接到火炬管路集管,火炬管路集管又連接到單個火炬。 然而,必須仔細設計火炬和整個系統,以涵蓋大量潛在的突發事件 (Boicourt 1995)。

健康危害

對於直接釋放到大氣中,應對釋放閥排放的蒸汽進行詳細的擴散分析,以確保工人不會暴露在空氣中,並且社區濃度完全在允許濃度指南範圍內。 在控制擴散時,可能必須提高大氣安全閥排放管線,以防止附近結構上濃度過高。 可能需要一個非常高的火炬狀煙囪來控制擴散。

另一個值得關注的領域是在停機期間進入塔進行維護或機械更換。 這需要進入密閉空間並使工人暴露於相關的危險中。 打開前的沖洗和吹掃方法必須小心進行,以通過將任何有毒濃度降低到推薦水平以下來確保將接觸降至最低。 在開始沖洗和吹掃操作之前,必須降低塔內壓力,並且所有與塔的管道連接都必須封閉(即,必須在塔法蘭和連接管法蘭之間放置扁平金屬盤)。 應仔細管理此步驟,以確保將暴露降至最低。 在不同的過程中,清除塔中有毒液體的方法各不相同。 通常,塔內流體會被毒性極低的流體所取代。 然後將驅替液排出並泵送到選定位置。 剩餘的液膜和液滴可以通過頂部法蘭排放到大氣中,該頂部法蘭具有特殊的隔離盲板,在盲板和塔法蘭之間有一個開口。 蒸完後,隨著塔冷卻,空氣通過特殊的盲孔進入塔內。 塔底部和塔頂部的檢修孔打開,允許空氣吹過塔。 當塔內濃度達到預定值時,即可進入塔內。

換熱器

化學過程工業中有各種各樣的熱交換器。 熱交換器是用於將熱量傳入或傳出工藝流的機械裝置。 它們是根據工藝條件和換熱器設計來選擇的。 圖 2 顯示了一些常見的換熱器類型。為過程服務選擇最佳換熱器有些複雜,需要進行詳細調查 (Woods 1995)。 在許多情況下,由於壓力、溫度、固體濃度、粘度、流量和其他因素,某些類型並不適用。 此外,單個熱交換器的設計可能會有很大差異; 有幾種類型的浮頭管式和板式換熱器可供使用(Green、Maloney 和 Perry 1984)。 浮頭通常選擇在溫度可能導致管過度膨脹的情況下,否則無法在固定管板換熱器中保持完整性。 在圖 2 中的簡化浮頭換熱器中,浮頭完全包含在換熱器內,與殼蓋沒有任何連接。 在其他浮頭設計中,浮動管板周圍可能有填料(Green、Maloney 和 Perry 1984)。

圖 2. 典型的熱交換器

CMP020F4

洩漏

浮動管板上的填料與大氣接觸,可能是洩漏和潛在暴露的來源。 其他換熱器也可能有潛在的洩漏源,應仔細檢查。 由於其傳熱特性,板框式換熱器通常安裝在化學工業中。 這些板具有各種波紋和配置。 板由墊圈隔開,以防止流混合併提供外部密封。 然而,密封件將溫度應用限制在 180 ºC 左右,儘管改進密封件可能會克服這一限制。 由於有許多板,因此必須適當地壓縮板以確保它們之間的適當密封。 因此,必須小心進行機械安裝,以防止洩漏和潛在危險。 由於有大量海豹,仔細監測海豹對於最大程度地減少潛在暴露非常重要。

風冷式換熱器在經濟上很有吸引力,並且已經安裝在大量的過程應用中和過程單元內的不同位置。 為了節省空間,這些換熱器通常安裝在管道上並經常堆疊。 由於管材料的選擇很重要,因此在化學工業中使用了多種材料。 這些管子連接到管板上。 這需要使用兼容的材料。 通過管裂縫或管板洩漏是一個問題,因為風扇會使洩漏的蒸汽循環,擴散可能導致潛在的暴露。 空氣稀釋可顯著降低潛在的接觸危險。 然而,風扇在某些天氣條件下經常關閉,在這些情況下泄漏濃度會增加,從而增加潛在的暴露。 此外,如果不修復洩漏的管子,裂縫可能會惡化。 對於不易蒸發的有毒液體,可能會發生滴落並導致潛在的皮膚接觸。

殼管式熱交換器可能會通過各種法蘭中的任何一個產生洩漏(Green、Maloney 和 Perry 1984)。 由於管殼式換熱器的表面積從小到非常大不等,因此外法蘭的直徑通常比典型的管法蘭大得多。 對於這些大型法蘭,墊圈不僅必須承受工藝條件,而且還必須在螺栓載荷變化的情況下提供密封。 使用了各種墊圈設計。 很難在所有法蘭螺栓上保持恆定的螺栓載荷應力,這會導致許多換熱器發生洩漏。 法蘭洩漏可以通過法蘭密封環來控制(Lipton 和 Lynch 1994)。

任何可用的換熱器類型都可能發生管道洩漏,板式換熱器和其他一些專用換熱器除外。 然而,後面這些交換器還有其他潛在問題。 當管道洩漏到冷卻水系統中時,冷卻水將污染物排放到冷卻塔中,這可能成為工人和附近社區的接觸源。 因此,應對冷卻水進行監測。

由於強制通風冷卻塔中的風扇,冷卻塔蒸汽的擴散可能很普遍。 此外,自然對流塔將蒸汽排放到大氣中,然後擴散。 然而,擴散會根據天氣條件和排放高度而有很大差異。 較少揮發性有毒物質留在冷卻水和冷卻塔排污流中,它們應該具有足夠的處理能力來破壞污染物。 冷卻塔和塔盆必須定期清潔,污染物會增加水盆和塔填料中的潛在危害。 大部分這項工作都需要個人保護。

換熱器清潔

冷卻水服務中管道的一個問題是由於腐蝕、生物有機體和固體沉積導致材料在管道中堆積。 如上所述,管子也可能通過裂縫洩漏,或者洩漏可能發生在管子在管板上捲成條紋的地方。 當出現任何這些情況時,需要對換熱器進行維修,並且必須從換熱器中移除工藝流體。 這需要一個完全封閉的操作,這是滿足環境、安全和健康暴露目標所必需的。

通常,過程流體被排放到接收器,剩餘的材料用溶劑或惰性材料從交換器中沖洗出來。 後一種材料也通過排放或用氮氣加壓被送到受污染材料的接收器。 如果換熱器中有有毒物質,則應對換熱器進行任何有毒物質痕蹟的監測。 如果測試結果不令人滿意,可以對換熱器進行蒸汽處理以蒸發並去除所有材料痕跡。 但是,蒸汽排放口應連接到封閉系統,以防止蒸汽逸出到大氣中。 雖然封閉式排氣口可能不是絕對必要的,但有時換熱器中可能會有更多的污染物,因此需要始終關閉蒸汽排放口以控制潛在的危險。 汽蒸之後,通向大氣的通風口允許空氣進入。 此通用程序適用於換熱器一側或含有有毒物質的一側。

然後用於清潔管子或殼程的化學品應在封閉系統中循環。 通常情況下,清洗液從油罐車系統中循環,系統中受污染的溶液排到卡車上進行處理。

高跟鞋

最重要的過程功能之一是液體的移動,在化學工業中,所有類型的液體材料都使用各種各樣的泵來移動。 屏蔽泵和磁力泵是無密封離心泵。 磁力泵驅動器可安裝在其他類型的泵上以防止洩漏。 表 7 列出了化學過程工業中使用的泵類型。


表 7. 化工過程中的泵

  • 離心式
  • 往復式(柱塞)
  • 聽裝
  • 渦輪
  • 跑步裝備
  • 光圈
  • 軸流式
  • 擰緊
  • 動腔
  • 葉片

封口

從健康和安全的角度來看,密封和維修離心泵是主要問題。 構成普遍軸封系統的機械密封可能會洩漏,有時甚至會爆裂。 然而,自 1970 世紀 XNUMX 年代以來,密封技術取得了重大進步,顯著減少了洩漏並延長了泵的使用壽命。 其中一些改進包括波紋管密封、集裝式密封、改進的端面設計、更好的端面材料以及改進泵變量監控。 此外,對密封技術的持續研究應該會帶來進一步的技術改進。

在工藝流體有劇毒的地方,經常安裝無洩漏或無密封罐裝泵或磁力泵。 運營服務期或平均維護間隔時間 (MTBM) 已顯著改善,通常在三到五年之間變化。 在這些泵中,過程流體是轉子軸承的潤滑液。 內部流體的蒸發會對軸承產生不利影響,並且通常需要更換軸承。 通過確保軸承系統中的內部壓力始終大於工作溫度下的液體蒸汽壓力,可以維持泵中的液體條件。 修理無密封泵時,完全排空揮發性相對較低的材料很重要,應與供應商仔細審查。

在典型的離心流程泵中,填料基本上已被機械密封取代。 這些密封件通常分為單機械密封或雙機械密封,後一術語涵蓋串聯或雙機械密封。 還有其他雙密封組合,但它們沒有被廣泛使用。 通常,在密封件之間安裝帶有液體緩衝液的串聯或雙機械密封件以減少密封件洩漏。 美國石油協會 (API 1994) 發布了適用於離心泵和旋轉泵的泵機械密封標準,涵蓋單機械密封和雙機械密封規格和安裝。 現在可以使用機械密封應用指南來幫助評估密封類型 (STLE 1994)。

為防止密封件失效導致過度洩漏或爆裂,在密封件後安裝了壓蓋板。 它可能含有壓蓋沖洗液,可將洩漏物轉移到封閉的排水系統中 (API 1994)。 由於壓蓋系統不是一個完整的密封件,因此可以使用節氣門襯套等輔助密封系統。它們安裝在壓蓋中,以控製過度洩漏到大氣或密封爆裂(Lipton 和 Lynch 1994)。 這些密封件不是為連續運行而設計的; 激活後,它們將在故障前運行長達兩週,從而為運行切換泵或進行過程調整提供時間。

可以使用更新的機械密封系統,從根本上將排放量減少到零水平。 這是一個帶有氣體緩衝系統的雙機械密封系統,該系統取代了標準雙機械密封系統中的液體緩衝器(Fone 1995;Netzel 1996;Adams、Dingman 和 Parker 1995)。 在液體緩衝系統中,密封面由一層極薄的緩衝液潤滑膜隔開,該潤滑膜還可以冷卻密封面。 儘管稍微分開,但存在一定量的面接觸,這會導緻密封件磨損和密封面發熱。 氣體密封被稱為非接觸式密封,因為帶有彎曲凹痕的密封面將氣體泵送通過密封面並形成完全分隔密封面的氣體層或壩。 這種不接觸導緻密封壽命非常長,並且還減少了密封摩擦損失,從而顯著降低了功耗。 由於密封件泵送氣體,因此進入過程和大氣的流量非常小。

