硝酸铵储存库安全间距的确定与探讨

吴冰文 中国成达工程有限公司 成都 610041

1 硝酸铵性质及用途

硝酸铵为无色无臭的透明结晶或呈白色的小颗粒，有潮解性，易溶于水、乙醇、丙酮、氨水等，不溶于乙醚。分子量为80.05，熔点为169.6℃，沸点为210℃(分解)，相对密度为1.72。主要用作化肥、分析试剂、氧化剂、制冷剂以及烟花爆竹和炸药的原料。硝酸铵助燃，与易(可)燃物混合或急剧加热会发生爆炸，受强烈震动也会起爆[1]。

硝铵兼具农用化肥和炸药原料双重特性，受到国家严格监管，目前国内60%以上的硝铵用于炸药等民爆器材的生产，另有约40%改性后用于生产硝基复合肥。

2 硝酸铵的安全事故及影响

硝酸铵是极其钝感的炸药，正因为硝铵起爆条件高，企业及相关管理单位对硝铵的安全管理及可能引起的爆炸后果的重视程度不够，极易造成重大的安全事故。根据硝酸铵储存库类似事故分析，其影响后果远远超过液化烃类安全事故，事故后短时间内人员伤亡巨大、财产损失不可估量，会造成极其恶劣的社会影响，给国家和人民带来了长久的伤害。

2020年8月4日，黎巴嫩首都贝鲁特港发生化学品大爆炸事故，事故中死亡人数超过190人、6500人受伤、3人失踪、造成30万人无家可归，损失高达150亿美元。此次化学品爆炸事故的“罪魁祸首”是贝鲁特港第12号仓库存放的2750吨硝酸铵。

2015年8月12日，天津港瑞海公司危险品仓库发生火灾，随后引发两次剧烈爆炸。事故造成遇难165人、失踪8人、重伤58人、轻伤740人，直接经济损失高达68亿元人民币。调查主要原因是瑞海公司危险品仓库运抵区南侧集装箱内的硝化棉由于湿润剂散失出现局部干燥，在高温(天气)等因素的作用下加速分解放热，积热自燃，引起相邻集装箱内的硝化棉和其他危险化学品长时间大面积燃烧，导致堆放于运抵区的硝酸铵等危险化学品发生爆炸[2]。

3 硝酸铵行业政策及设计标准

硝酸铵主要用于民用爆破品和硝基复合肥的生产，由于硝酸铵特殊的理化性质，国家对硝酸铵的生产、销售有较严格的管控措施，尤其是民用爆破品的生产，这导致了硝酸铵行业标准发展缓慢，甚至造成相关建设标准不完善。在相当长的一段时间内，对硝酸铵的设计、建设和生产标准的统一和规范带来了一定的难度。

2021年9月13日，国家应急管理部等正式发表《关于进一步加强硝酸铵安全管理的通知》。该通知从源头管控、生产过程安全管理、储存安全管理、运输安全风险管控、销售环节管理、监督管理等方面明确了具体规定，提出了严格的管理措施。目前，应急管理部与有关部门还正在研究制定《硝酸铵安全管理技术规范》[3]。这一系列管控文件对规范行业发展、保障安全生产起到了积极作用。

从行业设计角度，目前国内针对硝酸铵尤其是硝酸铵储存仓库的安全防护间距设计有以下6个主要标准：

3.1 建筑设计防火规范GB 50016—2014

GB 50016—2014[4]将硝酸铵的火灾危险类别划分在甲类中第5项——“遇酸、受热、撞击、摩擦以及遇有机物或硫磺等易燃的无机物，极易引起燃烧或爆炸的强氧化剂”，根据建筑设计防火规范“表3.3.2仓库的层数及面积”及注4，独立建造的硝酸铵储存仓库的单座仓库面积不得大于2×750m2，防火分区不得大于2×250m2。规范中对甲类仓库与周边设施的防火间距规定，“甲类仓库(储存物品第1、2、5、6项)的距离高层民用建筑及重要公共建筑”50m，其他民用建筑25～30m(跟储量相关)。

3.2 GB 50160—2008石油化工企业设计防火标准

GB 50160—2008[5]规定石油化工企业应设置独立的化学品及危险品库区。甲类仓库距离其他设施的防火间距应满足规范表4.2.12的规定。表4.2.12规定甲类物品仓库距离一类全厂性重要设施45m，距离全冷冻式液化烃储罐最大要求70m。

3.3 石油化工全厂性仓库及堆场设计规范GB 50475—2008

GB 50475—2008[6]涉及甲类库的主要有第4.2.1条，规定独立设置的甲类仓库区与居住区和公共福利设施防火间距100m，与临近的重要公共建筑等设施的防火间距50m，相邻工厂防火间距30m。

3.4 民用爆炸物品工程设计安全标准GB 50089—2018

GB 50089—2018[7]根据生产、研制、储存危险品的功能，划分硝酸铵类建筑物的危险等级为1.4级，定义为危险品不敏感，但不排除在外界强力引燃、引爆条件下的爆炸可能性。规范规定危险区、总仓库区与周围居住建筑物、企业、公共交通线路等应根据仓库的危险等级及计算药量计算确定，其中对于1.4级仓库外部距离不小于100m，硝酸铵仓库的外部距离不小于200m。

