高塔硝基復(fù)合肥生產(chǎn)安全技術(shù)分析

董正遠(yuǎn)，崔尚寶，潘 芹

（史丹利農(nóng)業(yè)集團(tuán)股份有限公司，山東 臨沭 276700）

0 引言

硝基復(fù)合肥是近年來迅速發(fā)展的一種高效、環(huán)保型復(fù)合肥料，與普通肥料相比，其肥效快、吸收率高（不需經(jīng)過二次轉(zhuǎn)化就可直接被作物根部吸收）。由于硝酸銨遇熱易分解，存在安全隱患，目前硝基復(fù)合肥生產(chǎn)通常以硝銨磷為氮源，添加磷酸一銨、氯化鉀/硫酸鉀等原料進(jìn)行二次加工，主要生產(chǎn)方法有半料漿法和高塔熔融造粒法，生產(chǎn)中均有一定的危險性。高塔熔融造粒法生產(chǎn)出的成品硝態(tài)氮含量更高，產(chǎn)品顆粒圓潤，外觀更美觀。

史丹利農(nóng)業(yè)集團(tuán)股份有限公司（以下簡稱史丹利）硝基復(fù)合肥主要以高塔熔融造粒法為主，筆者結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際從生產(chǎn)工藝、設(shè)備、原料及操作控制4個方面進(jìn)行綜合分析，嚴(yán)格安全管控，確保高塔硝基復(fù)合肥的安全生產(chǎn)。

1 高塔硝基復(fù)合肥生產(chǎn)工藝介紹

1.1 高塔硝基復(fù)合肥生產(chǎn)工藝

高塔硝基復(fù)合肥的生產(chǎn)過程，主要是以固體硝銨磷熔融生產(chǎn)高溫料漿，并與磷酸一銨、鉀鹽等混合成混合料漿，通過高塔造粒機(jī)噴入造粒塔內(nèi)，在下落過程中冷卻成表面圓潤的小顆粒。顆粒物料再經(jīng)表面防結(jié)塊處理后，得到顆粒均勻、養(yǎng)分穩(wěn)定的復(fù)合肥料成品。生產(chǎn)過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是熔體料漿的制備、混合、造粒及冷卻等工序。

1.2 生產(chǎn)工藝特點(diǎn)

硝銨磷經(jīng)熔融、混合后形成的混合料漿可以在較硝酸銨熔點(diǎn)低的溫度下具有良好的流動性，適合于高塔熔體造粒。磷酸一銨在一定條件下分解時釋放的氨可以有效抑制硝酸銨的分解，提高了硝酸銨的安全性和穩(wěn)定性［1］。

1.3 生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)

硝銨磷熔融體濃度、固體物料細(xì)度、加熱程度、混合時間、原料配比等因素對熔體料漿的制備過程起著重要作用，判別熔體料漿好壞的主要指標(biāo)是：料漿流動性、混合均勻度等。將固體硝銨磷熔融是后續(xù)工段的前提條件，該過程所要控制的參數(shù)是熔融體濃度、溫度等。合適的熔融體濃度、溫度可提高固體硝銨磷的熔融速率并對成品的粒度等物性參數(shù)產(chǎn)生影響。

1.3.1 投料——提升投料穩(wěn)定性，確保生產(chǎn)連續(xù)

硝銨磷易板結(jié)，容易出現(xiàn)投料困難，制約生產(chǎn)。生產(chǎn)時應(yīng)該縮短硝銨磷采購到使用的周期，投料口使用犁刀破碎，防止出現(xiàn)斷料停機(jī)的情況。曼海姆硫酸鉀顆粒細(xì)，粉塵大，不增加濕度容易出現(xiàn)斗提上料困難導(dǎo)致憋停，加水會影響產(chǎn)品質(zhì)量。建議改良配方，加入其他水劑輔料以增加曼海姆硫酸鉀濕度，在消除上料困難的同時避免斷料停機(jī)。

