間歇硝化反應(yīng)的安全管理

潘曉桃，王加平，陳照華

(江蘇輝豐農(nóng)化股份有限公司，江蘇 鹽城 224145)

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間歇硝化反應(yīng)的安全管理

潘曉桃，王加平，陳照華

(江蘇輝豐農(nóng)化股份有限公司，江蘇 鹽城 224145)

硝化反應(yīng)屬于高危工藝之一，混酸硝化過(guò)程使用了強(qiáng)氧化性的濃硝酸、濃硫酸作為氧化劑，物料具有很強(qiáng)的腐蝕性，被硝化的物質(zhì)一般具有易燃易爆的特性，以往硝化反應(yīng)產(chǎn)生的較多安全事故，我們需要進(jìn)一步認(rèn)識(shí)硝化反應(yīng)的反應(yīng)原理和危險(xiǎn)特性，從工程設(shè)計(jì)、自動(dòng)化控制、現(xiàn)場(chǎng)管理、崗位操作、人員培訓(xùn)、應(yīng)急處置等方面歸納總結(jié)硝化反應(yīng)的安全管理經(jīng)驗(yàn)，以確保硝化工段的安全生產(chǎn)。

硝化反應(yīng)；安全管理；自動(dòng)控制； 人員培訓(xùn)； 應(yīng)急處置

硝化過(guò)程是指在有機(jī)化合物中引入硝基，取代其氫原子而生成硝基化合物的反應(yīng)過(guò)程，在有機(jī)化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中，特別是在染料、炸藥、農(nóng)藥及某些藥物生產(chǎn)中應(yīng)用十分普遍[1]。由于硝化過(guò)程中，所用的濃硝酸、濃硫酸是強(qiáng)氧化劑，被硝化的物料和產(chǎn)物大多數(shù)是易燃易爆的物質(zhì)，硝化反應(yīng)本身又是放熱反應(yīng)，如果操作不當(dāng)、管理不到位，就有可能發(fā)生重大的安全事故，因此研究硝化過(guò)程的安全管理工作十分重要。

1 硝化過(guò)程的定義

硝化過(guò)程在液相中進(jìn)行，通常采用釜式反應(yīng)器。根據(jù)硝化劑和介質(zhì)的不同，可采用搪瓷釜、鋼釜、鑄鐵釜或不銹鋼釜。用混酸硝化時(shí)為了盡快地移去反應(yīng)熱以保持適宜的反應(yīng)溫度，除利用夾套冷卻外，還在釜內(nèi)安裝冷卻蛇管[2]。產(chǎn)量小的硝化過(guò)程大多采用間歇操作。產(chǎn)量大的硝化過(guò)程可連續(xù)操作，采用釜式連續(xù)硝化或環(huán)型連續(xù)硝化反應(yīng)器，實(shí)行多臺(tái)串聯(lián)完成硝化反應(yīng)。環(huán)型連續(xù)硝化反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)是傳熱面積大，攪拌良好，生產(chǎn)能力大，副產(chǎn)的多硝基物和硝基酚少。

2 硝化反應(yīng)的危險(xiǎn)特性

硝化方法主要有:稀硝酸硝化、濃硝酸硝化、在濃硫酸中用硝酸硝化、在有機(jī)溶劑中用硝酸硝化和非均相混酸硝化等，它主要具有以下危險(xiǎn)特性[3]：

(1)硝化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，受溫度影響較大，溫度越高，反應(yīng)速度越快，放熱越多，越容易造成溫度失控而爆炸。

(2)被硝化的物質(zhì)大多為易燃易爆物質(zhì)，有的兼具毒性，如苯、甲苯、脫脂棉等，使用或儲(chǔ)存不當(dāng)時(shí)，易造成火災(zāi)。

