冷庫液氨泄漏事故處置方法研究

商靠定

(武警學院 消防指揮系，河北 廊坊 065000)

●滅火救援技術

冷庫液氨泄漏事故處置方法研究

商靠定

(武警學院 消防指揮系，河北 廊坊 065000)

近年來，我國冷庫建設的數量和規(guī)模不斷擴大，各類事故頻發(fā)，特別是液氨泄漏事故時有發(fā)生，造成大量人員傷亡和財產損失。冷庫因其制冷設備和制冷工藝的特殊性，使得其液氨泄漏也具有不同于槽罐車泄漏的特點，處置難度極大。通過對冷庫液氨泄漏事故特點的總結，結合液氨泄漏擴散范圍的判定，提出了稀釋防爆、截流堵源、減壓回抽、疏轉外排、覆蓋控制等五種處置方法，以期為部隊實戰(zhàn)提供一定的借鑒。

消防指揮；滅火救援；冷庫；氨泄漏

0 引言

近年來，我國冷庫各類安全事故頻發(fā)，特別是液氨泄漏事故時有發(fā)生(見表1)，給人民的生命財產安全造成嚴重威脅。冷庫的制冷設備眾多，制冷工藝復雜，液氨儲量較大，使得冷庫一旦發(fā)生液氨泄漏事故，具有不同于罐車液氨泄漏的特有特點，處置難度極大[1-2]。目前國內外學者對液氨泄漏事故的研究多集中在罐車泄漏，對冷庫中的液氨泄漏研究較少。因此，加強對冷庫中液氨泄漏事故的研究已成為當前消防部隊的迫切需要。

1 冷庫液氨泄漏事故特點

冷庫中的液氨泄漏事故有其自身的特點：一是屬于受限空間泄漏。冷庫中的氨制冷系統(tǒng)置于冷庫的庫房或氨壓縮機房內，四周均有墻體維護。一旦發(fā)生氨泄漏，泄漏形成的氨氣云團會在整個庫房空間內四處擴散，遇到開口才會繼續(xù)逸散到大氣中。因此在一定時間內冷庫液氨泄漏屬于受限空間泄漏，極易達到爆炸濃度范圍，遇火源發(fā)生爆炸。二是泄漏可能會引發(fā)次生事故。冷庫氨泄漏擴散有多種模式[3]，不同的泄漏(氣相泄漏、液相泄漏、氣液混合泄漏、瞬時泄漏、連續(xù)泄漏)的特點不同，而且由于氨的毒性和可燃爆炸性，泄漏在外界條件的作用下，極易引發(fā)多種次生事故，如圖1所示。三是會產生“壓力連帶效應”。冷庫制冷系統(tǒng)多為帶壓設備，一旦某處發(fā)生氨泄漏，若不及時處置或采取的措施不利，會造成整個系統(tǒng)的壓力失衡。某些部位壓力過高或負壓狀態(tài)就會發(fā)生爆裂，造成多點泄漏。而且由于泄漏或關閥措施造成的壓力變化，有時會產生液擊、液爆、憋壓等現象，造成制冷設備和管道的損壞。例如，若在壓縮機未停車狀態(tài)下，采取關閥堵漏的措施關閉壓縮機的排液閥，則壓縮機會造成憋壓，可能會造成壓縮機爆炸。四是泄漏會形成殘留隱患。冷庫中若發(fā)生氨泄漏事故，泄漏的液氨或氨氣除逸散消亡和水霧溶解消亡外，還會有剩余殘留于屋頂、角落或保溫夾層內，受火源影響，極易再次燃燒爆炸或使人員中毒[4]。

表1 冷庫液氨泄漏事故典型案例

圖1 氨泄漏引發(fā)次生事故框圖

2 冷庫液氨泄漏擴散范圍的確定

在冷庫液氨泄漏事故處置中，確定泄漏擴散的范圍并進行警戒區(qū)的劃分是事故處置的關鍵環(huán)節(jié)，也是人員按等級進行防護的前提。因此，消防部隊在初期到場后，首先就是進行偵察檢測，確定液氨擴散的范圍并進行嚴格的警戒。

在到場初期，指揮員可以利用泄漏模擬法和經驗判斷法初步劃定警戒范圍，并進行力量部署?！段ｋU化學品應急處置速查手冊》[5]中對初期泄漏擴散范圍進行了判定，如表2。

在初期范圍劃定后，還需組成不少于2個偵察組，攜帶偵檢儀器由遠及近、由外至里進行現場偵檢。因為氨的毒害性要遠大于其燃爆性，因此警戒區(qū)域的劃分主要以氨的毒害濃度閾值為標準。偵檢的幾個關鍵濃度及區(qū)域劃分如表3和圖2所示。

表2 初始警戒范圍確定

表3 氨質量濃度相關閾值[6]

圖2 警戒區(qū)域劃定

偵檢人員在進行范圍標定時要講究方式方法，不能盲目隨意走動。首先要組成若干偵檢組，辨別風向，在下風向要增加偵檢組。在偵檢過程中，按照各個警戒區(qū)氨濃度閾值尋找等濃度線，可以采用橫向移動、定點標定或插旗標定等方法，并逐步縱向深入，如圖3所示。

