硝化工艺安全控制设计指导方案.docx

硝化工艺安全控制设计指导方案目录1概述11.1 硝化工艺11.2 硝化反应类型11.3 硝化工艺关键设备和重点监控单元21.3.1 硝化工艺关键设备21.3.2 硝化工艺重点监控单元21.4 硝化工艺涉及的主要危险介质21.4.1 原料21.4.2 产品和中间产品31.5 XX省主要硝化工艺产品目录32危险性分析42.1 固有危险性42.1.1 火灾危险性42.1.2 爆炸危险性42.1.3 中毒危险性52.1.4 腐蚀危险性52.2 工艺过程的危险性52.2.1 反应过程的危险性52.2.2 反应安全风险评估62.2.3 危险和可操作性分析73重点监控的工艺参数及控制要求83.1 温度83.2 反应投料速度和投料比83.3 压力83.4 物料混合83.5 采用连续硝化过程代替间歇过程83.6 冷却水93.7 其他94推荐硝化工艺安全控制系统设计指导方案104.1 各工艺参数的控制方式104.2 工艺系统控制方式104.2.1 基本监控要求104.2.2 基本控制要求104.3 根据反应安全风险评估结果，制定相应的控制措施124.4 仪表系统选用原则134.4.1 基本过程控制系统（BPCS）选用原则134.4.2 安全仪表系统选用原则134.4.3 气体检测报警系统（GDS）选用原则144.5 其他安全设施145通用设计要求155.1 收集产品工艺资料155.2 确定改造范围155.3 仪表设备选型165.4 提交方案165.5 与建设方技术交底，提交改造图纸，签署设计变更166典型工艺安全控制系统改造设计方案176.1 工艺简述176.2 装置硝化工艺危险性分析176.2.1 固有危险性176.2.2 工艺过程的危险性176.3 装置硝化工艺安全控制方案综述177硝化工艺安全控制系统设计指导方案附表、附图197.1 XX省主要硝化工艺产品目录（附表1）197.2 硝化工艺重点监控参数的控制方式（附表2）197.3 企业需提交的设计资料清单（附表3）197.4 某企业硝化工艺控制、报警、联锁一览表（附表4）197.5 某企业硝化工艺管道与仪表流程图（附图1）19附表1XX省主要硝化工艺产品目录20附表2硝化工艺重点监控参数的控制方式21附表3企业需提交的设计资料清单22附表4某企业硝化工艺控制、报警、联锁一览表23附图1某企业硝化工艺管道与仪表流程图241概述1.1 硝化工艺硝化反应有三类：一类是硝基（-NO2）取代有机化合物分子中氢原子的化学反应，生成物为硝基化合物，也称C-硝基化合物，如梯恩梯、硝基蔡等；二类是硝基（-NO2）取代有机化合物分子中的基团（-OH>-CL-SO3）的化学反应，生成物为硝酸酯，也称O-硝基化合物，如硝化甘油、硝化棉、苦味酸等；三类是硝基（-NO2）通过N相连生成化合物硝镂的化学反应，生成物也称N硝基化合物，如乌洛托品（六次甲基四胺）经硝化生成的黑索金（环三次甲基三硝镂）等。1.2 硝化反应类型硝化方法可分成直接硝化法、间接硝化法和亚硝化法，分别用于生产硝基化合物、硝镂、硝酸酯和亚硝基化合物等。（1）直接硝化法丙三醇与混酸反应制备硝酸甘油；氯苯硝化制备邻硝基氯苯、对硝基氯苯；苯硝化制备硝基苯；葱醍硝化制备I-硝基慈醍；甲苯硝化生产三硝基甲苯（俗称梯恩梯，TNT）；丙烷等烷烧与硝酸通过气相反应制备硝基烷燃；双氟胺硝化制备硝酸月瓜、硝基胭等。（2）间接硝化法苯酚采用磺酰基的取代硝化制备苦味酸等。（3）亚硝化法2-蔡酚与亚硝酸盐反应制备I-亚硝基-2-蔡酚；二苯胺与亚硝酸钠和硫酸水溶液反应制备对亚硝基二苯胺；浓硝酸、亚硝酸钠和甲醇制备亚硝酸甲酯等。