Предотвращение аварий в производстве нитрата аммония

1.3.4.1 Взрывчатые свойства нитрата аммония

Нитрат аммония - это взрывчатое вещество с температурой плавления 169,6 ºС. Аммиачная селитра (АС) обладает низкой чувствительностью к детонационному и инициирующему импульсу. К механическому воздействию АС не чувствительна. Чтобы вызвать детонацию АС, нужен заряд 10 - 100 кг ВВ, обеспечивающий давление на фронте детонации 10 ГПа. При инициировании детонации нитрата аммония осколком, скорость последнего должна превышать 1,5 км/с. Однако, при сочетании ряда факторов возможен взрыв. Например, при нагреве нитрата аммония в герметичном сосуде.

Нитрат аммония разлагается при температуре более 170 ºС с образованием N₂O и воды, также выделяются NO и N₂O₃ (реакция 1.1).

При температуре выше 210 ºС нитрат аммония разлагается с автокаталитическим ускорением (реакция 1.2).

NH₄NO₃ N₂O + N₂O₃ + NO₂ + H₂O + Q₁ (1.1)

NH4NO HNO₃ + N₂ + H₂O+ Q₂ (1.2)

Q₂>>Q₁

Термическое разложение нитрата аммония в присутствии 5% азотной кислоты в сто раз быстрее, чем чистый нитрат аммония, серная кислота и соляная кислота также ускоряют распад. При содержании 1% азотной кислоты аммиачная селитра взрывается при 180 ºС.

Во влажных условиях избежать образования азотной кислоты HNO₃невозможно, так как в воде происходит гидролиз нитрата аммония:

. (1.3)

Учитывая ее высокую гигроскопичность нужно всегда предусматривать возможность протекания реакции (1.3), повышенной кислотности селитры NH₄NO₃. Кроме того, следует учитывать её высокую реакционную способность с металлами, образующими ее соли:

(1.4)

С органическими кислотами NH₄NO₃взаимодействует с замещением протона карбоксильной группы. Аналогично протекает реакция с фенолами, крезолами и т.д. С пикриновой кислотой АС реагирует с образованием аммониевой соли (пикрата аммония), чувствительность которой к механическим воздействиям выше, чем у исходной пикриновой кислоты:

. (1.5)

Присутствие любой кислоты (HCl, H₂SO₄, HNO₃) до 1% приводит к снижению температуры детонации селитры с 270°С до 185°С. Эта особенность учитывается в производстве NH₄NO₃. Важным для безопасности производства является обеспечение диаметра трубопровода для транспортировки расплава селитры меньше критического диаметра. Все оборудования (трубопроводы для плава селитры) должны заземляться. С выводом не на общий контур, а индивидуально стальными стержнями в землю. Эта мера для предотвращения возгорания селитры в трубопроводе под действием статического электричества, который накапливается из-за трения жидкого нитрата аммония NH₄NO₃о стенки трубопровода.

Как и другие ВВ нитрат аммония инициируется тем легче, чем меньше его насыпная плотность, так как больше поверхность горения. Для жидкого и твердого нитрата аммония различные критические диаметры, ниже которого детонация невозможна. Чем выше температура, тем меньше критический диаметр, поэтому расплавленная селитра более опасна, чем кристаллическая. Критический диаметр аммиачной селитры в сто раз больше чем у тротила. При скоплении больших количеств селитры возникает опасность саморазложения при высокой температуре из-за экзотермичности реакции разложения.

1.3.4.2 Опасные точки производства нитрата аммония

Нитрат аммония NH₄NO₃ получают в аппарате нейтрализаторе. Он представляет собой цилиндрический аппарат колонного типа с колпачковыми тарелками без поверхности теплосъема, работающим под атмосферным давлением (рисунок 1).

Наибольшую опасность работы нейтрализатора представляет возможность накопления на колпачковых тарелках нитрит-нитратных солей. Другой опасностью является возможность разложение самого нитрата аммония при температуре больше 180 ºС. Опасность взрыва возрастает при этом с ростом температуры. Необходимым условием проведения безопасности процесса является следующее.

а) Орошение тарелок конденсатом сокового пара для предотвращения образования нитрит – нитратных солей на тарелках, контроль подачи осуществляется автоматически с использованием теплообменных аппаратов.

б) Автоматизация процесса с включением в схему автоматизации блокировки: отсечка подачи исходных компонентов, которая производится:

- в случае снижения или увеличения давления на подаче одного из компонентов;

- при достижении температуры от плюс 180ºС до плюс 185ºС;

- при прекращении работы оросителя.

в) При температуре от плюс 180ºС до плюс 185ºС время пребывания NH₄NO₃ не должно быть больше одной минуты.

Последующие стадии получения NH₄NO₃ также потенциально взрывоопасны. Сушат NH₄NO₃ при температуре плюс 190 ºС в расплаве. Перекачивают расплав с помощью погружных или центробежных насосов. Взрывы при выпаривании и перекачивании происходили не раз. Процесс сушки и грануляции проводят в специальных кабинах в среде минерального масла и управляют процессом дистанционно.

I – зона возможного накопления нитрит-нитратных солей;

1 – сетчатый отбойник; 2 – колпачковые тарелки; 3 – промыватель;

4 – завихритель; 5 – диффузор; 6 – барботер для HNO₃;

7 – барботер для аммиака; 8 – реакционный стакан

Рисунок 1 – Аппарат-нейтрализатор

Трубопроводы для перекачивания сплава АС должны быть оснащены антидетонационными вставками предотвращающими распространение взрыва. При этом учитывают критический диаметр трубопровода. Используют обязательно заземление для предотвращения накапливания статического электричества. Также используют ингибирующие добавки, повышающие термостабильность и снижающие чувствительность к импульсам. В качестве таких добавок рекомендуют использовать сульфаты, мочевину и природные материалы: бентонит и каолин.

Дата добавления: 2014-01-07