氮肥厂爆炸及预防措施

仅供参考整理安全管理文书氮肥厂爆炸及预防措施 日期：_ 单位：_第 1 页 共 16 页氮肥厂爆炸及预防措施从有关资料统计，自小氮肥厂建厂32年以来（19581989），死于爆炸事故的共计425人，占小氮肥厂死亡总数的31.91%。爆炸所造成的经济损失是难以估量的。因此，做好小氮肥厂的安全防爆工作，对于搞好小氮肥厂的安全技术工作，具有十分重要的意义。1.小氮肥厂爆炸基本知识小氮肥厂的爆炸可分物理和化学爆炸二大类。1.1物理爆炸由于介质的物理变化，如超压、超温等原因，导致容器或设备的爆炸称作物理爆炸。其特点是：1.1.1爆炸前后的物质和化学成份均不发生变化；1.1.2物理爆炸通常发生在密闭容器或设备内；1.1.3当生产介质易燃易爆时，物理爆炸所产生的能量能间接诱发火灾或化学二次爆炸。1.2化学爆炸：由于物质发生迅速、剧烈的化学反应，产生高温高压而引起的爆炸称作化学爆炸。其特点是：1.2.1爆炸前后物质和成份均发生变化；1.2.2化学爆炸可以发生在空间（例如动火空间）也可以发生在密闭容器设备内；1.2.3能直接导致火灾或诱发二次爆炸；1.3化学爆炸的类型按爆炸时发生的化学变化一般分成三类：简单分解爆炸；复杂分解爆炸；爆炸性混合物爆炸。小氮肥厂的化学爆炸绝大部分属于爆炸性混合物爆炸。常见的是易燃气体、易燃液体的蒸汽与空气（或氧气）混合，遇到火源发生的爆炸。1.4混合性爆炸物化学爆炸的基本条件：1.4.1具有可爆物质，包括易燃气体、易燃液体蒸汽和可燃粉尘等；1.4.2可爆物质与空气（或氧气）或其它氧化剂混合，其浓度达到爆炸范围；1.4.3该爆炸性混合物遇着火源。1.5爆炸浓度极限1.5.1爆炸下限：易燃气体、蒸汽或薄雾在空气中浓度在此界限以上时，能形成爆炸性混合物。1.5.2爆炸上限：易燃气体、蒸汽或薄雾在空气中浓度在此界限以下时，能形成爆炸性混合物。1.5.3爆炸极限：上限与下限之间的浓度范围称作爆炸极限。混合浓度低于下限时，因含有过量空气，阻止了火焰的传播。混合浓度高于上限时，空气不足，火焰也不能传播。1.5.4最强爆炸浓度：在爆炸极限浓度内，当爆炸物的浓度稍高于化学计量浓度（即当量浓度），该爆炸温度最高，压力和威力最大。这是因为，在上述情况下可燃物质和空气（氧气）几乎完全发生反应而无过剩。1.5.5爆炸浓度的上下限与气体（或蒸汽）混合物的温度、压力有关。表1为常见可燃物质常常压下与空气混合的爆炸极限表。表1可燃物质常温常压下与空气混合的爆炸极限表气体名称体积%危险度H上限-下限液体名称体积%危险度上限-下限粉尘名称g/m3下限上限下限下限上限下限下限上限乙炔2.58031苯1.59.55.33煤粉35氢气4.075.017.75甲醇6.036.55.08炭黑35硫化氢4.345.59.58汽油1.06.05.0硫35一氧化碳12.574.24.93酒精3.3194.75活性炭17氨15.5270.741.6易燃液体蒸汽爆炸的温度极限1.6.1蒸汽浓度：饱和蒸汽浓度的简称。在一定温度下相平衡时液体表面蒸汽所具有的浓度，它是一个定值。1.6.2温度极限：易燃液体蒸汽浓度，在空气中达到爆炸浓度（上、下限）时，与其相对应的上下限的液体温度。1.6.3闪点：在标准状况下，能使液体释放出足够的蒸汽形成能发生闪燃的爆炸性气体混合物的液体最低温度。1.6.4温度极限只与易燃液体表面的饱和蒸汽浓度一一对应，与非饱和蒸汽浓度没有相关的联系。