小氮肥企業(yè)液氨罐區(qū)的安全設(shè)施設(shè)計

張建旗

(核工業(yè)第五研究設(shè)計院，河南鄭州 450000)

0 前言

液氨作為一種重要的化工原料，應(yīng)用廣泛。隨著工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，液氨的儲存規(guī)模也隨之?dāng)U大。由于液氨屬于有毒、易燃、易爆物質(zhì)，近幾年發(fā)生了數(shù)起液氨泄漏、中毒事故，造成了人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，所以保證液氨罐區(qū)的安全運(yùn)行成為一個必須認(rèn)真重視的課題。

1 液氨概述

1.1 液氨的理化特性

液氨又稱無水氨，是一種無色液體，有特殊的刺激性氣味，可燃，燃點(diǎn)651 ℃;爆炸極限15. 7%～26%(體積分?jǐn)?shù));分子式NH3，相對分子質(zhì)量17，密度為0.617 g/cm3;沸點(diǎn)-33.5 ℃;低于-77.7 ℃可成為具有臭味的無色結(jié)晶。

氨作為一種重要的化工原料，應(yīng)用非常廣泛，為了便于運(yùn)輸及儲存，通常將氣態(tài)的氨氣通過加壓或冷卻得到液態(tài)氨。氨易溶于水，溶于水后形成(NH3·H2O 的堿性溶液，氨在20 ℃水中的溶解度為34%。液氨在工業(yè)上應(yīng)用廣泛，具有腐蝕性，且易揮發(fā)，所以事故發(fā)生率較高。液氨揮發(fā)生成氨氣，氨氣屬于有毒、易燃、易爆氣體，其爆炸上限27%，下限15.5%，作業(yè)場所最高允許濃度30 mg/m3，與空氣混合能形成爆炸性混合物，泄漏物質(zhì)可導(dǎo)致中毒，對眼、黏膜或皮膚有刺激性，有燒傷危險。

液氨在《危險化學(xué)品名錄》(2002 版)分類屬于2.3 類有毒氣體，急性毒性LD50:350 mg/kg(大鼠經(jīng)口)，LC50:1 390 mg/m3，4 h(大鼠吸入)。蒸發(fā)1 kg氨可得1 316 L 氣態(tài)氨，如果1 t 液氨泄漏，則可使28 萬m3的空間受到污染，對人體、水源、土壤和大氣造成嚴(yán)重危害。

1.2 液氨的應(yīng)用

液氨主要用于生產(chǎn)硝酸、尿素和其他化學(xué)肥料，還可用作醫(yī)藥和農(nóng)藥的原料。在國防工業(yè)中，用于制造火箭、導(dǎo)彈的推進(jìn)劑。氨是一種優(yōu)良的溶劑，且蒸發(fā)量很大，在沸點(diǎn)時每克1 369.08 J，可用作有機(jī)化工產(chǎn)品的氨化原料，還可用作冷凍劑。液氨還可用于紡織品的絲光整理。

1.3 小氮肥企業(yè)液氨的儲存情況

目前，全國的小氮肥企業(yè)合成氨生產(chǎn)能力為2.5 萬～14 萬t/a，有的企業(yè)合成氨生產(chǎn)能力達(dá)到20 萬t/a 以上，在以碳酸氫銨為主要產(chǎn)品的合成氨生產(chǎn)過程中，氨平衡穩(wěn)定，液氨的正常儲存量不大，為10～20 t。

但是近年來，由于我國氮肥產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，碳酸氫銨等低效肥料逐年減少，尿素等高效肥料逐年增加，以氨為原料的精細(xì)化工發(fā)展迅速;同時由于煤價的大幅上漲，為解決小氮肥企業(yè)的生存和發(fā)展，許多小氮肥企業(yè)改變局部生產(chǎn)工藝，增加和改造了脫碳工段，并加大液氨的儲存量，企業(yè)的液氨儲存能力及實(shí)際儲存量都在繼續(xù)擴(kuò)大。

隨著液氨儲存能力的不斷增大，儲存過程中出現(xiàn)的問題也越來越多。

2 液氨罐區(qū)安全設(shè)施

罐區(qū)是液氨的集中儲存區(qū)，保證它的安全運(yùn)行是保證企業(yè)安全的重中之重。根據(jù)GB18218 -2009《危險化學(xué)品重大危險源辨識》，氨的臨界量為10 t，而小氮肥企業(yè)的液氨儲罐一般為50～200 m3，均超過臨界量，由此可以看出小氮肥企業(yè)的液氨罐區(qū)幾乎均可構(gòu)成重大危險源，而根據(jù)《危險化學(xué)品重大危險源辨識》2000 版要求，氨的臨界量為生產(chǎn)場所40 t，儲存場所100 t，可以看出國家安全總局將氨的危險類別再次提高。另外根據(jù)《危險化學(xué)品重大危險源罐區(qū)現(xiàn)場安全監(jiān)控裝備設(shè)置規(guī)范》，構(gòu)成重大危險源的儲罐內(nèi)介質(zhì)的液位、溫度、壓力以及罐區(qū)內(nèi)可燃/有毒氣體濃度以及音視頻信號和其他危險因素等進(jìn)行監(jiān)測預(yù)警。

