硝酸銨生產、儲存爆炸事故的預防

李 勇

(天脊煤化工集團有限公司，山西 長治 047507)

引 言

硝酸銨在工業、農業及國防上都有著極其重要的應用，是民用爆炸物品和農用肥料、軍用含能材料的基本原料。純硝酸銨在常溫下是穩定的，受打擊、碰撞或摩擦均不敏感，但隨著溫度的升高以及某些雜質的作用，其物理和化學性質將受到影響或改變，甚至導致體系的不穩定或爆炸。

隨著硝酸銨工業的發展，近年來國內外硝酸銨在生產、儲存過程中曾多次發生重特大安全生產事故。1998年1月6日，陜西興化集團有限責任公司二期硝酸銨裝置發生意外爆炸，造成22人死亡，6人重傷，直接經濟損失7 400萬元，這次事故的爆炸原點是二期硝酸銨溶液槽，溶液槽本身已被油、氯離子污染，已處于極不穩定、極不安全的狀態，提高了硝酸銨溶液的爆炸敏感度，降低了自熱自分解和自燃臨界溫度而發生劇烈燃燒，以致爆炸；2013年4月17日，美國德克薩斯州韋科市附近韋斯特鎮一家化肥廠爆炸，造成35人死亡，超過160人受傷，約70棟民宅被毀，造成爆炸的罪魁禍首是存放在工廠里的硝酸銨；2015年8月12日，位于天津市濱海新區天津港的瑞海公司危險品倉庫發生火災爆炸事故，事故造成165人遇難，8人失蹤，798人受傷住院治療，304幢建筑物、12 428輛商品汽車、7 533個集裝箱受損，最終認定事故直接原因是：瑞海公司危險品倉庫運抵區南側集裝箱內的硝化棉由于濕潤劑散失出現局部干燥，在高溫(天氣)等因素的作用下加速分解放熱，積熱自燃，引起相鄰集裝箱內的硝化棉和其他危險化學品長時間大面積燃燒，導致堆放于運抵區的硝酸銨等危險化學品發生爆炸；2020年8月4日黎巴嫩貝魯特港發生劇烈爆炸，事故釀成約200人喪生，6 000多人受傷的慘劇，其原因是工作人員在進行倉庫維護，焊接存有炸藥的庫房門的過程中，焊接火花引燃了倉庫中的炸藥，高溫和劇烈震動導致在另一庫房中存放的硝酸銨爆炸。

1 硝酸銨的熱分解[1]

硝酸銨是一種物理性質和化學性質都十分復雜的物質，在一般情況下，硝酸銨是穩定和安全的。硝酸銨在不同的溫度，有不同的分解產物。

在110 ℃時加熱純硝酸銨，按式(1)分解。

(1)

分解過程需吸收熱量，且在150 ℃以上才明顯進行。

在185 ℃～200 ℃下分解時，發生氧化亞氮和水的微放熱反應[式(2)]。

(2)

當迅速加熱至230 ℃以上，即開始強烈分解，并伴隨著微弱的火花發生，此時按式(3)分解為氮、氧及水蒸氣。

(3)

當溫度高于400 ℃時，按式(4)分解并發生爆炸。

(4)

總的來說，以上各反應式在硝酸銨熱分解時都可能發生，但由于條件的不同，可能某個反應是主要的。純硝酸銨在常溫下是穩定的，受打擊、碰撞或摩擦均不敏感，但隨著溫度的升高以及某些雜質的作用，其物理和化學性質將受到影響或改變，甚至導致體系的不穩定或爆炸。

國內外學者對于硝酸銨的熱分解特性做了大量的研究，研究發現有許多物質會促進硝酸銨的熱分解，促進硝酸銨熱分解的物質主要有酸性雜質、氯化物、有機物、氮氧化物、粉狀金屬，這些物質會降低硝酸銨的熱穩定性，容易導致硝酸銨爆炸事故的發生。

2 生產過程的安全措施

2.1 嚴格控制原料中雜質

液氨和硝酸是生產硝酸銨的主要原料。硝酸中影響硝酸銨熱穩定性的雜質主要為氮氧化物和氯離子，氮氧化物和氯離子對硝酸銨的分解均有催化作用，尤其是在酸性條件下，氯化物可大大加速硝酸銨的分解，相當數量的硝酸銨爆炸事故，特別是硝酸銨水溶液爆炸事故，均涉及到大量氯離子的混入[2]。液氨中影響硝酸銨熱穩定性的雜質主要為油，油的存在會使硝酸銨的熱穩定性降低。因此在生產過程中要嚴格監控液氨、硝酸中各雜質的含量，雜質超標時要停車處理，指標正常后方可開車。

