孫兆青，宮薇薇，蔣春曉

(京博農化科技有限公司，山東博興 256500)

當前農藥等精細化工生產多以間歇和半間歇操作為主，工藝復雜多變，自動化控制水平低，現(xiàn)場操作人員多，部分企業(yè)對生產安全風險認識不足，對危險化學品及工藝控制要點不掌握或認識不科學，容易因靜電管理不當、過程反應失控導致火災、爆炸、中毒事故，造成群死群傷。通過引入以氮氣為主的惰性氣體保護，以此改進安全設施設計，完善風險控制措施，能提升企業(yè)本質安全水平，有效防范事故發(fā)生。

1 火災、爆炸危害概述

精細化工一直以來是事故多發(fā)的行業(yè)。事故發(fā)生，輕者造成一定的經濟損失，重者會帶來重大的人員傷亡。在2020年多起化工事故造成了人員傷亡，如2020年7月27日，浙江司太立制藥股份有限公司3車間碘海醇粗品精制崗位過濾洗滌干燥機壓濾過程中發(fā)生正丁醇(溶劑)泄漏引發(fā)爆炸事故，爆炸后發(fā)生火災，造成2死2傷；2020年8月3日17時30分左右，仙桃市西流河鎮(zhèn)藍化有機硅有限公司由于不規(guī)范操作導致甲基三丁酮肟基硅烷車間發(fā)生閃爆事故，致6死4傷；2020年9月25日16時10分許，安徽省合肥市肥東縣清泉路循環(huán)經濟園內安徽久易農業(yè)有限公司苯磺隆車間內一反應釜底部閥門泄漏爆燃，致2死3傷；2020年12月19日零點46分，安達市萬寶山園區(qū)海納貝爾化工有限公司格雷車間一乳化反應釜發(fā)生爆炸，造成3人死亡、2人重傷、2人輕傷。

2 控制火災、爆炸的思路

通過對以上案例事故原因分析，可以得出以下預防或減輕事故后果的措施：⑴ 識別工藝系統(tǒng)中的主要危害；⑵ 利用本質安全的措施消除或減少危害；⑶ 控制危害，防止發(fā)生火災或爆炸(氮氣惰性化保護)；⑷ 減輕火災或爆炸的后果。

3 氮氣惰性化保護場景應用分析

氮氣惰性化的目的是減少工藝系統(tǒng)內的氧氣含量，避免在工藝系統(tǒng)中形成爆炸性的混合物。在工廠，通常以下場景需要采用氮氣惰性化保護：

⑴ 易燃液體原料和產品的金屬儲罐

對于導電性差的溶劑，如甲苯，即使有妥善的靜電接地，也必須為其設置氮封；對于導電性好的溶劑，如甲醇，在有靜電接地的情況下，設置氮封。

⑵ 車間中間貯罐和離心母液罐或槽

如果這些罐或槽的材質不能導靜電(搪瓷等非金屬材質或金屬內襯非金屬)，應采取氮氣保護措施；如果是金屬材質的罐或槽，且在操作過程中會持續(xù)產生靜電(無論溶劑的導電性好壞)，都應采取氮氣保護措施；對于母液罐或槽，如果母液是易燃液體，無論液體的導電性如何，都應設置氮氣保護。

⑶ 反應系統(tǒng)

如果反應系統(tǒng)中涉及導電性差的溶劑，如甲苯，無論反應釜采用何種材質，即使有靜電接地，也應考慮氮氣保護措施(進料前的氮氣置換，反應過程中防止空氣進入反應釜)；如果反應系統(tǒng)中的溶劑導電性好(如甲醇體系)，但是反應釜的材質是搪瓷等非導電材質，應采取氮氣保護措施(進料前的氮氣置換，反應過程中防止空氣進入反應釜)；原則上，避免敞口方式往有易燃溶劑的反應器內加固體物料，如果必須采取此方式，則應設置氮氣保護措施。

⑷ 離心

原則上，常溫下涉及閃點低于60 ℃的溶劑的離心操作，都應該采取氮氣保護措施。不但需要保護離心機，也需要保護離心母液罐。

4 氮氣保護在公司火災爆炸事故預防中的應用實踐

4.1 氮氣保護在易燃液體金屬儲罐火災爆炸事故預防中的應用實踐

儲罐氮氣惰性化分成固定流量氮封和變流量氮封(圖1和圖2)。固定流量氮封裝置投資較少，但氮氣消耗大。宜盡量采用變流量氮封裝置，在有自控系統(tǒng)的工藝單元，盡量采用自動調節(jié)閥(圖2)，控制比較準確；如果沒有自控系統(tǒng)，也可以采用自勵式調節(jié)閥(如果采用自勵式調節(jié)閥，止回閥的位置應該在其上游)。氧濃度分析儀投資額較大，原則上不需設置，如果工藝危害分析要求設置，則應設置。