健康危害

泵的一個主要問題是排水和沖洗,以便為泵進行維護或維修做準備。 排放和清除包括過程流體和緩衝流體。 程序應要求將所有流體排放到封閉的連接排放系統中。 在泵的填料函中,喉管襯套將葉輪與填料函隔開,襯套起到堰的作用,將一些液體保持在填料函中。 套管中的滲水孔或填料函中的排放口將允許通過排放和沖洗完全去除工藝液體。 對於緩衝流體,應該有一種方法可以從雙密封區域排出所有流體。 維護需要拆除密封件,如果密封容積沒有完全排空和沖洗,則密封件是維修過程中的潛在暴露源。

灰塵和粉末

由於可能發生火災或爆炸,在固體加工設備中處理粉塵和粉末是一個問題。 由於爆炸產生的壓力將壓力和火波的組合發送到工作區域,設備內的爆炸可能會穿透牆壁或外殼。 工人可能處於危險之中,並且相鄰的設備可能會受到嚴重影響並產生劇烈影響。 當存在具有足夠能量的點火源時,懸浮在空氣中或含氧氣體中以及密閉空間中的粉塵或粉末容易爆炸。 一些典型的爆炸性設備環境如表 8 所示。

表 8. 設備中的潛在爆炸源

輸送設備

儲存應用

氣動管道

垃圾桶

機械輸送機

料斗

 

旋轉閥

加工設備

過濾除塵器

磨床

流化床乾燥機

球磨機

傳輸線乾燥器

粉末混合

篩選

旋風分離器

 

爆炸產生熱量和快速氣體膨脹(壓力增加),通常會導致爆燃,這是一種火焰前鋒,在這些條件下移動速度很快,但速度低於聲速。 當火焰前鋒速度大於聲速或處於超音速時,這種情況稱為爆轟,它比爆燃更具破壞性。 爆炸和火焰前鋒擴展發生在幾毫秒內,並且沒有為標準過程響應提供足夠的時間。 因此,必須定義粉末的潛在火災和爆炸特性,以確定各種加工步驟中可能存在的潛在危險(CCPS 1993 年;Ebadat 1994 年;Bartknecht 1989 年;Cesana 和 Siwek 1995 年)。 然後,此信息可以為安裝控件和防止爆炸提供基礎。

爆炸危險量化

由於爆炸一般發生在封閉的設備中,所以各種試驗都是在專門設計的實驗室設備中進行的。 雖然粉末可能看起來相似,但不應使用已公佈的結果,因為粉末的微小差異可能具有非常不同的爆炸特性。

對粉末進行的各種測試可以確定爆炸危險,測試系列應包括以下內容。

分類測試確定粉塵雲是否可以引發和傳播火焰(Ebadat 1994)。 具有這些特性的粉末被認為是 A 類粉末。 那些不會點燃的粉末被稱為 B 類。然後需要對 A 類粉末進行一系列進一步的測試,以評估它們的爆炸和危險可能性。

最小點火能量測試定義了點燃粉末云所需的最小火花能量 (Bartknecht 1989)。

在爆炸強度和分析中,A 組粉末隨後作為球體中的粉塵雲進行測試,在球體中根據最小點火能量在測試爆炸期間測量壓力。 最大爆炸壓力與每單位時間的壓力變化率一起定義。 根據此信息,確定以巴米每秒為單位的爆炸特定特徵值 (Kst) 並定義爆炸等級(Bartknecht 1989;Garzia 和 Senecal 1996):

Kst(bar·m/s) 粉塵爆炸等級 相對強度

1-200 St 1 稍弱

201-300 街 2 強

300+ St 3 很強

大量粉末已經過測試,其中大部分屬於 St 1 類(Bartknecht 1989;Garzia 和 Senecal 1996)。

在評估非混濁粉末時,對粉末進行測試以確定安全操作程序和條件。

防爆試驗

在無法安裝防爆系統的情況下,防爆測試會很有幫助。 它們提供了一些關於理想操作條件的信息(Ebadat 1994)。

最低氧氣測試定義了灰塵不會點燃的氧氣水平(Fone 1995)。 如果氣體可接受,過程中的惰性氣體將防止著火。

確定最低粉塵濃度是為了確定不會發生點燃的操作水平。

靜電危害測試

許多爆炸是靜電點火的結果,各種測試表明存在潛在危險。 一些測試包括最小點火能量、粉末電荷特性和體積電阻率。 根據測試結果,可以採取某些措施來防止爆炸。 步驟包括增加濕度、修改建築材料、適當接地、控制設備設計的某些方面和防止火花(Bartknecht 1989 年;Cesana 和 Siwek 1995 年)。

防爆

基本上有兩種方法可以控制爆炸或鋒面從一個位置傳播到另一個位置或將爆炸控制在一件設備內。 這兩種方法是化學抑製劑和隔離閥(Bartknecht 1989;Cesana 和 Siwek 1995;Garzia 和 Senecal 1996)。 根據爆炸強度測試的爆炸壓力數據,可使用快速響應傳感器觸發化學抑製劑和/或快速關閉隔離屏障閥。 抑製劑是市售的,但抑製劑噴射器的設計非常重要。

防爆孔

在可能發生潛在爆炸的設備中,經常安裝在特定壓力下破裂的防爆閥。 這些必須仔細設計,並且必須定義設備的排氣路徑,以防止工人出現在該路徑區域。 此外,應分析爆炸路徑中對設備的衝擊,以確保設備安全。 可能需要屏障。

上貨和下貨

產品、中間產品和副產品被裝入油罐車和軌道車。 (在某些情況下,根據設施位置和碼頭要求,使用油輪和駁船。)裝卸設施的位置很重要。 雖然裝載和卸載的材料通常是液體和氣體,但固體也會根據移動的固體類型、潛在爆炸危險和轉移難度在首選位置進行裝載和卸載。

打開艙口

在通過頂部開口艙口裝載油罐車或軌道車時,一個非常重要的考慮因素是在裝滿容器時盡量減少飛濺。 如果填充管位於容器底部的上方,填充會導致飛濺和產生蒸汽或混合液體-蒸汽的產生。 通過將填充管出口定位在遠低於液面的位置,可以最大限度地減少飛濺和蒸汽的產生。 填充管通常在容器底部上方延伸穿過容器最小距離。 由於液體填充也會置換蒸汽,因此有毒蒸汽可能對健康造成潛在危害,並且還會帶來安全隱患。 因此,應收集蒸氣。 填充臂是市售的,具有深填充管並延伸通過關閉艙口開口的特殊蓋子(Lipton 和 Lynch 1994)。 此外,蒸汽收集管在特殊艙口蓋下方延伸一小段距離。 在臂的上游端,蒸汽出口連接到回收裝置(例如,吸收器或冷凝器),或者蒸汽可以作為蒸汽平衡傳輸返回到儲罐(Lipton 和 Lynch 1994)。

在油罐車敞開式艙口系統中,臂升起以允許排放到罐車中,臂中的一些液體可以在臂撤回時用氮氣加壓,但此操作期間的填充管應保留在艙口內開幕。 當加註臂離開艙口時,應在出口上方放置一個桶以接住加註臂上的水滴。

軌道車

許多軌道車都有封閉的艙口,艙口帶有非常靠近容器底部的深填充腿和一個單獨的蒸汽收集出口。 通過延伸到封閉艙口的臂,以類似於打開艙口臂方法的方式裝載液體和收集蒸汽。 在軌道車裝載系統中,關閉臂入口處的閥門後,將氮氣注入臂的容器側,在軌道車上的填充閥關閉之前將留在臂中的液體吹入軌道車(Lipton 和 Lynch 1994) .

油罐車

許多油罐車從底部裝滿,以盡量減少蒸汽的產生(Lipton 和 Lynch 1994)。 填充線可以是特殊的軟管或可操縱的臂。 乾式接頭安裝在軟管或臂端以及油罐車底部連接處。 當油罐車加滿油並自動切斷管路時,臂或軟管在乾式接頭處斷開,接頭分離時接頭自動關閉。 較新的聯軸器設計為幾乎零洩漏斷開。

在底部裝載中,蒸汽通過頂部蒸汽通風口收集,蒸汽通過終止於容器底部附近的外部管線傳導(Lipton 和 Lynch 1994)。 這允許工人接觸蒸汽耦合連接。 必須收集壓力略高於大氣壓的收集蒸汽並將其送至回收裝置(Lipton 和 Lynch 1994)。 這些設備是根據初始成本、有效性、維護和可操作性來選擇的。 通常,回收系統優於火炬,後者會破壞回收的蒸汽。

加載控制l

在油罐車中,液位傳感器永久安裝在卡車車身內,以指示何時達到填充液位並向遠程控制截止閥發出信號以停止流向卡車。 (利普頓和林奇 1994)。 油罐車中可能有多個傳感器作為備用,以確保油罐車不會裝得太滿。 過度填充會導致嚴重的安全和健康暴露問題。

專門用於化學服務的軌道車可能在車廂內部安裝了液位傳感器。 對於非專用車廂,流量累加器控制發送到軌道車廂的液體量,並在預定設置下自動關閉遠程控制截止閥(Lipton 和 Lynch 1994)。 應對兩種容器類型進行調查,以確定液體在灌裝前是否殘留在容器中。 許多軌道車都有可用於此服務的手動液位指示器。 但是,如果通過打開一個通向大氣的小水平尺排氣孔來顯示液位,由於某些裝載的化學品具有毒性,因此只能在適當控制和批准的條件下執行此程序。

卸載

如果化學品的蒸氣壓非常高,而軌道車或油罐車的壓力相對較高,則化學品會在其自身的蒸氣壓下卸載。 如果蒸氣壓下降到會干擾卸載程序的水平,可以注入氮氣以保持令人滿意的壓力。 來自同一化學品罐的蒸汽也可以被壓縮和注入以提高壓力。

對於蒸氣壓相對較低的有毒化學品,例如苯,液體在氮氣壓力下卸載,這消除了泵送並簡化了系統(Lipton 和 Lynch 1994)。 用於此服務的油罐車和軌道車的設計壓力能夠處理遇到的壓力和變化。 然而,卸載容器後較低的壓力會一直保持到油罐車或軌道車重新裝滿為止; 壓力在加載過程中重建。 如果在加載過程中沒有達到足夠的壓力,可以添加氮氣。

裝卸操作中的問題之一是排空和清洗裝卸設施中的管線和設備。 封閉的排水管和特別低點的排水管對於氮氣吹掃是必要的,以去除所有痕蹟的有毒化學物質。 這些材料可以收集在一個桶中並返回到接收或回收設施(Lipton 和 Lynch 1994)。

 

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星期六,二月26 2011:17 53

塑料工業

改編自第 3 版職業健康與安全百科全書

塑料行業分為兩個主要部門,其相互關係如圖 1 所示。第一個部門包括原材料供應商,他們使用自己生產的中間體製造聚合物和模塑料。 就投資資本而言,這通常是兩個部門中最大的。 第二個部門由加工商組成,他們使用擠壓和注塑成型等各種工藝將原材料轉化為可銷售的物品。 其他行業包括向加工商提供設備的機械製造商和行業內使用的特殊添加劑供應商。

