硝酸铵溶液运输和贮存过程的安全性研究.pdf

3 6 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s第3 8 卷第4 期 硝酸铵溶液运输和贮存过程的安全性研究’ 苏明阳 福建海峡科化股份有限公司永安分公司 福建永安，3 6 6 0 3 4 [ 摘要]文章根据硝酸铵溶液的特性，对其运输、贮存过程的安全性进行分析，提出设计上要考虑的问题及操作 过程要采取的安全措施，强调应严格控制外来杂质特别是氯化物混入溶液，确保硝酸铰溶液的安全。 [ 关键词] 硝酸铵溶液安全性槽车氯离子 [ 分类号] T Q 4 4 1 ．5“ r Q 5 6 4 ．4 1 引言 由硝酸铵生产厂家提供硝酸铵溶液直接应用于 工业炸药的生产是国外炸药生产厂家的典型生产方 式。对于硝酸铵生产厂家，它可以节省溶液结晶过 程的能耗、结晶硝酸铵的包装成本及包装过程的人 工成本；对炸药生产厂家，可以节约结晶硝酸铵重新 破碎人工成本和熔解过程的能耗。因此这是一种双 赢的生产模式，符合节约型社会的要求，值得在工业 炸药生产厂家推广应用。 目前国内使用硝酸铵溶液进行工业炸药的生产 方式刚刚开始，由于没有现成的使用经验可供借鉴， 可供参考的资料十分有限，因此了解硝酸铵溶液的 特性，采取有效的安全防范措施，确保硝酸铵运输、 贮存及使用过程的安全是十分重要的。 2 硝酸铵溶液的特性 2 ．1 硝酸铵溶液的技术指标 硝酸铵溶液的技术指标可以根据工业炸药的生 产要求提出，主要有温度、浓度、p H 值等。如使用于 膨化硝铵炸药，则要求硝酸铵溶液的温度为1 3 0 1 3 5 ℃，浓度为9 0 ％l ％；若使用于乳化炸药，可要 求硝酸铵溶液的温度为9 0 1 0 0 ℃，浓度为8 6 ％一 8 8 ％。硝酸铵溶液的p H 值应控制在6 7 之间。 2 ．2 硝酸铵溶液的危险类别 目前危险货物品名表 G B1 2 2 6 8 - 2 0 0 5 只列 出了固体硝酸铵品名，硝酸铵溶液没有列入其中。 但按照危险货物分类和品名编号 G B6 9 4 4 ． 2 0 0 5 对危险货物的定义指具有爆炸、易燃、毒害、 感染、腐蚀、放射性等危险特性，在运输、储存、生产、 经营、使用和处置中，容易造成人身伤亡、财产损毁 或环境污染而需要特别防护的物质和物品，硝酸铵 溶液应属于危险货物⋯。依照危险货物分类和品 名编号 G B6 9 4 4 - 2 0 0 5 的分类标准，硝酸铵溶液 应属于第5 类氧化性物质和有机过氧化物及第9 类 杂项危险物质和物品 超过1 0 0 ℃的高温物质 ，是 否属于第l 类爆炸品还有争议。 2 ．3 硝酸铵溶液的爆炸性质H 1 纯净高温的硝酸铵溶液是相对安全与稳定的， 当有杂质混人后硝酸铵溶液呈分解放热反应，可能 引发爆炸事故。特别是混入氯化物、硝酸等杂质后， 硝酸铵溶液在相当低的温度条件下就会剧烈分解， 发生爆炸。典型的爆炸事故有1 9 9 8 年1 月2 6 日。 我国陕西某公司，发生生产系统硝酸铵溶液爆炸，死 亡2 2 人，重伤6 人，轻伤5 2 人，造成重大损失。事 故前该生产线上存在不合格的硝酸铵，其氯 以氯 化铵的形式存在 含量为2 ．3 0 ％。美国化学文摘 C A 9 7 卷7 8 0 7 4 条提到一条硝酸铵爆炸事故1 个 9 ．1 m 3 、含8 5 ％的硝酸铵溶液贮罐在1 l O ℃发生爆 炸，溶液中硝酸浓度为8 ．9 9 ／L ，C I 一浓度为z g ／L 。 西安近代化学研究所张为鹏等人就压缩机油、 硝酸、氯化物等杂质对硝酸铵溶液热分解特性进行 了系统的研究。