1.3.2 造粒——精心操作，密切監(jiān)控

密切觀察各槽溫度，及時調(diào)節(jié)蒸汽閥門開度，避免槽內(nèi)硝銨磷料漿超溫，導(dǎo)致安全風(fēng)險上升。密切觀察各槽攪拌電流，保證電流在正常值，避免攪拌電流過大導(dǎo)致跳閘、局部料漿溫度過高，出現(xiàn)安全隱患。

1.3.3 中控——勤聯(lián)系，多觀察，及時匯報

時時監(jiān)控設(shè)備各關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，出現(xiàn)物料堵塞、設(shè)備故障及時聯(lián)系處理，避免停機(jī)。時時觀察各工藝參數(shù)，及時提醒各崗位處理異常，避免出現(xiàn)小問題演變成故障，導(dǎo)致生產(chǎn)不穩(wěn)定。停車時把刮板機(jī)內(nèi)原料轉(zhuǎn)空并及時聯(lián)系各崗位清理檢查溢流口情況。

1.4 生產(chǎn)過程中的外來物料控制

生產(chǎn)過程中泄漏的物料、沖洗水、灑落的固體物料，禁止進(jìn)入系統(tǒng)，避免物料中夾帶有害雜質(zhì)，影響系統(tǒng)安全。一般，這些物料要收集起來另外處理，設(shè)計中不能設(shè)置這些物料的返回口，工廠的操作規(guī)程也必須明確規(guī)定。

動設(shè)備的潤滑油禁止進(jìn)入系統(tǒng)。系統(tǒng)中有一些動設(shè)備，如攪拌器、傳送帶、風(fēng)機(jī)、泵、篩子等，特別是攪拌器，應(yīng)設(shè)置導(dǎo)油管，以確保潤滑油不會落入工藝設(shè)備中。在檢修過程中必須遵守安全要求，避免其他雜質(zhì)或物體進(jìn)入系統(tǒng)。

1.5 混合系統(tǒng)的工藝安全

混合系統(tǒng)的溫度控制：混合槽的物料較為復(fù)雜，必須設(shè)置高溫報警和超高溫聯(lián)鎖系統(tǒng)。溫度高時報警以提醒操作人員及時采取措施，溫度超高時聯(lián)鎖閥門動作，料漿工序緊急停車。系統(tǒng)設(shè)置稀釋降溫用的高位水箱，物料溫度超高時聯(lián)鎖打開閥對物料進(jìn)行稀釋降溫，槽內(nèi)的物料也要快速排空。

硝基復(fù)合肥混合槽的安全原則：（1）料漿在混合槽中停留時間不能過長，正常操作為連續(xù)操作，停車后，混合槽中的料漿不可以保存；（2）混合槽必須設(shè)置溫度和液位的高報警和超高聯(lián)鎖停車、稀釋和清空料漿的安全系統(tǒng)。

2 各種原料對高塔硝基復(fù)合肥生產(chǎn)的影響

2.1 原料水分及細(xì)度對生產(chǎn)的影響

熔體料漿制造對固體原料有一定的質(zhì)量要求，硝基高塔生產(chǎn)工藝要求盡量使用水含量低的固體原料。若原料水含量過高，會因蒸發(fā)水分耗熱較大，使料漿溫度變低，黏稠度增大，流動性變差。為了保證料漿均勻和一定的流動性，防止造粒噴頭堵塞，生產(chǎn)過程中要求固體原料具有一定的細(xì)度。為此，生產(chǎn)裝置中設(shè)計有篩分裝置，以保證生產(chǎn)過程能夠穩(wěn)定、持續(xù)地運(yùn)行。

