“防火防爆技术”课程“过氧化氢”专题教学与实践

周密，李席

（1.蚌埠学院材料与化学工程学院，安徽 蚌埠 233030；2.安徽祥源科技股份有限公司博士后科研工作站，安徽 蚌埠 233030）

近年来，我国重大安全生产事故时有发生，如2019年江苏响水“3·21”特别重大爆炸事故，2021 年“6·13”十堰重大燃气爆炸事故等。企业安全生产问题引起社会各界普遍关注。习近平总书记强调“要牢固树立安全发展理念，始终把人民群众生命安全放在第一位”。作为化学工程和安全工程专业的学生，很有必要掌握防火防爆及相关课程基础知识。

“防火防爆技术”是安全学科中核心课程之一，国内大多数院校的安全工程专业均开设了相关课程，如“防火防爆工程学”“工业防火防爆”“工业防火与防爆”[1-3]。我校安全工程专业与化学工程密切相关，“防火防爆技术”课程选用的参考教材为解立峰等编著的《防火与防爆工程》，该教材的主要内容包括燃烧的学说和理论、着火和爆炸的机理、发生火灾和爆炸事故的原因、防火与防爆工程的基本理论和基本技术及研究手段等[4]。课程内容丰富，理论性内容较多，应用性较强。传统教学按照教材而教学，枯燥无味，学生学习积极性不高，不利于保证教学质量和应用型人才的培养。对此，探索与实践“防水防爆技术”课程教学方法和思路显得很有必要。国内学者在“防火防爆技术”有关课程教学建设作了有益的探索与尝试，如应用实验教学、基于OBE 理念重构教学内容、思维导图式教学和课程思政一体化等[5-8]，但鲜见“防火防爆技术”课程专题教学的文献报道，因此探讨专题教学对“防火防爆技术”课程教学质量的提升具有重要理论意义和实用价值。作者以“过氧化氢”涉及到的典型过氧化工艺为例，围绕工艺涉及到的主要危险和有害因素、采用的安全措施等方面详细阐述，在教学过程中注重与学生互动、融入工艺安全理念和事故案例分析，取得了较为满意的教学效果，可为其他课程教学效果的改善提供参考。

1 “过氧化氢”专题教学探索与实践

1.1 课堂导入

在进行专题教学之前，先设置讨论问题——你对“过氧化氢”了解多少？学生观点多数为“强氧化剂”“可用于制备氧气”“医用双氧水消毒”“3 类致癌物”“漂白”“食品添加剂”，少数学生提及“30%双氧水受到公安部门管制”和“避光保存”。而对于“过氧化工艺”，却很少有学生给出答案。进行这样的问题驱动讨论，教师知晓了学生对“过氧化氢”“过氧化工艺”的了解程度，有助于把握教学重点，提高课堂活跃程度。

1.2 教学内容

在化工生产过程中，H2O2参与的最具代表性的危险化工工艺为过氧化工艺，过氧化物对热、振动、冲击或摩擦等都敏感，极易分解释放大量的热，造成火灾甚至爆炸事故[9]。因此需要应用本质安全技术，防止火灾爆炸事故。教学过程结合安徽一化工园区企业涉及的将70%过氧化氢溶液和环己酮反应得到过氧化环己酮溶液的工艺实例，探讨危险源、危险有害因素及对应的安全措施。

1.2.1 危险源及危险有害因素分析

（1）物料危险性分析

依据《危险化学品目录（2015 版）》，该建设项目涉及的70%H2O2、环己酮和过氧化环己酮溶液属于危险化学品，其理化性质、危险性及危险类别见表1。依据《易制爆危险化学品名录》（2017 年版），双氧水属易制爆化学品。对照《国家安全监管总局办公厅关于具有爆炸危险性危险化学品建设项目界定标准的复函》（安监总厅管三函〔2014〕5 号），建设项目环己酮、双氧水等具有爆炸危险性，为爆炸危险性建设项目。

表1 部分化学品理化性质、危险性及危险类别

H2O2虽本身不可燃，但分解时产生的氧气能强烈地助燃。H2O2可被催化分解，光、热、大多数重金属以及pH 增高、停留时间过长、压力或浓度波动、振动、撞击等均能导致H2O2分解，受有机物污染可以生成爆炸性混合物[11-12]。环己酮易燃，遇高热、明火可致燃烧，与氧化剂接触猛烈反应。过氧化环己酮性质不稳定，过热时可分解产生大量热，有爆炸危险性[10]。

双氧水、环己酮和过氧化环己酮溶液储存仓库若温度过高，或与易燃物、还原剂混储等会发生爆炸事故。若在储存过程中发生泄漏挥发，其蒸气与空气混合形成爆炸性混合物，遇点火源会产生火灾、爆炸事故的风险。若仓库未设置防止液体流散的措施，易燃物流淌在仓库外，会使事故进一步扩大。

