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硝基苯精馏再沸器爆炸事故分析生迎夏,沙锡东,张礼敬,崔克清(南京工业大学安全工程研究所,江苏南京210009)摘要:介绍了硝基苯精馏再沸器爆炸发生的主要经过,根据硝基苯的有关物性以及爆炸理论,对硝基苯精馏再沸器爆炸事故的过程进行了分析,找出可能产生的原因,并对爆炸的机理进行了探讨,最后提出了相关安全措施。关键词:硝基苯;再沸器;爆炸;事故分析中图分类号:O643.221;TQ56文献标识码:B文章编号:100727812(2002)0320028203AccidentAnalysisforNitrobenzeneRectifyingReboilerExplosionSHENGYing-xia,SHAXi-dong,ZHANGLi-jing(NanjingUniversityofTechnology,Nanjing210009,China)Abstract:Themaingeneralsofnitrobenzenerectifyingreboilerexplosionhasbeenintroduced.Accordingtotherel2ativematerialpropertiesofnitrobenzeneandexplosiontheory,theprocessofaccidenthasbeenanalyzedandthepos2siblereasonshavebeenputforward.Themechanismofexplosionhasbeendiscussed.Atlast,thecorrelativesafetymeasureshavebeenrecommended.Keywords:nitrobenzene;reboiler;explosion;accidentanalysis1996年4月,某厂正在停车检修的硝基苯装置精馏塔再沸器突然发生爆炸,造成15人伤亡(死亡3人,重伤1人,轻伤11人)。具体操作过程和经过如下:1)4:00初馏塔停止进料,塔液位为40%,真空0.07MPa,塔顶真空0.072MPa,釜温164,此时向精馏塔采料。当液位为零时,关闭旁路阀。精馏塔温度为138时,开始蒸焦油,塔釜真空度为0.092MPa,塔顶为0.094MPa。5:00蒸焦油结束,当塔外标尺液位为零时关闭所有蒸汽阀,自然降温,此时塔温120。2)6:00关闭仪表。3)6:30精馏塔降温至109,真空度塔釜为0.092MPa,塔顶为0.094MPa时关闭精馏塔顶真空阀,开始采焦油。同时精馏塔真空度遭到破坏,焦油釜真空0.094MPa。然后开精馏釜和再沸器的排焦油阀及总阀,使焦油流向焦油釜。4)7:40采焦油结束,焦油釜真空阀关闭,开精馏釜真空阀,精馏塔气相温度104,真空保持,交班时关闭精馏真空调节阀。5)8:15拆开初馏预热器上封头之后,再拆初馏再沸器上封头,初馏塔转为常压。6)9:20拆开精馏再沸器上封头,9:30精馏再沸器爆炸。为了提供硝基苯装置安全可靠性,防止事故的再次发生,对此进行分析研究。1物性分析硝基苯1,C6H5NO2,分子量123.1,又名皂用苦杏仁油、米耳班油。性能:硝基苯纯品为无色透明,工业品呈黄色到棕色的油状液体,具有苦杏仁的特殊气味,比重1.2032,凝固点5.7,沸点210.8,闪点90,折光率1.5524,粘度1.98×10-3Pas。微溶于水,易溶于酒精、乙醚及苯等有机溶剂。其蒸气与空气混合会引起爆炸,爆炸极限为1.8%,蒸汽接触人体能损害皮肤,吸入能中毒,中毒浓度为百万分之五。82火炸药学报2002年第3期收稿日期:2001-11-19作者简介:生迎夏(1975-),男,硕士生,研究方向为化工过程安全技术。2爆炸理论爆炸是物质的一种非常急剧的物理、化学变化。在变化过程中,伴有物质所含能量的快速转变,即变为该物质本身、变化产物和周围介质的压缩能或运动能。其重要特征是大量能量在极短时间和有限的体积内突然释放或急剧转化。这种能量在极短时间和有限的体积内大量积聚,造成高温、高压等非寻常状态对邻近介质形成急剧的压力突跃和随后的复杂运动,显示出不寻常的移动或机械破坏效应。爆炸的一个显著的外部特征就是由于介质受震动而发生一定的声响效果。一般将爆炸现象区分为两个阶段;首先是某种形式的能量以一定的方式转变为原物质和产物的压缩能;随后物质有压缩态膨胀,在膨胀过程中做机械功,进而引起附近介质的变形、破坏和移动。由物理变化引起的爆炸称为物理爆炸,由化学变化引起的爆炸称为化学爆炸。物理爆炸中有过压爆炸、过热液体、液化气体的爆炸以及闪电、地震等引起的爆炸。闪电是一种强力的火花放电,在放电区可达到极其巨大的能量密度和极高的温度(数万度),这就导致放电区空气压力迅速上升而发生爆炸。化学爆炸中有可燃气体与助燃气体混合而引起的爆炸、气体分解爆炸、炸药爆炸、化学反应过程引起的爆炸、粉尘爆炸、可燃雾滴与助燃气体混合引起的爆炸、混合危险物质的爆炸等。本装置的爆炸是粗硝基苯、二硝基苯和硝基酚遇氧而引起的化学爆炸。由于爆炸性质不同,其爆炸机理、原因也不同。