硝酸铵生产、储存爆炸事故的预防

2021-01-22李勇

山西化工 2021年3期

李勇

(天脊煤化工集团有限公司，山西长治 047507)

引言

硝酸铵在工业、农业及国防上都有着极其重要的应用，是民用爆炸物品和农用肥料、军用含能材料的基本原料。纯硝酸铵在常温下是稳定的，受打击、碰撞或摩擦均不敏感，但随着温度的升高以及某些杂质的作用，其物理和化学性质将受到影响或改变，甚至导致体系的不稳定或爆炸。

随着硝酸铵工业的发展，近年来国内外硝酸铵在生产、储存过程中曾多次发生重特大安全生产事故。1998年1月6日，陕西兴化集团有限责任公司二期硝酸铵装置发生意外爆炸，造成22人死亡，6人重伤，直接经济损失7 400万元，这次事故的爆炸原点是二期硝酸铵溶液槽，溶液槽本身已被油、氯离子污染，已处于极不稳定、极不安全的状态，提高了硝酸铵溶液的爆炸敏感度，降低了自热自分解和自燃临界温度而发生剧烈燃烧，以致爆炸；2013年4月17日，美国德克萨斯州韦科市附近韦斯特镇一家化肥厂爆炸，造成35人死亡，超过160人受伤，约70栋民宅被毁，造成爆炸的罪魁祸首是存放在工厂里的硝酸铵；2015年8月12日，位于天津市滨海新区天津港的瑞海公司危险品仓库发生火灾爆炸事故，事故造成165人遇难，8人失踪，798人受伤住院治疗，304幢建筑物、12 428辆商品汽车、7 533个集装箱受损，最终认定事故直接原因是：瑞海公司危险品仓库运抵区南侧集装箱内的硝化棉由于湿润剂散失出现局部干燥，在高温(天气)等因素的作用下加速分解放热，积热自燃，引起相邻集装箱内的硝化棉和其他危险化学品长时间大面积燃烧，导致堆放于运抵区的硝酸铵等危险化学品发生爆炸；2020年8月4日黎巴嫩贝鲁特港发生剧烈爆炸，事故酿成约200人丧生，6 000多人受伤的惨剧，其原因是工作人员在进行仓库维护，焊接存有炸药的库房门的过程中，焊接火花引燃了仓库中的炸药，高温和剧烈震动导致在另一库房中存放的硝酸铵爆炸。

1 硝酸铵的热分解[1]

硝酸铵是一种物理性质和化学性质都十分复杂的物质，在一般情况下，硝酸铵是稳定和安全的。硝酸铵在不同的温度，有不同的分解产物。

在110 ℃时加热纯硝酸铵，按式(1)分解。

(1)

分解过程需吸收热量，且在150 ℃以上才明显进行。

在185 ℃～200 ℃下分解时，发生氧化亚氮和水的微放热反应[式(2)]。

(2)

当迅速加热至230 ℃以上，即开始强烈分解，并伴随着微弱的火花发生，此时按式(3)分解为氮、氧及水蒸气。

(3)

当温度高于400 ℃时，按式(4)分解并发生爆炸。

(4)

总的来说，以上各反应式在硝酸铵热分解时都可能发生，但由于条件的不同，可能某个反应是主要的。纯硝酸铵在常温下是稳定的，受打击、碰撞或摩擦均不敏感，但随着温度的升高以及某些杂质的作用，其物理和化学性质将受到影响或改变，甚至导致体系的不稳定或爆炸。

国内外学者对于硝酸铵的热分解特性做了大量的研究，研究发现有许多物质会促进硝酸铵的热分解，促进硝酸铵热分解的物质主要有酸性杂质、氯化物、有机物、氮氧化物、粉状金属，这些物质会降低硝酸铵的热稳定性，容易导致硝酸铵爆炸事故的发生。

2 生产过程的安全措施

2.1 严格控制原料中杂质

液氨和硝酸是生产硝酸铵的主要原料。硝酸中影响硝酸铵热稳定性的杂质主要为氮氧化物和氯离子，氮氧化物和氯离子对硝酸铵的分解均有催化作用，尤其是在酸性条件下，氯化物可大大加速硝酸铵的分解，相当数量的硝酸铵爆炸事故，特别是硝酸铵水溶液爆炸事故，均涉及到大量氯离子的混入[2]。液氨中影响硝酸铵热稳定性的杂质主要为油，油的存在会使硝酸铵的热稳定性降低。因此在生产过程中要严格监控液氨、硝酸中各杂质的含量，杂质超标时要停车处理，指标正常后方可开车。