(3)混酸具有強(qiáng)烈的氧化性和腐蝕性，與有機(jī)物特別是不飽和有機(jī)物接觸即能引起燃燒。硝化反應(yīng)的腐蝕性很強(qiáng)，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的強(qiáng)烈腐蝕。混酸在制備時(shí)，若溫度過(guò)高或混入少量水，會(huì)促使硝酸的大量分解，引起沖料或爆炸。

(4)硝化產(chǎn)品大都具有火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)性，尤其是多硝基化合物和硝酸酯，受熱、摩擦、撞擊或接觸點(diǎn)火源，極易爆炸或著火。

3 硝化反應(yīng)安全管理的幾個(gè)重要方面

3.1 工程設(shè)計(jì)時(shí)要注意的問(wèn)題

合理的設(shè)計(jì)是本質(zhì)安全的基礎(chǔ)，硝化釜設(shè)計(jì)中常使用推進(jìn)槳或者斜葉槳，推進(jìn)槳有很好的軸向循環(huán)能力，但是其剪切能力不及斜葉槳[4]。在體系黏度不是特別高，對(duì)混合傳質(zhì)要求較高的情況下，選用剪切能力更好的四斜葉攪拌槳能同時(shí)達(dá)到傳熱和反應(yīng)兩方面的要求。若硝化反應(yīng)體系情況復(fù)雜，比如有固體產(chǎn)生等復(fù)雜情況，則可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)新式攪拌槳。推進(jìn)式攪拌可以提高傳質(zhì)傳熱效果，充分?jǐn)嚢璨⒓皶r(shí)移走反應(yīng)過(guò)程中生成的熱量；為防止攪拌意外停止，我們需要安裝電機(jī)電流監(jiān)控裝置，設(shè)置電流低限報(bào)警，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)攪拌意外停止或者攪拌槳葉腐蝕脫落的情況，還可以設(shè)置電流低低限報(bào)警連鎖采取停止滴加等安全措施。

在冷媒設(shè)計(jì)時(shí)，首先要通過(guò)熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)得反應(yīng)放出的熱量，然后準(zhǔn)確計(jì)算冷媒在一定時(shí)間內(nèi)可以移走的熱量，為確保在滴加失控時(shí)可以控制好溫度，要保證冷量充足；為了保證溫度檢測(cè)的準(zhǔn)確性，采用雙溫度計(jì)檢測(cè)兩個(gè)不同點(diǎn)的溫度，以防溫度計(jì)故障引起誤操作，造成反應(yīng)失控；與此同時(shí)，為防止停電時(shí)，循環(huán)泵失去動(dòng)力，可以選擇蒸汽往復(fù)泵輸送冷媒，保證冷媒的正常供應(yīng)；

安裝滴加調(diào)節(jié)閥和限流板以便控制滴加速度，防止由于誤操作導(dǎo)致滴加過(guò)快而超溫超壓；安裝壓力表及時(shí)監(jiān)控反應(yīng)釜的壓力，滴加高位槽與反應(yīng)釜最好一一對(duì)應(yīng)，防止員工誤開閥門，導(dǎo)致事故；因?yàn)榛焖嵊鏊畷?huì)大量放熱，為防止硝化釜進(jìn)水，加水洗酸釜與硝化釜必須獨(dú)立開來(lái)；

為防止反應(yīng)釜或高位槽有泄漏或超溫等緊急情況，我們還需要設(shè)置應(yīng)急轉(zhuǎn)料罐，在突發(fā)情況下可轉(zhuǎn)料控制；硝化反應(yīng)裝置需要按照規(guī)范要求安裝安全閥或爆破片，并配備相應(yīng)的接收罐，接收罐也必須是承壓容器，當(dāng)設(shè)備壓力過(guò)高時(shí)，可自動(dòng)泄壓并收集物料；

工程設(shè)計(jì)后需要進(jìn)行完整的工藝安全分析，分析出來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，需要進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并提出有效的控制措施，由相關(guān)人員跟蹤，確保這些措施有效執(zhí)行，提高裝置的本質(zhì)安全水平。