圖 1. 塑料加工中的生產順序

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聚合物製造

塑料材料大致分為兩個不同的類別:熱塑性材料,可以通過加熱反复軟化;熱固性材料,在加熱和成型時發生化學變化,此後不能通過加熱重新成型。 可以製造出數百種具有廣泛不同特性的聚合物,但只有 20 種聚合物佔世界總產量的 90% 左右。 熱塑性塑料是最大的一類,其產量的增長速度高於熱固性塑料。 就生產量而言,最重要的熱塑性塑料是高密度和低密度聚乙烯和聚丙烯(聚烯烴)、聚氯乙烯 (PVC) 和聚苯乙烯。

重要的熱固性樹脂是酚醛樹脂和脲醛樹脂,均以樹脂和模塑粉末的形式存在。 環氧樹脂、不飽和聚酯和聚氨酯也很重要。 少量的“工程塑料”,例如聚縮醛、聚酰胺和聚碳酸酯,在關鍵應用中具有很高的使用價值。

塑料工業在第二次世界大戰後的顯著擴張,很大程度上得益於其基本原材料範圍的擴大; 原材料的可用性和價格對任何快速發展的行業都至關重要。 傳統原材料無法以可接受的成本提供足夠數量的化學中間體,以促進大噸位塑料材料的經濟商業生產,而石化工業的發展使增長成為可能。 石油作為一種原材料,隨處可得,易於運輸和處理,而且在 1970 世紀 XNUMX 年代的石油危機之前一直相對便宜。 因此,在全世界範圍內,塑料工業主要依賴於使用從石油裂解和天然氣中獲得的中間體。 生物質和煤炭等非常規原料尚未對塑料行業的供應產生重大影響。

圖 2 中的流程圖說明了原油和天然氣原料的多功能性,可作為重要的熱固性和熱塑性塑料材料的起點。 在原油蒸餾的第一個過程之後,石腦油原料被裂化或重整以提供有用的中間體。 因此,裂解過程產生的乙烯可直接用於生產聚乙烯或用於提供單體氯乙烯(PVC 的基礎)的其他過程。 在裂化過程中也會產生丙烯,通過異丙苯途徑或異丙醇途徑用於製造聚甲基丙烯酸甲酯所需的丙酮; 它還用於製造聚酯和聚醚樹脂的環氧丙烷,並可直接聚合成聚丙烯。 丁烯可用於製造增塑劑,1,3,​​XNUMX-丁二烯可直接用於合成橡膠製造。 苯、甲苯和二甲苯等芳烴現在廣泛由石油蒸餾操作的衍生物生產,而不是從煤焦化過程中獲得; 如流程圖所示,這些是製造重要塑料原料和增塑劑等輔助產品的中間體。 芳烴也是合成纖維工業所需的許多聚合物的起點,其中一些在本文的其他地方進行了討論 百科全書。

圖 2. 將原材料生產成塑料

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許多差異很大的工藝有助於最終生產完全或部分由塑料製成的成品。 有些過程是純化學過程,有些過程涉及純機械混合過程,而其他過程——尤其是靠近圖表低端的過程——涉及大量使用專用機械。 有些機器類似於橡膠、玻璃、造紙和紡織工業中使用的機器; 其餘部分專門針對塑料行業。

塑料加工

塑料加工業將散裝聚合物材料轉化為成品。

原料

塑料工業的加工部門以下列形式接收用於生產的原材料:

  • 完全複合的聚合物材料,以球粒、顆粒或粉末的形式,直接送入機器進行加工
  • 未混合的聚合物,以顆粒或粉末的形式存在,必須與添加劑混合才能用於機械加工
  • 經工業進一步加工的聚合物板材、棒材、管材和箔材
  • 可以是懸浮液或乳液形式的完全聚合物質(通常稱為膠乳)或可以聚合的液體或固體,或處於反應性原料和最終聚合物之間的中間狀態的物質。 其中一些是液體,一些是部分聚合物質在酸度 (pH) 受控的水中或有機溶劑中的真實溶液。

 

複利

從聚合物製造化合物需要將聚合物與添加劑混合。 儘管為此目的使用了多種機械,但在處理粉末時,最常見的是球磨機或高速螺旋槳式混合機,而在混合塑料塊時,則使用諸如開輥式或班伯里式混合機之類的捏合機, 或擠出機本身通常被使用。

工業所需的助劑種類繁多,化學種類繁多。 在大約 20 個類中,最重要的是:

  • 增塑劑——通常是低揮發性的酯類
  • 抗氧化劑——防止加工過程中熱分解的有機化學品
  • 穩定劑——防止熱分解和輻射能降解的無機和有機化學品
  • 潤滑劑
  • 填料——賦予特殊性能或使組合物便宜的廉價物質
  • 著色劑——無機或有機物質給化合物著色
  • 發泡劑——釋放氣體以產生塑料泡沫的氣體或化學品。

 

轉換過程

所有的轉化過程都依賴於高分子材料的“塑性”現象,分為兩種類型。 首先,聚合物通過加熱進入塑性狀態,在這種狀態下,它會受到機械收縮,從而形成一種在固結和冷卻時保持不變的形狀。 其次,其中可聚合材料 - 可以部分聚合 - 通過熱或催化劑的作用或通過兩者在機械約束下一起作用而完全聚合,導致其在完全聚合和冷時保持的形式. 塑料技術的發展是為了利用這些特性,以最少的人力和最大的物理特性一致性來生產產品。 通常使用以下過程。

壓縮成型

這包括在壓機中的模具中加熱顆粒或粉末形式的塑料材料。 當材料變成“塑料”時,壓力迫使它符合模具的形狀。 如果塑料是加熱硬化的類型,則在短時間加熱後通過打開壓機取出成型製品。 如果塑料在加熱時不硬化,則在打開壓力機之前必須進行冷卻。 通過模壓成型製成的製品包括瓶蓋、罐蓋、電插頭和插座、馬桶座圈、托盤和精美商品。 壓縮成型也用於製造板材,用於在真空成型工藝中進行後續成型,或通過焊接或通過對現有金屬罐進行襯裡來構建罐和大型容器。

傳遞模塑

這是壓縮成型的改進。 熱固性材料在腔體中被加熱,然後被柱塞壓入模具中,模具與加熱腔體物理分離並獨立加熱。 當最終製品必須帶有精密金屬嵌件(如小型電氣開關設備)時,或者在非常厚的物體中,無法通過正常壓縮成型完成化學反應時,最好使用正常壓縮成型。

注塑成型

在此過程中,塑料顆粒或粉末在與模具分開的圓筒(稱為桶)中加熱。 材料被加熱直到變成流體,同時通過螺旋螺桿輸送通過機筒,然後被迫進入模具,在那裡冷卻並硬化。 然後用機械方式打開模具並取出成型的物品(見圖 3)。 這個過程是塑料工業中最重要的過程之一。 它得到了廣泛的發展,已經能夠以非常低的成本製造相當複雜的物品。

圖 3. 操作員從注塑機上取下聚丙烯碗。

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儘管傳遞模塑和注塑成型在原則上是相同的,但所使用的機器卻大不相同。 傳遞模塑通常僅限於熱固性材料,注射模塑僅限於熱塑性塑料。

擠壓

在此過程中,機器會軟化塑料並迫使其通過模具,使其在冷卻時保持形狀。 擠壓產品是管材或棒材,其橫截面幾乎可以是任何形狀(見圖 4)。 用於工業或家用的管子以這種方式生產,但其他物品可以通過輔助工藝製造。 例如,小袋可以通過切割管子並在兩端密封來製成,而袋子可以通過切割和密封一端的薄壁軟管製成。

擠壓過程有兩種主要類型。 其中一個是生產平板。 該片材可以通過其他工藝(例如真空成型)轉化為有用的商品。

圖 4. 塑料擠出:帶狀物被切碎製成用於注塑機的顆粒。

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第二種是擠壓管成型的過程,當它仍然很熱時,由於管內保持的空氣壓力而大大膨脹。 這導致管子的直徑可能有幾英尺,壁很薄。 在分切時,該管產生薄膜,該薄膜廣泛用於包裝行業的包裝。 或者,可以將管子折疊成雙層片材,通過切割和密封可以用來製作簡單的袋子。 圖 5 提供了在擠壓過程中進行適當局部通風的示例。

圖 5. 帶局部排氣罩和擠出機頭水浴的塑料擠出

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雷·伍德科克

壓光

在這個過程中,塑料被送入兩個或多個加熱輥並通過兩個這樣的輥之間的輥隙並隨後冷卻而被壓成片材。 比薄膜厚的片材就是這樣製成的。 如此製成的片材用於工業和家庭應用,並用作製造服裝和玩具等充氣產品的原材料(見圖 6)。

圖 6. 用於捕獲壓延工藝中熱軋機熱排放物的遮篷

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雷·伍德科克

吹塑成型

這個過程可以看作是擠壓和熱成型過程的結合。 管子被向下擠壓到打開的模具中; 當它到達底部時,模具圍繞它關閉,管子在氣壓的作用下膨脹。 因此,塑料被壓到模具的側面,頂部和底部被密封。 冷卻時,製品從模具中取出。 這個過程製造空心製品,其中瓶子是最重要的。

通過使用拉伸吹塑技術,可以顯著提高某些吹塑塑料製品的壓縮強度和衝擊強度。 這是通過生產預製件實現的,該預製件隨後通過氣壓膨脹並雙軸拉伸。 這導致用於碳酸飲料的 PVC 瓶的爆破壓力強度有所提高。

滾塑成型

該工藝用於通過加熱和冷卻空心模型來生產模塑製品,空心模型通過旋轉使重力能夠將細碎的粉末或液體分佈在該模型的內表面上。 用這種方法生產的物品包括足球、玩偶和其他類似物品。

電影選角

除了擠出過程之外,還可以通過將熱聚合物擠出到高度拋光的金屬鼓上來形成薄膜,或者可以將聚合物溶液噴灑到移動的皮帶上。

某些塑料的一個重要應用是紙張的塗層。 在這種情況下,在塑料粘附到紙上的條件下,將熔融塑料薄膜擠出到紙上。 板可以用同樣的方法塗。 如此塗層的紙和紙板廣泛用於包裝,這種類型的紙板用於製盒。

熱成型

在這個標題下,將許多過程歸為一組,在這些過程中,通常在烘箱中加熱一片塑料材料(通常是熱塑性材料),然後在周邊夾緊後通過壓力將其壓成預先設計的形狀,壓力可能來自機械操作的柱塞或壓縮空氣或蒸汽。 對於非常大的物品,“橡膠”熱板在成型機上用鉗子粗暴處理。 如此製造的產品包括外部燈具、廣告和定向路標、浴缸和其他盥洗用品以及隱形眼鏡。

真空成型

這個總標題下有許多工藝,所有這些都是熱成型的各個方面,但它們都有一個共同點,即塑料片在腔體上方的機器中加熱,圍繞腔體的邊緣被夾緊,並且當它變得柔韌時,它會被吸力壓入空腔,在那裡它會變成某種特定的形狀並冷卻。 在隨後的操作中,物品從片材上被裁剪下來。 這些工藝生產各種類型的非常便宜的薄壁容器,以及展示和廣告商品、托盤和類似物品,以及用於包裝精美蛋糕、軟水果和切肉等商品的減震材料。

覆膜

在所有各種層壓工藝中,兩種或多種片材形式的材料被壓縮以提供具有特殊性能的加固片材或面板。 一種極端是用酚醛樹脂和氨基樹脂製成的裝飾性層壓板,另一種是用於包裝的複合薄膜,例如其結構中含有纖維素、聚乙烯和金屬箔。