圖3 擴散范圍標定法

3 冷庫液氨泄漏事故處置方法

3.1 稀釋防爆

冷庫一旦發(fā)生氨泄漏，及時稀釋防爆是事故處置的基本方法。(1)稀釋。噴霧稀釋是處置氨泄漏事故最常用的方法：一是因為氨極易溶于水；二是由于冷庫中氨泄漏屬于受限空間泄漏，氨氣不易外散，利于噴霧吸收。操作過程中可以設置水幕水帶、屏障水槍于泄漏點附近，構造水幕隔離帶，防止泄漏氨氣的擴散；利用噴霧水槍對泄漏區(qū)域內的有毒混合氣體進行噴霧稀釋、吸收降毒。(2)防爆。溫度升高，液氨制冷管線內或儲罐內的壓力會集聚升高，極易發(fā)生物理性爆炸，造成氨的泄漏。泄漏出的氨遇明火進一步加劇燃燒。因此，保護好涉氨管道和儲罐，避免發(fā)生次生災害事故是滅火行動的基本準則，應從以下幾方面做好防爆：一是在噴霧稀釋的基礎上，加強氨氣驅散?？梢耘汕补越M人員攜帶無火花工具破拆泄漏空間下風方向的窗口，在上風方向和側風方向出噴霧水槍邊噴霧稀釋，邊移動進行驅散。還可以設置水驅動排煙機進行機械驅散。二是要全力堵截火勢向儲氨(制冷)車間蔓延?；饎萋拥耐緩街饕峭ㄟ^屋頂等連接部位的保溫層蔓延的。因此堵截火勢蔓延可以通過部署舉高消防車利用水炮控制火勢沿屋頂彩鋼板保溫層蔓延；拆除連接部位的保溫層，阻止蔓延；部署攻堅組內攻堵截火勢蔓延。三是加強對受火勢威脅的液氨儲罐、管線的冷卻。液氨屬于加壓液化，儲罐采用的是全壓力式儲存，因此可以對受火焰炙烤的儲罐表面進行冷卻，防止儲罐受熱內部壓力增大而發(fā)生爆炸。對于受火勢威脅的管線，若管線表面有保溫材料，則嚴禁剝除，因為此管線鋼材多為深冷鋼，剝除后對管線冷卻會適得其反。四是要防止液池“冷爆炸”。若液氨儲罐下部大面積破裂泄漏，則會在罐底形成液氨滯留池，簡稱液池。液池中液氨以平衡狀態(tài)向空氣中蒸發(fā)。在處置液池過程中，嚴禁對池中噴射直流水，防止破壞平衡態(tài)，造成液池中液氨閃蒸，甚至急劇沸騰發(fā)生爆炸[7]。應首先對下水管道等地下孔洞進行封堵，在確保液氨不會流入地下后，讓其自由蒸發(fā)形成云團，然后出噴霧槍對云團進行稀釋。

3.2 截流堵源

冷庫火災一旦發(fā)生氨泄漏，及時地截流堵源是控制氨泄漏事故進一步擴大的最根本、最有效的方法。(1)關閥。關閥就是通過關閉相關閥門達到抑制氨泄漏的一種方法。在采取關閥措施時，應在冷庫技術人員的指導下首先關停壓縮機，然后按“先上后下，泄壓避火”的原則進行作業(yè)?！跋壬虾笙隆笔侵笇π孤┎课粌啥松舷掠蔚拈y門應該先關閉上游閥門，下游暫開進行泄壓，但泄壓一定程度后應關閉泄漏口就近處閥門。因為氨制冷系統(tǒng)是一個封閉循環(huán)的系統(tǒng)，若只關閉上游端的閥門，則由于壓力的作用和氨的氣化流動性，下游管線的氨仍會從泄漏口泄漏。避火，是指關閉的閥門應選擇就近的但不受火勢直接威脅的閥門。(2)堵漏。在處置漏氨事故時，首選關閥，但若是儲罐、高壓儲液桶、低壓儲液桶、油氨分離器等含有大量氨液的容器，若其容器壁破損或容器與近端閥門之間的管道破裂，此時無法實施關閥，則應采取堵漏的方法控制泄漏。另一種情況是若閥門無法關閉或兩個閥門之間的管道內存有大量的氨，此時也應當采取堵漏措施。對于儲罐破裂，小尺寸的裂紋或裂縫可以使用外封式堵漏帶或磁壓堵漏工具堵漏；稍大一點的小孔可以用木楔堵漏工具或堵漏槍進行堵漏；對于低壓儲氨容器，有時也可以利用棉被覆蓋泄漏處，然后噴水，利用泄漏氨蒸發(fā)吸熱制冷，使棉被凍結，達到短期堵漏的目的。對于管道破裂，也可以使用一些夾具進行堵漏，如圖4所示。常用的主要有凸形法蘭夾具、直管、彎頭、三通夾具等[7]。一些冷庫單位通常也常備有各種類型、尺寸的管卡夾具，必要時可以使用。