3.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)

硝化反應(yīng)屬于高危工藝，需要配備UPS應(yīng)急電源、儀表氣、氮?dú)饩彌_罐等設(shè)施，在停電后可以繼續(xù)操作至少十五分鐘，以確保安全停車；DCS系統(tǒng)里需要設(shè)置溫度、壓力、液位、流量等重要工藝參數(shù)的報(bào)警和相應(yīng)的連鎖；生產(chǎn)過(guò)程順控操作，可減少誤操作；安裝安全儀表設(shè)施，提高系統(tǒng)的安全性[5]；DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝時(shí)必須要有專業(yè)技術(shù)人員，保證儀表閥門選型正確，確保在異常情況時(shí)，處于安全的狀態(tài)；系統(tǒng)在正常使用時(shí)，需要做好日常的檢查與維護(hù)，以確保準(zhǔn)確反映現(xiàn)場(chǎng)情況。

3.3 試生產(chǎn)前的檢查工作

有了科學(xué)的設(shè)計(jì)，還需要合理正確的安裝，在正式投料之前，需要做好吹掃試壓試漏，確保管道設(shè)備密封性良好，相關(guān)管道全部上好法蘭護(hù)罩，設(shè)備的單機(jī)試運(yùn)轉(zhuǎn)正常，攪拌電機(jī)、轉(zhuǎn)料泵轉(zhuǎn)向正常，高位槽經(jīng)過(guò)準(zhǔn)確標(biāo)定，儀表、閥門經(jīng)過(guò)對(duì)點(diǎn)調(diào)試等等，對(duì)照開車前檢查表逐項(xiàng)檢查確認(rèn)到位，方能保證開車順利進(jìn)行，減少開車過(guò)程中出現(xiàn)異常的可能；搪瓷設(shè)備在安裝時(shí)需要做好管口密閉，防止設(shè)備管口損壞異物掉入反應(yīng)釜打壞設(shè)備；溫度計(jì)安裝后投入使用前在套管內(nèi)加入適量的導(dǎo)熱油，以確保能夠準(zhǔn)確測(cè)量溫度。

3.4 員工安全培訓(xùn)

人是最不安全的因素，因此要重視人員培訓(xùn)，首先確保人員全部是持證上崗，培訓(xùn)內(nèi)容包括物料性質(zhì)、操作規(guī)程、注意事項(xiàng)、應(yīng)急處置方案、消防設(shè)施檢查項(xiàng)、以往事故案例等等，我們培訓(xùn)的目的不僅僅是提高知識(shí)，提高技能，我們要在此基礎(chǔ)上提高他們的安全意識(shí)，讓他們能夠自主做好風(fēng)險(xiǎn)分析與風(fēng)險(xiǎn)控制，他們會(huì)主動(dòng)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的安全隱患并提出相關(guān)的整改建議，達(dá)到人人參與安全管理的目的；組織人員培訓(xùn)還要出具相關(guān)的試卷，保證他們掌握安全知識(shí)要點(diǎn)、操作關(guān)鍵點(diǎn)及安全注意事項(xiàng)；只有書面的考核才能保證考試的效果。

3.4.1 設(shè)備使用與維護(hù)

要確保設(shè)備完整性[6]，設(shè)備不能帶病運(yùn)行，我們必須做好設(shè)備的預(yù)防性維護(hù)；首先編制好設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)制度和計(jì)劃、編制好設(shè)備清單和檢查清單，明確具體人員做好設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)和檢查；發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，先做好風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，對(duì)于嚴(yán)重影響生產(chǎn)或安全的設(shè)備隱患，需要立即停車檢修；對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)不是很高，暫時(shí)影響不大，但是難以維修的設(shè)備，可以做好記錄，以便在裝置停車檢修時(shí)統(tǒng)一檢修。