樹脂工藝流程

這些包括膠合板製造、家具製造以及用聚酯或環氧樹脂浸漬的玻璃纖維建造大型和精緻的物品,例如車身和船體。 在所有這些過程中,液態樹脂在熱或催化劑的作用下凝固,從而將離散的顆粒或纖維或機械強度較弱的薄膜或片材粘合在一起,從而形成堅固的剛性結構面板。 這些樹脂可以通過手糊技術(例如刷塗和浸漬)或通過噴塗來應用。

紀念品和塑料首飾等小物件也可以通過鑄造製作,將液態樹脂和催化劑混合在一起,然後倒入模具中。

整理工序

此標題下包括許多行業共有的許多過程,例如油漆和粘合劑的使用。 但是,有許多用於塑料焊接的特定技術。 這些包括使用溶劑,例如氯化碳氫化合物、甲乙酮 (MEK) 和甲苯,這些溶劑用於將硬塑料板粘合在一起,用於一般製造、廣告展示架和類似工作。 射頻 (RF) 輻射利用機械壓力和電磁輻射的組合,頻率通常在 10 到 100 mHz 的範圍內。 這種方法通常用於在製造錢包、公文包和兒童推椅(見隨附的盒子)時將柔性塑料材料焊接在一起。 超聲波能量也與機械壓力結合用於類似範圍的工作。

 


射頻電介質加熱器和密封器

射頻 (RF) 加熱器和密封器在許多行業中用於加熱、熔化或固化介電材料,例如塑料、橡膠和膠水,它們是電絕緣體和熱絕緣體,難以使用常規方法加熱。 射頻加熱器通常用於密封聚氯乙烯(例如,雨衣、座套和包裝材料等塑料製品的製造); 木工用膠水的固化; 紡織品、紙張、皮革和塑料的壓花和乾燥; 許多含有塑料樹脂的材料的固化。

RF 加熱器使用頻率範圍為 10 至 100MHz 的 RF 輻射產生熱量,輸出功率從低於 1kW 到大約 100kW。 待加熱的材料在壓力下放置在兩個電極之間,射頻功率的施加時間從幾秒到大約一分鐘不等,具體取決於用途。 射頻加熱器會在周圍環境中產生高雜散射頻電場和磁場,尤其是在電極未屏蔽的情況下。

人體吸收射頻能量會導致局部和全身發熱,從而對健康產生不利影響。 體溫可升高 1°C 或更多,這會導致心率和心輸出量增加等心血管影響。 局部影響包括眼睛白內障、男性生殖系統精子數量減少和發育中胎兒的致畸作用。

間接危害包括因直接接觸加熱器的金屬部件而引起的射頻灼傷,這些部件疼痛、根深蒂固且癒合緩慢; 手麻木; 和神經系統影響,包括腕管綜合症和周圍神經系統影響。

Controls

可用於減少射頻加熱器危害的兩種基本控制類型是工作實踐和屏蔽。 屏蔽當然是首選,但適當的維護程序和其他工作實踐也可以減少暴露。 限制操作員暴露的時間量,一種管理控制,也被使用。

正確的維護或維修程序很重要,因為未能正確重新安裝屏蔽、聯鎖裝置、機櫃面板和緊固件會導致射頻洩漏過多。 此外,加熱器的電源應斷開並上鎖或掛牌以保護維護人員。

通過使操作員的手和上半身盡可能遠離 RF 加熱器,可以降低操作員的暴露水平。 一些自動加熱器的操作員控制面板通過使用穿梭托盤、轉台或傳送帶為加熱器供電,與加熱器電極保持一定距離。

通過測量 RF 水平,可以減少操作人員和非操作人員的暴露。 由於 RF 水平隨著與加熱器的距離增加而降低,因此可以在每個加熱器周圍識別出“RF 危險區域”。 當 RF 加熱器運行時,可以提醒工人不要進入這些危險區域。 在可能的情況下,應使用絕緣物理屏障使人們保持安全距離。

理想情況下,RF 加熱器應在 RF 施加器周圍有一個箱形屏蔽罩,以包含 RF 輻射。 屏蔽層和所有接頭都應具有高導電性,以防止將在牆壁中流動的內部電流。 護罩中的開口應盡可能少,並且應盡可能小以便操作。 開口應遠離操作員。 通過在機櫃內使用單獨的導體來傳導高電流,可以最大限度地減少屏蔽層中的電流。 加熱器應妥善接地,地線與電源線在同一管道內。 加熱器應具有適當的聯鎖裝置,以防止暴露於高壓和高射頻輻射。

製造商將這種屏蔽結合到 RF 加熱器的新設計中要容易得多。 改造難度更大。 箱式外殼可能是有效的。 正確的接地通常也可以有效地減少射頻輻射。 之後必須仔細進行 RF 測量,以確保 RF 輻射實際上已經減少。 如果操作員也在那個房間裡,將加熱器封閉在金屬屏風房間中的做法實際上會增加暴露,儘管它確實會減少房間外的暴露。

資料來源:ICNIRP 出版中。


 

危害及其預防

聚合物製造

聚合物行業的特殊危害與石化行業的危害密切相關,並且在很大程度上取決於所使用的物質。 個別原材料的健康危害見本手冊其他部分 百科全書。 火災和爆炸的危險是一種重要的一般危險。 由於所用主要原材料的性質,許多聚合物/樹脂工藝存在火災和爆炸風險。 如果不採取充分的保護措施,有時在反應過程中(通常在部分封閉的建築物內)存在易燃氣體或液體在高於其閃點的溫度下逸出的風險。 如果涉及的壓力非常高,則應採取措施以充分排放到大氣中。 由於出乎意料的快速放熱反應可能會導致壓力過度增加,並且某些添加劑的處理和某些催化劑的製備可能會增加爆炸或火災的風險。 該行業已經解決了這些問題,特別是在酚醛樹脂的製造方面,已經制定了有關工廠設計工程和安全操作程序的詳細指導說明。

塑料加工

塑料加工業由於使用機械而存在傷害危險,由於塑料及其粉末的可燃性而存在火災危險,並且由於該行業使用的許多化學品而存在健康危害。

受傷

受傷的主要領域是塑料工業的塑料加工部門。 大多數塑料轉化過程幾乎完全依賴於機械的使用。 因此,主要的危險是那些與使用此類機器相關的危險,不僅在正常操作期間,而且在機器的清潔、設置和維護期間。

壓縮、轉移、注射和吹塑機都具有鎖緊力為每平方厘米許多噸的壓板。 應安裝足夠的防護裝置以防止截肢或擠壓傷。 這通常是通過封閉危險部件並將任何可移動防護裝置與機器控制聯鎖來實現的。 聯鎖防護裝置不應允許在防護裝置打開的情況下在防護區域內進行危險運動,並且如果在機器運行期間打開防護裝置,則應使危險部件停止或逆轉危險運動。

如果機器存在嚴重的受傷風險,例如成型機的壓板,並且經常進入危險區域,則需要更高的聯鎖標準。 這可以通過防護裝置上的第二個獨立聯鎖裝置來實現,以在防護裝置打開時中斷電源並防止危險運動。

對於涉及塑料板材的工藝,常見的機械危險是輥子之間或輥子與正在加工的板材之間的運行中的陷阱。 這些發生在擠壓廠和壓延機的張力輥和牽引裝置上。 可以通過使用位於適當位置的跳閘裝置來實現保護,該裝置會立即使滾輪停止或反轉危險運動。

許多塑料加工機器在高溫下運行,如果身體的某些部位接觸到熱金屬或塑料,可能會被嚴重灼傷。 在可行的情況下,當溫度超過 50 ºC 時,應對此類部件進行保護。 此外,注塑機和擠出機上發生的堵塞可能會猛烈地自行釋放。 嘗試解開凍結的塑料塞時,應遵循安全工作制度,其中應包括使用合適的手套和麵部保護裝置。

大多數現代機器功能現在由程序化的電子控製或計算機系統控制,這些系統也可以控制機械起飛裝置或與機器人相連。 在新機器上,操作員不太需要接近危險區域,因此機器的安全性應相應提高。 然而,安裝人員和工程師更需要處理這些部件。 因此,在進行此類工作之前,必須制定適當的上鎖/掛牌程序,尤其是在機器安全裝置無法實現全面保護的情況下。 此外,應設計和設計足夠的備用或應急系統,以處理程序控制因任何原因(例如,在電源丟失期間)失敗的情況。

重要的是,在車間內正確佈置機器,並為每台機器提供清晰的工作空間。 這有助於保持高標準的清潔和整潔。 機器本身也應妥善維護,並應定期檢查安全裝置。

良好的內務管理是必不可少的,應特別注意保持地板清潔。 如果不進行常規清潔,地板會被機油或溢出的塑料顆粒嚴重污染。 還應考慮並提供工作方法,包括進入地板以上區域的安全方法。

原材料和成品的存放也應留出足夠的空間; 應明確指定這些區域。

塑料是良好的電絕緣體,正因為如此,靜電會在片材或薄膜運行的機器上積聚。 這些電荷的電勢可能高到足以導致嚴重事故或成為火源。 應使用靜電消除器來減少這些電荷,並將金屬部件正確接地或接地。

越來越多的廢塑料材料正在使用造粒機進行再加工,並與新原料混合。 造粒機應完全封閉,以防止任何可能通過排料口和進料口接觸轉子。 大型機器進料口的設計應能防止全身進入。 轉子高速運轉,在它們靜止之前不應取下蓋子。 在裝有聯鎖防護裝置的地方,它們應防止與刀片接觸,直到它們完全停止。

火災和爆炸危險

塑料是可燃材料,但並非所有聚合物都支持燃燒。 在細粉形式下,許多可以在空氣中形成爆炸濃度。 如果存在這種風險,則應控製粉末,最好在封閉系統中進行控制,並在低壓(約 0.05 巴)下使用足夠的洩壓板將其排放到安全位置。 一絲不苟的清潔對於防止工作室內的積聚至關重要,這些積聚可能會在空氣中傳播並引起二次爆炸。

在不大大高於正常加工溫度的溫度下,聚合物可能會發生熱降解和熱解。 在這些情況下,擠出機機筒中可能會產生足夠的壓力,例如,以噴出熔融塑料和任何固體塑料塞,從而導致初始堵塞。

易燃液體通常用於該行業,例如用作油漆、粘合劑、清潔劑和溶劑焊接。 玻璃纖維(聚酯)樹脂也會釋放出易燃的苯乙烯蒸氣。 此類液體的庫存應減少到最低限度,並在不使用時存放在安全的地方。 儲存區應包括露天安全場所或防火商店。

用於製造玻璃鋼 (GRP) 樹脂的過氧化物應與易燃液體和其他可燃材料分開存放,並且不要暴露在極端溫度下,因為它們在加熱時會爆炸。

健康危害

塑料加工存在許多潛在的健康危害。 原料塑料很少單獨使用,應針對各種配方中使用的添加劑採取適當的預防措施。 使用的添加劑包括 PVC 中的鉛皂和某些有機染料和鎘染料。