表2为易燃液体蒸汽爆炸极限浓度与温度极限1.7二次化学爆炸和系统大爆炸表2易燃液体蒸汽爆炸浓度极限与温度极限液体名称酒精甲苯汽油煤油苯爆炸浓度极限下限3.31.21.01.41.5上限19.07.06.07.59.5爆炸温度极限下限+11+1-39+40-14上限+4031-8+86+12无论介物理爆炸或是化学爆炸，当生产介质具有易燃易爆性质时，其爆炸产生的能量，都可能导致火灾，或者诱发二次化学爆炸。特别是一次化学爆炸，甚至会诱发连锁的系统大爆炸。1.8可燃气体、蒸汽燃烧与爆炸的条件可燃气体（或蒸汽）的燃烧有两种形式：一种为扩散燃烧、另一种为混合燃烧。1.8.1扩散燃烧：可燃气体（或蒸汽）与空气（氧气）的混合物是在燃烧过程中形成的，边燃烧边混合直至可燃气（或蒸汽）烧尽。例如点燃煤气炉、带可燃气的正压动火。扩散燃烧年持久、稳定，亦称稳定燃烧。1.8.2混合燃烧：可燃气体（或蒸汽）与空气（或氧气）的混合物是在燃烧前（即点火前）形成，而且其混合状态已经达到爆炸浓度范围，遇火源后立即发生爆炸形式的瞬时、剧烈的燃烧。如：设备内部易燃易爆介质未置换干净，检修时动火发生爆炸。混合燃烧时瞬时、剧烈，亦称化学爆炸。在可燃气体（或蒸汽）的燃烧中，扩散燃烧的速度取决于气体扩散的速度。而混合燃烧的速度取决于化学反应速度。在扩散燃烧中，由于氧只是部分参加反应，所以燃烧速度较慢，燃烧反应往往也不完全。1.8.3混合燃烧转扩散燃烧在爆炸过程（即混合燃烧过程）中，仍有可燃气体稳定补充，就会以爆炸形式反向燃烧，一直返回漏气处转为扩散燃烧。如动火爆炸后转为着火。2.物理爆炸事故2.1物理爆炸事故按容器分类可分为：2.1.1锅炉及夹套锅炉爆炸;2.1.2贮槽爆炸；2.1.3气瓶爆炸；2.1.4压力容器及管道爆炸。2.2发生物理爆炸的原因2.2.1直接原因直接原因因为设备超压和设备承压能力下降。2.2.2间接原因由于操作失误、违章作业、安全装置失灵等原因导致的设备超压。由于设计错误，选材不当或超温、骤冷、骤热、金属疲劳、腐蚀等原因，导致设备承受能力下降，不能满足正常生产的压力要求。2.2.3物理爆炸常见事故高压气窜入低压设备，如合成高压气窜入液氨贮槽、精炼气窜入回流塔、高低压放空管共用一根总管，高压放空时，高压气窜入低压设备等均会引起爆炸。液体急剧气化，蒸汽压力猛增，引起爆炸。如锅炉断水后，炉子钢板已经“烧红”，违章进水。以如：出售商品氨时，液氨贮槽及钢瓶未按规定称重计量，而是凭“经验”，结果充装量过多，超过安全容量。尤其是在夏天，烈日暴晒下液氨急剧地变成气氨，造成超压爆炸。2.2.4憋压引起爆炸在小氮肥厂中，由于操作失误也会引起物理爆炸。如：误关夹套蒸汽出口阀造成夹套锅炉爆炸；误关集油器回气阀，造成压缩集油器爆炸。开车时忘记抽盲板，或者出口阀未开，及阀蕊脱落，引起憋压而造成爆炸。由于碳铵结晶堵塞，造成压力失准，或设备憋压及系统压差增大，造成“闷炸”或内件压瘪。2.3安全装置失灵或不健全安全装置包括：安全阀、液位计、防爆膜、放空卸压阀、排污阀、自动报警或安全联锁等装置。当这些装置失灵或不健全时会引起爆炸。2.4选材不当在高温下，金属壳易发生蠕变，机械强度下降或者由于高氢、高压下，普通钢管容易发生氢脆，机械强度下降。因而，设计错误，选材不当会引起爆炸，如合成工段中置锅炉余热回收系统合成塔出口管爆炸。有些厂用卷板管代替受压的无缝钢管，则在受压情况下也会发生大爆炸。2.5设备管道腐蚀，管壁减薄常见有变换冷却塔，变换气碳化罐等因上述原因而发生爆炸事故。