2.2 硝銨磷安全性影響

常溫下硝銨磷是88.8%的硝酸銨和8.5%的磷酸一銨的混合物，為無色結(jié)晶顆粒，含有銨態(tài)氮和硝態(tài)氮，是穩(wěn)定的鹽類，但隨著溫度升高其穩(wěn)定性逐漸降低，分解物增加。當(dāng)硝銨磷中雜質(zhì)含量增加時，其分解速度將加劇。當(dāng)硝銨磷熔融料漿中含有硝酸時會對硝酸銨進(jìn)行催化熱分解；當(dāng)硝銨磷中含有金屬雜質(zhì)時最危險，會使硝銨磷中的硝酸銨不穩(wěn)定，且易分解為亞硝酸銨。

氯化物對硝酸銨分解有強(qiáng)烈的催化作用，在硝基高塔復(fù)合肥料生產(chǎn)時必須注意。含氯化物的硝銨磷料漿在溫度達(dá)到220～230℃時，其中的硝酸銨開始劇烈分解，放出大量氣體，同時料漿溫度由于反應(yīng)熱而急劇升高，分解在短時間內(nèi)完成。當(dāng)混合料漿中氯化物含量高時，分解很快以耗盡全部硝酸銨而結(jié)束；氯化物含量低時，劇烈的反應(yīng)將隨著氯化物的消失而變?nèi)?，進(jìn)一步分解與純硝酸銨分解相同［2］。

2.2.1 氯化銨在硝基高塔復(fù)合肥生產(chǎn)中的影響

將氯化銨作為氯離子的引入物，測定在175℃條件下氯化銨對硝酸銨分解反應(yīng)的影響。在無水、w（H2O）0.5%、w（H2O）4.0%的3種硝酸銨體系中添加氯化銨，硝酸銨分解反應(yīng)速率都是逐漸加快的，即添加氯化銨后有自催化趨勢。

理論上，氯化物本身并不促進(jìn)硝酸銨的分解，其催化作用的原因是硝酸銨在加熱后首先分解為氨和硝酸，生成的硝酸與氯離子一起起到催化劑的作用［3］。

在340℃條件下，氯化銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到25%時能夠使硝酸銨在1 min內(nèi)完全分解，氯化銨可顯著促進(jìn)硝酸銨的熱分解［3］。

2.2.2 氯化鉀在硝基高塔復(fù)合肥生產(chǎn)中的影響

用氯化鉀生產(chǎn)硝酸銨系復(fù)合肥料的過程中，由于氯化鉀的催化作用，離子反應(yīng)產(chǎn)生熱量，隨著熱量增加而形成“緩慢燃燒”現(xiàn)象，也稱作“雪茄燃燒”，并會引起爆炸［3］。

加入氯化鉀時，應(yīng)嚴(yán)格控制原料的配比，使其不在“緩慢燃燒”區(qū)域內(nèi)；另一方面應(yīng)使儲存溫度低于45℃，使其反應(yīng)熱不足以引起“緩慢燃燒”［3］。容易發(fā)生“緩慢燃燒”的原料配比區(qū)域：m（N）∶m（P2O5）∶m（K2O）為1.0∶1.0∶1.5、1∶0∶1、1.5∶1.0∶2.0、2∶1∶3和3∶0∶2，其鄰近的質(zhì)量配比1.5∶1.0∶1.0、3∶1∶2、1∶1∶1也比較危險，生產(chǎn)時也應(yīng)盡量避開。安全配比區(qū)域主要是m（N）∶m（P2O5）∶m（K2O）為1∶2∶2、1∶2∶1、2∶2∶1、2∶1∶1等，生產(chǎn)時可放心使用。

因此，采用硝銨磷、磷酸一銨、氯化銨、鉀鹽生產(chǎn)復(fù)合肥料時，也有可能形成“緩慢燃燒”而引起爆炸，可參照使用氯化鉀生產(chǎn)硝酸銨系復(fù)合肥的配比和工藝指標(biāo)進(jìn)行生產(chǎn)控制［4］。