通常來自“反應性化學物質”的液體和粉末有很大的皮炎風險,例如用於生產 GRP 產品的酚醛樹脂(交聯前)、聚氨酯和不飽和聚酯樹脂。 應穿戴合適的防護服。

在熱加工過程中,聚合物的熱降解可能會產生煙霧。 工程控制可以最大限度地減少問題。 然而,必須特別注意避免在不利條件下吸入熱解產物,例如擠出機機筒的吹掃。 可能需要良好的 LEV 條件。 例如,在 PVC 和聚四氟乙烯 (PTFE) 過熱後,操作員已被鹽酸氣體克服並遭受“聚合物煙霧熱”等問題。 隨附的盒子詳細介紹了塑料的一些化學分解產物。


 

表 1. 塑料分解揮發物(參考成分)*

*經許可轉自 BIA 1997。

在許多工業領域,塑料都會受到熱應力的影響。 溫度範圍從塑料加工中相對較低的值(例如 150 至 250 ºC)到極端情況,例如焊接塗漆金屬板或塑料塗層管道)。 在這種情況下經常出現的問題是揮發性熱解產物的毒性濃度是否出現在工作區域。

要回答這個問題,首先需要確定釋放的物質,然後再測量濃度。 雖然第二步原則上是可行的,但通常不可能在現場確定相關的熱解產物。 因此,Berufsgenossenschaftliches Institut für Arbeitssicherheit (BIA) 多年來一直在研究這個問題,並在許多實驗室測試過程中確定了塑料的揮發性分解產物。 各種塑料的測試結果已經公佈(Lichtenstein 和 Quellmalz 1984、1986a、1986b、1986c)。

以下是迄今為止的結果的簡要總結。 本表旨在為所有在相關工作區域面臨有害物質濃度測量任務的人員提供幫助。針對各種塑料列出的分解產物可作為“參考成分”。 然而,應該記住,熱解可能會產生高度複雜的物質混合物,它們的組成取決於許多因素。

因此,在涉及作為參考成分列出的熱解產物(全部在實驗室實驗中確定)的情況下,該表並不聲稱是完整的。 不能排除存在其他具有潛在健康風險的物質。 完全記錄所有發生的物質幾乎是不可能的。

塑料

縮寫

揮發性物質

聚甲醛

POM

甲醛

環氧樹脂基於
雙酚A.

 

苯酚

氯丁橡膠

CR

氯丁二烯(2-chlorobuta-1,3-diene),
氯化氫

聚苯乙烯

PS

苯乙烯

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯-
共聚物

ABS

苯乙烯、1,3-丁二烯、丙烯腈

苯乙烯-丙烯腈共聚物

SAN的

丙烯腈、苯乙烯

聚碳酸酯

PC

苯酚

聚氯乙烯

PVC

氯化氫、增塑劑
(通常是鄰苯二甲酸酯,例如
作為鄰苯二甲酸二辛酯,鄰苯二甲酸二丁酯)

聚酰胺6

功放 6

ε-己內酰胺

聚酰胺66

功放 66

環戊酮,
己二胺

聚乙烯

高密度聚乙烯、低密度聚乙烯

不飽和脂肪烴,
脂肪醛

聚四氟乙烯

PTFE

全氟不飽和
碳氫化合物(例如,四氟乙烯,
六氟丙烯、八氟丁烯)

聚甲基丙烯酸甲酯

PMMA

甲基丙烯酸甲酯

聚氨酯

PUR

根據類型,差異很大
分解產物
(例如,氟氯化碳1 作為發泡劑,
乙醚和乙二醇醚,
二異氰酸酯、氰化氫、
2 芳香胺,氯化
磷酸酯作為火焰
保護劑)

聚丙烯

PP

不飽和和飽和脂肪族
碳氫化合物

聚對苯二甲酸丁二醇酯
(聚酯纖維)

PBTP

1,3-丁二烯、苯

聚丙烯腈

PAN

丙烯腈、氰化氫2

醋酸纖維素

CA

醋酸

諾伯特·利希滕斯坦

1 停止使用。
2 使用所用的分析技術 (GC/MS) 無法檢測到,但從文獻中得知。

 


 

還存在吸入某些熱固性樹脂的有毒蒸氣的危險。 吸入與聚氨酯樹脂一起使用的異氰酸酯會導致化學性肺炎和嚴重哮喘,一旦過敏,應將人員轉移到其他工作崗位。 甲醛樹脂也存在類似的問題。 在這兩個例子中,高標準的 LEV 是必要的。 在 GRP 製品的製造過程中,會釋放出大量的苯乙烯蒸氣,因此必須在工作室內通風良好的條件下進行這項工作。

還有一些行業普遍存在的某些危害。 這些包括使用溶劑進行稀釋或用於前面提到的目的。 氯化碳氫化合物通常用於清潔和粘合,如果沒有足夠的排氣通風,人們很可能會中毒。

應在嚴格控制的條件下通過焚燒處理塑料垃圾; 例如,聚四氟乙烯和聚氨酯應該位於菸霧排放到安全位置的區域。

在使用製粒機期間通常會產生非常高的噪音水平,這很可能導致操作員和附近工作人員的聽力受損。 通過將本設備與其他工作區域分開,可以限制這種危險。 最好從源頭上降低噪音水平。 這是通過在造粒機上塗上隔音材料並在進料口安裝擋板成功實現的。 作為超聲波能量的正常伴奏,超聲波焊接機產生的可聽聲音也可能對聽力造成危害。 可以設計合適的外殼以降低接收到的噪音水平,並且可以互鎖以防止機械危險。 作為最低標準,在高噪音區域工作的人員應佩戴適當的聽力保護裝置,並且應有適當的聽力保護計劃,包括聽力測試和培訓。

燒傷也是一種危險。 一些用於塑料生產和加工的添加劑和催化劑在與空氣和水接觸時具有很強的反應性,很容易引起化學灼傷。 無論在哪里處理或運輸熔融的熱塑性塑料,都存在熱材料飛濺和隨之而來的燒傷和燙傷的危險。 這些燒傷的嚴重程度可能會因熱熱塑性塑料(如熱蠟)粘附在皮膚上而加重。

有機過氧化物具有刺激性,如果濺入眼睛可能會導致失明。 應佩戴合適的護目鏡。

 

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星期六,二月26 2011:18 16

生物科技產業

演變與概況

生物技術可以定義為生物系統在技術和工業過程中的應用。 它包括傳統生物和基因工程生物。 傳統生物技術是各種生物通過經典雜交、交配或雜交創造新生物的結果,這些新生物幾個世紀以來一直用於生產麵包、啤酒、奶酪、大豆、清酒、維生素、雜交植物和抗生素。 最近,各種生物體也被用於處理廢水、人類污水和工業有毒廢物。

現代生物技術將化學和生物科學(分子和細胞生物學、遺傳學、免疫學)的原理與技術學科(工程學、計算機科學)相結合,以生產商品和服務以及進行環境管理。 現代生物技術利用限制酶將遺傳信息 DNA 從一種生物體剪切並粘貼到活細胞外的另一種生物體。 然後將復合 DNA 重新引入宿主細胞以確定是否表達了所需的性狀。 由此產生的細胞稱為工程克隆、重組或基因操縱生物體 (GMO)。 “現代”生物技術產業誕生於 1961 年至 1965 年,伴隨著遺傳密碼的破解,自 1972 年首次成功的 DNA 克隆實驗以來,該產業發展迅猛。

自 1970 世紀 1974 年代初以來,科學家們就認識到基因工程是一項極其強大且有前途的技術,但也存在潛在的嚴重風險需要考慮。 早在 1974 年,科學家們就呼籲在全球範圍內暫停特定類型的實驗,以評估風險並製定適當的指導方針來避免生物和生態危害(重組 DNA 分子委員會,國家研究委員會,美國國家科學院 1976 年). 表達的一些擔憂涉及潛在的“可能引發不可逆轉過程的載體逃逸,其產生的問題可能比自然界自發發生的大量基因重組引起的問題大很多倍”。 有人擔心“帶有移植基因的微生物可能對人類或其他生命形式有害。 如果改變後的宿主細胞具有競爭優勢,可以促進其在生態系統中的某些生態位中生存,則可能會造成危害”(NIH XNUMX)。 眾所周知,實驗室工作人員將是“煤礦中的金絲雀”,應該採取一些措施來保護工作人員和環境免受未知和潛在的嚴重危害。

1975 年 1976 月在加利福尼亞州 Asilomar 召開了一次國際會議。其報告包含了第一份基於生物和物理遏制策略的共識指南,用於控制新技術設想的潛在危害。 某些實驗被認為會造成如此嚴重的潛在危險,以至於會議建議當時不要進行這些實驗(NIH XNUMX)。 以下工作最初被禁止:

  • 處理來自致病生物和致癌基因的 DNA
  • 形成包含毒素基因的重組體
  • 可能擴大植物病原體宿主範圍的工作
  • 將抗藥性基因引入生物體中,這些生物體不知道它們是自然獲得的,而且治療會受到影響
  • 故意釋放到環境中(Freifelder 1978)。

 

在美國,第一個國家衛生研究院指南 (NIHG) 於 1976 年出版,取代了 Asilomar 指南。 這些 NIHG 允許根據與宿主細胞、將基因轉運到細胞和基因插入物的載體系統相關的風險,按危險類別對實驗進行評級,從而允許或限制基於風險評估的實驗的進行,從而繼續進行研究。 NIHG 的基本前提——提供工人保護,進而提供社區安全——今天仍然存在(NIH 1996)。 NIHG 定期更新,並已發展成為美國廣泛接受的生物技術實踐標準。 接受聯邦資助的機構以及許多地方城市或城鎮條例都要求合規。 NIHG 為世界其他國家的法規提供了一個基礎,包括瑞士 (SCBS 1995) 和日本 (National Institute of Health 1996)。

自 1976 年以來,NIHG 已經擴大到包括對新技術的遏制和批准考慮,包括大規模生產設施和植物、動物和人類體細胞基因治療提案。 一些最初被禁止的實驗現在在 NIH 的特別批准或特定的遏制措施下被允許。

1986 年,美國科學技術政策辦公室 (OSTP) 發布了生物技術監管協調框架。 它解決了現有法規是否足以評估新技術衍生產品以及研究審查過程是否足以保護公眾和環境等基本政策問題。 美國監管和研究機構(環境保護署 (EPA)、食品和藥物管理局 (FDA)、職業安全與健康管理局 (OSHA)、美國國立衛生研究院、美國農業部 (USDA) 和國家科學基金會 (NSF))同意監管產品,而不是流程,並且不需要新的、特殊的法規來保護工人、公眾或環境。 該政策旨在以綜合協調的方式實施監管計劃,最大限度地減少重疊,並且在可能的範圍內,產品批准的責任將由一個機構承擔。 這些機構將通過採用一致的定義和使用具有可比科學嚴謹性的科學審查(風險評估)來協調工作(OSHA 1984;OSTP 1986)。

