氨換熱器泄漏的危害識別及對策

李燕 （中國石化揚子石油化工有限公司物流部， 江蘇 南京 210048）

1 氨的性質

1.1 氨的基本性質

氨無色，具有強烈的刺激性氣味。氨的相對分子質量為17.03，標準沸點ts=-33.35℃,凝固溫度tB=-77.7℃，臨界溫度tc=132.4℃,臨界壓力 pc=11.52MPa,臨界比體積 vc=3.0m3/kg,101.1KPa時飽和蒸汽的絕熱指數(shù)k=1.32，標準沸點時的氣化潛熱1370.8kJ/kg。

氨能與水以任意比例互溶，吸水性很強。與水溶解所形成的氨水溶液，在-50℃以上水不會析出凍結。

氨與脂類的溶解度很小。氨對鋅、銅以及除磷青銅外的銅合金有強烈的腐蝕作用，對含水的有機材料有破壞作用，對石墨、石棉玻璃等非金屬材料沒有腐蝕性。

氨蒸汽的電擊穿強度為31kV/cm，微量雜質（如灰塵、金屬屑粉，微小的碳屑）的存在、含水，在真空條件下，均會使電擊穿強度顯著下降。

氨可以用酚酞試紙或石蕊試紙來檢漏，酚酞試紙遇氨變?yōu)槊倒寮t色；石蕊試紙遇氨由紅色變?yōu)樗{色。

1.2 氨的相對安全性

按照美國供暖制冷空調工程師協(xié)會標準ANSI/ASHRAE34-1997將制冷劑的相對安全性綜合考慮，氨的毒性為B類，即高毒性（共劃分為A、B兩類，A類為低毒性，B類為高毒性。）；氨的燃燒性為2級低燃燒性（燃燒性分為三級，1級為無火焰轉播，2級為低燃燒性，3級為高燃燒性。）。其次在空氣中氨的容積濃度達到11%以上時可以點燃，容積濃度為16%～25%，即質量密度110g/m3～192 g/m3時可爆，最大爆炸壓力442kPa，達到最大壓力的時間0.175s。如果系統(tǒng)中氨所分離的游離氫積累到一定密度，遇空氣會引起強烈爆炸。

1.3 氨對人體的傷害作用

氨對人的傷害作用主要有氨毒害、灼傷和凍傷，這些傷害的作用通常是同時發(fā)生。

1.3.1 毒害

在空氣中濃度為0.01%～0.07%的氨蒸汽會強烈刺激人的眼睛和呼吸器官，出現(xiàn)流淚癥狀。低濃度氨氣吸入呼吸道后，出現(xiàn)咽痛、嗆咳。較高濃度的氨氣吸入呼吸道，呼吸困難、嘔吐和口唇青紫等缺氧癥狀。吸入較高濃度的氨氣數(shù)分鐘的時間，即會出現(xiàn)咽部水腫、嚴重時出現(xiàn)肺水腫。當氨蒸汽在空氣中的密度為0.5%～1.0%時，人在其中停留30分鐘即可能會至死。

1.3.2 灼傷

氨灼傷屬于化學灼傷。氨為堿性物質，與機體蛋白結合后形成可溶性堿性蛋白，并可溶解脂肪組織。

氨液或高濃度的氨蒸汽進入眼睛或借接觸皮膚會引起嚴重灼傷，人處于氨蒸汽容積濃度4%以上的空氣中會引起黏膜灼傷，吸入氨蒸汽會造成肺水腫。

1.3.3 凍傷

氨凍傷屬于物理作用，氨是壓縮可液化的氣體，在常壓下要吸收大量熱量。氨液如果濺在人體上，將吸收人體表面的熱量氣化，有可能使接觸部位的溫度快速降低至-40℃以下，造成凍傷。

2 氨系統(tǒng)碳鋼換熱器泄漏的形式及危害

2.1 系統(tǒng)外漏：

系統(tǒng)外漏指氨向外環(huán)境泄漏。在換熱器常見故障中，外漏部位主要是閥門法蘭、填料等密封處泄漏。

低溫乙烯裝置制冷機氨換熱器常見的氨外漏的主要部位如圖1所示。

2.2 系統(tǒng)內漏

換熱器內漏指兩種介質互串，本系統(tǒng)換熱器內漏即指氨向循環(huán)水管網泄漏或循環(huán)水向氨系統(tǒng)泄漏。

低溫乙烯制冷機組運行的時候，氨、潤滑油系統(tǒng)的壓力遠遠高于循環(huán)水系統(tǒng)的壓力，氨冷器、油冷器一旦泄漏，將出現(xiàn)氨、潤滑油向循環(huán)水系統(tǒng)泄漏。