就其本质原因来讲,爆炸现象的发生是由于物质系统的热量、速度以及气体三种要素的变化而引起的。3事故分析精馏再沸器1988年投入运行,硝化产物经初馏和精馏得到合格的硝基苯,精馏后的残液即焦油放入焦油罐(另外处理)。精馏再沸器,壳径900mm,材质为A3钢,列管式,封头法兰螺栓28根24×160、材质40Cr。装置在正常运行时,初馏塔、初馏再沸器、精馏塔及精馏再沸器维持正常的液位。硝化产物精品中控制硝基酚的含量。由于焦油中含二硝基苯和硝基酚,当生产到一定的周期,就必须将精馏残液即焦油放出,以防止物料中二硝基苯和硝基酚的积累。经分析装置各部分物料组分均符合规定。从事故现场看,表明精馏再沸器底部积存有液体物料及焦化物之迹象,由于物料在空气进入后氧化升温,然后气化、燃烧、分解而瞬间产生高压,在精馏再沸器下封头的空间(波及连接管线及精馏塔)发生化学爆炸,紧接着分解产物和一部分气化未反应物在装置周围空间又发生了第二次空间爆炸,两次爆炸时间间隔很短。事故分析如下:3.1爆炸物可能来源7:40放焦油结束,精馏系统的真空仍然保持,从7:40到9:20精馏再沸器上封头被拆开的100min时间内,系统内由于冷凝自重等沉降作用下来的物料集中于精馏再沸器的底部及接放焦油的管路中;放焦油时采用压差放料,当压力平衡时就视为焦油放尽。由于放料管不是垂直管线,所以水平管部分也会积存一部分物料;由于精馏塔和初馏塔之间的压差,初馏塔残留的物料可以通过泄漏的阀门进入精馏系统。3.2引爆源当初馏预热器,再沸器上封头打开后,空气有可能进入精馏系统内,使易氧化物质(碳化物,焦化物)开始氧化,引起精馏塔从降温转为升温,当精馏再沸器上封头被打开时,大量空气进入(有可能形成空气对流状态)使再沸器内已经温度很高的固体碳化物、焦化物、结晶的硝基酚(盐)等迅速氧化升温自燃,(硝基酚279分解,其钠盐110分解爆炸)导致粗硝基苯迅速气化、燃烧、分解爆炸(硝基苯沸点210,分解爆炸温度300)3.3气相空间二次爆炸粗硝基苯在再沸器下封头(计算容积大约190L)燃烧分解爆炸后(爆炸瞬间压力估算超过15092第3期火炸药学报kgcm2,封头耐压Ps100=12.6MPa,Ps200=12.2MPa,Ps300=11.2MPa),分解的可燃性气体和部分气化的未反应物在再沸器周围空间又发生了第二次空间爆炸,被周围建筑物爆炸后的状态证实。3.4爆炸能量估算装置爆炸后爆炸能以三部分向外释放,其中有冲击波能、碎片能和容器破裂能(残余变形能)U=Us+Uf+Ur。其中Uf是碎片能,Us是冲击波能,Ur是破裂能。由于Ur<<Us、Ur<<Uf,近似为U=Us+Uf(破裂能Ur约在总能量的10%15%)此次爆炸中,炸开的精馏再沸器下封头直射地面,无法再计算碎片能(可以省略),只估算冲击波能量。以冲击波的气浪压力(正压)作为破坏基准,Us=1000(RR)3式中:Us装置爆炸时产生冲击波能量的TNT当量,kg;R破坏物与爆炸中心的距离,m;R1000kgTNT地面爆炸实验数据。已知距爆炸中心80m处玻璃损坏。查表:1000kgTNT地面爆炸造成窗户玻璃破坏的距离R=201m,则U=64kgTNT当量考虑到另外两种能量,此次爆炸大约相当近100kgTNT当量,换算为需167250L的容积(按硝基苯比重1.2kgL计)。精馏再沸器下封头容积190L,加上部分连接管道,两者结果是相符的。4事故原因分析硝基苯装置精馏再沸器爆炸事故是在停车检修过程中,由于精馏再沸器内积存有硝基苯物料,而物料初始温度较高,降温时间短,物料温度没有降至一般规定的80以下,设备处于较高温度状态,装置拆开后,空气进入,易氧化及危险物迅速氧化升温自燃,导致硝基苯气化燃烧分解爆炸,分解产物及部分气化未反应物在装置周围空间发生第二次空间爆炸。5安全措施1)在停车处理过程中,初馏塔和精馏塔温度一定要按要求降温至80以下方可消除真空的要求,而且两塔之间不能形成压差,防止初馏塔底物料进入精馏塔。2)放焦油及该系统检修过程危险性较大,不稳定因素较多,从停车到放焦油以及检查过程中,装置各部分参数应处于监控状态,要制定详细的放焦油操作规程,采取适当措施,防止焦油滞留。3)初馏再沸器和精馏再沸器等设备检修操作,必要时可以采用蒸汽吹扫等措施。防止固体易燃物或易氧化物氧化自燃。(上接第27页)4结论1)以HMXRDX为主炸药的JOH炸药是一种新型压装PBX,其突出特点是:通过改变HMXRDX的比例,形成具有不同爆炸能量的系列化产品,以满足不同战斗部的使用要求;合理选择HMXRDX的比例,可以使装药在保持能量与HMX基本相近的条件下,而显著降低成本费用,实现了产品高性能与低成本的合理统一,为中小口径武器战斗部提供了一种经济实用的新型系列装药,使这类武器装填高能炸药成为现实,由此会推进武器性能的不断改进与提高。2)聚奥黑炸药安全性、安定性、相容性优良,完全满足军用炸药使用要求。3)聚奥黑炸药具有优良的压制成型性,装药密度高、且均匀性好,装药质量优良,破甲威力稳定。参考文献:1孙业斌,许桂珍.从炸药装药装备现状看21世纪发展趋势J.火炸药学报,2001,24(1):69.2徐复铭,王泽山.重视创新,实现火炸药的跨越式发展J.火炸药学报,2001,24(2):1.03火炸药学报2002年