3.5 危险化学品生产装置和储存设施外部安全防护距离确定方法GB/T 37243—2019

GB/T 37243—2019提出使用事故后果法对涉及爆炸物危险化学品的工艺生产装置和储存设施的外部安全防护距离需要进行计算确定。该标准对于危险源的安全防护距离的控制采用了定量计算的方式进行，这与其他标准规范要求是不一样的。安全防护距离的定量计算公式如下：

(1)

式中，Δp为空气冲压波超压制，单位为105帕斯卡(Pa)；Q为一次爆炸的TNT的炸药当量，单位为千克(kg)；R为爆炸点距防护目标的距离，单位为米(m)。

然后，根据计算的冲击波超压值对比针对不同防护目标超压阈值选用，规范指出对于室外人员一般不会造成死亡的阈值为9000Pa。

3.6 SAFEX Storage of Solid Technical Grade Ammonium Nitrate规定

对于仅储存硝酸铵的企业，在将储存硝酸铵折算成爆炸物当量后，根据风险评估进行计算。计算公式如下：

总TNT当量(Eo)=化学TNT当量(Ec)×爆炸当量(Ey)

(2)

式中，化学TNT当量是基于材料与TNT相比的相对燃烧热的比率。为了进行计算，每个硝酸铵事件场景的化学当量估计为32%。爆炸当量根据储存物料性质、条件等，取值范围在10%～100%。

净爆炸物量NEQ(kg)=硝酸铵储量(kg)×总TNT当量

(3)

安全距离D=17.8×净爆炸物量NEQ1/3

(4)

式(4)是针对人员集中住宅区进行的计算公式，住宅区最大允许超压为7kPa。

根据SAFEX规定，根据以上公式计算取得结果后，进行风险评估，住宅和社区的个人死亡风险每年小于1×10-6；脆弱或敏感地区的个人死亡风险每年小于0.5×10-6；公共使用或工程中的个人死亡风险每年少于5×10-6，根据评估结果采取相应措施，在此不做深入探讨。

4 外部安全距离控制及计算

从上文列出的标准规范来看，针对硝酸铵储存设施的安全防护间距要求各不相同，这使得设计人员很难针对不同的项目合理确定适用的标准规范。在这种情况下，设计人员为了保证设计合规性，一般会采用规范中要求最严格的标准执行。

下面以《硝酸铵安全技术规范(征求意见稿)》规定的单个硝酸铵库储存硝酸铵500t，硝酸铵仓库区最大存储量2500t规定为计算基准，分别以“危险化学品生产装置和储存设施外部安全防护距离确定方法GB/T 37243—2019”和“SAFEX Storage of solid technical grade ammonium nitrate”标准进行安全间距试算。

(1)GB/T 37243—2019危险化学品生产装置和储存设施外部安全防护距离确定方法计算基准：

根据相关参考数据，硝酸铵TNT当量=0.6×硝酸铵质量(kg)当量[3]。

500t的硝酸库发生爆炸产生的爆炸能量约为300000kgTNT当量。根据规范中“不同类型防护目标的空气冲击波超压阈值”(表1)，对于一般防护目标中的三类目标，取阈值9000Pa代入公式(1)计算，爆炸点距离防护目标的距离约为R=1060m。

表1 不同类型防护目标的空气冲击波超压阈值

(2)SAFEX Storage of solid technical grade ammonium nitrate标准。

根据公式(2)，在化学引爆的条件下，最大总TNT当量(Eo)=32%×10%=3.2%(火灾引爆条件下Ey按10%取值)。

根据公式(3)，净爆炸物量NEQ(kg)=500000kg×3.2%=16000kg。

根据公式(4)，安全距离D=17.8×160001/3=448m。

初步结论：

以储存500t硝铵库为例，根据不同规范核算距离人员集中场所的结果见表1：

综上所述，《石油化工企业设计防火标准》和《建筑设计防火规范》要求偏低，这是因为这两本规范主要关注的是防火而不是防爆，在爆炸安全防护方面，涉及硝酸铵等爆炸品的规范要求明显较高，其中GB/T 37243—2019标准[8]要求最高，但可以通过控制单个仓库硝酸铵的储存量有效减少外部安全防护距离。

5 结语

国内标准与国外标准有很大的不同。即使是需要根据实际情况核算的标准，由于输入条件不同，不同的标准得出的结论也不完全一样。目前，国内化工园区管理越来越规范、发展越来越迅速，危化品生产企业在现阶段以集中布局在化工园区为主，如盲目地使用一种标准进行计算，既不利于园区土地节约，也对周边工矿企业的规划和布置造成巨大的不利影响。如何选用恰当的标准，且能够得到相关专家的认可，是目前硝酸铵行业建设管理和技术人员应该考虑的问题。

从目前国内硝酸铵行业及整个化工行业的发展来看，短期内依然不会有较为明朗的结论。但根据相关的工程经验，严格控制硝酸铵储存量、加快硝酸铵的周转速度、降低储存设计量，是目前相对较为可行的方法。对于硝酸铵储存区与周边的安全防护距离，在储存总量控制的前提下，不能仅按照规范下限进行相关设计，应综合考虑建设成本、土地利用率以及相邻设施的功能、性质、受损后影响程度等各种因素，并结合安全评价报告结论进行综合评估。