Wytyczne realizacji audytu instalacji przemysłowej na przykładzie wytwarzania emulsji azotanu(V) amonu

• Autorzy: Wrzesiński Janusz Adam

Warianty tytułu

EN

Guidelines for auditing of an industrial (chemical) installation on the example of ammonium nitrate(V) emulsion production

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem artykułu jest przedstawienie ogólnych wytycznych realizacji audytu instalacji przemysłowej, zagrożonej procesami egzotermicznymi i determinującymi samonagrzewanie, akumulację ciepła, samoprzyśpieszający się proces rozkładu termicznego i w konsekwencji wybuch cieplny, na przykładzie wytwarzania emulsji azotanu(V) amonu – emulsyjnych materiałów wybuchowych (EMW). Podstawą oceny ryzyka wybuchu cieplnego są badania kalorymetryczne stabilności termicznej metodami dynamicznymi i izotermicznymi. Na podstawie badań kalorymetrycznych wyznacza się parametry kinetyczne i cieplne procesu rozkładu termicznego. Po uzyskaniu parametrów kinetycznych wyznacza się parametry krytyczne stosując postulat Frank-Kamenetski’ego. Uzyskane wielkości kinetyczne i krytyczne, stosowane są podczas realizacji audytu instalacji przemysłowej, rozruchu, modyfikacji, realizacji procesu, zatrzymania oraz sytuacji katastroficznych – dla potrzeb opiniowania sądowego.

EN

The aim of the article is to present general guidelines for the audit of an chemical installations threatened by exothermic reaction and determining self-heating, heat accumulation, self-accelerating thermal decomposition and, as a consequence, thermal explosion. Problems are discussed on the example of explosive emulsion of ammonium nitrate(V). The paper presents the basics of technology of production of ammonium nitrate(V) emulsion. In the next step the risk of a thermal explosion was estimated by the calorimetry research of thermal stability using dynamic and isothermal methods. On the basis of the calorimetry research, the kinetic and thermal parameters of the thermal decomposition process were determined. After determining the kinetic parameters, critical parameters were calculated using the Frank-Kamenetsky postulate. For the forensic opinion, the obtained kinetic and critical values are used, in the audit of the chemical installation during its start-up, modification, chemical process implementation, stopping and after emergency accident.

Słowa kluczowe

PL

azotan(V) amonu; matryca; emulsyjne materiały wybuchowe; samonagrzewanie; wybuch cieplny; kalorymetria; analiza procesu technologicznego; audyt techniczny

EN

ammonium nitrate(V); matrix; emulsion explosives; self-heating; thermal explosion; calorimetry; analysis of technological processes; technical audit

• Wydawca: Szkoła Główna Służby Pożarniczej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe SGSP / Szkoła Główna Służby Pożarniczej
• Rocznik: 2019
• Tom: Nr 71 (tom 3)
• Strony: 47--72
• Opis fizyczny: Bibliogr. 53 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Wrzesiński Janusz Adam