2.2 防止氨系統排污管線堵塞

液氨蒸發系統設置了排污蒸發器，目的是及時排出液氨中的油和水，防止油積聚在氨系統中，若氨蒸發器排污管線堵塞，會導致蒸發器內積存的油、水過多，蒸發器內油污的液面升高，可能導致油、水進入硝酸銨溶液系統。因此要定期進行排污，并且要對排污管線進行確認，保證排污管線暢通，當液氨中油、水含量高時，要增加氨系統排污頻率。

2.3 嚴禁酸性操作

硝酸銨的生產是通過硝酸和氣氨反應來完成的，反應中過量的硝酸便成為最易引入的促進硝酸銨溶液分解的物質，因此中和工序要嚴格控制氨酸比，保證中和反應在過氨的條件下進行，閃蒸槽氣相pH要控制為堿性。加負荷時要先加氨、后加酸，減負荷要先減酸、后減氨，保證加、減負荷為堿性操作。生產過程中，當中和大幅度波動，閃蒸槽氣相pH不易控制時，要停車處理。

2.4 嚴格控制硝酸銨溶液各項指標

氨是阻礙硝酸銨分解的物質，再熔槽和塔頂受槽硝酸銨溶液pH采取加氣氨方式進行調節，保證硝酸銨溶液pH大于5。

氯離子存在時可降低硝酸銨溶液的熱穩定性，尤其是在酸性條件下，對硝酸銨的熱穩定性的影響更為明顯，生產過程中要嚴格監控硝酸銨溶液中氯離子含量，硝酸銨溶液中氯離子含量超過控制指標，要停車處理。

嚴格控制閃蒸槽、一段蒸發、二段蒸發、再熔槽、塔頂受槽、硝酸銨溶液儲槽的溫度，嚴格硝酸銨溶液溫度的報警管理，出現報警后要立即調整，必要時緊急停車處理，并排凈各槽及管線內的硝酸銨溶液。

2.5 嚴禁金屬雜質和有機物進入系統

硝酸銨如與銅、鋅、硫、磷等還原劑及有機物相混合時，會形成氧化能力較強的體系，有引起燃燒、爆炸的危險性，因此要禁止將銅、鋅材質、金屬粉末、硫磺等存放在裝置區內，設備和管道禁用銅、鋅合金材質；裝置區內所有木頭、紙片、抹布等有機物應清理干凈，防止進入系統；各部位應避免油和油脂的積聚，潤滑部位的殘余應徹底清除；要選用密封性較好的溶液泵，避免潤滑油進入硝酸銨溶液系統；禁止將污染的硝酸銨顆粒或溶液返回系統利用。

2.6 防止硝酸銨溶液超溫

天脊集團硝酸銨裝置采用的是法國K-T專利技術，原設計管式反應器、反應器閃蒸槽分別設置了溫度高聯鎖、超高聯鎖，再溶槽設置了溫度報警器，管式反應器、反應器閃蒸槽、再溶槽僅設置了1臺測溫儀表，若測溫儀表發生故障，聯鎖、報警起不到應有的作用，會增加硝酸銨溶液爆炸的風險。

為保證裝置安全，我公司將管式反應器測溫儀表增加為3臺，改為三取二溫度高聯鎖；反應器閃蒸槽測溫儀表增加為2臺，改為二取一溫度高聯鎖；再溶槽的測溫儀表增加為3臺，分別設置在溶液槽的上、中、下三個位置，并且增加硝酸銨溶液溫度超高聯鎖，聯鎖設備為自動加水兩位閥，當硝酸銨溶液溫度達到聯鎖值，就會自動加水降溫。通過對管式反應器、反應器閃蒸槽、再溶槽溫度聯鎖的改進，保證了裝置的安全。

3 儲存過程的安全措施

生產中以銷定產，減少硝酸銨的庫存。嚴格按照規范、標準對硝酸銨進行儲存，固體硝酸銨專庫儲存，不得混入其他物品；液體硝酸銨儲存時嚴格控制其溫度與雜質含量，防止溫度和雜質含量超標。嚴格硝酸銨庫房的動火作業管理，在未清空的庫房內不得實施動火作業。通過改造，固體硝酸銨庫房增加了自動溫度報警、噴淋降溫、強制通風等安全設施，超溫時強制通風或噴淋降溫設施自動啟動降溫；

液體硝酸銨儲存增加了自動加水降溫安全設施，超溫時自動加水對硝酸銨溶液進行降溫，以防止硝酸銨爆炸事故的發生。

4 結語

硝酸銨生產、儲存過程中的危險性是客觀存在的，因此我們必須提高對硝酸銨危險性的認識，在生產過程中要嚴格執行操作規程，加強對原料、硝酸銨溶液等關鍵工藝參數的控制，做好硝酸銨產品儲存的管理，做好各項預防措施，才能保證企業的安全生產。