2.6安全措施防止物理爆炸的所有安全措施，都是为了防止容器超压，或者防止设备承受压力（机械强度）的下降。具体措施：2.6.1正确操作，严格执行工艺指标。精心操作，严防高压气窜入低压系统；生产过程中严禁误关夹套锅炉蒸汽出口阀，集油器回气阀；当发现锅炉液位计无水时，应在确认锅炉断水后，马上停鼓风机、引风机，炉子退火处理。出售商品氨时，要严格执行称重计量制度，严禁超装。严禁带压检修。2.6.2高压放空管应该分别独立安装。2.6.3加强设备管理无压力容器设计及制造许可证的厂，严禁自己设计和制造压力容器。严格做好压力容器的管理工作，包括在役设备的登记，使用情况的记录，及定期检测判废工作。2.6.4安全装置必须健全、灵敏。严禁擅自拆除、盲死或带病运行，安全阀每年校验一次。2.6.5引进新技术新工艺时，应当同时落实安全措施。2.6.6加强对设备及管道的防腐工作，搞好软水的除氧及除盐工作。3.动火爆炸事故3.1常见事故常见的动火爆炸事故可分为：着火、爆炸和爆炸后着火。在扩散条件下动火会发生着火；在混合条件下动火会发生爆炸。在混合条件下动火，仍有可燃气泄漏补充时，爆炸后还会着火。3.2常见事故原因3.2.1没有动火证，缺乏动火知识，私自动火。3.2.2动火的设备及管道里易燃易爆介质未转换干净，检修时混入空气，形成可爆性气体混合物。3.2.3动火部分未与生产系统隔离，生产介质窜入动火区域。3.2.4动火设备或管道内未经清洗或清除不彻底，仍有易燃气体（或蒸汽）的固相或液相化合物。3.2.5动火周围的易燃物没除，动火源（或炽热气体），窜出电（气）焊火花飘落，遇易燃易爆介质。3.2.6未按时作动火分析，或动火分析的样气无代表性。3.2.7缺乏正压动火知识情况下的正压动火。3.2.8动火中断后，未作分析，二次动火或者私自扩大动火范围，更改安全措施。3.2.9动火工具未按规定放置，乱拉乱拖，电焊地线乱搭火。3.2.10动火结束后，动火部位未经冷却，导入生产介质。3.3动火中疑难爆炸事故剖析3.3.1间断动火后，第二次动火时的爆炸。在动火分析合格后，一次动火正常，而在间断后，进行二次动火时会发生爆炸，其原因是由于二次动火时，动火部位的介质已经发生了质的变化。这是由于动火部位未与生产介质真正隔绝（例如错误地用阀门代替盲板，阀门内漏，或红纸板盲板在高压下冲破），导致生产介质窜到动火区域，与空气混合，遇着火源爆炸。也可能在一次动火时，已经发现泄露气着火，采用关阀门或蒸汽灭火后，而未进一步采取置换、隔离、动火分析等安全措施，继续二次动火而发生爆炸。实例1：某厂再生气回收罐补焊，一次动火时，发现加软水管管口漏气，着火，后关闭软水阀，管口火熄灭。间断动火后，其后未作处理，二次动火时发生爆炸。事故原因：软水管来的软水与变换第二水加热器软水相连，变换第二水加热器泄漏，变换气倒回软水管。生产介质未与动火部位真正隔绝，错误地用阀门来代替盲板（盲门内漏）。二次动火时，未作动火分析及置换工作，动火的介质已发生变化，达到爆炸浓度极限，遇着火源。类似的动火爆炸事故还有：造气吹风回收中余热锅炉二次点火时发生爆炸。锅炉采用甲烷气回收助燃的厂，锅炉点火时炉膛爆炸。3.3.2动火过程中的爆炸动火过程中的爆炸事故，一般发生在动火开始，或者间断动后动火开始。此类事故常发生在小氮肥厂碳化工段管道或设备动火作业时。因为动火置换或动火分析是在动火前，并通常是对气相置换和分析。倘若管壁或设备内部沉淀物（即碳铵或母液等）未彻底清除，则动火热源或日光直射下，该沉淀物质分解，易燃介质（NH3）蒸汽压升高（即浓度升高），形成新的爆炸条件。