谈“氮气保护”在农药化工事故预防中的应用

孙兆青，宫薇薇，蒋春晓

(京博农化科技有限公司，山东博兴 256500)

当前农药等精细化工生产多以间歇和半间歇操作为主，工艺复杂多变，自动化控制水平低，现场操作人员多，部分企业对生产安全风险认识不足，对危险化学品及工艺控制要点不掌握或认识不科学，容易因静电管理不当、过程反应失控导致火灾、爆炸、中毒事故，造成群死群伤。通过引入以氮气为主的惰性气体保护，以此改进安全设施设计，完善风险控制措施，能提升企业本质安全水平，有效防范事故发生。

1 火灾、爆炸危害概述

精细化工一直以来是事故多发的行业。事故发生，轻者造成一定的经济损失，重者会带来重大的人员伤亡。在2020年多起化工事故造成了人员伤亡，如2020年7月27日，浙江司太立制药股份有限公司3车间碘海醇粗品精制岗位过滤洗涤干燥机压滤过程中发生正丁醇(溶剂)泄漏引发爆炸事故，爆炸后发生火灾，造成2死2伤；2020年8月3日17时30分左右，仙桃市西流河镇蓝化有机硅有限公司由于不规范操作导致甲基三丁酮肟基硅烷车间发生闪爆事故，致6死4伤；2020年9月25日16时10分许，安徽省合肥市肥东县清泉路循环经济园内安徽久易农业有限公司苯磺隆车间内一反应釜底部阀门泄漏爆燃，致2死3伤；2020年12月19日零点46分，安达市万宝山园区海纳贝尔化工有限公司格雷车间一乳化反应釜发生爆炸，造成3人死亡、2人重伤、2人轻伤。

2 控制火灾、爆炸的思路

通过对以上案例事故原因分析，可以得出以下预防或减轻事故后果的措施：⑴ 识别工艺系统中的主要危害；⑵ 利用本质安全的措施消除或减少危害；⑶ 控制危害，防止发生火灾或爆炸(氮气惰性化保护)；⑷ 减轻火灾或爆炸的后果。

3 氮气惰性化保护场景应用分析

氮气惰性化的目的是减少工艺系统内的氧气含量，避免在工艺系统中形成爆炸性的混合物。在工厂，通常以下场景需要采用氮气惰性化保护：

⑴ 易燃液体原料和产品的金属储罐

对于导电性差的溶剂，如甲苯，即使有妥善的静电接地，也必须为其设置氮封；对于导电性好的溶剂，如甲醇，在有静电接地的情况下，设置氮封。

⑵ 车间中间贮罐和离心母液罐或槽

如果这些罐或槽的材质不能导静电(搪瓷等非金属材质或金属内衬非金属)，应采取氮气保护措施；如果是金属材质的罐或槽，且在操作过程中会持续产生静电(无论溶剂的导电性好坏)，都应采取氮气保护措施；对于母液罐或槽，如果母液是易燃液体，无论液体的导电性如何，都应设置氮气保护。

⑶ 反应系统

如果反应系统中涉及导电性差的溶剂，如甲苯，无论反应釜采用何种材质，即使有静电接地，也应考虑氮气保护措施(进料前的氮气置换，反应过程中防止空气进入反应釜)；如果反应系统中的溶剂导电性好(如甲醇体系)，但是反应釜的材质是搪瓷等非导电材质，应采取氮气保护措施(进料前的氮气置换，反应过程中防止空气进入反应釜)；原则上，避免敞口方式往有易燃溶剂的反应器内加固体物料，如果必须采取此方式，则应设置氮气保护措施。

⑷ 离心

原则上，常温下涉及闪点低于60 ℃的溶剂的离心操作，都应该采取氮气保护措施。不但需要保护离心机，也需要保护离心母液罐。

4 氮气保护在公司火灾爆炸事故预防中的应用实践

4.1 氮气保护在易燃液体金属储罐火灾爆炸事故预防中的应用实践

储罐氮气惰性化分成固定流量氮封和变流量氮封(图1和图2)。固定流量氮封装置投资较少，但氮气消耗大。宜尽量采用变流量氮封装置，在有自控系统的工艺单元，尽量采用自动调节阀(图2)，控制比较准确；如果没有自控系统，也可以采用自励式调节阀(如果采用自励式调节阀，止回阀的位置应该在其上游)。氧浓度分析仪投资额较大，原则上不需设置，如果工艺危害分析要求设置，则应设置。