其定性的试验表明硝酸和氯化物 的共同作用比其单独作用对硝酸铵的催化分解影响 显著，并且这个反应为放热反应；引起硝酸铵催化分 解的主导因素是氯离子；在氯化物存在时，硝酸铵溶 液酸度对分解反应速率影响显著，如果酸度足够高， 硝酸铵溶液的催化分解在高于0 ℃时便可以进行。 他们还对不同温度下含杂质的硝酸铵溶液热分解放 气量进行试验，结果表明当温度高于1 7 5 ℃时，压 缩机油、酸、氯化物均可促进硝酸铵的分解，反应有 气体放出；当温度低于1 4 0 。C 时的反应结果见表l 。 从表l 可看出，仅当酸和氯化物同时存在时反应现 象明显，并且该反应为放热反应。因此控制硝酸铵 溶液的p H 值及C l ’含量是安全使用硝酸铵溶液的 关键。 收稿日期2 0 0 9 - 0 3 - 0 4 作者简介苏明阳 1 9 7 2 一 ，男。高级工程师。在生产企业从事工业炸药、索类产品的技术管理工作。E - m a i l m b i s e , s i n a ．C O m I I 万方数据 2 0 0 9 年8 月硝酸铵溶液运输和贮存过程的安全性研究苏明阳 3 7 表11 4 0 2 时含杂质的9 0 ％A N 溶液的反应性 3 硝酸铵溶液使用流程 硝酸铵生产厂家在中和工序后、结晶干燥工序 前，调整硝酸铵溶液温度与浓度在要求的范围内，将 硝酸铵溶液排到贮罐，然后泵送 或自然放料 到保 温槽车。保温槽车将硝酸铵溶液运送到工业炸药生 产厂家，放料到贮罐保温待用。炸药生产过程根据 批量要求，直接将硝酸铵溶液泵送到溶解罐即可投 人使用。图1 为工业炸药硝酸铵溶液的使用过程示 意图。 图1 硝酸铵溶液使用过程示意图 4 运输过程的安全性 4 ．1 运输的安全管理 硝酸铵溶液属于危险货物，其运输过程应遵守 交通部令2 0 0 5 年 第9 号 。企业应取得从事道路危险货物运输经营 资质；驾驶员、装卸管理人员、押运人员取得相应的 从业资格证；建立健全的安全生产管理制度，包括安 全操作规程、安全生产责任制、安全生产监督检查制 度以及从业人员、车辆、设备安全管理制度；向市区 的市级道路运输管理机构申请道路危险货物运输 许可决定证 ；运输过程应遵守有关部门关于危险 货物运输线路、时间、速度方面的有关规定。 4 ．2 车辆设备 目前没有专门针对硝酸铵溶液的运输车，可选 择化工液体类的罐式车辆，其罐体应符合汽车运 输液体危险货物常压容器 罐体 通用技术条件 G B l 8 5 6 4 ，每年由道路运输管理机构审验一次。 由于运送的硝酸铵溶液的温度和浓度都较高， 为防止溶液结晶，确保在使用点安全顺利地排料，保 温是必须解决的技术问题。首先是对罐体选择合适 的保温材料进行保温。各罐式专用车辆改装厂都有 高温沥青专用运输车的设计参数及经验数据，可以 参考选择。原则上能做到2 4h 内降温幅度不大于 5 ℃。 此外，运输车的罐体上应安装温度传感器与液 位仪，驾驶员在运输途中可以方便地观察溶液的温 度，并及时对温度的异常现象采取处置措施。 5 装卸过程的安全性 装卸是需要操作人员协助的操作过程，由于硝 酸铵溶液的高温特性，应防止连接过程泄漏、高温料 液烫伤等安全问题。其主要危险位置、触发条件和 应采取的安全对策措施见表2 。 表2 装卸过程的安全对策措施 设备危险位置触发条件对策措施 进料口 誊蝥蔓襄蠢器麦簧’蒋篓薯检查’进料 ∥m 蓁粼罢菱麟萋 排料口 潺。排料管内存有釜篁 0 岩竺 余料，拆卸时烫伤 嚣嚣釜，莒”“ 槽车 贼灯爿休矿丹 车顶 操作人员绊倒、跌落羹誓嚣心’注意 贮罐 罐顶料液溢出 进料前确认贮罐料 位情况，加料时注 意观察。