2.2 防止氨系统排污管线堵塞

液氨蒸发系统设置了排污蒸发器，目的是及时排出液氨中的油和水，防止油积聚在氨系统中，若氨蒸发器排污管线堵塞，会导致蒸发器内积存的油、水过多，蒸发器内油污的液面升高，可能导致油、水进入硝酸铵溶液系统。因此要定期进行排污，并且要对排污管线进行确认，保证排污管线畅通，当液氨中油、水含量高时，要增加氨系统排污频率。

2.3 严禁酸性操作

硝酸铵的生产是通过硝酸和气氨反应来完成的，反应中过量的硝酸便成为最易引入的促进硝酸铵溶液分解的物质，因此中和工序要严格控制氨酸比，保证中和反应在过氨的条件下进行，闪蒸槽气相pH要控制为碱性。加负荷时要先加氨、后加酸，减负荷要先减酸、后减氨，保证加、减负荷为碱性操作。生产过程中，当中和大幅度波动，闪蒸槽气相pH不易控制时，要停车处理。

2.4 严格控制硝酸铵溶液各项指标

氨是阻碍硝酸铵分解的物质，再熔槽和塔顶受槽硝酸铵溶液pH采取加气氨方式进行调节，保证硝酸铵溶液pH大于5。

氯离子存在时可降低硝酸铵溶液的热稳定性，尤其是在酸性条件下，对硝酸铵的热稳定性的影响更为明显，生产过程中要严格监控硝酸铵溶液中氯离子含量，硝酸铵溶液中氯离子含量超过控制指标，要停车处理。

严格控制闪蒸槽、一段蒸发、二段蒸发、再熔槽、塔顶受槽、硝酸铵溶液储槽的温度，严格硝酸铵溶液温度的报警管理，出现报警后要立即调整，必要时紧急停车处理，并排净各槽及管线内的硝酸铵溶液。

2.5 严禁金属杂质和有机物进入系统

硝酸铵如与铜、锌、硫、磷等还原剂及有机物相混合时，会形成氧化能力较强的体系，有引起燃烧、爆炸的危险性，因此要禁止将铜、锌材质、金属粉末、硫磺等存放在装置区内，设备和管道禁用铜、锌合金材质；装置区内所有木头、纸片、抹布等有机物应清理干净，防止进入系统；各部位应避免油和油脂的积聚，润滑部位的残余应彻底清除；要选用密封性较好的溶液泵，避免润滑油进入硝酸铵溶液系统；禁止将污染的硝酸铵颗粒或溶液返回系统利用。

2.6 防止硝酸铵溶液超温

天脊集团硝酸铵装置采用的是法国K-T专利技术，原设计管式反应器、反应器闪蒸槽分别设置了温度高联锁、超高联锁，再溶槽设置了温度报警器，管式反应器、反应器闪蒸槽、再溶槽仅设置了1台测温仪表，若测温仪表发生故障，联锁、报警起不到应有的作用，会增加硝酸铵溶液爆炸的风险。

为保证装置安全，我公司将管式反应器测温仪表增加为3台，改为三取二温度高联锁；反应器闪蒸槽测温仪表增加为2台，改为二取一温度高联锁；再溶槽的测温仪表增加为3台，分别设置在溶液槽的上、中、下三个位置，并且增加硝酸铵溶液温度超高联锁，联锁设备为自动加水两位阀，当硝酸铵溶液温度达到联锁值，就会自动加水降温。通过对管式反应器、反应器闪蒸槽、再溶槽温度联锁的改进，保证了装置的安全。

3 储存过程的安全措施

生产中以销定产，减少硝酸铵的库存。严格按照规范、标准对硝酸铵进行储存，固体硝酸铵专库储存，不得混入其他物品；液体硝酸铵储存时严格控制其温度与杂质含量，防止温度和杂质含量超标。严格硝酸铵库房的动火作业管理，在未清空的库房内不得实施动火作业。通过改造，固体硝酸铵库房增加了自动温度报警、喷淋降温、强制通风等安全设施，超温时强制通风或喷淋降温设施自动启动降温；

液体硝酸铵储存增加了自动加水降温安全设施，超温时自动加水对硝酸铵溶液进行降温，以防止硝酸铵爆炸事故的发生。