（2）工艺危险性

依据《首批重点监管的危险化工工艺目录》（原安监总管三〔2009〕116 号）、《国家安全监管总局关于公布第二批重点监管危险化工工艺目录和调整首批重点监管危险化工工艺中部分典型工艺的通知》（原安监总管三〔2013〕3 号），该项目生产工艺属于重点监管的危险过氧化工艺，项目涉及的过氧化危险工艺反应温度不高于60℃，常压反应。该工艺是国内外成熟的过氧化工艺。项目建设了给排水系统、供配电系统、通风与空气调节系统、自动化控制系统、储存仓库等配套和辅助工程设施。由于原辅料的固有危险，且过氧化反应均为危险的放热反应，使反应釜成为过氧化物装置中较危险的设备。过氧化产物分解温度较低，极易引发工艺过程热失控，导致发生火灾、爆炸和中毒等事故[13]。未严格按照安全操作规程或设备故障等均有可能引起局部过热，若热量不能及时泄放，可造成火灾和爆炸。

（3）重大危险源辨识

建设项目生产车间和储存仓库单元未构成危险化学品重大危险源。

1.2.2 设计采用的主要安全措施

（1）工艺系统

工艺过程采取的防泄漏、防火、防爆等措施主要有：①优化设计以预防和控制泄漏。减少设备密封、管道连接等易泄漏点。在设备和管线的排放口等排放阀设计时，加装盲板，减少泄漏的可能性；含有毒有害的储存、流转、安全泄压和紧急排放采取密闭措施设计。②优化设备选型。管道、法兰、垫片、紧固件等设备、部件选型，要符合安全规范和国家强制性标准的要求；压力容器与压力管道严格按照国家标准要求进行检验。③完善自动化控制系统。涉及重点监管危险化工工艺过氧化危险工艺生产装置，按安全控制要求设置自动化控制系统、DCS（分散型控制系统）、安全联锁或紧急停车系统和可燃气体泄漏检测报警系统。紧急停车系统、安全联锁保护系统要符合功能安全等级要求。对反应釜设置紧急惰性气体送入、爆破片、紧急卸料阀和紧急切断装置。对于要求连续安全操作的工艺变量（温度、压力、流量、液位等）进行监控设置及必要的越限报警，以提醒、指导操作人员进行必要的操作，控制室设置紧急停车按钮。④可燃气体有可能泄漏的区域，根据《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》（GB 50493—2009），设置可燃气体声光报警系统，并接入全厂DCS、生产调度中心和消防控制中心。⑤涉及的危险化学品双氧水、环己酮等作业场所，采用机械化、管道化和自动化，并设计安装必要的信号报警、安全联锁和保险装置。⑥可能超压的设备设计安全阀、阻火器和爆破片等泄压设施。⑦生产、储存区域应设置安全警示标志。⑧动火作业应依据《危险化学品企业特殊作业安全规范》（GB 30871—2022），做好监护、防护和管理等措施，降低作业风险。

（2）建构筑物

所有新建、构筑物均严格执行《建筑设计防火规范》（GB 50016—2014）的要求，妥善解决建筑物防火、防爆、防腐及通风采光等劳动生产安全的规定。所有建筑内部装修均执行《建筑内部装修设计防火规范》的规定，选择装修材料，达到防火要求。储存仓库的储存要求、装卸搬运与堆码、入库作业、在库管理、出库作业、个体防护、安全管理、人员与培训等方面应依据《危险化学品储存通则》（GB 15603—2022），如储存于阴凉、通风的库房，远离火种、热源，保持容器密封，与氧化剂、还原剂等分开存放。建筑工程需经公安消防机构验收合格。

（3）运输安全

双氧水、环己酮和过氧化环己酮溶液等危险化学品运输委托具有相应危险化学品运输资质的企业。危险化学品道路运输应符合《危险货物道路运输安全管理办法》（交通运输部令2019 年第29 号）、《危险化学品安全管理条例》（国务院令第591 号，2022 年修订）等规定。运输过程注意遮挡，不与禁忌物品混放，运输车辆配置相应的消防器材。运输车辆按规定配置押运人员，并按规定线路行驶，严格控制车速，勿在居民区和人口稠密区停留。原料和产品在转运的过程中，要谨慎操作，防止左摇右晃，避免静电产生和泄漏的发生。