1.3 硝化工艺关键设备和重点监控单元1.3.1 硝化工艺关键设备硝化工艺的关键设备是硝化反应器和精微塔。1.3.2 硝化工艺重点监控单元硝化工艺过程由混酸制备、硝化反应、分离等单元组成，重点监控单元为硝化反应单元和分离单元。硝化反应单元和分离单元重点监控反应釜的温度、反应釜搅拌速率、硝化剂流量、冷却水流量、PH值、硝化产物中杂质含量、精微分离系统温度、塔釜杂质含量等。1.4 硝化工艺涉及的主要危险介质1.4.1 原料1.4.1.1 硝化剂常用的硝化剂有混酸（硝酸和硫酸的混合物、硝酸和有机酸的混合物等）、硝酸钱、不同浓度的硝酸等，都具有较强的氧化性和腐蚀性。1.4.1.2 其他原料被硝化的物质多易燃，如氯苯、苯、甲苯及丙烷等，其蒸气与空气混合可形成爆炸性气体混合物，遇热源和明火有燃烧爆炸的危险，与氧化剂接触极易发生爆炸。少数被硝化的物质具有毒性、腐蚀性，如苯酚、蔡酚、二苯胺和意醍。如使用或储存管理不当，易引起中毒或灼伤。1.4.2 产品和中间产品硝化产品主要有硝酸甘油、对硝基氯苯、硝基苯、TNT,硝基烷崎、苦味酸、I-亚硝基-2-蔡酚、对亚硝基二苯胺、硝酸服、硝基胭、亚硝酸甲酯等,多易燃易爆，特别是多硝基化合物，受高热、摩擦、撞击或接触着火源，极易发生爆炸或燃烧；硝基苯胺、硝基氯苯等属于高毒物品，易引起中毒；硝基烷燃易燃，其蒸气与空气可形成爆炸性混合物，强烈震动、受热或遇无机碱类、氧化剂、烧类、胺类及三硝化铝、六甲基苯等均能引起燃烧爆炸，燃烧分解时，放出有毒的氮氧化物气体。1.5 XX省主要硝化工艺产品目录XX省主要的硝化工艺有丙三醇与混酸反应制备硝酸甘油，氯苯硝化制备邻硝基氯苯、对硝基氯苯，苯硝化制备硝基苯，葱醍硝化制备I-硝基葱醍,甲苯硝化生产三硝基甲苯（俗称梯恩梯，TNT）,丙烷等烷烧与硝酸通过气相反应制备硝基烷烽，苯酚采用磺酰基的取代硝化制备苦味酸，2-蔡酚与亚硝酸盐反应制备I-亚硝基-2蔡酚,二苯胺与亚硝酸钠和硫酸水溶液反应制备对亚硝基二苯胺、双氯胺和硝酸镂反应制备硝酸胭、浓硝酸、亚硝酸钠和甲醇制备亚硝酸甲酯等。XX省主要硝化工艺产品目录详见附表K2危险性分析硝化反应速度快，放热量大。大多数硝化反应是在非均相中进行的，反应组分的不均匀分布容易引起局部过热导致危险。尤其在硝化反应开始阶段，停止搅拌或由于搅拌叶片脱落等造成搅拌失效是非常危险的，一旦搅拌再次开动，瞬间释放大量的热量，引起爆炸事故，反应物料具有燃爆危险性,硝化剂具有强腐蚀性、强氧化性，与油脂、有机化合物（尤其是不饱和有机化合物）接触能引起燃烧或爆炸。2.1 固有危险性固有危险性是指硝化反应中的原料、产品、中间产品等本身具有的危险有害特性。2.1.1 火灾危险性硝化剂具有氧化性，常用硝化剂混酸（硝酸和硫酸的混合物、硝酸和有机酸的混合物等）、硝酸镂、不同浓度的硝酸等与油脂、有机物，特别是不饱和的有机化合物接触即发生氧化反应、燃烧甚至爆炸。被硝化的物质具有易燃易爆危险性，如苯、甲苯等，如使用或储存管理不当，易造成火灾、爆炸。2.1.2 爆炸危险性反应物料如苯、甲苯等具有易燃易爆危险性。硝化剂具有强氧化性，与油脂、有机化合物（尤其是不饱和有机化合物）接触能引起燃烧、爆炸。硝化产物、副产物具有易燃易爆危险性。硝化产品具有爆炸危险性，特别是多硝基化合物和硝酸酯，受热、摩擦、撞击或遇火源，极易发生火灾爆炸。脂肪族硝基化合物闪点较低，属易燃液体；芳香族硝基化合物中苯及其同系物的硝基化合物属可燃液体或固体；二硝基和多硝基化合物性质极不稳定，受热、摩擦或强烈撞击时可能发生分解爆炸。2.1.3 中毒危险性被硝化的物质如苯、甲苯、苯酚等具有毒性。硝化产品具有很强的毒性,如硝基苯属高毒物品，吸入蒸气或经皮肤吸收会引起中毒。