硝酸铵爆炸前评价

关于硝酸铵爆炸事前评价的探讨朱兆华 郭振龙（中国石化南京化学工业有限公司） （第724研究所）【摘要】 硝酸铵主要用作肥料大量使用，或作为制造工业炸药的重要原料，是一种强氧化剂，同时又是自反应性物质，国内外因对其控制或管理不严，曾发生多起重大事故。为防止在生产，贮存、运输以及使用过程中的爆炸事故，笔者探讨并提出了硝酸铵爆炸事前评价模式。这种评价方法，对控制和预防硝酸铵发生事故，有借鉴、推广和现实意义。【关键词】 硝酸铵 爆炸 事前评价1 前言硝酸铵在1659年，由德国人J.R.格劳贝尔首次制得。它既作为肥料大量使用着，也是制造工业炸药的重要原料。它是一种强氧化剂，同时又是自反应性物质。国内外曾发生多次重大事故。例如，1921年9月21日晨，位于德国奥堡的巴斯夫公同的一家工厂，为破碎已结成大块的4500吨硝酸铵与硫酸铵的混合盐，使用代拿迈特炸药来爆破而发生了大爆炸，造成509人死亡，160人失踪，1952人受伤，现场留下了一个直径130米，深60米的爆坑，在半径6公里范围内造成了严重破坏，消防人员及有关人员全部丧生；1947年4月16日，停泊在美国德克萨城并装有2280吨袋装硝酸铵肥料的法国货船“兰得卡浦”号，硝酸铵起火发生大爆炸；与此同时，一艘装载950吨硝酸铵化肥和2000吨硫磺的美国货船“哈佛里尔”号，在停泊中，于17日凌晨，也发生爆炸而沉没，半径1英里范围内的所有房屋被摧毁，有552人死亡，3000人受伤，损失达6700万美元；1998年1月26日，我国陕西兴平兴化集团有限责任公司，发生生产系统硝酸铵溶液爆炸，死亡22人，重伤6人，轻伤52人，造成重大损失。硝酸铵在常温下是稳定的，但在高温、高压、明火和有可能被氧化的物质存在下的条件发生爆炸，量越大，爆炸威力就越大。因此，在硝酸铵的生产、贮存、运输、使用过程中，对其进行爆炸事前评价，了解其破坏威力、作用范围、对人员伤害情况，采取对策措施，是十分有益的。2 硝酸铵的主要危险性分析硝酸铵的强氧化性、自反应性、分解放热性决定了它的爆炸危险性。2.1硝酸铵的强氧化性 硝酸铵如与硫、磷、还原剂、有机物（如油类）等相混合时，会形成氧化能力较强的体系，有引起燃烧爆炸的危险性。2.2硝酸铵的热分解性硝酸铵易发生热分解。当大量贮存时，若存料下层不及时导出热量，有可能发生自燃，因其酸度增大并存在有机杂质时，也很容易发生自燃。硝酸铵在不同的温度，有不同的分解产物。在110时，逐渐分解：NH4NO3 NH3+HNO3+173KJ在（170190）时，会分解放出一氧化二氮：NH4NO3 N2O+2H2O+127KJ在210时，分解加快，同时发生爆炸：NH4NO3 N2+0.5O2+2H2O+129KJ在400以上时，发生爆炸：NH4NO3 0.75 N2+0.5NO2+2H2O+123KJNH4NO3+2NO2 N2+2HNO3+H2O+231KJ在有酸，例如，硝酸、硫酸、盐酸存在时，硝酸铵的热分解明显加快，开始分解的温度开始降低。当有氯化物、铬酸盐、钴化合物等杂质存在时，则会对硝酸铵的热分解起催化作用。2.3 硝酸铵的爆炸性硝酸铵是一种爆炸性物质，虽引爆作用敏感性差，对传爆作用极不敏感，对机械作用完全不敏感，但当加热时，如不导出热分解产物，就可能发生爆炸，也可能因其它系统局部爆炸产生的冲击波作用而传爆。在生产、贮存、运输、使用过程中，如处理不当或不采取相应的预防措施，也有可能导致严重的爆炸事故。硝酸铵的氧平衡为+19.99克/100克，按CHETAE氧平衡判定爆炸危险标准，属危险性大的一类。硝酸铵中混入有机杂质时，能明显增加硝酸铵的爆炸危险性。