液氨罐區(qū)應(yīng)具備以下安全設(shè)施:

2.1 設(shè)防火堤

根據(jù)《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》，液氨儲罐區(qū)宜設(shè)不高于0.6 m 的防火堤，堤內(nèi)有效容積應(yīng)為最大儲罐容積的60%，同時圍堤內(nèi)要有下水系統(tǒng)，應(yīng)設(shè)雨水和生產(chǎn)污水兩條通道，平時均處于關(guān)閉狀態(tài)，個別情況下根據(jù)需要選擇性打開。一般小氮肥企業(yè)的液氨儲罐均采用臥式儲罐，根據(jù)《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》，不大于200 m3臥式液氨儲罐之間的間距不超過1.5 m，儲罐至防火堤內(nèi)堤腳線的距離不小于3 m。

關(guān)于在液氨儲罐設(shè)置防火堤的這一設(shè)施上，現(xiàn)在也有專家提出設(shè)置防火堤意義不大，因?yàn)橐喊卑l(fā)生泄漏，會迅速氣化，一般情況下液氨儲罐的壓力為1.5 MPa，氣化1 kg 氨可產(chǎn)生1 316 L 氣態(tài)氨，一個100 m3的液氨儲罐泄漏后可產(chǎn)生約64 000 m3的氣氨，并且氣氨的密度比空氣輕，防火堤不能阻止氣氨的擴(kuò)散。

但是設(shè)置防火堤的作用也不容忽視:①是為了防止無關(guān)人員隨意出入儲罐區(qū);②防火堤較低，少量泄漏的液氨氣體便于擴(kuò)散;③如果泄漏量較多，堤內(nèi)必有部分氨積聚，可由堤內(nèi)設(shè)置的可燃?xì)怏w濃度報警器報警，有利于及時發(fā)現(xiàn)，及時處理;④防火堤還可以起到收容噴淋水的作用，所以設(shè)置防火堤還是很有必要的，但不宜過高。

2.2 設(shè)液位計、壓力表、安全閥和溫度計

液位、壓力和溫度遠(yuǎn)傳至DCS 主控室。這樣就可以隨時掌握罐內(nèi)的溫度、壓力和液位，以便進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，個別壓力異常情況安全閥啟跳，有效防止儲罐超壓。一般情況下，液氨儲罐的設(shè)計壓力為2.16 MPa，因此安全閥壓力取2.16 ÷1.1 =1.96 MPa 為宜。安全閥出口應(yīng)設(shè)導(dǎo)氣管，對放空氣進(jìn)行回收或處理。關(guān)于液位計，液氨儲罐使用的液位計，可以采用磁性翻板式的，但必須經(jīng)常校驗(yàn)。新建儲罐區(qū)宜優(yōu)先采用雷達(dá)等非接觸式液位計及磁致伸縮、光纖液位計，嚴(yán)禁使用已經(jīng)淘汰的玻璃板式的液位計。

2.3 儲罐容積控制

根據(jù)《小氮肥安全技術(shù)規(guī)程》中相關(guān)規(guī)定，液氨儲罐安全充裝量不得超過儲罐容積的85%，正常生產(chǎn)時液氨儲罐應(yīng)控制在較低的液位，一般控制在安全充裝量的30%之內(nèi)，這樣做是為了避免在儲存過程中因環(huán)境溫度上升膨脹、升壓而導(dǎo)致儲罐發(fā)生超壓危險。

2.4 室外安全設(shè)備

室外液氨罐區(qū)應(yīng)設(shè)事故遠(yuǎn)程水噴淋控制系統(tǒng)，并要求水源充足，以及排水等設(shè)施。這樣在儲罐發(fā)生大量泄漏的情況下，可以用消防水對泄漏的液氨進(jìn)行吸收以減少對環(huán)境的污染。排水應(yīng)設(shè)兩條通道，雨水系統(tǒng)和生產(chǎn)污水系統(tǒng)。下雨時打開雨水系統(tǒng)的閥門，使之流入雨水系統(tǒng)，事故狀態(tài)下打開通往生產(chǎn)污水系統(tǒng)的閥門，經(jīng)環(huán)保處理合格后外排，正常情況下兩者均處于關(guān)閉狀態(tài)。

2.5 距離控制

根據(jù)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》，液氨儲罐區(qū)與周邊建筑物要保持一定的間距，并且儲罐防火堤外側(cè)基腳線至建筑物的距離不應(yīng)小于10 m。根據(jù)《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》，各個儲罐之間也要保持一定的間距要求，不大于200 m3臥式液氨儲罐之間的間距不超過1.5 m。

