硝化工藝爆炸事故類型分析和預防措施

因反應放熱量大，二次反應的可能性高，放熱滯后易出現快速升溫，副反應副產物多等原因，所以硝化工藝的安全風險較高，工藝控制難度大。再加上硝化物料、溶劑等具有易燃易爆特性，一旦發生物料泄漏，遇點火源，容易發生爆炸事故。從一些硝化工藝典型事故發現，部分企業對反應風險一知半解。

（一）反應失控導致爆炸

由于硝化物料自身具有氧化性，因此在不需要外界氧化劑的作用下，即可發生燃燒甚至導致爆炸。在反應失控狀態下，硝化物料內部發生氧化還原反應，釋放出大量氣體，并產生大量的熱，熱量促使反應速度加快，大量的氣體對周圍氣體產生劇烈壓縮，形成爆炸沖擊波向周圍空間傳播。

導致反應失控的原因主要有兩類：一是硝化劑過量。計量失誤、加料閥門失效或內漏等原因，造成硝化劑大幅過量，反應速度迅速加快，大量的熱不能及時被帶走，造成體系溫度急劇升高，副反應速度急劇加快，生成深度硝化產物和硝基酚在酸催化下加速分解。例如，1991年2月，遼寧省遼陽市某企業的硝化工房在生產過程中，由于硝化工三段六號機、七號機硝酸加料閥泄漏，造成硝化系統硝酸含量增高發生特大爆炸事故，死亡17人，重傷13人，輕傷98人。又如，2021年12月，甘肅某企業的硝化工序在裝置臨時停車硝化釜停止攪拌時，濃硝酸進料未完全切斷，導致釜內硝酸含量偏高。開車啟動攪拌時，釜內物料急劇反應放熱，發生爆炸，造成3人死亡。

二是攪拌失效或不勻，導致局部劇烈反應。例如，2014年2月，河北滄州某企業2,4-二硝基氯苯生產裝置2＃硝化釜內添加的物料因攪拌不勻引起局部劇烈反應，造成釜內瞬間壓力增大，將連接硝化釜體與釜蓋的緊固件崩飛，導致反應釜附近的兩名人員被緊固件擊傷，造成1死1傷。

（二）溫度失控導致爆炸

硝化反應一般為強放熱反應，硝化物料在受熱分解過程中不斷釋放熱量，同時與周圍環境發生熱傳遞。一旦系統的熱產生速率大于熱損失速率，系統就會因熱積累而升高溫度，加速分解反應，產生更多的熱量。系統溫度因此會不斷升高，如此循環，最終導致爆炸事故。

導致溫度失控的原因主要有兩類：一是違規操作，擅自改變操作程序、溫度控制指標、安全設施等，導致系統熱積累迅速或熱損失降低。例如，2007年1月，江蘇昆山某企業操作工為了加快熔化速度，提高了加熱蒸汽壓力，導致溫度上升，而操作工又未及時打開放空閥放料，導致硝化車間熔融反應釜突然發生爆炸，造成3人當場死亡、4人因傷勢過重經全力搶救無效先后死亡。又如，2017年12月，江蘇連云港某企業間二氯苯裝置違規使用壓縮空氣壓料發生爆炸事故，造成10人死亡。

二是設備設施故障，如溫度計遠傳故障冷卻失效，或調節不及時，熱媒未及時關閉或內漏，分離系統失效等。2007年5月，河北滄州某企業的TDI車間硝化裝置，因一硝化靜態分離器內無降溫功能，過硝化反應放出大量的熱無法移出，靜態分離器溫度升高后，失去正常的分離作用，有機相和無機相發生混料。混料流入一硝基甲苯儲槽和廢酸儲罐，并在此繼續反應，致使一硝化靜態分離器和一硝基甲苯儲槽溫度快速上升，硝化物在高溫下發生爆炸，造成5人死亡，80人受傷。2017年2月，內蒙古阿拉善某企業因大雪天氣停電，致使對硝基苯胺車間反應釜無法冷卻降溫，其中一個反應釜超溫超壓發生爆炸，造成2人死亡，4人受傷。

（三）物料外泄導致爆炸

部分硝化物料、溶劑外泄后揮發，與空氣形成爆炸性混合氣體，在爆炸極限范圍內一旦遇到點火源，極易導致閃爆。物料外泄的原因主要有兩類：一是設備的動靜密封處泄漏；二是設備本體或連接的管道存在缺陷。

