反应热失控是诱发化工事故的重要原因之一，而正确认知热失控危险是控制热失控的前提。本文介绍一种热失控危险指数(TRHI)评估方法。
为完善化工过程热失控危险度评估方法，本文拟将借鉴美国陶氏化学公司提出的火灾、爆炸危险指数(F&EI)的评估思路，建立同时考虑物质与反应热危害的化工过程热失控危险的新型指数方法。
｜F&EI的评估思路分析｜
热危险评估应考虑物质、反应的热失控风险，因此，可以参考F&EI的思想将物质与反应的失控危险结合。因此，本文借鉴美国陶氏化学公司的火灾、爆炸危险指数，建立一种新型化工过程热失控危险的评估方法——热失控危险指数(TRHI)法。
｜热失控危险指数评估方法介绍｜
与F&EI的评估过程类似，TRHI从确定物质系数开始，接着计算反应失控风险指数(RI)，最后得到TRHI值，再根据分级标准判断化工过程的热失控危险度。反应阶段的失控风险比物质的热危险性对工艺过程的失控危险影响更大。因此，TRHI与F&EI的不同点在于：在TRHI评估中，反应热失控风险指数对结果起主要作用，而物质系数起修正作用。TRHI评估流程如图1所示。
图1 TRHI评估程序
｜获取参数并确定物质系数｜
通过实验或文献获取所有参与反应的原料、反应过程的热量以及产物分解的热危险特性数据。
TRHI中的物质系数对整个过程热失控危险度起修正作用，其取值范围限制在[1,2]。如果参与反应的原料均为热稳定的，那么物质系数就为1，物质的热不稳定性不会影响整个化工过程的热失控危险度。反之，不稳定的物质会提高整个过程的热失控危险水平。物质系数由物质的起始分解温度(Tonset)和最大功率密度(MPD)确定，实际评估过程中选择原料中热稳定性最差的物质确定物质系数。某物质的起始分解温度越低，说明该物质越容易发生分解，越不稳定。最大功率密度是化学品反应过程中可能的最大热释放危险性指标，最大功率密度越大，该物质释放能量过程的危险度越高。物质系数由式(1)得到：
MF=1+ ITonset×IMPD/16 (1)
式中：ITonset为根据初始分解温度确定的等级系数，IMPD为根据最大功率密度确定的等级系数，ITonset和IMPD可通过表1确定。
表1 物质系数中的等级系数确定表
｜确定反应热失控风险指数｜
反应热失控风险指数为发生失控反应的后果严重度(S)和可能性(P)的乘积,即RI=S×P。
1)失控后果严重度。事故的后果严重度很大程度上取决于释放能量的多少，放出热量越多的反应往往更容易造成严重的后果。当反应体系为理想绝热条件，反应释放的能量全部用于提高体系自身的温度，那么体系升高的温度称为绝热温升(ΔTad)，现实中绝热温升常用于反应失控的严重度表征。反应失控的严重度与目标反应及二次反应的放热情况相关，整个反应阶段失控的严重度为两者之和，即S= IΔTad,r+IΔTad,d，式中：IΔTad,r和IΔTad,d分别为根据目标反应的绝热温升(ΔTad,r)和二次反应的绝热温升(ΔTad,d)确定的等级系数，IΔTad,r和IΔTad,d可通过表2确定。
表2 严重度中的等级系数确定表
2) 反应失控的可能性。发生反应失控的可能性目前常通过最大反应速率到达时间(TMRad)估计。最大反应速率到达时间是一个时间维度的指标，其值越大，说明发生二次反应所需的时间越长，那么操作人员就有更充足的时间采取应急处置措施控制反应，最终引发二次反应的可能性也就越低。除此之外，本文还选择从温度尺度上推断发生失控可能性的判据，即失控情景危险度等级。以工艺操作温度(Tp)、合成反应的最高温度(MTSR)、最大反应速率到达时间为24 h对应的温度(TD24)和技术原因的最高温度(MTT)4个温度的相对大小关系将失控情景分为5类，失控情景危险度描述了失控发生的条件，级别越高，发生二次反应的可能性越高。发生失控可能性为绝热诱导期等级系数(ITMRad)和失控情景危险度等级系数(ICC)之和，即P=ITMRad + ICC，其中ITMRad和ICC可通过表3确定。
表3 可能性系数中的等级系数确定表
｜确定TRHI及等级｜
将反应失控的严重度与可能性相乘得到反应热失控风险指数，再乘以物质系数得到最终的TRHI(TRHI=MF×RI)。表4的分级标准可用于RI和TRHI的分级，以分析反应的热失控风险和过程的热失控危险度。等级从Ⅰ级到Ⅴ级逐级升高，等级Ⅰ、Ⅱ的危险度为可接受的；等级Ⅲ、Ⅳ为中间状态，需要采取一定控制措施；等级Ⅴ为不可接受的。具体分级如表4所示。
表4 TRHI分级标准｜结论与展望｜
1)本研究建立了物质系数和反应热失控风险指数，分别用于反映参与化学反应的物质的热危险性及反应过程中发生热失控的风险大小。借鉴美国陶氏化学公司火灾、爆炸指数方法中将物质与过程危险结合的思路，将物质系数和反应热失控风险指数结合，提出一种新型化工过程热失控危险指数方法。将物质与反应的热失控危险结合，提升了评估结果的全面性，从而有利于从整体上把握化工过程的热失控危险水平。
2)压力也是一个重要的反映失控严重度的指标。但由于引起压力变化的不确定性因素较多，实验数据的参照意义有限，因此，本研究未选用压力指标。后期可对反应失控过程的压力变化做更多、系统的深入研究，并且合理地量化压力指标，以完善评估体系。