（4）电气

厂区的电源及供配电系统的设计应依照《供配电系统设计规范》（GB 50052）及《石油化工企业设计防火标准》（GB 50160）。根据危险区域划分及环境特征，依据《爆炸危险环境电力装置设计规范》（GB 50058—2014），配备相应的防爆（或防腐）动力箱、防爆（或防腐）操作柱等电器产品。爆炸危险区域内工作的电动叉车均采用防爆电机。危险工艺中的反应釜电机按一级负荷设计。仪表控制系统、火灾报警系统设置UPS不间断电源装置，在市电故障的情况下，UPS电源可自动投入，保证正常工作。

（5）防静电措施

依据《防止静电事故通用导则》（GB 12158）和《化工企业静电接地设计规程》（HG/T 20675）：凡是储存、运输各种可燃气体、易燃液体的金属工艺设备、容器和管道都应接地。生产车间、机柜室、控制室采用接地的导静电地板。

（6）事故应急措施及安全管理

厂区内生产车间及储存仓库均须设置火灾报警系统。建设了有效容积为600 m3的事故池，正常情况下确保事故池处于空池状态，保证随时可以接收最大事故排水量。

该企业定员约50 人，公司已成立专门的安全生产管理部门——安环部，配备有3 名专职安全管理人员，均持证上岗。危险化工工艺操作人员必须取得特种作业证书方可上岗。企业应建立、健全主要负责人岗位等全员安全生产责任制和企业安全教育培训制度，确保培训方式的多元化、常态化和制度化[14]。该企业成立了应急救援小组，配备了应急救援人员，明确了各自的职责。企业按照国家有关规定编制了生产安全事故应急救援预案，并定期开展应急演练。建设项目未构成危险化学品重大危险源，按照《危险化学品单位应急救援物资配备要求》（GB 30077—2013），救援物资应按第三类危险化学品单位进行配置。建设项目消防设施有室外消火栓统、室内消火栓统、手提式及推车式磷酸铵盐干粉灭火器、手提式二氧化碳灭火器数具。

1.2.3 案例融入

教学过程引入典型相关案例，从双氧水储存、双氧水运输、过氧化工艺、违规操作等方面列举事故案例。教学时由事故案例延伸至工艺安全、控制安全、设备安全、安全操作规程和应急处置等各方面，强化与学生互动讨论，拓展学生安全思维，提高学生学习积极性。

储存安全事故案例：2010 年6 月9 日，位于大连星海广场附近的中科院大连化物所第七研究室发生连环爆炸事件。这次发生爆炸的原因是实验室仓库中的双氧水遇到高温造成的。2013 年12 月29 日13 时50 分左右，临沂市兰山区九州化工厂过氧化甲乙酮生产装置南侧空地上，在一辆双氧水槽罐车卸料至多个双氧水包装桶过程中，一装满双氧水的包装桶发生爆炸，造成3 人死亡，直接经济损失200 余万元。事故的直接原因主要为企业职工违规使用盛装过盐酸的塑料桶盛装双氧水，桶内残存的Fe3+及其他金属杂质引起双氧水急剧分解，导致超压爆炸。

运输安全事故案例：2017年2月14日上午，六景高速南宁往钦州方向距高厘服务区10公里处，一辆载有31吨双氧水的槽罐车侧翻泄漏，事故未造成人员伤亡。据槽罐车司机介绍，行驶至该路段时，一辆小车突然从旁边高速超车，因为连夜开车精神困乏，其受惊吓后猛打方向盘，导致罐车失控撞向路边绿化带而发生侧翻。

工艺安全事故案例：2023 年5 月1 日，山东鲁西化工发生双氧水爆炸事故，造成10 人死亡，经初步分析事故直接原因：H2O2配置釜回收工作液时，吸入大量70%浓度H2O2，釜内可能存在的有机物或纤维杂质造成H2O2剧烈分解，引发釜内超压爆炸。

操作安全事故案例：2004 年4 月22 日8 时许，位于浙江宁波北仑石桥的浙江善高化学有限公司双氧水车间发生爆炸火灾事故，造成1 人死亡、1 人受伤，直接经济损失302.63万元。事故原因为“违规操作引起的爆炸火灾事故”“双氧水车间内氧化残液分离器排液后，操作工未按规定打开罐顶的放空阀(事故现场发现的放空阀是关闭的)，造成氧化残液分离器内残液中的双氧水分解，产生的压力得不到及时有效的泄压，使之极度超压，导致氧化残液分离器发生爆炸”[15]。

2 结论

通过对“防火防爆技术”课程中“过氧化氢”开展专题教学实践，以企业涉及到的典型过氧化工艺为切入点，从主要危险和有害因素、采用的安全措施等方面详细阐述，结合各类事故案例，注重与学生互动和交流，将事故案例分析、工艺安全理念等融入教学过程。诚然，进行这样的专题教学对教师要求较高，需要平时收集整理素材。但是，当教师看到教学效果得到明显改善时，或许就有了“传道、授业、解惑”和“一分耕耘，一分收获”的成就感。