间歇硝化反应的安全管理

潘晓桃，王加平，陈照华

(江苏辉丰农化股份有限公司，江苏 盐城 224145)



间歇硝化反应的安全管理

潘晓桃，王加平，陈照华

(江苏辉丰农化股份有限公司，江苏 盐城 224145)

硝化反应属于高危工艺之一，混酸硝化过程使用了强氧化性的浓硝酸、浓硫酸作为氧化剂，物料具有很强的腐蚀性，被硝化的物质一般具有易燃易爆的特性，以往硝化反应产生的较多安全事故，我们需要进一步认识硝化反应的反应原理和危险特性，从工程设计、自动化控制、现场管理、岗位操作、人员培训、应急处置等方面归纳总结硝化反应的安全管理经验，以确保硝化工段的安全生产。

硝化反应；安全管理；自动控制； 人员培训； 应急处置

硝化过程是指在有机化合物中引入硝基，取代其氢原子而生成硝基化合物的反应过程，在有机化学工业生产中，特别是在染料、炸药、农药及某些药物生产中应用十分普遍[1]。由于硝化过程中，所用的浓硝酸、浓硫酸是强氧化剂，被硝化的物料和产物大多数是易燃易爆的物质，硝化反应本身又是放热反应，如果操作不当、管理不到位，就有可能发生重大的安全事故，因此研究硝化过程的安全管理工作十分重要。

1 硝化过程的定义

硝化过程在液相中进行，通常采用釜式反应器。根据硝化剂和介质的不同，可采用搪瓷釜、钢釜、铸铁釜或不锈钢釜。用混酸硝化时为了尽快地移去反应热以保持适宜的反应温度，除利用夹套冷却外，还在釜内安装冷却蛇管[2]。产量小的硝化过程大多采用间歇操作。产量大的硝化过程可连续操作，采用釜式连续硝化或环型连续硝化反应器，实行多台串联完成硝化反应。环型连续硝化反应器的优点是传热面积大，搅拌良好，生产能力大，副产的多硝基物和硝基酚少。

2 硝化反应的危险特性

硝化方法主要有:稀硝酸硝化、浓硝酸硝化、在浓硫酸中用硝酸硝化、在有机溶剂中用硝酸硝化和非均相混酸硝化等，它主要具有以下危险特性[3]：

(1)硝化反应是放热反应，受温度影响较大，温度越高，反应速度越快，放热越多，越容易造成温度失控而爆炸。

(2)被硝化的物质大多为易燃易爆物质，有的兼具毒性，如苯、甲苯、脱脂棉等，使用或储存不当时，易造成火灾。

(3)混酸具有强烈的氧化性和腐蚀性，与有机物特别是不饱和有机物接触即能引起燃烧。硝化反应的腐蚀性很强，会导致设备的强烈腐蚀。混酸在制备时，若温度过高或混入少量水，会促使硝酸的大量分解，引起冲料或爆炸。

(4)硝化产品大都具有火灾、爆炸危险性，尤其是多硝基化合物和硝酸酯，受热、摩擦、撞击或接触点火源，极易爆炸或着火。

3 硝化反应安全管理的几个重要方面

3.1 工程设计时要注意的问题

合理的设计是本质安全的基础，硝化釜设计中常使用推进桨或者斜叶桨，推进桨有很好的轴向循环能力，但是其剪切能力不及斜叶桨[4]。在体系黏度不是特别高，对混合传质要求较高的情况下，选用剪切能力更好的四斜叶搅拌桨能同时达到传热和反应两方面的要求。若硝化反应体系情况复杂，比如有固体产生等复杂情况，则可根据实际情况设计新式搅拌桨。推进式搅拌可以提高传质传热效果，充分搅拌并及时移走反应过程中生成的热量；为防止搅拌意外停止，我们需要安装电机电流监控装置，设置电流低限报警，可以及时发现搅拌意外停止或者搅拌桨叶腐蚀脱落的情况，还可以设置电流低低限报警连锁采取停止滴加等安全措施。

在冷媒设计时，首先要通过热力学实验测得反应放出的热量，然后准确计算冷媒在一定时间内可以移走的热量，为确保在滴加失控时可以控制好温度，要保证冷量充足；为了保证温度检测的准确性，采用双温度计检测两个不同点的温度，以防温度计故障引起误操作，造成反应失控；与此同时，为防止停电时，循环泵失去动力，可以选择蒸汽往复泵输送冷媒，保证冷媒的正常供应；