NIHG 和協調框架提供了適當程度的客觀科學討論和公眾參與,這導緻美國生物技術發展成為一個價值數十億美元的產業。 1970 年之前,涉及現代生物技術各個方面的公司不到 100 家。 到 1977 年,又有 125 家公司加入了這個行列; 到 1983 年,另外 381 家公司使私人資本投資水平超過 1 億美元。 到 1994 年,該行業已發展到 1,230 多家公司(馬薩諸塞州生物技術委員會社區關係委員會 1993 年),市值超過 6 億美元。

1980年美國生物技術公司的就業人數約為700人; 1994 年大約有 1,300 家公司僱用了超過 100,000 名工人(馬薩諸塞州生物技術委員會社區關係委員會,1993 年)。 此外,還有一個完整的支持行業,提供確保研究和生產完整性所必需的供應品(化學品、培養基成分、細胞系)、設備、儀器和服務(細胞庫、驗證、校準)。

全世界對科學及其產品的安全性存在高度關注和懷疑。 歐洲共同體理事會(歐洲共同體議會 1987 年)制定了保護工人免受與接觸生物製品相關的風險的指令(歐洲共同體理事會 1990a)並對實驗和商業活動(包括故意釋放)進行環境控制。 “發布”包括使用轉基因生物的營銷產品(歐洲共同體委員會 1990b;Van Houten 和 Flemming 1993)。 世界衛生組織 (WHO)、國際標準組織 (ISO)、歐洲共同體委員會、糧食及農業組織 (FAO) 和微生物菌株數據網絡等國際和多邊組織製定了有關生物技術產品的標準和指南 ( OSTP 1986)。

現代生物技術產業可分為四大行業,每個行業都有實驗室、現場和/或臨床研究與開發 (R&D) 支持商品和服務的實際生產。

  • 生物醫學-製藥、生物製劑和醫療器械產品
  • 農產品、轉基因魚和動物、抗病蟲害植物
  • 轉基因工業產品,如檸檬酸、丁醇、丙酮、乙醇和洗滌劑酶(見表 1)
  • 環境-廢水處理,工業廢物淨化。

 

表 1. 具有工業重要性的微生物

姓名

宿主生物

用途

醋酸桿菌

好氧菌

發酵水果

黑曲霉

無性真菌

降解有機物
安全用於檸檬酸和酶的生產

米曲霉

無性真菌

用於生產味噌、醬油和清酒

地衣芽孢桿菌

細菌

工業化學品和酶

枯草芽孢桿菌

細菌

亞洲供人類消費的化學品、酶、單細胞蛋白質來源

中國倉鼠卵巢細胞 (CHO)*

哺乳動物細胞培養

生物製藥製造

丙酮丁醇梭菌

細菌

丁醇、丙酮生產

大腸桿菌 K-12*

菌株

用於發酵、藥物和生物製品生產的克隆

羅克福爾青黴

無性真菌

藍奶酪生產

釀酒酵母*

酵母

用於啤酒生產的克隆

葡萄酵母*

酵母

用於酒精飲料和工業酒精生產的克隆

* 對現代生物技術很重要。

 

生物科技工作者

生物技術始於研究實驗室,是一門多學科科學。 分子和細胞生物學家、免疫學家、遺傳學家、蛋白質和肽化學家、生物化學家和生化工程師最直接地暴露於重組 DNA (rDNA) 技術的真實和潛在危害。 其他可能較少直接接觸 rDNA 生物危害的工作人員包括服務和支持人員,如通風和製冷技術人員、校準服務提供商和客房清潔人員。 在最近對該行業的健康和安全從業者進行的一項調查中發現,在典型的商業生物技術公司中,直接和間接接觸的工人約佔總勞動力的 30% 至 40%(Lee 和 Ryan 1996)。 生物技術研究不限於“產業”; 它也在學術、醫療和政府機構中進行。

生物技術實驗室工作人員接觸到各種各樣的危險和有毒化學品、重組和非重組或“野生型”生物危害、人類血源性病原體和人畜共患疾病以及標記實驗中使用的放射性物質。 此外,由於計算機和手動微量移液器的廣泛使用,肌肉骨骼疾病和重複性勞損越來越被廣泛認為是對研究人員的潛在危害。

生物技術製造商也會接觸危險化學品,但不會像在研究環境中看到的那樣。 根據產品和工藝的不同,在製造過程中可能會接觸到放射性核素。 即使在最低的生物危害水平上,生物技術製造過程也是封閉系統,除非發生事故,否則接觸重組培養物的可能性很小。 在生物醫學生產設施中,當前良好生產規範的應用補充了生物安全指南,以保護工廠車間的工人。 在涉及無害重組生物體的大規模生產質量管理規範 (GLSP) 操作中,製造工人面臨的主要危害包括外傷性肌肉骨骼損傷(例如背部拉傷和疼痛)、蒸汽管路熱灼傷以及酸和腐蝕劑(磷酸)引起的化學灼傷,氫氧化鈉和氫氧化鉀)在該過程中使用。

包括臨床實驗室技術人員在內的衛生保健工作者在藥物管理和護理參與這些實驗程序的患者期間會接觸到基因治療載體、排泄物和實驗室標本。 管家也可能被暴露。 工人和環境保護是向 NIH 申請人類基因治療實驗時必須考慮的兩個強制性實驗點(NIH 1996)。

農業工人在使用殺蟲劑、種植、收穫和加工過程中可能會嚴重接觸重組產品、植物或動物。 除了接觸轉基因動植物的潛在生物危害風險外,還存在涉及農用設備和畜牧業的傳統物理危害。 工程控制、個人防護裝備、培訓和醫療監督的使用與預期風險相適應(Legaspi 和 Zenz 1994;Pratt 和 May 1994)。 PPE 包括連身衣、呼吸器、實用手套、護目鏡或頭罩,對於轉基因植物或土壤生物的應用、生長和收穫期間的工人安全很重要。

過程和危害

在生物醫學領域的生物技術過程中,以特定方式修飾以產生所需產品的細胞或生物體在單一培養生物反應器中培養。 在哺乳動物細胞培養中,蛋白質產物從細胞分泌到周圍的營養培養基中,可以使用多種化學分離方法(大小或親和層析、電泳)來捕獲和純化產物。 在哪裡 大腸埃希氏菌 宿主生物體用於發酵,所需產物在細胞膜內產生,細胞必須物理破裂才能收穫產物。 內毒素暴露是該過程的潛在危害。 通常將抗生素添加到生產培養基中以提高所需產品的產量或維持對其他不穩定的遺傳生產元件(質粒)的選擇壓力。 可能對這些材料過敏。 一般來說,這些是氣溶膠暴露風險。

氣溶膠的洩漏和釋放是預料之中的,潛在的暴露是通過多種方式控制的。 必須滲透到反應器容器中以提供養分和氧氣,以排出二氧化碳 (CO2) 以及用於監視和控制系統。 每次滲透都必須密封或過濾(0.2 微米)以防止培養物受到污染。 廢氣過濾還可以保護工作區域的工人和環境免受培養或發酵過程中產生的氣溶膠的影響。 根據系統的潛在生物危害,經過驗證的液體流出物生物滅活(通常通過加熱、蒸汽或化學方法)是標準做法。 生物技術製造中的其他潛在危害與其他行業類似:噪音、機械防護、蒸汽/熱灼傷、接觸腐蝕劑等。

酶和工業發酵在本章的其他地方有介紹 百科全書 涉及與基因工程生產系統類似的過程、危害和控制。

傳統農業依賴於利用相關植物物種的傳統雜交的品系開發。 基因工程植物的巨大優勢在於世代間隔時間和獲得所需性狀所需的雜交次數大大減少。 此外,目前不受歡迎的對化學殺蟲劑和化肥(造成徑流污染)的依賴有利於一項可能使這些應用變得不必要的技術。

植物生物技術涉及選擇基因柔韌和/或經濟上重要的植物物種進行修飾。 由於植物細胞具有堅韌的纖維素細胞壁,因此用於將 DNA 轉移到植物細胞中的方法不同於生物醫學領域中用於細菌和哺乳動物細胞系的方法。 有兩種主要方法用於將外源工程 DNA 引入植物細胞(Watrud、Metz 和 Fishoff 1996):

  • 粒子槍將 DNA 射入目標細胞
  • 解除武裝的,非致瘤性的 根癌農桿菌 病毒將基因盒引入細胞的遺傳物質中。

 

野生型 根癌農桿菌 是一種天然植物病原體,可在受損植物中引起冠癭瘤。 這些解除武裝的工程化載體菌株不會導致植物腫瘤形成。

通過任一方法轉化後,植物細胞被稀釋、鋪板並在選擇性組織培養基上在植物生長室或培養箱中生長相對較長的時間(與細菌生長速率相比)。 從處理過的組織中再生的植物被移植到封閉生長室中的土壤中以進一步生長。 在達到適當的年齡後,將檢查它們是否表達了所需的性狀,然後在溫室中種植。 需要幾代溫室實驗來評估感興趣性狀的遺傳穩定性,並生成所需的種子庫以供進一步研究。 環境影響數據也在這一階段的工作中收集,並連同提案一起提交給監管機構,以獲得野外試放批准。

控制:美國的例子

NIHG (NIH 1996) 描述了一種系統的方法來防止工人接觸重組生物體和環境釋放重組生物體。 每個機構(例如,大學、醫院或商業實驗室)都有責任按照 NIHG 的規定安全地進行 rDNA 研究。 這是通過一個管理系統來實現的,該系統定義了責任並需要知識淵博的科學家和生物安全官員進行全面的風險評估、實施暴露控制、醫療監測計劃和應急計劃。 機構生物安全委員會 (IBC) 提供機構內實驗審查和批准的機制。 在某些情況下,需要 NIH 重組諮詢委員會 (RAC) 本身的批准。

控製程度取決於風險的嚴重程度,並根據生物安全等級 (BL) 指定 1-4 進行描述; BL1 限制最少,BL4 限制最多。 為研究、大規模(大於 10 升培養物)研發、大規模生產以及大小規模的動植物實驗提供了遏制指南。

NIHG (NIH 1996) 的附錄 G 描述了實驗室規模的物理遏制。 BL1 適用於使用對實驗室人員或環境沒有已知危害或潛在危害最小的藥劑。 實驗室與建築物中的一般交通模式沒有分開。 工作在開放的工作台上進行。 不需要或使用特殊的收容裝置。 實驗室人員接受過實驗室程序方面的培訓,並由接受過微生物學或相關科學一般培訓的科學家監督。

BL2 適用於涉及對人員和環境具有中度潛在危害的藥劑的工作。 進行工作時進入實驗室是受限的,工作人員接受過處理病原體的專門培訓並由合格的科學家指導,而產生氣溶膠的工作是在生物安全櫃或其他防護設備中進行的。 這項工作可能需要適當的醫療監督或疫苗接種,並由 IBC 確定。

BL3 適用於使用可能因吸入接觸而導致嚴重或潛在致命疾病的本土或外來藥劑的工作。 工人接受過專門培訓,並由在處理這些危險物質方面經驗豐富的合格科學家監督。 所有程序都在需要特殊工程和 PPE 的收容條件下完成。

BL4 保留給最危險和最奇異的藥劑,這些藥劑對個人和社區構成威脅生命的疾病的高風險。 世界上只有少數幾個BL4實驗室。

附錄 K 闡述了體積大於 10 升(大規模)的研究或生產活動的物理密封。 與小規模指南一樣,存在從最低到最高危險潛力的遏制要求等級:GLSP 到 BL3-Large-Scale (BL3-LS)。

