陈明磊 秦亮 杨学斌 胡佩璇

(甘肃银光化学工业集团有限公司 甘肃白银 730900)

0 引言

目前，随着我国炸药生产行业的技术持续发展和管理水平的加强，我国在多数炸药产品研制、产品性能、生产技术、管理水平、产品运输工具等方面均取得了重大进展，但由于国内RDX生产设备和生产技术主要来自前苏联援建，且近几十年来少有改进，再加上生产过程中的设备管线复杂、工艺条件要求高、工房作业场所的安全隐患较多等各类因素，安全生产事故较为频发，故RDX生产企业面临的形势较为严峻[1-2]。

我国RDX生产企业均采用的是直接硝解法制备RDX，此工艺过程主要包括硝化、氧化结晶、煮洗、过滤、干燥和包装等工艺，其中氧化结晶工序是生产RDX的主要工序之一，此工序可以将硝酸(NA)与六次甲基四胺(HA)的硝解过程中生成的除目标产物RDX外的很多副产物去除，并直接影响下一工序的反应[3]。因此对RDX生产线中的氧化结晶工艺进行研究，确保RDX安全生产显得尤为重要。

本研究采用HAZOP法对RDX氧化结晶工序进行危险有害因素辨识，查找RDX氧化结晶工序存在的工艺安全问题，并提出针对性的建议措施。

1 RDX氧化结晶危险性分析

RDX氧化结晶是RDX晶体析出的重要工序，主要包括析晶和副产物分解等，此工序在强酸和高温的条件下进行，反应过程激烈、放热量大。

(1)反应物料的危险性分析。在上一部硝化工序中，除了生成主产物RDX之外，还会生成较多副产物，如三硝基二氨基二甲胺、二羟甲基硝胺、三硝基三氨基三甲胺，羟甲基硝酸酯化合物及一些小分子碎片等，均进入到氧化结晶工序。这些副产物在废酸中极不安定，常温条件下易发生分解，由于分解反应放热和自催化作用，可能会导致反应釜爆炸，造成事故，所以大部分副产物必须在此工序中升高温度予以去除。

(2)氧化结晶的危险性分析。RDX的氧化结晶工序又称高温结晶，是指用水稀释硝化液并结晶析出目标产物RDX的过程，即在上一步硝化工序中反应完全的硝化液溢流到连续罐式反应器结晶机后，经孔板流量计连续加入一定量的水或稀硝酸稀释并控制硝酸质量分数在40%～45%之间，同时升温并控制结晶机温度在64～75 ℃之间，此时反应器同时进行RDX晶体的析出和副产物的氧化反应，反应结束后，RDX晶体析出并悬浮在母液中，副产物甲醛和硝酸铵分解生成的CO2、H2O、N2等气体产物则从废酸中排出，送入硝烟吸收工序[3]。

此工序反应剧烈，放热量很大，达到8.0 MJ/kg RDX，存在较大的安全隐患，且此工序对反应条件的控制要求非常严格，若反应釜内的压力过大或过小、反应的温度过高或过低、搅拌不及时等，都有可能出现釜内热量积聚，温度和压力急剧升高，反应失控，导致样品得率下降、冲料，甚至可能发生反应釜爆炸等事故。

2 RDX氧化结晶HAZOP分析

2.1 HAZOP方法概述

HAZOP(Hazard and Operability Study)，可译为危险过程可操作性分析，最早在20世纪70年代早期由英国帝国化学工业集团(Imperial Chemical Industries)的石油化学部提出，HAZOP主要用于探明工艺过程及生产装置可能存在的危险，并找出解决的方案。通过分析生产过程中工艺参数的变化，操作控制中可能出现的变动和偏差，查找对系统的影响和可能导致的结果，找出导致生产过程、反应装置及系统内部出现偏差的原因，明确存在的危害因素和主要危险，最终针对变动与偏差的结果得出相应的解决措施[4-6]。

HAZOP 在事故原因分析、减少事故的发生和降低灾害带来的损失等方面起到了重要的作用，被公认为是一种可极大提高安全生产的评价方法。近年来，我国对HAZOP分析也逐渐重视，国家安监总局已将HAZOP分析作为危险分析方法进行重点推广，并在2013年6月发布了《危险与可操作性分析 HAZOP 分析应用导则》(AQT 3049—2013)[7]。