3 操作控制及安全生產(chǎn)分級管控措施

史丹利高塔硝基復(fù)合肥主要生產(chǎn)操作控制點(diǎn)如下：

（1）各班要提前對配方中使用的原料進(jìn)行分析，重點(diǎn)在于水溶實(shí)驗(yàn)，主要包括原料水分、水溶性、殘渣；必要時與前期的配比做比較，原料專用，不能隨意更改原料及配比。

（2）開機(jī)前專人系統(tǒng)地清理設(shè)備內(nèi)壁結(jié)塊，特別是硝銨磷一樓刮板機(jī)、塔頂12樓熔融槽，在開機(jī)時不允許人為用硬物敲打刮板機(jī)、下料口、斗提機(jī)等位置。

（3）各班需要在當(dāng)班對產(chǎn)品進(jìn)行不少于3次的水不溶物檢測實(shí)驗(yàn)，若發(fā)現(xiàn)顆粒中有大量鐵銹立即停機(jī)檢查原因；一個班不少于3次顆粒強(qiáng)度試驗(yàn)，顆粒強(qiáng)度低于40 N時不允許接成品，原因不排除不開機(jī)。

（4）造粒崗位定時對強(qiáng)磁部位進(jìn)行清理。

（5）投料崗位定時清理，嚴(yán)禁將落地料、潮濕料投入系統(tǒng)，各崗位落地料不允許進(jìn)入系統(tǒng)回吃，特別是顆粒有污點(diǎn)的嚴(yán)禁回吃，回吃的廢料前期也要考慮水分與水不溶物。

（6）轉(zhuǎn)換產(chǎn)品時，最好用普通原料配比對系統(tǒng)進(jìn)行置換后，再安排生產(chǎn)全水溶系列肥料。

（7）各班在設(shè)備故障后要評估設(shè)備維修時間，評估停機(jī)時間超過1 h，要進(jìn)行放槽處理后再維修，減少操作崗位安全風(fēng)險。

（8）維修時間在1 h內(nèi)，也要時刻關(guān)注高塔11、12樓各槽的溫度變化，需要降溫至160℃以下，關(guān)閉所有進(jìn)氣閥，必要時做降溫處理，處理的方法是投料不加溫，直至將體系溫度降到安全范圍以內(nèi)，高塔11、12樓攪拌頻率降低為10 Hz，避免因轉(zhuǎn)速過快造成溢流口堵塞，導(dǎo)致工藝錯亂。中控崗位時刻關(guān)注高塔11、12樓各混合槽、熔融槽溫度變化，做好提醒環(huán)節(jié)，使用好溫度上限報警裝置。

（9）高塔11、12樓各操作平臺開機(jī)期間安排人員進(jìn)行24 h工藝監(jiān)督，嚴(yán)禁“睡崗”或者做與工作無關(guān)的事；高塔13樓消防水槽需要保持高水位，崗位需要有噴淋設(shè)備或者消防水槍，并保證其隨時處于工作狀態(tài)，按時做好巡檢。

（10）包裝溫度以高于環(huán)境溫度6～8℃為最佳，以降低板結(jié)風(fēng)險；油粉添加要均勻，冬季要執(zhí)行冬季油粉添加標(biāo)準(zhǔn)，提高產(chǎn)品水溶性；定期清理計量秤下料口，交接班做重點(diǎn)關(guān)注；產(chǎn)品封包以現(xiàn)場為準(zhǔn)，成品入庫夏季單層降溫72 h后無板結(jié)可以發(fā)貨，冬季按照正常方案入庫。

（11）熔融槽內(nèi)長期積料與裸露的蒸汽管道長時間碰撞會引起自燃，要及時清理。操作平臺不允許有死角，定期清理平臺散料，保證平臺濕潤。

（12）所有崗位不允許有可燃物件（油類危險性最高），工藝異常冒槽時可能導(dǎo)致料漿點(diǎn)燃可燃物，造成安全隱患。

3.1 熔融槽溫度報警指標(biāo)