• Komenda Wojewódzka PSP we Wrocławiu

Bibliografia

• [1] Biskupski A., Halawa J., Kołaczkowski A., Szustalewicz A., Schroeder J., Próby opisu matematycznego procesu samonagrzewania się saletry amonowej, „Prace Naukowe Instytutu Technologii Nieorganicznej” 1977, nr 12, Politechnika Wrocławska.
• [2] Biskupski A., Kołaczkowski A., Ocena stabilności termicznej nawozowej saletry amonowej za pomocą DTA i TG, „Raport” 1974, nr 16, Instytut Technologii Nieorganicznej Politechniki Wrocławskiej.
• [3] Bowes P.C., Self-Heating: Evaluating and Controlling the Hazards, Elsevier, Amsterdam 1984.
• [4] Bowes P.C., The thermal explosion of unstable substances, “Loss Prevention and Safety Promotion” 1974, 1, p. 279.
• [5] Bowes, P.C., Self-heating: evaluation and controlling the hazards, Amsterdam 1984.
• [6] Čačić L., Ester Z., Dobrilović M., Determination of the detonation velocity emulsions in the different thermal condition, New trends in research of energetics materials, Proceedings of the V seminar, University of Pardubice, Faculty of Chemical Technology and European office of aerospace research and development, Pardubice, Czech Republic, April 24–25, 2002.
• [7] Chervin S., Bodman G.T., Phenomenon of autocatalysis in decomposition of energetic chemicals, Elsevier, “Thermochimica Acta” 2002, 392–393 (2002).
• [8] Chidester S.K., Tarver C.M., Green L.G., Urtiew P.A., On the Violence of Thermal Explosion in Solid Explosives, Defense Technologies Engineering Division, Lawrence Livermore National Laboratory L-282, Livermore, CA 94550, 1996.
• [9] Frank-Kamenetskii D.A., Diffuziya i Teploperedacha v Khimicheskoi Kinetike (Diffusion and Heat Transfer in Chemical Kinetics) Moscow: Nauka, 1987.
• [10] Frank-Kamenetsky D.A., Acta Physicochim. (USSR), 10, 365, 1939(a).
• [11] Frank-Kamenetsky D.A., Acta Physicochim. (USSR), 16, 357, 1942.
• [12] Frank-Kamenetsky D.A., Acta Physicochim. (USSR), 20, 729, 1945.
• [13] Frank-Kamenetsky D.A., Diffusion and Heat Exchange in Chemical Kinetics, NJ: Princeton Univ. Press, Princeton 1955.
• [14] Frank-Kamenetsky D.A., Zh. Fiz. Khim., 13, 738, 1939(b).
• [15] HarsBook, A technical guide for the assessment of thermal hazards in highly reactive chemical systems, HarsNet, Thematic network on hazard assessment of highly reactive systems, Industrial and Materials Technologies Programme of the European Commission, Coordination: prof. dr R. Nomen, Project BET2-0572.
• [16] Jones D.E.G., Augsten R.A. and Mintz K.J., Thermal analysis of mixtures of ammonium nitrate and DMNB, an explosive detection agent, Proceedings of the Calorimetry Conference, 1994.
• [17] Jones D.E.G., Feng H.T., Thermal Behaviour of Emulsion Explosives, “Thermochimica Acta” 1998, 283.
• [18] Jones D.E.G., Fouchard R.C., Lightfoot P.D., Parameters Affecting the Thermal Behavior of Emulsion Explosives, Proceeding of the 26th Annual Conference on Explosives and Blasting Techniques, Vol II, 215–224.
• [19] Jones D.E.G., Fouchard R.C., Lightfoot P.D., Thermal Hazard Assessment of Emulsion Explosives, 28th North American Thermal Analysis Society Annual Conference, October 4–6, 2000, Orlando FL.
• [20] Jones D.E.G., Fouchard R.C., Turcotte A.M., Qwok Q., Kinetic Studies of the Thermal Decomposition of KDNBF, a Primer for Explosives, Proceedings of the 26th International Pyrotechnics Seminar 195–202.