安装滴加调节阀和限流板以便控制滴加速度，防止由于误操作导致滴加过快而超温超压；安装压力表及时监控反应釜的压力，滴加高位槽与反应釜最好一一对应，防止员工误开阀门，导致事故；因为混酸遇水会大量放热，为防止硝化釜进水，加水洗酸釜与硝化釜必须独立开来；

为防止反应釜或高位槽有泄漏或超温等紧急情况，我们还需要设置应急转料罐，在突发情况下可转料控制；硝化反应装置需要按照规范要求安装安全阀或爆破片，并配备相应的接收罐，接收罐也必须是承压容器，当设备压力过高时，可自动泄压并收集物料；

工程设计后需要进行完整的工艺安全分析，分析出来的风险，需要进行风险评估，并提出有效的控制措施，由相关人员跟踪，确保这些措施有效执行，提高装置的本质安全水平。

3.2 自动控制系统

硝化反应属于高危工艺，需要配备UPS应急电源、仪表气、氮气缓冲罐等设施，在停电后可以继续操作至少十五分钟，以确保安全停车；DCS系统里需要设置温度、压力、液位、流量等重要工艺参数的报警和相应的连锁；生产过程顺控操作，可减少误操作；安装安全仪表设施，提高系统的安全性[5]；DCS系统设计安装时必须要有专业技术人员，保证仪表阀门选型正确，确保在异常情况时，处于安全的状态；系统在正常使用时，需要做好日常的检查与维护，以确保准确反映现场情况。

3.3 试生产前的检查工作

有了科学的设计，还需要合理正确的安装，在正式投料之前，需要做好吹扫试压试漏，确保管道设备密封性良好，相关管道全部上好法兰护罩，设备的单机试运转正常，搅拌电机、转料泵转向正常，高位槽经过准确标定，仪表、阀门经过对点调试等等，对照开车前检查表逐项检查确认到位，方能保证开车顺利进行，减少开车过程中出现异常的可能；搪瓷设备在安装时需要做好管口密闭，防止设备管口损坏异物掉入反应釜打坏设备；温度计安装后投入使用前在套管内加入适量的导热油，以确保能够准确测量温度。

3.4 员工安全培训

人是最不安全的因素，因此要重视人员培训，首先确保人员全部是持证上岗，培训内容包括物料性质、操作规程、注意事项、应急处置方案、消防设施检查项、以往事故案例等等，我们培训的目的不仅仅是提高知识，提高技能，我们要在此基础上提高他们的安全意识，让他们能够自主做好风险分析与风险控制，他们会主动发现现场的安全隐患并提出相关的整改建议，达到人人参与安全管理的目的；组织人员培训还要出具相关的试卷，保证他们掌握安全知识要点、操作关键点及安全注意事项；只有书面的考核才能保证考试的效果。

3.4.1 设备使用与维护

要确保设备完整性[6]，设备不能带病运行，我们必须做好设备的预防性维护；首先编制好设备维护保养制度和计划、编制好设备清单和检查清单，明确具体人员做好设备的维护保养和检查；发现问题，先做好风险评估，对于严重影响生产或安全的设备隐患，需要立即停车检修；对于风险不是很高，暂时影响不大，但是难以维修的设备，可以做好记录，以便在装置停车检修时统一检修。

3.4.2 物料跑冒滴漏的管理

物料跑冒滴漏是事故的源头，是设备事故、人员伤害及火灾爆炸事故的先兆，所以我们要控制好现场的跑冒滴漏。

(1)做好设备、管道、焊条入场验收，确保质量达标；设备安装时，确保施工人员技术过关；只有保证材料质量和人员技术过关的情况下，加强现场监督，确保规范施工，工程质量才会有保证，才能减少生产过程中的跑满滴漏；

(2)现场巡回检查，发现滴漏时及时汇报车间管理人员，确定具体处理方案；地面潮湿、烟雾、气味就是泄漏最直观的体现，可以通过巡查发现；同时现场安装的一些泄漏检测设施，即使对于无色无味的有毒有害气体也有很好的检测效果；发现缺少螺母螺栓的及时补充，防止发生滴漏；