图1 固定流量流速控制的典型安装形式

图2 变流量流速控制的典型安装形式

4.2 氮气保护在反应过程爆炸事故预防中的应用实践

4.2.1 反应系统的置换

如果反应系统中涉及易燃溶剂，在进料之前，需要先置换反应系统中的氧气。对于通常反应，置换后残余氧含量不应超过5% (体积比，下同)；对于加氢反应，残余氧含量不应超过3%。

可以采用抽真空置换方式(如果有抽真空装置，推荐此方法)，也可以采用加压-释放-再加压-再释放的方式(反应系统应能承压)，还可以采用氮气流经系统的方式置换，此方法置换效率低，消耗氮气较多，通常不推荐。

采用抽真空置换时，可以一次性抽真空至-0.08MPaG，然后补充氮气至常压，即可满足惰性化的要求(要求氮气纯度不低于99%)。

如果在上一批次反应转料时，转料期间往反应釜内补充氮气，则在下一批次进料时，可以跳过氮气置换步骤(此时反应釜内是氮气)。如果对反应釜执行了敞口清洗等操作，则应执行氮气置换步骤。

4.2.2 反应过程中的氮气保护

如果反应过程是长时间的滴加操作，可以在高位槽和反应器之间设置平衡管(图3)。反应后的放料操作，也可以采用平衡管(图4)。

以上操作的技术要求：⑴ 气相平衡系统物料相互输送时无氮气损耗(理论)，可以使用管线将相互转料的设备连接。管径根据液相物料的流量进行计算，本公司无大型转料泵，DN40管线基本满足需要。⑵材质根据液相物料性质进行选择(考虑适当的防腐要求)。⑶ 在反应釜上配备真空管线，便于氮气置换将整个系统抽真空。⑷ 气相平衡系统阀门不再设计自力式调节阀和自动阀。⑸ 在放空总管下游需要设置一个缓冲罐，以确保整个放空系统是惰性环境。

有禁忌反应的物料不能采用此连接方式接入放空总管，应考虑单独设置放空管。

图3 滴加反应模式

图4 放料反应模式

4.3 氮气保护在离心机使用过程爆炸事故预防中的应用实践

根据我公司对离心机的应用实践情况，提出在离心机的使用过程中需要注意以下几点：⑴ 在使用离心机前必须进行安全检查，检查盘车是否松动、三角带是否松动，地脚螺栓、离心机卡子是否松动等。⑵ 离心机滤液槽必须设置内置隔板，并且安装氮气线，对滤液槽进行氮气保护，离心后母液进入滤液槽必须采用液下进料。⑶ 离心过程中发现氧含量大于5%时，必须立即停止离心作业，查找原因，进行处理后，再通氮气进行置换，低于要求后继续进行离心操作。⑷ 不得随意改变离心机预定用途，以免物料密度、腐蚀介质、工况条件等不利变化，影响氮气保护的效果，进而影响离心机运行安全。若出现离心机预定用途变化，必须按照公司《变更管理制度》进行审批完成后方可进行变化。⑸ 操作过程中必须使用防爆工具、防爆手电筒。⑹ 伸入离心机转鼓内的进料管线不得用钢丝软管、聚丙烯管线等非导电材质的管件，防止摩擦出现静电。⑺ 放料管线有电阻不高于10 Ω的接地线，法兰之间必须用静电跨接线连接。⑻ 离心机使用过程中需进行周期性的维护保养，并落实专人负责。

图5 离心模式

5 结 语

通过以上阐述，对氮气保护系统有了初步认识。引起火灾有3个基本要素：可燃物、助燃物、着火源，可燃物是生产工艺需要的，不可避免使用，而在着火源中，一个非常重要且不可避免的点就是静电，由于其广泛存在，预防难度很大，所以对于火灾爆炸的有效预防，主要体现在如何控制助燃物的含量，正是基于此，我们引入氮气保护系统。氮气保护系统的优点在于能够通过对容器内的空气进行置换，使得体系中助燃物(通常情况下为氧气)浓度降至安全范围，即使在体系内出现火花也不能引起燃烧。所以我们采取氮气惰性化等措施来控制火灾爆炸危害，保障工厂的安全生产。然而任何事物总是一分为二的，氮气在保证农药化工安全生产有着积极的一面；同时，客观上也存在着不利的一面，如果氮气使用不当，轻则会致人昏迷窒息，重则导致死亡事故，因此在使用氮气保护时，也应当重视氮气的安全生产问题。