2.1.4 腐蚀危险性硝化剂如混酸（硝酸和硫酸的混合物、硝酸和有机酸的混合物等）、硝酸钱、不同浓度的硝酸等都具有腐蚀性。硝酸易挥发，对皮肤、粘膜有强腐蚀作用，强烈刺激呼吸道，皮肤接触可产生化学灼伤。2.2 工艺过程的危险性反应过程的危险性221.1 硝化生产中反应热量大，温度不易控制硝化反应一般在较低温度下便会发生，易于放热，反应不易控制。硝化过程中，引入一个硝基，可释放出152.4-153.2kJ/mol的热量。在生产操作过程中，若投料速度过快、搅拌中途停止、冷却水不足都会造成反应温度过高，导致爆炸事故。此外，混酸中的硫酸被反应生成水稀释时，还将产生相当于反应热7.5%10%的稀释热。混酸制备时，混酸锅会产生大量混合热，使温度可达90或更高，甚至造成硝酸分解生成大量的二氧化氮和水；如果存在部分硝基物，还可能引起硝基物爆炸。1.1.1.2 反应组分分布与接触不均匀，可能产生局部过热大多数硝化反应是在非均相中进行的，反应组分的分散不易均匀，而引起局部过热导致危险出现。尤其在间歇硝化的反应开始阶段，停止搅拌或由于搅拌叶片脱落，搅拌失效是非常危险的，因为这时两相很快分层，大量活泼的硝化剂在酸相中积累，引起局部过热；一旦搅拌再次开动，就会突然引发激烈的反应，瞬间可释放过多的热量，引起爆炸事故。1.1.1.3 硝化易产生副反应和过反应许多硝化反应具有深度氧化占优势的链锁反应和平行反应的特点，同时还伴有磺化、水解等副反应，直接影响到生产的安全。硝化反应出现时放出大量的褐色氧化氮气体，伴随着混合物的温度迅速升高而引起硝化混合物从设备中喷出，发生爆炸事故。芳香族的硝化反应常发生生成硝基酚的氧化副反应，硝基酚及其盐类性质不稳定，极易燃烧、爆炸。在蒸锵硝基化合物（如硝基甲苯）时，所得到的热残渣能发生爆炸，这是由于热残渣与空气中氧相互作用的结果。1.1.1.4 水和硝化物混合产生热量如果混酸中进入水会促使硝酸大量蒸发，不仅强烈腐蚀设备，而且还会造成爆炸。水通过设备蛇管和壳体的不严密处渗入到硝化物料时，会引起液态物料温度和气压急剧上升，反应进行很快，可分解产生气体而发生爆炸。在精微塔或蒸播釜内由于蒸锵温度超过其闪点，硝基化合物受热极易发生分解爆炸。2.2.2 反应安全风险评估按要求开展反应安全风险评估的企业，应按照精细化工反应安全风险评估导则（试行）进行反应安全风险评估，综合反应安全风险评估结果，考虑不同的工艺危险程度，建立相应的控制措施。2.2.3 危险和可操作性分析针对具体的硝化工艺，应在基础设计阶段开展危险和可操作性分析（HAZOP）,及预先危险分析（PHA）或事故树分析（ETA）等定性、定量风险评价方法，对整个工艺过程的危险性进行分析。3重点监控的工艺参数及控制要求3.1 温度硝化反应剧烈，放热量大，工艺过程中存在反应温度较高，深度氧化、副反应过度产生。对于多级硝化器串联硝化工艺，根据硝化反应机理和生产数据表明：80%以上的副反应在第一个反应器内产生，若第一硝化器温度超过一定温度，产生二硝和硝基酚，硝基酚极易造成爆炸。因此要严格控制硝化温度。3.2 反应投料速度和投料比硝化工艺反应剧烈、放热量大，若投料速度过快或反应投料比不当，会造成反应温度过高，导致爆炸事故。因此需严格控制反应投料速度和投料比。3.3压力硝化反应过程中，随着反应温度的升高，压力也不断升高，如控制不当,引发设备超压，爆炸事故。因此需监控反应压力。3.4 物料混合大多数硝化反应是在非均相中进行的，停止搅拌，两相分层，大量活泼的硝化剂在酸相中积累，引起局部过热；一旦搅拌再次开动，引发剧烈反应,引起火灾爆炸。硝化反应混合停止，两相分层，如不及时进行撇液操作，再次进行混合发生剧烈反应，引发爆炸。因此需严格监控物料混合。3.5 采用连续硝化过程