故碳化工段的含氨或碳铵的管道及设备动火置换及动火作业难度较大，事故也较多。案例2：某厂固定副塔回收塔段接稀氨水回收管。动火前用水置换了一天一夜，气相分析也合格。开始断水，动火、气割时正常，但当开始焊管时，突然发生爆炸，塔板炸翻。事故原因：由于固定副塔塔壁碳铵未清除干净，虽气相分析合格，但在动火时，塔壁温度升高，固相碳铵分解，致使塔内气相氨浓度升高达爆炸极限，遇火源爆炸。3.3.3非易燃易爆介质的设备及管道动火发生爆炸。此类事故的发生原因有两种：一种是在停水或者停蒸汽时，因生产介质压力高，容易倒回水管或蒸汽管，动火时就会发生爆炸。另一种时由于热交换器内漏串气，生产介质倒回水箱、水管或蒸汽管，故动火时发生爆炸。3.4小氮肥厂正压动火3.4.1正压动火：在管道或设备的外部动火时，其内部介质的压力始终大于外界大气压。在此条件下作业，称为正压动火。3.4.2正压动火的类型带可燃气介质下正压作业动火时，介质不置换，保持微正压，边燃烧，边作业，直至收口熄火。例如常温微压下煤气管补焊。用惰性气体（例如蒸汽）置换以驱除设备或管道内的氧气或易燃易爆气体后，保持在微压下动火，动火时不着火。3.4.3正压动火使用条件。正压动火的使用条件是：动火时，必须在扩散燃烧条件下进行作业。动火时，介质无燃烧条件。由于在负压或者常压下，冷热气体对流空气（主要是氧气）通过扩散窜入管道或设备内部，混合达到爆炸极限，具备了混合燃烧的条件，故动火时，会发生爆炸事故。而在保持微正压的情况下，可避免氧气窜入管道及设备中。3.4.4正压动火的安全措施。为了确保焊接质量和安全动火，正压动火时采取下列安全措施：工作压力：一般控制在微正压（100Pa200Pa）。若压力过高，则无法保证焊接质量，甚至无法进行作业。压力过低时，稍有疏忽，易形成负压回火，会造成事故。动火表面处必须通风，谨防可燃气在死角集聚并与空气混合，动火时造成动火空间发生爆鸣，然后转入泄漏处扩散燃烧。设备或管道内，介质含量大大低于爆炸下限，并在安全范围内（只准动火表面烧，不准里面炸）。要采取隔离或监护措施。边生产、边动火时要严防窜气。在用惰性气体置换，并保持正压动火时，切忌惰性气体中断。动火前，也要分析样气。带可燃气体动火属于特殊项目的动火。按化工部规定，除办理一类动火审批手续外，还需由生产单位提出施工方案，经消防和安全技术部门同意，并报请生产厂长或总工程师批准。故要特别谨慎、郑重。3.5动火分析的要求3.5.1动火分析取样时间，不得早于动火前30分钟。动火中断30分钟以上，就重新取样分析，以防不测。3.5.2动火分析取样要深入设备和管道内部，要有代表性，也可以多取几个样气加以比较。3.6动火置换的惰性气体动火时，既不与易燃易爆介质发生化学反应，也不与空气（指氧气）发生化学反应的气体，在动火过程中俗称“惰性气体”。在小氮肥厂动火过程中用氮气、二氧化碳和水蒸汽都可置换易燃易爆介质的安全气体。小氮肥厂最常用的是水蒸汽，其次是氮气。例如，变换工段管道补焊时，常用蒸汽置换。合成塔内筒切割催化剂筐盖，常用氮气置换，并保持正压动火。3.7安全动火范围按1979年6月化工部颁布的规定：易燃易爆气体爆炸浓度低限大于4%（体积比）时，其含量应小于0.5%（体积比）才允许动火；爆炸浓度低限小于4%（体积比）时，其含量应小于0.2%（体积比）时才允许动火。3.8动火安全措施所有的动火安全措施都是基于防止产生燃烧和爆炸的条件为原则。