低溫乙烯制冷機組不運行的時候，氨系統(tǒng)的飽和蒸汽壓也遠高于循環(huán)水系統(tǒng)的壓力，氨冷器一旦泄漏，也是氨向循環(huán)水系統(tǒng)泄漏；但是潤滑油系統(tǒng)的壓力卻遠低循環(huán)水系統(tǒng)的壓力，油冷器一旦泄漏，循環(huán)水將向潤滑油系統(tǒng)泄漏，并經油、氨混合后進入氨系統(tǒng)。

2.3 氨向泄漏的主要危害

根據(jù)本文開始對氨性質的描述，由于氨有毒、可燃可爆，一旦發(fā)生事故，對公眾、操作人員、制冷裝置及周圍設施的安全性造成重大危害，所以，對安全性需要有更多的考慮?？蓪痹诘蜏匾蚁┭b置泄漏的危害概括如下：氨氣與空氣混合能形成爆炸性混合物；有毒氣體，對崗位人員健康易造成傷害，對周圍環(huán)境有嚴重危害；容易造成周圍的設備、電儀元件的腐蝕失靈，影響到裝置的安全穩(wěn)定運行；氨進入循環(huán)水，嚴重影響裝置循環(huán)水水質；循環(huán)水串入氨系統(tǒng)后，氨水的制冷效果差，嚴重影響到制冷機的制冷效率。

3 氨系統(tǒng)碳鋼換熱器泄漏的判斷方法

3.1 換熱器系統(tǒng)外漏的判斷方法

由于氨特有的強刺激性的特點，一旦氨系統(tǒng)出現(xiàn)外漏很容易就能覺察到。同樣由于氨特有的強刺激性的特點，氨系統(tǒng)泄漏點不容易查找確認（大的泄漏點比較容易確認，根據(jù)氨易閃蒸吸熱的特點，泄漏點處易冷凝結霜；而小的泄漏點沒有明顯的泄漏特征，很難判斷泄漏點的準確位置），若崗位配備氨泄漏檢測儀，將有助于提高查漏、消漏能力。

3.2 換熱器系統(tǒng)內漏的判斷方法

3.2.1 通過循環(huán)水水質取樣分析

一旦循環(huán)水有氨味（或檢測出氨），則有可能氨系統(tǒng)換熱器出現(xiàn)了泄漏。

案例1：2005年7月17日，崗位人員巡檢發(fā)現(xiàn)循環(huán)水塔散發(fā)出濃濃的氨味，立即進行了匯報。作業(yè)區(qū)根據(jù)2004年11月Y51A/B出現(xiàn)的換熱器串水情況分析（Y51A換熱器已于2005年4月份更換，Y51B氨冷器11根泄漏管束進行了堵漏處理），初步判斷Y51B氨冷器泄漏，最后檢查發(fā)現(xiàn)Y51B氨冷器又出現(xiàn)了多個泄漏點。

3.2.2 通過換熱器的定期打壓、清洗

根據(jù)《壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》的要求，結合企業(yè)的生產狀況，統(tǒng)籌考慮。換熱器一般2～3年要進行一次檢修。檢修過程中就涉及到清洗、壓力試驗等，這個過程中易發(fā)現(xiàn)換熱器的泄漏。

案例2：2006年9月，在對制冷機Y51C/D換熱器清洗過程中，技術人員通過肥皂水檢查發(fā)現(xiàn)Y51C的氨冷器部分換熱管管板焊接處出現(xiàn)了泄漏點，并進行了堵管補焊處理。圖2是打壓清洗過程中發(fā)現(xiàn)的泄漏點。

3.2.3 檢查對比裝置運行參數(shù)

在我們的換熱器日常維護中，操作人員應認真檢查設備運行參數(shù)，嚴格遵守安全操作規(guī)程，定時對換熱設備進行巡回檢查，檢查基礎支座穩(wěn)固及設備泄漏等。

案例3：2007年11月，低溫乙烯裝置高負荷收料，崗位人員開啟Y51A/B制冷機后發(fā)現(xiàn)D01壓力超高，制冷機的制冷效果很差?，F(xiàn)場進行排查分析。分別排除了乙烯系統(tǒng)和氨系統(tǒng)存在不凝氣的可能性后，通過對比制冷機運行參數(shù)分析判斷可能系統(tǒng)的氨存在問題。經過對氨取樣分析發(fā)

3.2.4 定期對制冷機系統(tǒng)的氨、潤滑油進行取樣分析

一旦發(fā)現(xiàn)氨、潤滑油中水分含量超標，必須對系統(tǒng)的氨冷器、油冷器進行進一步檢查確認。目前制冷機組的潤滑油一個月取樣送公司質量檢驗中心檢測，氨半年取樣檢查一次。