3.4.2 物料跑冒滴漏的管理

物料跑冒滴漏是事故的源頭，是設(shè)備事故、人員傷害及火災(zāi)爆炸事故的先兆，所以我們要控制好現(xiàn)場(chǎng)的跑冒滴漏。

(1)做好設(shè)備、管道、焊條入場(chǎng)驗(yàn)收，確保質(zhì)量達(dá)標(biāo)；設(shè)備安裝時(shí)，確保施工人員技術(shù)過(guò)關(guān)；只有保證材料質(zhì)量和人員技術(shù)過(guò)關(guān)的情況下，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督，確保規(guī)范施工，工程質(zhì)量才會(huì)有保證，才能減少生產(chǎn)過(guò)程中的跑滿滴漏；

(2)現(xiàn)場(chǎng)巡回檢查，發(fā)現(xiàn)滴漏時(shí)及時(shí)匯報(bào)車間管理人員，確定具體處理方案；地面潮濕、煙霧、氣味就是泄漏最直觀的體現(xiàn)，可以通過(guò)巡查發(fā)現(xiàn)；同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)安裝的一些泄漏檢測(cè)設(shè)施，即使對(duì)于無(wú)色無(wú)味的有毒有害氣體也有很好的檢測(cè)效果；發(fā)現(xiàn)缺少螺母螺栓的及時(shí)補(bǔ)充，防止發(fā)生滴漏；

(3)現(xiàn)場(chǎng)管道、閥門、設(shè)備末端做好封堵措施，例如液位計(jì)末端、管道閥門末端，需要上好盲板，防止誤操作導(dǎo)致物料泄漏。

3.4.3 事故案例培訓(xùn)

安全培訓(xùn)自身不是目的，而是預(yù)防和減少事故的一種手段。安全培訓(xùn)的目的是提高安全監(jiān)察人員、生產(chǎn)人員的安全生產(chǎn)素質(zhì)，增強(qiáng)他們的安全意識(shí)，提高他們的業(yè)務(wù)素質(zhì)和能力，以便于他們及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中的安全隱患；安全培訓(xùn)為預(yù)防和減少各類傷亡事故、促進(jìn)安全生產(chǎn)提供了人才支持和智力保障[7]。那么對(duì)于硝化反應(yīng)這樣一個(gè)高危工藝，我們通過(guò)以往的事故案例進(jìn)行原因分析、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和培訓(xùn)，可以充分認(rèn)識(shí)硝化反應(yīng)的危險(xiǎn)點(diǎn)和控制措施，提高了業(yè)務(wù)水平，只要有效地運(yùn)用到實(shí)際生產(chǎn)活動(dòng)中，就能減少事故的發(fā)生。因此我們要定期組織安全事故培訓(xùn)，尤其是與現(xiàn)有生產(chǎn)工藝類似的情況，進(jìn)行有針對(duì)性的培訓(xùn)，效果將更加明顯。

4 硝化反應(yīng)操作與管理的注意事項(xiàng)

投料前檢查好冷凝器、反應(yīng)釜夾套是否有內(nèi)漏的現(xiàn)象；物料投料全部使用轉(zhuǎn)料泵、高位槽投料，盡量不要使用真空抽料，以防放空閥門誤操作處于關(guān)閉狀態(tài)，形成密閉系統(tǒng)；物料投料準(zhǔn)確計(jì)量，防止物料配比發(fā)生變化，發(fā)生其他副反應(yīng)，生成高風(fēng)險(xiǎn)的雜質(zhì)；滴加管道上需要安裝承壓視鏡，以便觀察，防止由于閥門內(nèi)漏導(dǎo)致滴加串料；突然停電后，再次啟動(dòng)設(shè)備時(shí)，需要先進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)，點(diǎn)動(dòng)三次，確定溫度穩(wěn)定后，方可開啟攪拌；現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)記錄要及時(shí)記錄反應(yīng)釜的溫度和壓力，并時(shí)刻與DCS控制室保持溝通；硝化液負(fù)壓蒸餾或者精餾時(shí)，必須保證體系的密封性，用氮?dú)馓钇秸婵障到y(tǒng)，嚴(yán)禁負(fù)壓狀態(tài)下直接放空；在分層處張貼標(biāo)識(shí)明確分層時(shí)我們所需要的物料，防止發(fā)生誤操作，將需要的物料混入廢水系統(tǒng)；加強(qiáng)薄弱環(huán)節(jié)的管理，例如：交接班時(shí)間、夜班時(shí)間、吃飯時(shí)間等等，因?yàn)檫@些時(shí)段往往由于人員不足或注意力不集中而產(chǎn)生疏忽；循環(huán)水需要使用除菌滅藻劑以防這些雜質(zhì)影響傳熱效果，并定期檢查。