• [21] Jones D.E.G., Lightfoot P.D., Fouchard R.C., Onset Temperatures for Oxidizer Solutions and Emulsion Explosives Utilizing Accelerating Rate Calorimetry and Dewar Calorimetry, 33rd International ICT – Conference, June 25–28, 2002, Karlsruhe, FRG (Poster).
• [22] Jones D.E.G., Lightfoot P.D., Fouchard R.C., Thermal Hazard Assessment of AN and ANFO Compositions by ARC and Dewar Measurements, 29th North American Thermal Analysis Society Annual Conference, September 24–26, 2001, St-Louis MO.
• [23] Kołaczkowski A., Biskupski A., Lisowski A., Wpływ fluorków wapnia, sodu i amonu na termiczny rozkład oraz polimorficzne przemiany fazowe saletry amonowej, „Chemia Stosowana” 1976, t. 20, z. 3–4.
• [24] Kołaczkowski A., Biskupski A., O termicznych właściwościach azotanu mocznika i jego oddziaływaniu na rozkład saletry amonowej, „Chemia Stosowana” 1975, t. 19, z. 3.
• [25] Kołaczkowski A., Biskupski A., Wpływ wybranych organicznych środków powierzchniowo – czynnych na stabilność termiczną nawozowej saletry amonowej, „Prace Naukowe Instytutu Technologii Nieorganicznej” 1972, nr 5, Politechnika Wrocławska.
• [26] Kołaczkowski A., Cwalina J., Biskupski A., Wrażliwość saletry amonowej na pobudzenie mechaniczne przez uderzenie a jej stabilność termiczna, „Chemia Stosowana” 1972, t. 16, z. 2.
• [27] Kołaczkowski A., Samorzutny rozkład saletry amonowej, Prace Naukowe ITNiNM PWr., seria Monografie, Wydawnictwo Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 1980.
• [28] Kołaczkowski A., Wrzesiński J.A., Thermal properties of ammonium nitrate aqueous solutions in connection with the terra industries disaster (1994), OECD – International Group of Experts on the Explosion Risk of Unstable Substances (IGUS) – explosive, propellants and pyrotechnics (EPP) working group meeting, Federal Institute for materials research and testing (BAM), Berlin, Germany, 13–14 June 2001 (raporty Inst. Technol. Nieorg. PWr., seria pre i26/01/p-006, Wrocław 2001).
• [29] Kołaczkowski A., Wybuch cieplny – ocena zagrożenia, II Konferencja Naukowo-Techniczna, Bezpieczeństwo Techniczne w Przemyśle, 4–5 czerwca 2003 r., Kędzierzyn-Koźle.
• [30] Less F.P., Loss Prevention in the process industries – Hazard identification, assessment and control, vol 2 and 3, second edition, Printed in Great Britain, Butterworth-Heinemann, Oxford 1996.
• [31] Li X., Koseki H., Interpretation of Decomposition Mechanisms of Unstable Substances Near the SADT by an Isothermal Method, Nat. Research Inst. Fire Disaster, Tokyo, JP (0133), Loss Prevention and Safety Promotion in the Process Industries, Loss Prevention 2004, 31 May – 3 June 2004, Praha, Czech Republic, 2004.
• [32] Li X., Zhao B., Li L., Yang D., Lu R., Thermal decomposition of multiple – based nitramine propellants, „Journal of the Japan Explosives Society” 2001, Vol. 62, No. 5, September/October (321).
• [33] Maranda A., Gołąbek B., Kasperski J., Detonation and application characteristics of the latest generation of emulsion explosives, New trends in research of energetic materials, Proceedings of the V seminar, University of Pardubice, Faculty of Chemical Technology and European office of aerospace research and development, Pardubice, Czech Republic, April 24–25, 2002.
• [34] Maranda A., Serafinowicz J., Włodarczyk E., Analiza parametrów detonacyjnych materiałów wybuchowych emulsyjnych (MWE) uczulanych szklanymi mikrosferami zawierającymi powietrze, „Biul. WAT” 1986, nr 9, vol. 35; „Mechanika Teoretyczna i Stosowana” 1988, nr 1, vol. 26.