2.6 設(shè)置高低位液位報警連鎖裝置及有毒氣體報警儀

由于氨的理化特性，本身具有可燃性和有毒性，根據(jù)《危險化學(xué)品重大危險源罐區(qū)現(xiàn)場安全監(jiān)控裝備設(shè)置規(guī)范》的要求，可燃的有毒氣體釋放源存在的場所，應(yīng)設(shè)有毒氣體報警儀。另外由于小氮肥企業(yè)發(fā)生液氨泄漏的主要危險還是中毒事故最多，而且氨的爆炸下限較高(15.7%)，根據(jù)《石油化工可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測報警設(shè)計規(guī)范》中的規(guī)定，應(yīng)設(shè)置有毒氣體檢測報警儀，所以液氨罐區(qū)、液氨輸送泵及裝車鶴管附近應(yīng)設(shè)置有毒氣體報警儀，不用設(shè)置可燃?xì)怏w報警儀，同時相應(yīng)信號應(yīng)接至DCS 主控室，實(shí)現(xiàn)24 h 人工不間斷監(jiān)控，有效地填補(bǔ)巡檢空閑時間，保證罐區(qū)安全運(yùn)行。

2.7 設(shè)置導(dǎo)除靜電的接電設(shè)施

參照《小氮肥安全技術(shù)規(guī)程》中相關(guān)規(guī)定，輸送液氨時，由于液氨與管道的摩擦?xí)a(chǎn)生大量靜電荷，若不通過接地裝置把電荷導(dǎo)走，就會使電荷聚集在儲罐上形成很高的電位，當(dāng)此電位達(dá)到某一間隙放電電位時，可能發(fā)生電火花引起火災(zāi)、爆炸事故。

2.8 罐區(qū)高處應(yīng)設(shè)置風(fēng)向標(biāo)

當(dāng)出現(xiàn)氨大量泄漏事故時，人員可以向上風(fēng)向疏散。

2.9 定期檢測設(shè)備的減薄情況

液氨儲罐及相應(yīng)的管線屬于特種設(shè)備，根據(jù)《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》規(guī)定，特種設(shè)備使用單位應(yīng)當(dāng)按照安全技術(shù)規(guī)范的定期檢驗(yàn)。

2.10 其他防護(hù)及安全措施

液氨排放應(yīng)通過密閉管道排至火炬線，液氨管線需要動火施工時，一定要將液氨排放干凈，并用氮?dú)獯祾吆?，再用水沖洗，待沖洗水呈中性時，視為沖洗干凈。若有需要再用氮?dú)鈱⒐芫€內(nèi)存水吹掃干凈，便可施工。

根據(jù)《小氮肥安全技術(shù)規(guī)程》中相關(guān)規(guī)定，為防止夏季陽光暴曬造成儲罐超壓，儲罐區(qū)加遮陽棚，以減少陽光的輻射熱，降低傳導(dǎo)熱，使儲罐平安度過炎熱的夏季。

罐區(qū)應(yīng)設(shè)置視頻監(jiān)控報警系統(tǒng)。根據(jù)《危險化學(xué)品重大危險源罐區(qū)現(xiàn)場安全監(jiān)控裝備設(shè)置規(guī)范》的要求，罐區(qū)應(yīng)設(shè)置音視頻監(jiān)控報警系統(tǒng)，監(jiān)視突發(fā)的危險因素或初期的火災(zāi)報警等情況。攝像頭的設(shè)置個數(shù)和位置，應(yīng)根據(jù)罐區(qū)現(xiàn)場的實(shí)際情況而定，既要覆蓋全面，也要重點(diǎn)考慮危險性較大的區(qū)域。

根據(jù)《合成氨生產(chǎn)企業(yè)安全標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)施指南》中相關(guān)規(guī)定，應(yīng)使用鶴管進(jìn)行液氨充裝，罐車靜電接地裝置完好，并且裝車鶴管與液氨儲罐之間的防火間距要符合《建筑設(shè)計防火規(guī)范》中的相關(guān)要求。

根據(jù)《合成氨生產(chǎn)企業(yè)安全標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)施指南》中相關(guān)規(guī)定，應(yīng)使用鶴管進(jìn)行液氨充裝，超過100 m3的液氨儲罐設(shè)置雙安全閥，液氨儲罐進(jìn)出口管線設(shè)置雙切斷閥，其中一只出口切斷閥為緊急切斷閥。

3 結(jié)論

液氨作為愈來愈受各方重視的一種危險化學(xué)品，由于歷史原因，許多原在郊區(qū)的企業(yè)，隨著城市的發(fā)展，已經(jīng)與城鎮(zhèn)連成一片，液氨罐區(qū)一旦發(fā)生氨泄漏等其它危害，會造成城市混亂。因此在液氨罐區(qū)的安全設(shè)施設(shè)計過程中，要針對各種可能發(fā)生的有害因素，進(jìn)行相對應(yīng)的安全設(shè)施設(shè)計，將各種可能發(fā)生的危害降低到最低程度。