设液位计 进料管 纛曩进人罐内引起茎料口设置过滤装 6 贮存过程的安全性 硝酸铵溶液在贮存过程需要考虑的有保温、加 热、搅拌等操作过程的安全问题。与运输车的罐体 保温要求相同，贮罐及连接管道的保温措施应尽量 做好，特别是贮罐一般多为露天设置，要考虑雨雪天 气对保温的要求，减少贮存过程热量的损失，减少处 置管道结晶堵塞可能带来的安全问题。 由于生产厂家都有方便的蒸汽提供，因此在贮 罐内部可以使用蒸汽进行加热。加热方式可以采用 通入蒸汽直接加热，这种方法加热效率高，缺点是会 影响硝酸铵浓度，并可能带人某些杂质影响硝酸铵 溶液的安全性；也可以在罐内安装蒸汽盘管加热，这 种方式安全可靠，短时间内不影响硝酸铵浓度，但效 率低些。 万方数据 3 8 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s第3 8 卷第4 期 为实时监测硝酸铵溶液的温度变化，防止过热， 在贮罐内的不同位置应安装温度传感器，并与蒸汽 阀门的开关联锁。当溶液温度低于工艺下限时能自 动启动蒸汽阀加热，溶液温度达到工艺上限时能自 动关闭蒸汽阀停止加热。溶液温度超过安全上限 时，应进行报警，并自动采取一些安全措施，如在贮 罐内注人大量冷却水，紧急排出贮罐内的料液等。 若采用加热盘管形式的，应避免液位较低时，过多的 裸露盘管空加热。可以设计成几层加热盘管安装在 不同的高度位置上，根据液位高低控制其是否加热。 由于溶液静置一段时间后，其上下液位的温度 会发生变化，因此需要搅拌均匀。另外从安全角度 出发也必须进行搅动。某些硝铵生产技术的研究单 位提出“流动的硝酸铵溶液是比较安全的，静止的 硝酸铵溶液是不安全”的观点，并要求硝酸铵生产 厂家的中和工序因故停车后，硝酸铵溶液在槽内存 放的时间不能超过2 h ，应在停车2 h 内尽快把溶液 变成结晶产品存放或排放到敞口的事故槽中。这种 理论的依据是认为硝酸铵溶液发生爆炸是从某些局 部开始的，当硝酸铵溶液受到污染时，变成硝铵．有 机物体系 含氯离子和游离酸 ，在一定的条件下自 热自催化作用，最终发生整体爆炸。而流动或动态 的硝酸铵溶液能有效地防止局部过热，相对安全。 所以硝酸铵溶液不宜长时间静止贮存，应进行间歇 搅动。 硝酸铵溶液的搅拌可以采用机械搅拌和射流混 合等形式。机械搅拌可以顶装也可以侧装，由于贮 罐的容积有l O 一2 0 m 3 以上，顶装难度大，推荐侧装 形式，但应注意做好转动轴的密封，防止泄漏带来的 安全问题。射流混合是选用合适的混合器，将溶液 排出并重新泵送到贮罐中，通过混合器的作用，达到 混合罐内溶液的目的。射流混合简便、安全、有效， 可以优先考虑。此外可以往贮罐中通人高压空气进 行搅动，由于空压机输出的压缩空气含有油雾，必须 进行可靠的过滤后方可使用。 7 硝酸铵溶液酸度与氯离子含量的检测 前已述及，当酸和氯化物同时存在时硝酸铵溶 液呈分解放热反应，反应现象睨显。如果反应体系 的量较大或体系散热不好，都可使反应体系温度逐 渐升高，并最终发生爆炸。而在硝酸铵生产过程中， 中和工序为避免氨的挥发而造成浪费，溶液中硝酸 的含量都是轻微过量的，此时若溶液中混人氯化物 或氯离子含量超标是极其危险的。因此，在硝酸铵 溶液的出厂与进厂环节，对硝酸铵溶液的酸度值和 氯离子含量进行检测是十分必要的，只有合格的硝 酸铵溶液才能出厂进入运输、贮存与使用环节。 经验表明硝酸铵溶液中C l 一含量 l O p p m 应立即处置排掉溶液。