5 應(yīng)急設(shè)施與演練

必須配備相應(yīng)的應(yīng)急設(shè)施，濃硝酸、濃硫酸泄漏處理時(shí)，需要佩戴安全帽、防化服、防毒面罩、安全靴、正壓式呼吸器，以防氮氧化合物中毒或腐蝕性物料對(duì)皮膚或眼睛造成灼傷；在現(xiàn)場(chǎng)崗位配備應(yīng)急事故箱，將相應(yīng)的應(yīng)急設(shè)施放在應(yīng)急箱中，并且應(yīng)急箱上張貼應(yīng)急物資的清單，任何人員在非應(yīng)急情況下不得擅自挪用應(yīng)急消防設(shè)施；現(xiàn)場(chǎng)還需要配備應(yīng)急堵漏工具，防止發(fā)生意外泄漏時(shí)，我們可以使用專業(yè)的工具進(jìn)行有效的堵漏，為我們解除危機(jī)爭(zhēng)取時(shí)間；現(xiàn)場(chǎng)需要配備消防干砂，做好定置放置和標(biāo)簽標(biāo)識(shí)，以備強(qiáng)酸在發(fā)生泄漏時(shí)使用，物料泄漏時(shí)禁止使用大量清水沖洗；另外，還需要做好消防設(shè)施檢查、人員應(yīng)急演練，確保在突發(fā)情況時(shí)，能夠迅速處理，將損失降低到最低；

6 結(jié) 論

硝化反應(yīng)是眾多高危崗位之一，安全風(fēng)險(xiǎn)大，我們需要時(shí)刻警惕，勤于思考，不斷總結(jié)，確保工藝過(guò)程、設(shè)備設(shè)施合理設(shè)計(jì)，提高本質(zhì)安全；嚴(yán)格管理，確保各項(xiàng)措施有效執(zhí)行。只有做好安全，企業(yè)才能有可持續(xù)發(fā)展的機(jī)會(huì)。

[1] 吳建平.硝化工藝的安全控制技術(shù)探析[J].中國(guó)化工貿(mào)易,2013(5):274.

[2] 張本賀,何宇晨,畢紀(jì)葛,等.基于本質(zhì)安全的硝化反應(yīng)釜的概念設(shè)計(jì)[J].高?；瘜W(xué)工程學(xué)報(bào),2015, 29(2):312-319.

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Safety Management of Nitrification Process

PANXiao-tao,WANGJia-ping,CHENZhao-hua

(Jiangsu Huifeng Agrochemical Co., Ltd., Jiangsu Yancheng 224145, China)

Nitrification process is one of the high risk processes, it brings in concentrated nitric acid and concentrated sulfuric acid, both of them are strongly oxidizing and corrosive, most of the materials being nitrified are flammable and combustible, there are so many incidents about nitrification in the past, we need to know more about the reaction principal and the risks, sum up management experience through engineering, automation, site management, emergency handling and so on to make sure it is running safely.

nitrification process; safety management; automation; training; emergency handling

潘曉桃，男，大學(xué)本科，工程師，主要從事農(nóng)藥生產(chǎn)技術(shù)、安全管理。

TQ086

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1001-9677(2016)024-0177-03