NIHG 附錄 P 涵蓋了工作台水平、生長室和溫室規模的植物。 正如引言所述:“植物遏制的主要目的是避免無意傳播含有重組 DNA 的植物基因組,包括核或細胞器遺傳物質或與植物相關的重組 DNA 衍生生物體的釋放。 一般來說,這些生物體不會對人類健康或高等動物構成威脅,除非為此目的進行了故意改造。 但是,嚴重的病原體可能會無意中從溫室傳播到當地農作物,或者可能會無意中在新的生態系統中引入和建立生物體”(NIH 1996)。 在美國,EPA 和 USDA 的動植物衛生檢驗局 (APHIS) 共同負責風險評估和審查在批准田間放行試驗之前生成的數據(EPA 1996;Foudin 和 Gay 1995)。 諸如昆蟲和動物物種在水、空氣和土壤中的持久性和傳播、該地區其他類似作物的存在、環境穩定性(霜凍或熱敏感性)以及與本地物種的競爭等問題通常首先在溫室中進行評估(Liberman 等人,1996 年)。

設施和實踐的工廠防護等級也從 BL1 到 BL4。 典型的 BL1 實驗涉及自我克隆。 BL2 可能涉及將性狀從病原體轉移到宿主植物。 BL3 可能涉及毒素表達或對環境有害的物質。 通過 PPE 和工程控制(例如帶有定向氣流和高效微粒空氣過濾器 (HEPA) 的溫室和頂棚)以防止花粉釋放,在各個級別實現了對工人的保護。 根據風險,可以通過生物控制來保護環境和社區免受潛在危險因素的侵害。 例如溫度敏感特性、藥物敏感性特性或自然界中不存在的營養需求。

隨著科學知識的增加和技術的進步,預計 NIHG 將需要審查和修訂。 在過去的 20 年裡,RAC 召開會議審議和批准變更提案。 例如,NIHG 不再全面禁止故意釋放轉基因生物; 在適當的情況下並經過適當的風險評估後,允許進行農產品田間試驗和人類基因治療實驗。 NIHG 的一項非常重要的修訂是創建了 GLSP 遏制類別。 它放寬了對“來自宿主生物的非致病性、非產毒重組菌株的遏制要求,這些重組菌株具有長期安全大規模使用的歷史,或者俱有允許在大規模環境中實現最佳生長但存活率有限的環境限制對環境沒有不利影響”(NIH 1991)。 這種機制使技術得以進步,同時仍考慮安全需求。

控制:歐洲共同體的例子

1990 年 1990 月,歐洲共同體 (EC) 頒布了兩項關於封閉使用和故意釋放轉基因生物的指令。 這兩項指令都要求成員國確保採取所有適當措施以避免對人類健康或環境產生不利影響,特別是讓用戶提前評估所有相關風險。 在德國,遺傳技術法案於 1996 年通過,部分是為了響應 EC 指令,也是為了響應法律授權建設試運行重組胰島素生產設施的需要(Reutsch 和 Broderick 4)。 在瑞士,法規基於美國 NIHG、EC 理事會指令和德國基因技術法。 瑞士要求每年向政府註冊和更新實驗。 總的來說,歐洲的 rDNA 標準比美國更嚴格,這促使許多歐洲製藥公司將 rDNA 研究從本國轉移出去。 然而,瑞士法規允許 NIHG (SCBS 1995) 不允許的大規模安全級別 XNUMX 類別。

生物技術產品

一些通過重組 DNA 生物技術成功製造的生物和醫藥產品包括: 人胰島素; 人類生長激素; 肝炎疫苗; α-干擾素; β-干擾素; γ-干擾素; 粒細胞集落刺激因子; 組織纖溶酶原激活劑; 粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子; IL2; 促紅細胞生成素; Crymax,一種用於控制蔬菜毛蟲的殺蟲劑產品; 堅果和葡萄作物; Flavr Savr (TM) 番茄; 乳糜原,一種製作奶酪的酶; ATIII(抗凝血酶 III),源自轉基因山羊奶,用於預防手術中的血栓; BST 和 PST(牛和豬生長激素)用於提高牛奶和肉類產量。

健康問題和疾病模式

在工業規模的生物技術中,接觸微生物或其產品有五種主要的健康危害:

  • 感染
  • 內毒素反應
  • 對微生物過敏
  • 對產品的過敏反應
  • 對產品的毒性反應。

 

感染是不可能的,因為在大多數工業過程中使用非病原體。 然而,有可能被認為是無害的微生物,例如 假單胞菌曲霉 物種可能會導致免疫功能低下的個體感染(Bennett 1990)。 暴露於濃度大於約 300 ng/m3 的內毒素(所有革蘭氏陰性菌細胞壁脂多醣層的成分)會導致短暫的流感樣症狀(Balzer 1994)。 包括傳統農業和生物技術在內的許多行業的工人都經歷過內毒素暴露的影響。 對微生物或產品的過敏反應也發生在許多行業。 職業性哮喘已在生物技術行業被診斷為廣泛的微生物和產品,包括 黑曲霉, 青黴 屬和蛋白酶; 一些公司注意到超過 12% 的員工有這種情況。 毒性反應可能與生物體和產品一樣多種多樣。 已證明接觸抗生素會導致腸道微生物菌群發生變化。 已知真菌在某些生長條件下能夠產生毒素和致癌物 (Bennett 1990)。

為解決暴露的工人將首先對新技術產生任何潛在不利健康影響的擔憂,rDNA 工人的醫學監測從一開始就成為 NIHG 的一部分。 機構生物安全委員會在與職業健康醫師協商後,負責逐個項目地確定適合的醫療監督。 根據特定病原體的身份、生物危害的性質、潛在的接觸途徑和疫苗的可用性,醫學監測計劃的組成部分可能包括安置前體檢、定期隨訪檢查、特定疫苗、特定過敏和疾病評估、暴露前血清和流行病學調查。

Bennett (1990) 認為轉基因微生物不太可能比原始生物造成更多的感染或過敏風險,但新產品或 rDNA 可能會帶來額外的風險。 最近的一份報告指出,巴西堅果過敏原在轉基因大豆中的表達可能會對工人和消費者造成意想不到的健康影響(Nordlee 等人,1996 年)。 其他新的危害可能是使用含有未知或未檢測到的致癌基因或可能對人類有害的病毒的動物細胞系。

重要的是要注意早期對產生具有遺傳危險的突變物種或超級毒素的恐懼並沒有成為現實。 WHO 發現生物技術不會帶來與其他加工業不同的風險(Miller 1983),並且根據 Liberman、Ducatman 和 Fink(1990)的說法,“目前的共識是 rDNA 的潛在風險最初被誇大了,而且與這項研究相關的危害類似於與所使用的有機體、載體、DNA、溶劑和物理儀器相關的危害”。 他們的結論是,工程生物必然會帶來危害; 但是,可以定義遏制以盡量減少接觸。

很難確定特定於生物技術行業的職業暴露。 “生物技術”不是具有區分標準行業分類 (SIC) 代碼的獨立行業; 相反,它被視為在許多工業應用中使用的一個過程或一組工具。 因此,當報告事故和暴露時,涉及生物技術工人的案例數據被包括在東道行業部門(例如農業、製藥業或醫療保健)中發生的所有其他數據中。 此外,眾所周知,實驗室事件和事故的報告不足。

很少有專門由基因改變的 DNA 引起的疾病的報導; 但是,它們並不為人所知。 當一名工人遭受被重組牛痘載體污染的針頭刺傷時,至少有一個記錄在案的局部感染和血清轉化(Openshaw 等人,1991 年)。

政策問題

1980 世紀 1982 年代,第一批生物技術產品出現在美國和歐洲。 基因工程胰島素於 1991 年獲准使用,針對豬疾病“腹瀉”的基因工程疫苗也是如此(Sattelle XNUMX)。 重組牛生長激素 (BST) 已被證明可以增加牛奶產量和肉牛的體重。 人們對公眾健康和產品安全以及現有法規是否足以解決生物技術產品可以銷售的所有不同領域的這些問題表示關注。 NIHG 在研發階段為工人和環境提供保護。 產品安全性和有效性不是 NIHG 的責任。 在美國,通過協調框架,生物技術產品的潛在風險由最合適的機構(FDA、EPA 或 USDA)進行評估。

關於基因工程和生物技術產品安全性的爭論仍在繼續(Thomas 和 Myers 1993),尤其是在農業應用和人類消費食品方面。 一些地區的消費者希望產品貼上標籤,以識別哪些是傳統雜交品種,哪些來自生物技術。 某些乳製品製造商拒絕使用接受 BST 的奶牛的牛奶。 它在一些國家(例如瑞士)被禁止。 FDA 認為產品是安全的,但也存在公眾可能無法接受的經濟和社會問題。 BST 確實可能會給小型農場帶來競爭劣勢,其中大部分是家庭經營的。 與可能沒有替代基因工程治療的醫療應用不同,當傳統食物可用且豐富時,公眾更喜歡傳統雜交而不是重組食物。 然而,惡劣的環境和當前世界範圍內的糧食短缺可能會改變這種態度。

該技術在人類健康和遺傳性疾病方面的較新應用重新引起了人們的關注,並產生了新的倫理和社會問題。 始於 1980 年代初的人類基因組計劃將製作人類遺傳物質的物理和遺傳圖譜。 該圖譜將為研究人員提供信息,以比較“健康或正常”和“患病”的基因表達,從而更好地理解、預測和指出基本遺傳缺陷的治療方法。 人類基因組技術已經為亨廷頓舞蹈症、囊性纖維化以及乳腺癌和結腸癌開發了新的診斷測試。 人類體細胞基因療法有望糾正或改善遺傳性疾病的治療。 通過對遺傳物質進行限制性片段多態性作圖的 DNA“指紋”被用作強姦、綁架和殺人案件的法醫證據。 它可以用來證明(或者,從技術上講,反駁)親子關係。 它還可以用於更具爭議性的領域,例如評估患癌症和心髒病的可能性,以用於保險範圍和預防性治療,或作為戰爭罪法庭的證據,以及作為軍隊中的基因“狗牌”。

儘管技術上可行,但出於嚴肅的社會和倫理考慮,美國尚未考慮批准人類生殖細胞系實驗(可代代相傳)。 然而,美國計劃舉行公開聽證會,重新討論人類種系療法和與疾病無關的理想性狀增強。

最後,除了安全、社會和倫理問題之外,關於基因和 DNA 所有權以及使用或濫用責任的法律理論仍在不斷發展。

需要跟踪各種試劑的環境釋放的長期影響。 新的生物遏制和宿主範圍問題將出現在實驗室環境中仔細和適當控制的工作中,但所有環境可能性都是未知的。 可能不存在足夠的科學專業知識和/或監管機構的發展中國家可能會發現自己不願意或不能對其特定環境進行風險評估。 這可能會導致不必要的限製或輕率的“門戶開放”政策,這兩者都可能損害國家的長期利益(Ho 1996)。

此外,在將工程農業藥劑引入不存在霜凍或其他自然遏制壓力的新環境時,謹慎也很重要。 土著種群或遺傳信息的自然交換者是否會在野外與重組劑交配,從而導致工程特徵的轉移? 這些特性對其他代理人是否有害? 對治療管理者有何影響? 免疫反應會限制傳播嗎? 工程化的活性劑是否能夠跨越物種障礙? 他們在沙漠、高山、平原、城市的環境中堅持嗎?