HAZOP可以分为准备分析、完成分析和编制分析结果报告等三个步骤。由自控、现场操作、工艺和设备操作人员等各种专业人员同时对偏离设计的工艺条件进行分析和讨论。HAZOP分析与其他安全评价方法的最大不同之处是其他安全评价方法可由一个人分析完成，但HAZOP分析则必须由一个此生产工序中各专业技术人员和管理人员组成的小组来合作完成[8]。

图1为HAZOP分析过程的示意图。

图1 HAZOP分析的基本步骤

通过HAZOP分析能够发现生产过程中可能存在的危险，然后据此对生产过程进行进一步的定量风险评估，量化装置中的风险，所以HAZOP分析又是定量风险评估的方法之一，并被国外广泛应用在装置工艺过程危险性分析[9-10]。

2.2 RDX氧化结晶HAZOP分析过程

RDX氧化结晶工序主要包括结晶机、冷却机、硝烟冷凝器和硝烟喷射器等设备，为了保证氧化结晶装置安全稳定地运行，选择氧化结晶工序中危险性较大的连续罐式反应器结晶机为研究对象，应用HAZOP分析方法进行分析，找出事故潜在的原因，以氧化结晶系统作为分析节点，确定工艺参数偏差见表1，分析步骤见表2。

表1 HAZOP分析偏差矩阵

表2 HAZOP分析步骤

在本次HAZOP分析过程中，以关键词为引导，较为详细地分析了流量、压力、温度、杂质和其他影响因素等引导词，着重对氧化结晶装置安全运行、产品质量和人身伤害等因素进行讨论，得出了这些偏差可能引起的后果，并提出了建议措施。

从以上HAZOP分析的结果上可知：RDX氧化结晶工序存在的主要危险有害因素是结晶机内流量大或小、压力高或低、反应温度高或低、存在杂质和公用工程故障等主要偏差，大部分的偏差均有相应的保护措施，可以降低或消除偏差的影响，但由于氧化结晶在RDX生产线中的重要性，针对一些发生频率较高或危险系数较大的偏差还需要采取更进一步的保障措施。

3 建议措施

RDX的氧化结晶反应为强烈的放热反应，在操作过程中随着反应压力和温度的升高，有较大的爆炸隐患，需要对此工艺过程进行安全控制，确保RDX氧化结晶的工艺安全。针对上述RDX氧化结晶工序的HAZOP分析，提出建议措施如下：

(1)保证RDX生产原材料的质量，防止原材料中出现杂质影响样品质量及后续工序的安全。

(2)生产过程中要重点留意结晶机的各个参数，尤其是温度和压力的变化。

(3)需严格控制反应温度，反应釜应采用有效的搅拌装置及足够的冷却面以保证生产的安全。

(4)加强工作人员现场巡检，做好应急处置预案。

通过以上分析可以看出，RDX生产厂家组建HAZOP分析团队对RDX安全生产具有重大的意义。以RDX氧化结晶工序为例，对此工序的现场操作、工艺技术、仪表、自控等相关的专业人员和管理人员进行系统的HAZOP培训，普及HAZOP理念和方法，抽调组成HAZOP 分析团队，深入生产现场进行调研，不断地积累本工序的知识和经验，辨别现有设备的安全措施是否满足安全生产的需求，现有的应急处置预案等能否足以应对紧急情况等等，提出现场操作、工艺技术、仪表、自控等各类符合实际情况的建议和措施，既可丰富此工序上的各类人员的专业技术水平，同时也能保证此工序的安全生产。

4 结论

由于以往HAZOP分析主要应用于石油化工行业，当运用于火炸药生产行业时，可能会存在没有相关的标准规定及分析经验等，可能会造成可选参数较少和没有合适偏差的情况。但从此次HAZOP分析的结果来看，HAZOP技术可用于RDX氧化结晶工序的危害分析，并系统地辨识RDX氧化结晶工序存在的隐患。

HAZOP分析方法客观、详细地分析了RDX氧化结晶工序可能出现的危险，并提出了有效的安全控制措施，有助于提高装置工艺安全水平，对于指导RDX安全生产、安全设计、安全评价等方面具有重要的参考价值。