硝銨磷熔融槽溫度設(shè)置超過170℃報警；超過180℃時系統(tǒng)自動控制關(guān)閉蒸氣閥門，現(xiàn)場打開加水閥門向槽內(nèi)加水；溫度超過185℃，必須停車并查明原因，若查不出原因，嚴(yán)禁重新開車。高塔中控室設(shè)置聲光報警。

3.2 開停車及事故處理

開停車及事故處理過程中，熔融槽及混合槽的料漿處于保溫狀態(tài)，應(yīng)密切注意上述設(shè)備的溫度變化情況，調(diào)節(jié)蒸汽閥門，防止溫度過高引起料漿分解。停車時間過長，應(yīng)果斷采取放槽措施，將料漿排放至事故池，消除可能的事故隱患。

3.3 加熱用蒸汽

熔融槽及混合槽應(yīng)使用飽和蒸汽加熱，避免使用過熱蒸汽。通常采用分氣缸安裝溫度計、壓力計監(jiān)控加熱蒸汽的狀態(tài)。一般飽和蒸汽的壓力保持在0.7～1.0 MPa，溫度控制在180℃以下。

3.4 原料成分控制

檢驗(yàn)硝銨磷原料純度是否符合工藝要求，有無容易與硝酸銨反應(yīng)的雜質(zhì)存在，需要供應(yīng)商提供原料成分分析。

3.5 設(shè)備、管道材質(zhì)及密封

檢驗(yàn)熔融槽及一、二級混合槽材質(zhì)是否符合硝基肥生產(chǎn)要求，設(shè)備、管道閥門密封處的潤滑油用量要適當(dāng)，防止油脂進(jìn)入系統(tǒng)。

3.6 消防設(shè)施

造粒塔用消防水池預(yù)存水量保持在20 m3以上，消防管道水壓約為0.3 MPa，上塔補(bǔ)水泵流量為10 m3/h，揚(yáng)程為130 m，塔頂應(yīng)急水槽容積約為10 m3并保持高水位，崗位需要有消防噴淋裝置和消防水槍，并隨時處于工作狀態(tài)。檢查消防泵完好情況、水箱液位、消防水槍布置等。

3.7 安全培訓(xùn)及應(yīng)急處置

高塔硝基復(fù)合肥生產(chǎn)過程中一般設(shè)置造粒主操1人、副操1～2人，負(fù)責(zé)塔上應(yīng)急處置工作，人員定期進(jìn)行應(yīng)急處置能力培訓(xùn)和演練，確保熟練操作。高塔造粒層、混合槽層及硝銨磷熔融層的操作平臺開機(jī)期間安排人員進(jìn)行24 h工藝監(jiān)督，定時巡檢并及時做好巡檢記錄。

每次開機(jī)前對值班主任，高塔中控，造粒主操、副操，巡檢工，跟班電工等相關(guān)工種進(jìn)行硝基復(fù)合肥生產(chǎn)專項(xiàng)安全培訓(xùn)，提高安全意識和應(yīng)急處置能力。至少每半年進(jìn)行一次應(yīng)急事故處理演練，演練結(jié)束后及時完善應(yīng)急預(yù)案。

3.8 安全生產(chǎn)分級管控措施

高塔硝基復(fù)合肥各工序安全生產(chǎn)分級管控措施分別見表1、表2、表3、表4、表5、表6。

表1 投料作業(yè)分級管控措施

表3 包裝作業(yè)分級管控措施

表4 中控室及人員分級管控措施

表5 開停機(jī)及運(yùn)輸作業(yè)分級管控

表6 基礎(chǔ)管理分級管控

4 結(jié)論

安全責(zé)任重于泰山，安全生產(chǎn)、穩(wěn)定生產(chǎn)要從原料、工藝、設(shè)備、指標(biāo)控制、操作運(yùn)行等各個方面對關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行嚴(yán)格管控，保證裝置長周期、安全運(yùn)行。