因此动火的安全措施主要是在动火处排除可燃物，使其浓度降至动火安全的范围内。常用的有下列方法：3.8.1置换法：用蒸汽、氮气或者其它惰性气体（如二氧化碳等）将管道设备内的易燃易爆气体加以清除，分析合格后才允许动火（应注意死角）。3.8.2清洗法：用水或其它溶剂清洗动火设备及管道，必要时还要清除沉淀物，分析合格后才准动火。3.8.3隔离法：对易燃易爆介质进行隔离，尽量减少置换范围。一般常用盲板法、液封法（常用水封法）或者对附近设备采取妥善复盖措施。以防止易燃易爆介质窜入动火区，或者火源窜出。3.8.4清理动火现场：清除焊接部位内外及附近，特别是临近处隐蔽的易燃易爆易中毒的介质。在动火点10m范围内不准进行可燃溶剂、汽油清洗和防腐等作业，对于容易漏气的阀门压盖、设备导淋等应用水浸湿后的旧麻袋加以复盖。3.8.5动火现场应备有足够的消防器材，如灭火器、蒸汽、砂、水等。3.8.6焊接时绝不允许在生产设备或管道上试火。3.8.7现场不准吸烟，动火工具不能乱拉乱拖、氧气瓶与乙炔发生器应保持7m以上间距。溶解性乙炔瓶应竖放，不准卧置。焊接用地线不准乱拉拖，应在内含可燃可爆介质的设备上后搭地线，了防接触不良，引起电火花。3.8.8动火分析必须及时准确，不能擅自扩大安全动火范围与延长动火时间。3.8.9动火结束后，动火部位未冷却时，严禁马上导入生产介质。3.8.10正压动火时，气体着火可用蒸汽熄灭。3.9动火隔离的一般原则为了确保动火安全，必须尽量减少置换范围，便于置换或减少死角。因此，管道动火时应尽量与附近设备隔绝。通常用插盲板法或水封法。用水封法时，水一直封至动火口附近，这样既可以缩小动火气相空间，又可以熄灭动火时溅落的火花。3.10动火时火源窜出，气体着火的处理处，压力不大，可用蒸汽直接扑灭。火势大时，可停车，切断气源，卸压（不能太猛，避免形成负压回火），然后用蒸汽扑灭。4.化学爆炸事故4.1生产过程中爆炸生产过程中常见的爆炸事故大致有以下几种：4.1.1因跑、冒、滴、漏等原因泄漏的可燃气体遇着火源（常见的有电火花，仪表接触不良、高温等），引起空间爆炸（或爆鸣）后着火。4.1.2氧含量超指标而造成的爆炸。原因多数出自于造气工段，如：因操作不当造气炉炭层出现风洞，或炭层过低，或炉子熄火等；设备故障，如阀门错位，阀芯脱落，内漏等。由氧含量超标引起的爆炸事故，经常可能在静电除焦油器、饱和热水塔、压缩机油分等设备中发生。4.1.3系统呈负压而造成的爆炸事故因气柜抽瘪或气柜出口管水封住，造成罗茨风机抽负。因系统大减量不当，压缩报警及联锁失效，造成H8机一段进口（脱硫来）或三段进口（碳化来）抽负。造气洗气塔排污过猛，引起洗气塔吸负。卸压、放空过猛或或系统窜气。常见有高压放空、卸压过猛，引起放空管爆鸣后着火；碳化回收塔中排稀氨水不慎，碳化气窜入稀氨水槽中而发生空间爆炸，继而稀氨水管口着火。金属物体敲击设备或管道常见有变换气碳化罐下球时，因使用金属物体敲击下料口，而造成球罐内爆炸。动力设备运行中的故障，如破裂等造成爆炸着火。4.2停车检修时的爆炸4.2.1设备或管道内具有易燃易爆介质，未经置换或彻底置换，打开人孔或手孔后，空气因对流窜入设备或管道内，混合至爆炸极限，遇着火源发生爆炸。其着火源（最小着火能量）可来自金属物敲击设备或管道。例如，清洗造气洗气塔，碳化清洗塔时用金属物敲击时会发生爆鸣等；物质自燃氧化热。例如：脱硫塔打开人孔后，因塔板上存在硫化铁等自燃物质，遇空气后后迅速氧化发热而自燃。4.2.2设备或管道排水过猛，系统“吸负”，吸入空气，又因气流速度过快引起静电火花而引燃引爆。