所 以硝酸铵溶液C l 一含量的进出厂标准应控制在 3 p p m 以下。 从安全角度硝酸铵溶液的p H 值宜控制在6 7 之问，低于4 以下不仅影响使用安全，也影响产品质 量。硝酸铵溶液的排出一般在中和、蒸发工段之后， 若此时发现溶液呈酸性，可以加氨中和，绝不允许强 酸性溶液在炸药厂家使用。 8 结论 1 纯净高温的硝酸铵溶液是相对安全与稳定 的，当有杂质特别是氯化物混入后硝酸铵溶液呈分 解放热反应，可能引发爆炸事故。 2 硝酸铵溶液属于危险货物，其运输过程应该 遵守有关危险货物的运输规定。运输过程应注意不 同加热方式可能存在的安全隐患。 3 在硝酸铵溶液装卸、贮存环节的设计与操作 时，需要注意搅动、防止过热、高温料液溅出伤人、外 来杂质进人溶液引起燃烧爆炸等安全问题。 4 在硝酸铵溶液的出厂与进厂环节，对硝酸铵 溶液的酸度及氯离子含量进行检测是十分必要的。 参考文献 [ 1 ] G B6 9 4 4 - 2 0 0 5 ，危险货物分类和品名编号[ S ] ． [ 2 3张为鹏，赵省向，张亦安．杂质对硝酸铵溶液热分解特 性的影响[ J ] ．化肥工业，2 0 0 1 ，2 8 4 1 2 一1 4 ，4 5 ． S t u d yo nt h eS a f e t yo fA m m o n i u mN i t r a t eS o l u t i o ni nT r a n s p o r t a t i o na n dS t o r a g e s UM i n g y a n g Y o n g ’卸B r a n c ho fF u j i a nH a i x i aK e h u aC o ．，L t d ． F u j i a nY o n g ’a n ，3 6 6 0 3 4 [ A B S T R A C T ]A c c o r d i n gt ot h ep r o p e r t yo fa m m o n i u mn i t r a t es o l u t i o n ，t h es a f e t yi nt r a n s p o r t a t i o na n ds t o r a g ei s , 9 1 1 8 ．- l y z e di nt h i sa r t i c l e ，a n dt h ep r o b l e m st h a ts h o u l db ec o n s i d e r e di nd e s i g na n dt h es a f e t ym e a f l u r 髓t h a ts h o u l db ea d o p t e di n o p e r a t i o n 玳a l s op r o p o s e d ．O u t s i d ei m p u r i t ye s p e c i a l l yc h l o r i d e si se m p h a s i z e dt op r e v e n ti n t os o l u t i o n 。t Oe n s l l l 陀t h es a f e - t yo fa m m o n i u mn i t r a t es o l u t i o n ． [ K E YW O R D S ] a m m o n i u mn i t r a t es o l u t i o n ，s a f e t y ，g r o o v ev e h i c l e ，c h l o r i n ei o n 万方数据