熔融的硝酸铵在铜、锌、锑、镍、镉、铅等金属粉末作用下，会转化成不稳定的亚硝酸铵而容易引起爆炸；在中和生成硝酸铵溶液时，因氧化氮肥没有除尽，生成硝酸铵而发生爆炸的事例曾不止一次地发生过。3 硝酸铵爆炸事前评价3.1 评价程序鉴于硝酸铵的爆炸危险性和多次爆炸的惨痛教训，根据国内外成功的评价及有关爆炸计算方法，兹提出如下硝酸铵爆炸事前评价方法。其评价程序见图1。3.2评价方法硝酸铵爆炸的事前评价主要是据爆炸理论计算其有关爆炸参数。在此计算预测的情况下，就可考虑具体的破坏情况、人员伤害情况、其影响范围和程度、对附近的易燃、易爆、毒害物质导致燃烧、爆炸、泄漏、毒害的可能性，由此提出相应的对策措施。具体计算方法如下：1） 爆热（QV）的计算根据公式可以计算爆热。QV =Qp+ （1） 式中，QV 为定热爆热（KJ/kg）；ni 为反应产物的摩尔数；niMi 为反应物的质量数；QP 为定压爆热（KJ/kg）。Qp= （2） 式中，nigi 为各反应物的摩尔数（ni）与其生成热（gi）乘积之和；niQi 为反应物的摩尔数（ni）与发生热（Qi）乘积之和。2） 爆温（T爆）的计算先根据反应产物计算平均比热容Cv，公式为：Cv= （3）式中，Cv 为反应产物的平均定容热容（cal/kmol）；Cvi 为反应产物的平均定容热容（cal/kmol）；然后，再按式（4）计算爆温：T爆= T0+ （4） 式中，T爆 为爆温（k）；T0 为反应物的原始温度（k）。3.3梯恩梯当量（WTNT）计算为了计算和评价爆炸效应，人们通常以1000千卡/公斤作为梯恩梯当量。其计算公式为：WTNT= （5） 式中，W 为硝酸铵质量（kg）；QV 为硝酸铵爆热（KJ/kg）；QTNT 为硝酸铵的爆热，通常取1000kal/kg；QTNT 梯恩梯当量（kg）。3.4冲击波峰值超压计算根据实验，当梯恩梯装药在无限空气中爆炸时，计算空气冲击峰值超压值超压的公式为：或（6）IR1015式中， 对比距离。若是贴地爆炸，则用下式计算： （7） 式中，P为冲击波的峰值超压（kgf/cm2）;R为离爆心距（m）；W为梯恩梯质量或梯恩梯当量（kg）。式中，P与R的关系如图2所示。3.5对暴露人员伤亡情况预测估算根据冲击波峰值超压P与离心距离R，在半径为R的空间范围内对暴露人员可按表1估算伤亡情况。表1 对暴露人员的损伤程度P（kgf/cm2）损伤程度P（kgf/cm2）损伤程度1.0大部分人员死亡爆炸时，计算人的致死距离亦可用下式：R死=1.1 （WTNT300kg） （8）R死=2.7 （WTNT300kg） （8）式中，WTNT梯恩梯当量（kg）；R死离爆心的致死距离（m）。3.6对建筑物破坏情况预测估算冲击波峰值超压对建筑物有破坏作用，其破坏效应可以根据与处建筑物的情况，查表2进行预测。表2冲击超压及其破坏效应P（kgf/cm2）破坏效应P（kgf/cm2）破坏效应0.002某些大的椭圆形窗玻璃破裂0.080树枝折坏，房屋需修理才能居住0.003产生喷气式飞机的冲击音0.100承重墙破坏，屋基向上错动0.007某些小的椭圆开窗玻璃破裂0.150屋基破坏，30%树木倾倒，动物耳膜破坏0.010窗玻璃全部破裂0.20090%的树木倾倒，钢筋混凝土扭曲0.020有冲击碎片飞出0.300油罐开裂，钢柱倒塌，木柱折断0.030民用住房轻微损坏0.500货车倾覆，民用建筑全部毁坏，人肺部受伤0.050窗户外框损坏0.700砖墙全部破坏0.060屋基受到损坏1.000油罐压坏在上述评价估算的基础上，应进一步列出评价物质的主要的物性的主要的物性数据、危险性分析、评价计算