4.2.3变换、合成工段因检修不当，如换阀门，或放空阀和导淋未关紧等原因，空气窜入催化剂层，致使催化剂温度猛升，造成烧结或引起闷炸的后果。4.3系统开停车时爆炸4.3.1系统原始开车置换时的爆炸用成份不合格（例如CO+H2大于7%，O2大于2%）的惰性气体置换气柜时，发生气柜爆炸。用前工段生产介质置换后工段时，应先对系统进行置换，分析合格后（O2小于0.5%），才能开启动力设备和电加热器等，否则将发生设备管道爆炸。4.3.2系统局部开车时的爆炸系统的局部开车，是指生产系统一些工段处于化工开车状态，另一些工段处于空气试压、吹净或催化剂升温等开车准备阶段，或前工段处于开车状态，后工段还在动火、抢修。系统局部开车时，由于生产介质与空气、开车与试车、动火与抢修等，在空间或时间上的交叉进行，因而，只要稍有疏忽，就会导致易燃易爆介质与空气直接接触、而发生化学爆炸，甚至联锁爆炸，酿成灾难性的系统化学爆炸。4.3.3设备试压试车时的爆炸采用空气对设备试压试车时的爆炸对一些设备停车检修时，设备未经热洗或热洗不彻底，热洗后未用清水置换合格，故在设备内壁或填料上仍残留有易燃易爆的固液相介质，如油污、硫化物、乙炔亚铜、碳铵结晶等等。此时，若用空气作为介质对该设备进行试压或试车时，氧气很易与残留的易燃易爆介质发生激烈的氧化放热反应，引起爆炸。最常见的有：铜塔在空气试压时发生塔壁发烫的现象，甚至发生爆炸事故。压缩机在空气试压或试车中，发生油分发烫现象或发生水冷排管、油分爆炸事故。采用生产介质对设备试压试车时的爆炸见系统原始开车置换时的爆炸（4.3.1）总之，对在役设备进行空气试车或试压时一定要慎重。当采用空气试车、试压时，对该设备及压缩机各段油分都要进行彻底的热洗和清洗置换工作，不允许有易燃易爆介质的固液相残留物在设备或填料中。在氮肥生产中，空气的比重、密度比生产介质大得多，因而，用空气试压试车及空气吹净时，控制压力不宜太高，单机试车时间也不宜太长。另外，在生产中要注意控制压缩机的气体出口温度在润滑油的闪点温度以下，并防止润滑油气化成可燃性蒸汽或积炭，以防在空气试压和试车过程中，与空气形成爆炸性气体混合物，发生爆炸。一般情况下，除新系统并网或启用新设备需要空气吹净或试压以外，对在役设备试车试压时，宜采用生产介质试车试压，较为安全。4.3.4系统停车时的爆炸停车时，一般应避免卸压、放空过急，只要严格执行停车规定，爆炸事故不会发生。但在停车后应妥善安排专人加强对液氨贮槽、造气夹套、锅炉液位、气柜水封等岗位的值班检查工作。4.4生产中突然停电、断水时爆炸此类事故多发生在造气，如：水夹套锅炉长期缺水而引起物理爆炸；因洗气塔的止逆水封缺水或无水，致使煤气倒回造气炉口、炉底或集尘器，引起爆炸；因造气液压阀失灵或错位，煤气倒回鼓风机或鼓风机出口总管而引起爆炸。其爆炸部位常常发生在管道的盲端，即混合气体没有出路的死角。预防措施：夹套锅炉在高位处时，应备有应急水箱，并存有水。停电时，可用手动控制使液压阀处于安全停车状态。打开造气炉盖，防止炉内煤气集聚。鼓风机房，空气出口管盲端，安装防爆膜或增加排气阀（停电时可打开此伐，使混合气体有出口）。4.5安全措施4.5.1控制和消除危险因素设计合理，采用安全的工艺指标；正确操作，严格控制工艺指标；加强设备管理和动力设备检修工作；提高自动化程度和使用安全保护装置的程度；加强对危险品的管理。4.5.2加强对火源的管理严格执行安全动火制度；生产区严禁烟