• [35] Maranda A., Włodarczyk E., Materiały wybuchowe emulsyjne (MWE) – nowoczesny środek strzałowy, „Biul. WAT” 1978 nr 5, vol. 34; „Przegląd Górniczy” 1985 nr 6, vol. 41.
• [36] Maranda A., Włodarczyk E., Materiały wybuchowe emulsyjne. Synteza danych literaturowych, „Biul. WAT” 1991, nr 11, vol. 40.
• [37] Pągowski W., Materiały wybuchowe i substancje o właściwościach wybuchowych – Jako źródło zagrożeń, II Krajowe Seminarium Naukowo-Techniczne, Materiały niebezpieczne, 15–17 października, Kraków 1998.
• [38] Popławska-Jach J., Wrzesiński J.A., Kołaczkowski A., Ammonium nitrate behaviour in accidents in connetion with its properties, OECD – international group of experts on the explosion risk of unstable substances (IGUS), IGUS plenary meeting and joint session of EOS (Energetic and Oxidising Substances) and EPP (Explosive, Propellants and Pyrotechnics) Working Groups, IGUS’ 50th Anniversary, BAM (Budesanstalt für aterialforschung und – prüfung), Berlin, Germany, May 9, 2012.
• [39] Semenov N.N., O Nekotorykh Problemakh Khimicheskoi Kinetiki i Reaktsionnoi Sposobnosti (Some Problems of Chemical Kinetics and Reactivity) (Moscow: Izd. Akad. Nauk SSSR, 1958).
• [40] Semenov N.N., Razvitie Teorii Tsepnykh Reaktsii i Teplovogo Vzryva (Development of Theory of Chain Reactions and Heat Explosion) (Moscow: Mysl, 1969).
• [41] Semenov N.N., Tsepnye Reaktsii (Chain Reactions) Leningrad: Goskhimtekhizdat, 1934.
• [42] Semenov N.N., Tsepnye Reaktsii (Chain Reactions) Moscow: Nauka, 1986.
• [43] Semenov N.N., Chemical Kinetics and Chain Reactions, Oxford Univ. Press, Oxford 1935.
• [44] Semenov N.N., On the theory of combustion processes, Z. Phys. Chem., 48, 571, 1928.
• [45] Semenov N.N., Some Problems of Chemical Kinetics and Reactivity, Pergamon Press, London 1959.
• [46] Semenov N.N., Thermal Theory of Combustion and Explosion, Tech. Memo. 1024, Nat. Advisory Ctte Aeronaut., 1942.
• [47] Semenov N.N., Usp. Fiz. Nauk, USSR (1940), 23, 251.
• [48] Standard Test Method for Arrhenius Kinetic Constants for Thermally Unstable Materials, ASTM Standards – E698–99.
• [49] Wrzesiński J.A., Kołaczkowski A., Maciejewski P., Pich R., Nagrodzka M., Studium zagrożeń bezpieczeństwa powodowanych spontanicznym rozkładem termicznym emulsji azotanu(V) amonu. Część I. Badania kalorymetryczne, „Przemysł Chemiczny” 2011, nr 89/12.
• [50] Wrzesiński J.A., Kołaczkowski A., Maciejewski P., Pich R., Nagrodzka M., Studium zagrożeń bezpieczeństwa powodowanych spontanicznym rozkładem termicznym emulsji azotanu(V) amonu. Część II. Kinetyka procesu rozkładu termicznego, szacowanie ryzyka wybuchu cieplnego, „Przemysł Chemiczny” 2012, nr 91/2.
• [51] Wrzesiński J.A., Popławska-Jach J., Kołaczkowski A., Biskupski A, Wypadki i katastrofy z udziałem azotanu(V) amonu, „Przemysł Chemiczny” 2013, nr 92/12.
• [52] Wrzesiński J.A., Zagrożenia bezpieczeństwa powodowane egzotermicznym rozkładem materiałów zawierających roztwory azotanu amonu / janusz wrzesiński – 230 s.: wykr., maszyn – (raporty Wydz. Chem. PWroc. 2004 ser. Pre; nr 7) – rozprawa doktorska (22.06.2005) Politechnika Wrocławska, Wydział Chemiczny, Wrocław, promotor: prof. dr hab. inż. Andrzej Kołaczkowski, bibliogr. s. 218–228.
• [53] Kołaczkowski A., Wrzesiński J.A.: Praca naukowa nr 52804, oznaczenie: GRANT 3T09B10526, Zagrożenia bezpieczeństwa powodowane egzotermicznym rozkładem materiałów zawierających roztwory azotanu amonu, Politechnika Wrocławska, Wydział Chemiczny, Wrocław 2001–2005.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).