(3)现场管道、阀门、设备末端做好封堵措施，例如液位计末端、管道阀门末端，需要上好盲板，防止误操作导致物料泄漏。

3.4.3 事故案例培训

安全培训自身不是目的，而是预防和减少事故的一种手段。安全培训的目的是提高安全监察人员、生产人员的安全生产素质，增强他们的安全意识，提高他们的业务素质和能力，以便于他们及时发现生产过程中的安全隐患；安全培训为预防和减少各类伤亡事故、促进安全生产提供了人才支持和智力保障[7]。那么对于硝化反应这样一个高危工艺，我们通过以往的事故案例进行原因分析、经验总结和培训，可以充分认识硝化反应的危险点和控制措施，提高了业务水平，只要有效地运用到实际生产活动中，就能减少事故的发生。因此我们要定期组织安全事故培训，尤其是与现有生产工艺类似的情况，进行有针对性的培训，效果将更加明显。

4 硝化反应操作与管理的注意事项

投料前检查好冷凝器、反应釜夹套是否有内漏的现象；物料投料全部使用转料泵、高位槽投料，尽量不要使用真空抽料，以防放空阀门误操作处于关闭状态，形成密闭系统；物料投料准确计量，防止物料配比发生变化，发生其他副反应，生成高风险的杂质；滴加管道上需要安装承压视镜，以便观察，防止由于阀门内漏导致滴加串料；突然停电后，再次启动设备时，需要先进行点动，点动三次，确定温度稳定后，方可开启搅拌；现场生产记录要及时记录反应釜的温度和压力，并时刻与DCS控制室保持沟通；硝化液负压蒸馏或者精馏时，必须保证体系的密封性，用氮气填平真空系统，严禁负压状态下直接放空；在分层处张贴标识明确分层时我们所需要的物料，防止发生误操作，将需要的物料混入废水系统；加强薄弱环节的管理，例如：交接班时间、夜班时间、吃饭时间等等，因为这些时段往往由于人员不足或注意力不集中而产生疏忽；循环水需要使用除菌灭藻剂以防这些杂质影响传热效果，并定期检查。

5 应急设施与演练

必须配备相应的应急设施，浓硝酸、浓硫酸泄漏处理时，需要佩戴安全帽、防化服、防毒面罩、安全靴、正压式呼吸器，以防氮氧化合物中毒或腐蚀性物料对皮肤或眼睛造成灼伤；在现场岗位配备应急事故箱，将相应的应急设施放在应急箱中，并且应急箱上张贴应急物资的清单，任何人员在非应急情况下不得擅自挪用应急消防设施；现场还需要配备应急堵漏工具，防止发生意外泄漏时，我们可以使用专业的工具进行有效的堵漏，为我们解除危机争取时间；现场需要配备消防干砂，做好定置放置和标签标识，以备强酸在发生泄漏时使用，物料泄漏时禁止使用大量清水冲洗；另外，还需要做好消防设施检查、人员应急演练，确保在突发情况时，能够迅速处理，将损失降低到最低；

6 结 论

硝化反应是众多高危岗位之一，安全风险大，我们需要时刻警惕，勤于思考，不断总结，确保工艺过程、设备设施合理设计，提高本质安全；严格管理，确保各项措施有效执行。只有做好安全，企业才能有可持续发展的机会。

[1] 吴建平.硝化工艺的安全控制技术探析[J].中国化工贸易,2013(5):274.

[2] 张本贺,何宇晨,毕纪葛,等.基于本质安全的硝化反应釜的概念设计[J].高校化学工程学报,2015, 29(2):312-319.

[3] 刘世友,吕先富.硝化过程中的安全生产技术[J].河北化工,2010,33(3):69-70.

[4] 王跃,刘红梅.硝化工艺过程危险性及安全检查要点[J].精细化工原料及中间体,2010(11):30-32.

[5] 牟善军,姜春明.过程安全与设备完整性管理技术[J].安全、健康和环境,2006,6(8):2-5.

[6] 王海燕.从一起简单事故看安全培训的重要性[J].中国职业安全卫生管理体系认证,2003(6):62-63.

[7] 姜新亮.苯硝化生产硝基苯过程的安全性探讨[J].化工文摘,2008(5):51-54.

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

潘晓桃，男，大学本科，工程师，主要从事农药生产技术、安全管理。

TQ086

B

1001-9677(2016)024-0177-03