氨制冷的主要安全問題及防治措施

谷曉峰

摘 要：由于氨具有較強腐蝕性，所以氨制冷系統(tǒng)的安全十分重要，采用積極有效的安全和防護措施，保證制冷氨系統(tǒng)安全和無故障運行，保護人身和財產(chǎn)安全，保護環(huán)境，充分體現(xiàn)以人為本的安全理念。

關(guān)鍵詞：泄漏；中毒；噴淋水；疏散通道

1.氨的危險性分析

1.1 氨的物理性質(zhì)：氨是無色氣體，有特異的刺激臭味。易于液化，在20 ℃、891kPa下即可液化，并放出大量的熱。液氨在溫度變化時，體積變化的系數(shù)很大。相對密度0.82。熔點-77.7℃。沸點-33.35℃。臨界溫度132.44℃。蒸氣相對密度0.6。爆炸上限%（V/V）：27.4，爆炸下限%（V/V）：15.7。易溶于水，形成氫氧化銨。溶于乙醚等有機溶劑。與空氣混合能形成爆炸性混合物，遇明火、受熱后瓶內(nèi)壓力增大，有爆炸危險。

1.2 氨的毒性：氨主要對動物的上呼吸道有刺激和腐蝕作用，高濃度時可危及中樞神經(jīng)系統(tǒng)，還可通三叉神經(jīng)末梢的反射作用而引起心臟停博和呼吸停止。當氨的濃度在0.5～1mg/m3時，人的嗅覺感覺有異味；濃度在50 mg/m3以上鼻咽部有刺激感和眼部灼痛感；500 mg/m3以上短時間內(nèi)即出現(xiàn)強烈刺激癥狀；1500 mg/m3以上可危及生命；3500 mg/m3以上可即時死亡。缺氧時氨的毒作用將加強。國家衛(wèi)生標準為30 mg/m3。

2.事故等級劃分及處置原則

2.1事故等級的劃分

氨制冷企業(yè)與其他企業(yè)發(fā)生事故的區(qū)別在于中毒窒息、氨泄漏引起的火災爆炸事故。

根據(jù)國家《生產(chǎn)安全事故報告和調(diào)查處理條例》的規(guī)定，事故劃分為特別重大事故、重大事故、較大事故和一般事故4個等級。企業(yè)應將氨中毒窒息、氨泄漏引起的火災爆炸事故作為應急預案的最高等級。

2.2處置原則

根本原則：杜絕較大以上事故發(fā)生，防范一般事故。

關(guān)鍵環(huán)節(jié)：首先，氨制冷企業(yè)人員較密集，多數(shù)人員都在車間作業(yè)，因此在液氨泄漏時，及時有效的疏散周圍人群，是安全預防措施的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其次，當泄漏量較少時，如冷間低壓系統(tǒng)的泄漏，可通過停止氨泵，切斷閥門，堵漏、啟動氨氣壓縮機來達到控制氨氣的泄漏；第三，當泄漏量較大時，系統(tǒng)會出現(xiàn)危險，應開啟緊急泄氨器，通過泄氨器將多余的氨釋放到事故池里。第四，當泄漏量更大、速度更快時，如氨壓機房和高壓系統(tǒng)泄漏，其控制的措施有：迅速開啟軸流風機，緊急停車，打開噴淋設施和室外消火栓開花水槍，并立即堵漏。如果堵漏不成功，則開啟泄氨器，用大量水進行稀釋。

3.制冷系統(tǒng)的主要安全問題

3.1 火災爆炸

（1）液氨儲罐及管路若遇高熱，容器內(nèi)壓增大，有開裂和爆炸的危險。

（2）如果制冷系統(tǒng)的儲氨設備及管路發(fā)生泄漏，氨氣與空氣混合能形成爆炸性混合物。爆炸性混合氣體濃度達到爆炸極限時遇明火或高溫，可發(fā)生火災爆炸。

（3）中毒

液氨泄漏后，可能造成一定面積的毒害區(qū)域，會對環(huán)境造成破壞，致人中毒、死亡。根據(jù)不同的事故類型、氨氣泄漏擴散模型，危險區(qū)域會有所不同。

4.危險區(qū)域的定量分析

以儲罐泄漏作為事故模型進行危險區(qū)域分析。

4.1 毒害區(qū)域的計算方法

設液氨儲罐的泄漏量為W（kg），泄漏前罐內(nèi)的液氨溫度為t（℃），液氨比熱為C（kJ/kg·℃），當儲罐破裂時，罐內(nèi)壓力降至大氣壓，處于過熱狀態(tài)的液氨溫度迅速降至標準沸點t0（℃），此時全部液氨所放出的熱量為：

（1）

設這些熱量全部用于加熱罐內(nèi)液氨的蒸發(fā)，如果液氨的汽化熱為q（kJ/kg），則其蒸發(fā)量：

（2）

4.2 毒害區(qū)域的計算

假設可能發(fā)生液氨泄漏的最大量W（kg）=1000kg，環(huán)境溫度t =25℃，計算有毒氣體的擴散半徑：

液氨蒸發(fā)熱： =1000×4.6〔25-（-33）〕=266800（kJ）

蒸發(fā)量：W=Q/q =266800/1.37×103 =194.75（kg）

氨氣在致死的濃度c時的體積V和有毒氣體的擴散半徑R：

V= Vg×100/c=225.59×100/0.5=45118（m3）

R = （V/2.0944）1/3= （45118/2.0944）1/3=27.82m

根據(jù)以上的模擬計算：當有一噸液氨泄露后，氨氣的蒸發(fā)量為194.75（kg），以泄漏點為中心，可在半徑27.8 米范圍內(nèi)，氨氣的濃度可致人死亡傷害。實際情況還要考慮當日的風向。

5.泄漏部位及其原因

（1）設備、管道、閥門等安全配件不按期檢測，配件因腐蝕局部裂縫，安全閥失靈，不能自動起跳泄壓和報警，造成液氨泄漏。

（2）制冷系統(tǒng)壓力控制不嚴，儲罐經(jīng)常處于超壓狀態(tài)，產(chǎn)生局部泄漏。

（3）儲罐超量儲存，環(huán)境溫度較高，未及時采取降溫和遮陽，儲罐內(nèi)壓上升，產(chǎn)生局部泄漏。

（4）在液氨充裝過程中，車輛不慎撞壞液氨管道、閥門、液面計，引起的泄漏。

（5）冷凍系統(tǒng)控制泄放氣壓力過高，致使儲罐壓力升高。

（6）冷凍系統(tǒng)控制氨壓機出口壓力過高，致使儲罐壓力升高。

（7）儲罐的進出口閥門、管道因腐蝕和超壓，發(fā)生破裂。

（8）儲罐使用玻璃管液面計、平板玻璃液面計，因耐壓等級不高，長期使用發(fā)生破裂。

6.結(jié)論

依據(jù)《建筑設計防火規(guī)范》和《冷庫設計規(guī)范》，液氨儲存系統(tǒng)為乙類火災危險，其廠房為二級耐火等級，與周邊居民建筑物的安全距離為25m，現(xiàn)有的氨制冷企業(yè)基本能夠滿足此項要求。但是，根據(jù)以上事故模型分析，氨的主要危險性為氨氣中毒事故，25m的距離遠遠達不到安全要求。依據(jù)《冷庫設計規(guī)范》 要求，下風側(cè)為300m，其他側(cè)為150m，在此范圍外為較安全距離。因此，控制氨的泄漏量，降低氨氣蒸發(fā)，為廠區(qū)人員及周圍人群逃生贏得寶貴時間，杜絕較大事故，才是根本所在。