總結

自 1970 世紀 XNUMX 年代初以來,美國的現代生物技術是在一致的指導方針和地方法規下發展起來的。 仔細檢查表明重組生物沒有表現出意想不到的、無法控制的特徵。 這是一項有用的技術,沒有它,許多基於天然治療性蛋白質的醫學改進就不可能實現。 在許多發達國家,生物技術是一股主要的經濟力量,整個產業都圍繞著生物技術革命發展起來。

生物技術工作者的醫療問題與特定宿主、載體和 DNA 風險以及所執行的物理操作有關。 到目前為止,可以通過工程、工作實踐、疫苗和針對風險的生物控制控制措施預防工人疾病,具體情況根據具體情況進行評估。 並且行政結構已經到位,可以為每個新的實驗方案進行前瞻性風險評估。 這種安全跟踪記錄是否繼續進入活材料環境釋放領域是一個持續評估潛在環境風險的問題——持久性、傳播、天然交換劑、宿主細胞的特徵、所用轉移劑的宿主範圍特異性、轉移劑的性質插入基因等。 考慮到所有可能受影響的環境和物種,這一點很重要,可以最大限度地減少自然界經常出現的意外情況。

 

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星期六,二月26 2011:18 19

煙火工業

改編自第 3 版“職業健康與安全百科全書”。

煙火工業可定義為製造煙火製品(煙花)用於娛樂、技術和軍事用途的信號和照明、用作殺蟲劑和用於各種其他目的。 這些物品包含由粉末或糊狀組合物製成的煙火物質,根據需要進行成型、壓實或壓縮。 當它們被點燃時,它們所包含的能量被釋放以產生特定的效果,例如照明、爆炸、口哨聲、尖叫聲、煙霧形成、陰燃、推進、點火、引爆、射擊和解體。 最重要的煙火物質仍然是黑火藥(火藥,由木炭、硫磺和硝酸鉀組成),鬆散地用於引爆,壓實用於推進或射擊,或用木炭緩衝作為底漆。

流程

用於製造煙火的原材料必須非常純淨,不含所有機械雜質,並且(最重要的)不含酸性成分。 這也適用於紙張、紙板和膠水等輔助材料。 表 1 列出了煙火製造中常用的原材料。

表 1. 製造煙火的原材料

產品系列

原料

炸藥

硝化棉(棉膠棉)、雷酸銀、黑火藥
(硝酸鉀、硫磺和木炭)。

可燃材料

類胡蘿蔔素、糊精、沒食子酸、阿拉伯樹膠、木材、木炭、
松香、乳糖、聚氯乙烯 (PVC)、蟲膠、甲基纖維素、
硫化銻、鋁、鎂、矽、鋅、
磷、硫。

氧化性物質

氯酸鉀、氯酸鋇、高氯酸鉀、鋇
硝酸鹽、硝酸鉀、硝酸鈉、硝酸鍶、鋇
過氧化物、二氧化鉛、氧化鉻。

火焰著色材料

碳酸鋇(綠色)、冰晶石(黃色)、銅、銨
硫酸鹽(藍色)、草酸鈉(黃色)、碳酸銅(藍色)、
醋酸亞砷酸銅(藍色)、碳酸鍶(紅色)、鍶
草酸鹽(紅色)。 染料用於產生彩色煙霧,
和氯化銨產生白煙。

惰性材料

三硬脂酸甘油酯、石蠟、矽藻土、石灰、粉筆。

 

原料經過乾燥、研磨和篩選後,在一個特殊的建築中進行稱重和混合。 以前它們總是用手混合,但在現代工廠中經常使用機械混合器。 混合後的物質應存放在專門的倉庫中,以免在工作室內堆積。 僅應將實際加工操作所需的數量從這些建築物中帶入工作室。

煙火製品的外殼可以是紙、硬紙板、合成材料或金屬。 包裝方法各不相同。 例如,對於爆炸,將組合物鬆散地倒入外殼中並密封,而對於推進、照明、尖叫或口哨聲,將其鬆散地倒入外殼中,然後壓實或壓縮並密封。

以前的壓實或壓縮是通過用木槌敲打木製“放下”工具來完成的,但這種方法在現代設施中很少採用; 取而代之的是液壓機或旋轉菱形壓力機。 在許多情況下,液壓機能夠同時壓縮組合物。

照明物質通常在潮濕時成型,形成星星,然後將其乾燥並放入火箭、炸彈等的外殼中。 通過濕法工藝製成的物質必須充分乾燥,否則它們可能會自燃。

由於很多煙火物質在壓縮時難以點燃,有關的煙火製品均設有中間或引火成分以確保點燃; 案件隨後被密封。 該物品通過快速火柴、引信、刮板或有時通過雷管從外部點燃。

危害性

煙火中最重要的危險顯然是火災和爆炸。 由於涉及的機器數量很少,因此機械危險不太重要; 它們與其他行業的類似。

大多數煙火物質的敏感性使得它們在鬆散狀態下很容易被打擊、摩擦、火花和熱量點燃。 它們存在火災和爆炸風險,被視為爆炸物。 許多煙火物質具有普通炸藥的爆炸效果,工人的衣服或身體很容易被火焰片燒傷。

在處理煙火中使用的有毒物質(例如,鉛和鋇化合物以及醋酸亞砷酸銅)期間,在稱重和混合時吸入粉塵可能會危害健康。

安全衛生措施

只應僱用可靠的人來製造煙火物質。 不得僱用 18 歲以下的年輕人。 對工人進行適當的指導和監督是必要的。

在進行任何製造過程之前,重要的是要確定煙火物質對摩擦、衝擊和熱的敏感性,以及它們的爆炸作用。 製造過程的性質和工作間以及儲存和乾燥建築物中的允許數量將取決於這些特性。

煙火物質和製品的製造應採取以下基本預防措施:

  • 企業非危險部分的建築物(辦公室、車間、飲食區等)應遠離危險區域。
  • 危險區域的不同製造過程應有單獨的製造、加工和儲存建築物,這些建築物應遠離
  • 加工廠房應分隔成獨立的車間。
  • 應限制混合、加工、儲存和乾燥建築物中煙火物質的數量。
  • 應限制不同工作室的工人人數。

 

建議採用以下距離:

  • 危險區域的建築物與非危險區域的建築物之間,至少 30 m
  • 各種加工建築物之間,15 m
  • 混合、乾燥和儲存建築物與其他建築物之間,20 至 40 m,具體取決於施工和受影響的工人數量
  • 不同的混合、乾燥和儲存建築物之間,15至20 m。

 

在有利的情況下,如果工作場所之間建有防護牆,工作場所之間的距離可能會縮短。

應為以下目的提供單獨的建築物:儲存和準備原材料、混合、儲存組合物、加工(包裝、壓實或壓縮)、乾燥、整理(塗膠、塗漆、包裝、石蠟等)、乾燥和儲存原料成品,儲存黑火藥。

下列原料應隔離存放:氯酸鹽和高氯酸鹽、高氯酸銨; 硝酸鹽、過氧化物和其他氧化物質; 輕金屬; 可燃物質; 易燃液體; 赤磷; 硝化纖維。 硝化纖維素必須保持濕潤。 金屬粉末必須防潮、防脂肪油和油脂。 氧化劑應與其他物料分開存放。

建築設計

對於混合,防爆型建築物(三層抗性牆、抗性屋頂和一層由塑料布製成的防爆牆)是最合適的。 建議在防爆牆前設置防護牆。 含氯酸鹽物質的混合室不應用於含金屬或硫化銻的物質。

對於乾燥,具有防爆區的建築物和覆蓋有泥土並設有防爆牆的建築物已證明是令人滿意的。 他們應該被堤壩包圍。 在乾燥室中,建議將室溫控制在 50 ºC。

在加工建築物中,應有單獨的房間用於: 灌裝; 壓縮或壓縮; 切斷、“扼殺”和結案; 塗漆成型和壓縮的煙火物質; 點燃煙火物質; 儲存煙火物質和中間產品; 包裝; 和儲存包裝物質。 一排帶有防爆區的建築物被發現是最好的。 中間壁的強度應適合所處理物質的性質和數量。

以下是使用或存在潛在爆炸性材料的建築物的基本規則:

  • 建築物應為單層,無地下室。
  • 屋頂表面應提供足夠的保護以防止火勢蔓延。
  • 房間的牆壁必須光滑且可清洗。
  • 地板應具有水平、光滑的表面,沒有縫隙。 它們應該由軟材料製成,例如木石、不含沙子的瀝青和合成材料。 不應使用普通木地板。 危險房間的地板應具有導電性,在其中工作的人員應穿導電底鞋。
  • 所有建築物的門窗必須向外打開。 工作時間不應鎖門。
  • 不允許使用明火取暖建築物。 對於危險建築物的供暖,只能使用熱水、低壓蒸汽或防塵電氣系統。 散熱器的各個面都應光滑且易於清潔:不應使用帶有翅片管的散熱器。 建議加熱表面和管道的溫度為 115 ºC。
  • 工作台和架子應採用耐火材料或硬木製成。
  • 工作間、儲藏室和烘乾室及其設備應定期用濕擦法清潔。
  • 工作場所、入口和逃生通道的規劃必須確保房間可以快速疏散。
  • 在可行的情況下,工作場所應由防護牆隔開。
  • 必要的庫存應安全存放。
  • 所有建築物都應配備避雷裝置。
  • 必須禁止在場所內吸煙、明火以及攜帶火柴和打火機。

 

可租用的設備

機械壓力機應該有防護屏或防護牆,這樣如果發生火災,工人不會受到威脅,火勢也不會蔓延到鄰近的工作場所。 如果處理大量材料,壓力機應在隔離的房間內並從外面操作。 任何人都不應留在新聞發布室。

滅火器具應配備足夠數量、明顯標記並定期檢查。 它們應該適合現有材料的性質。 D 類滅火器應該用於燃燒金屬粉末,而不是水、泡沫、乾粉或二氧化碳。 建議使用淋浴、羊毛毯和阻燃毯來撲滅燃燒的衣物。

接觸煙火物質或容易受到火焰危害的人應穿著適當的防火和耐熱防護服。 衣物應每天在指定地點除塵,以去除任何污染物。

企業應採取措施,在發生事故時提供急救。

材料

對性質不同的危險廢物,應當分別收集。 廢物容器必須每天清空。 在銷毀之前,收集的廢物應保存在距離任何建築物至少 15 m 的受保護地點。 有缺陷的產品和中間產品通常應作為廢物處理。 只有在不會產生任何風險的情況下,才應對它們進行再處理。

加工對健康有害的材料時,應避免直接接觸。 應有效安全地排出有害氣體、蒸汽和粉塵。 如果排氣系統不充分,則必須佩戴呼吸防護設備。 應提供合適的防護服。

 

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