圖1 固定流量流速控制的典型安裝形式

圖2 變流量流速控制的典型安裝形式

4.2 氮氣保護在反應過程爆炸事故預防中的應用實踐

4.2.1 反應系統(tǒng)的置換

如果反應系統(tǒng)中涉及易燃溶劑，在進料之前，需要先置換反應系統(tǒng)中的氧氣。對于通常反應，置換后殘余氧含量不應超過5% (體積比，下同)；對于加氫反應，殘余氧含量不應超過3%。

可以采用抽真空置換方式(如果有抽真空裝置，推薦此方法)，也可以采用加壓-釋放-再加壓-再釋放的方式(反應系統(tǒng)應能承壓)，還可以采用氮氣流經系統(tǒng)的方式置換，此方法置換效率低，消耗氮氣較多，通常不推薦。

采用抽真空置換時，可以一次性抽真空至-0.08MPaG，然后補充氮氣至常壓，即可滿足惰性化的要求(要求氮氣純度不低于99%)。

如果在上一批次反應轉料時，轉料期間往反應釜內補充氮氣，則在下一批次進料時，可以跳過氮氣置換步驟(此時反應釜內是氮氣)。如果對反應釜執(zhí)行了敞口清洗等操作，則應執(zhí)行氮氣置換步驟。

4.2.2 反應過程中的氮氣保護

如果反應過程是長時間的滴加操作，可以在高位槽和反應器之間設置平衡管(圖3)。反應后的放料操作，也可以采用平衡管(圖4)。

以上操作的技術要求：⑴ 氣相平衡系統(tǒng)物料相互輸送時無氮氣損耗(理論)，可以使用管線將相互轉料的設備連接。管徑根據(jù)液相物料的流量進行計算，本公司無大型轉料泵，DN40管線基本滿足需要。⑵材質根據(jù)液相物料性質進行選擇(考慮適當?shù)姆栏?。⑶ 在反應釜上配備真空管線，便于氮氣置換將整個系統(tǒng)抽真空。⑷ 氣相平衡系統(tǒng)閥門不再設計自力式調節(jié)閥和自動閥。⑸ 在放空總管下游需要設置一個緩沖罐，以確保整個放空系統(tǒng)是惰性環(huán)境。

有禁忌反應的物料不能采用此連接方式接入放空總管，應考慮單獨設置放空管。

圖3 滴加反應模式

圖4 放料反應模式

4.3 氮氣保護在離心機使用過程爆炸事故預防中的應用實踐

根據(jù)我公司對離心機的應用實踐情況，提出在離心機的使用過程中需要注意以下幾點：⑴ 在使用離心機前必須進行安全檢查，檢查盤車是否松動、三角帶是否松動，地腳螺栓、離心機卡子是否松動等。⑵ 離心機濾液槽必須設置內置隔板，并且安裝氮氣線，對濾液槽進行氮氣保護，離心后母液進入濾液槽必須采用液下進料。⑶ 離心過程中發(fā)現(xiàn)氧含量大于5%時，必須立即停止離心作業(yè)，查找原因，進行處理后，再通氮氣進行置換，低于要求后繼續(xù)進行離心操作。⑷ 不得隨意改變離心機預定用途，以免物料密度、腐蝕介質、工況條件等不利變化，影響氮氣保護的效果，進而影響離心機運行安全。若出現(xiàn)離心機預定用途變化，必須按照公司《變更管理制度》進行審批完成后方可進行變化。⑸ 操作過程中必須使用防爆工具、防爆手電筒。⑹ 伸入離心機轉鼓內的進料管線不得用鋼絲軟管、聚丙烯管線等非導電材質的管件，防止摩擦出現(xiàn)靜電。⑺ 放料管線有電阻不高于10 Ω的接地線，法蘭之間必須用靜電跨接線連接。⑻ 離心機使用過程中需進行周期性的維護保養(yǎng)，并落實專人負責。

圖5 離心模式

5 結 語

通過以上闡述，對氮氣保護系統(tǒng)有了初步認識。引起火災有3個基本要素：可燃物、助燃物、著火源，可燃物是生產工藝需要的，不可避免使用，而在著火源中，一個非常重要且不可避免的點就是靜電，由于其廣泛存在，預防難度很大，所以對于火災爆炸的有效預防，主要體現(xiàn)在如何控制助燃物的含量，正是基于此，我們引入氮氣保護系統(tǒng)。氮氣保護系統(tǒng)的優(yōu)點在于能夠通過對容器內的空氣進行置換，使得體系中助燃物(通常情況下為氧氣)濃度降至安全范圍，即使在體系內出現(xiàn)火花也不能引起燃燒。所以我們采取氮氣惰性化等措施來控制火災爆炸危害，保障工廠的安全生產。然而任何事物總是一分為二的，氮氣在保證農藥化工安全生產有著積極的一面；同時，客觀上也存在著不利的一面，如果氮氣使用不當，輕則會致人昏迷窒息，重則導致死亡事故，因此在使用氮氣保護時，也應當重視氮氣的安全生產問題。