例如，1991年5月1日，美國路易斯安那州斯特林通IMC公司經營的Angus化學公司所屬的硝基烷烴廠，在硝酸和丙烷高溫反應生成硝基烷烴的過程中，因丙烷泄漏而發生爆炸，造成8人死亡，120人受傷。又如，2015年8月，山東某企業新建年產2萬噸改性型膠粘新材料聯產項目二胺車間混二硝基苯裝置在投料試車過程中，車間負責人違章指揮，安排操作人員違規向地面排放硝化再分離器內含有混二硝基苯的物料，混二硝基苯在硫酸、硝酸以及硝酸分解出的二氧化氮等強氧化劑存在的條件下，自高處排向一樓水泥地面，在沖擊力作用下起火燃燒，火焰炙烤附近的硝化機、預洗機等設備，使其中含有二硝基苯的物料溫度升高，引發爆炸，造成13人死亡，25人受傷。

國內外硝化工藝爆炸事故案例很多，行業積累不少經驗教訓，對容易發生事故的部位也比較清楚，但生產過程中造成爆炸的因素很多，涉及面也很廣，不僅僅是上述提到的幾種類型和原因。特別是不同硝化物料、硝化反應、硝化設備發生爆炸的情況各不相同，因此，硝化工藝爆炸事故的預防是一項細致而復雜的工作。就當前硝化企業安全生產形勢來看，防爆的重點還是要在熱風險評估、本質安全設計、自動化控制、緊急排放與事故減緩措施等方面下功夫。

（一）開展全流程熱風險評估。

為充分掌握工藝安全信息，涉及硝化工藝的生產過程應進行全流程熱風險評估，包括各種物料、各種工序、生產工藝類型和反應器類型。要對硝化工藝熱失控引起分解爆炸的可能性進行評估，也要對可能造成工藝熱風險參數發生明顯變化的異常工況進行評估。當工藝發生變更時，應結合熱風險評估結果，對工藝與裝置進行工藝危害分析，制定并落實安全風險管控措施；當體系溫度、物料配比、加料順序、加料速度等工藝參數發生變更時，需重新進行熱風險評估。

（二）堅持本質安全設計。

應按照《危險化學品生產裝置和儲存設施外部安全防護距離確定方法》（GB/T 37243-2019）、《危險化學品生產裝置和儲存設施風險基準》（GB 36894-2018）等標準規范確定企業外部安全防護距離。硝化反應停車時，相關物料進料須有可靠的自動切斷措施：有加熱介質的工藝過程，加熱介質須有可靠的自動切斷措施；硝化反應器攪拌（循環泵）在電網停電時無法滿足安全停車要求的，宜設置獨立的后備電源供電。有易燃、易爆氣體或液體介質的設備，應采用惰性介質保護措施：設備之間尾氣系統合并的，應進行安全風險分析：硝化裝置區涉及易燃、易爆或分解爆炸風險的生產、儲存等設備，宜對其設置自動噴淋等降溫系統；硝化裝置區設備內存在可燃、可爆介質時，設備內宜設置自動滅火措施等。

（三）提高自動化控制水平。

硝化車間（裝置）應實現全流程自動化控制，硝化工藝應設置緊急停車系統。根據工藝危害分析（如危險與可操作性分析HAZOP等）和風險分析（如保護層分析LOPA等），確定SIL等級要求，設置符合要求的安全儀表系統。結合工藝熱風險評估、HAZOP分析結果進行設置，對硝化反應器內溫度、攪拌（循環泵）電流或轉速、硝化劑流量、冷卻水壓力、冷卻水流量、冷卻水pH等重點參數進行監控，當參數超限時，聲光報警并采取聯鎖措施。

（四）完善緊急排放與事故減緩措施。

根據工藝控制難易程度和物料危險性，合理設置減緩措施，反應系統應至少采取下列一種對系統有效的持續減緩措施（除泄壓泄爆外，采用以下減緩措施的閥門應能夠遠程控制）：緊急冷卻、控制減壓、抑制淬滅、驟冷澆灌、傾瀉排放、泄壓泄爆。若采用傾瀉排放系統，應設置事故應急釜/槽。應急釜/槽應根據物料特性選擇合適措施，如設置有效的冷卻攪拌系統，或有淬滅劑或抑制劑等。泄放后物料燃燒、爆炸風險較高時，應急釜/槽宜設置在硝化車間外圍。

當然，根據硝化工藝的不同，硝化工藝爆炸事故的預防措施有很多種，包括設備完好性管理、操作規程管理、變更管理等。企業需要結合自身的人員、技術、裝備等情況，認真開展工藝危害分析，合理設置安全保護層，加強過程安全管理，致力于“從根本上消除事故隱患”“從根本上解決問題”，筑牢安全防線，實現長治久安。