4 氨系統(tǒng)碳鋼換熱器泄漏的處理

4.1 氨泄漏的安全處理

一旦發(fā)生制冷系統(tǒng)漏氨，應盡量縮小事故、減輕事故影響，務必以公眾安全、生產安全為第一位。首先要立即堵塞泄漏點，防止氨大量泄漏、防止燃燒、防止爆炸?？上蛐孤c噴射盡可能多的水，以稀釋氨液、吸收氨蒸汽。

如有人員直接接觸氨液或高濃度氨蒸汽引起人員傷害，進入現(xiàn)場初步救護成功的首要條件，是施救人員自身的安全。因此，施救人員進入氨泄漏現(xiàn)場前，應穿好防護服，戴好空氣呼吸器，攜帶必要的救護用品和工具。進入氨泄漏現(xiàn)場后，要迅速將傷者轉移至泄漏現(xiàn)場影響區(qū)之外，然后進行必要的急救。

4.2 換熱器系統(tǒng)外漏的處理方法

一旦檢查發(fā)現(xiàn)氨系統(tǒng)換熱器出現(xiàn)外漏，若是閥門填料、法蘭墊片等泄漏，在閥門填料充足、法蘭墊片沒有受損的情況下，系統(tǒng)泄壓后直接把緊消漏即可；若是閥門填料不足、法蘭墊片已經受損的情況下，必須將系統(tǒng)隔離切出，工藝處理置換合格后，系統(tǒng)泄壓重新添加閥門填料、法蘭墊片進行消漏；若是放空閥、導淋閥內漏則系統(tǒng)泄壓后加法蘭蓋或管帽、堵頭進行消漏；若是設備本體缺陷如：砂眼、裂縫等，必須將系統(tǒng)隔離切出，工藝處理置換合格后，進行消漏。

4.3 換熱器系統(tǒng)內漏的處理方法

4.3.1 換熱器管板焊口（脹口）質量存在缺陷引起的局部換熱管板泄漏

目前有2種處理方法：

（1）采取對換熱管板上的泄漏點，重脹（補焊）或堵死處理，優(yōu)點是節(jié)省資金，節(jié)約成本。缺點是補焊后不容易消除原先的焊接缺陷，使用時間不長又會出現(xiàn)同樣的泄漏問題。

（2）采取更換新的、耐腐蝕介質的換熱器，缺點是一次性投資大、成本高。優(yōu)點是可以避免補焊后短時間再次出現(xiàn)換熱器板管泄漏的可能性，提高生產操作的穩(wěn)定、可靠性。

但是考慮到補焊處極易再次產生腐蝕泄漏，而一旦再次出現(xiàn)泄漏，氨水的強腐蝕性以及考慮到系統(tǒng)串水后更換氨、潤滑油的成本，建議更換更新耐腐蝕介質的新的換熱器。

4.3.2 換熱器換熱管束質量存在缺陷引起的部分換熱管束泄漏

目前有2種處理方法：

（1）采取對泄漏的換熱管束兩端封堵（可采用脹堵或焊堵）的方法，但在同一管程內，堵管數(shù)一般不超過其總數(shù)的10%。在工藝指標允許的范圍內，可以適當增加堵管數(shù)。其優(yōu)點是節(jié)省資金，節(jié)約成本。缺點是若水對系統(tǒng)危害大、影響到系統(tǒng)穩(wěn)定運行的話，被封堵在泄漏管束中的水不易干燥置換干凈，容易出現(xiàn)泄漏管束中的水危害到制冷介質的制冷效果、潤滑油的潤滑效果、水凝結成冰引起冰堵危害機組運行等一系列的問題。

（2）采取更換新的、耐腐蝕介質的換熱器，缺點是一次性投資大、成本高。優(yōu)點是避免內水對系統(tǒng)再次危害的可能性，綜合考慮水進入系統(tǒng)后處理更換制冷介質、潤滑油的成本，其綜合成本并不高。

因此，針對換熱器換熱管束質量缺陷出現(xiàn)的換熱器泄漏，建議更換更新耐腐蝕介質的新的換熱器。

5 結論

基于氨制冷劑應用的安全性考慮，低溫乙烯裝置制冷機氨系統(tǒng)換熱器一旦發(fā)生氨泄漏，將帶來嚴重的安全威脅，同時也不能保證低溫乙烯裝置的安穩(wěn)運行。我們必須充分認識到其危害性及嚴格做好日常維護工作，盡可能地避免的氨系統(tǒng)換熱器各種形式的泄漏。

[1]丁瑞華等，氨制冷劑應用的安全技術[J].工程建設與設計，2006，（04）.

[2]中國石油化工集團公司，石油化工設備維護檢修規(guī)程——通用設備[M].北京，中國石化出版社，2004.