圖4 簡易管卡堵漏示意圖

3.3 減壓回抽

“減壓回抽”主要針對管線內殘余液氨，指發(fā)生火災后利用相關設備降低管線內壓力，將氨液回抽至儲液器內。實施此方法主要用于氨制冷系統(tǒng)中的壓縮機和氨泵。(1)壓縮機回抽法。冷庫液氨泄漏常規(guī)處置方法是到達現場首先要關停壓縮機，防止造成更大的泄漏或引發(fā)爆炸事故。但在實際滅火救援過程中，若壓縮機暫時不受火勢威脅且離泄漏區(qū)域較遠，無引燃爆炸性氨混合氣體的可能時，可暫時不關停壓縮機[8]。在技術人員的指導下，可以利用壓縮機將其上游管道內的氨氣進行回抽壓縮，并排入下游安全的、不受火勢危險的儲液器內，降低管道內氨氣殘余量，使得火災危險性大大降低(見圖5所示)。例如，若冷庫蒸發(fā)器至壓縮機某管道破裂造成氨泄漏，則可以關閉蒸發(fā)器的進液閥，開啟壓縮機抽氣，盡可能的減少管道內的余氨。(2)氨泵回抽法。在氨制冷系統(tǒng)中，氨泵是系統(tǒng)供液用到的主要動力設備。氨泵回抽法與壓縮機回抽法類似，也是通過吸收上游部位的液氨排入下游安全容器內，達到降壓排空的目的。采用減壓回抽方法時，必須要在冷庫單位技術人員的全面指導下進行，要首先查清氨泄漏的部位，以此來決定壓縮機和氨泵的開停，并要對下游的接收容器或管道進行安全評估。不論是壓縮機還是氨泵，在運轉過程中一定要隨時注意泄漏區(qū)管道內殘余氨的量，不能使壓縮機或氨泵空吸，當壓力降低至0 MPa時就應停止，以免造成設備損傷。

圖5 氨壓縮機回抽原理

3.4 疏轉外排

疏轉外排，是指對受火勢威脅較大管道或儲罐內的大量液氨進行疏導和轉移的方法。疏轉，即疏轉導液，指在系統(tǒng)內進行氨液疏導轉移，可以減少液氨或氨氣的外泄。外排，即外排釋放，是指在采取一定安全措施的前提下將液氨或氨氣直接排放入系統(tǒng)外的環(huán)境中進行稀釋擴散的方法，可以降低系統(tǒng)內的壓力，操作簡單。(1)疏轉導液。倒罐是輸轉導液的常用方法。當儲罐泄漏或受火勢威脅時要及時進行倒罐轉存。倒罐的方法有多種，包括靜壓高位倒罐、壓縮氣體加壓倒罐、泵法倒罐和壓縮機倒罐。由于冷庫中儲罐的高度有限，不宜用靜壓高位倒罐；壓縮氣體加壓倒罐即往儲罐內充入高壓惰性氣體，使儲罐內壓力增大，然后通過管道連接導液；泵法倒罐法是利用泵吸取事故儲罐的液氨導入備用儲罐中，但在操作過程中泵易吸入氣相氨氣，產生氣蝕現象。目前國內冷庫中對氨罐的倒罐多采用壓縮機倒罐法，見圖6所示。首先將兩個儲罐的氣、液兩相管道相連接，然后利用壓縮機抽取轉存儲罐中的氣相組分，加壓后導入到事故儲罐中，事故儲罐中的液氨在壓力作用下經液相管路導入到轉存儲罐內(如圖6(a))；當液氨不再流入時，關閉事故儲罐的液相管路，利用壓縮機抽吸事故儲罐內的氣相組分并導入轉存儲罐中[9]。當事故儲罐內壓力降到約為0 MPa時停止(如圖6(b))。(2)外排釋放。排放主要有三種方式，一是在確定下風向無人員聚集、無火源的情況下，利用儲罐的安全閥向空氣中排放，使氨氣在空氣中稀釋逸散；二是將氨液利用管道(耐壓膠皮管、放油管)排入預制的水池中進行中和吸收。兩種方法在操作中必須要進行安全監(jiān)護，向水池中排放后形成的廢液要注意防污染處理[10]。三是利用挖掘機、起重機等大型機械設備將冷庫氨泄漏廠房的屋頂或側墻進行鑿洞破拆，加速氨氣云團對外的排放，并向洞口射水稀釋。

圖6 壓縮機倒罐技術示意圖

3.5 覆蓋控制

覆蓋控制是由美國化學理事會提出的一種處置液氨泄漏事故的進攻戰(zhàn)法。該方法主要是用聚乙烯或聚丙烯材質的油布對泄漏點進行覆蓋處置的一種方法。當液氨或氨氣泄漏后，會形成濃厚的氣體云團，遮蔽內攻關閥或堵漏人員的視線，妨礙處置。油布覆蓋，就是內攻處置人員在做好安全防毒、防凍等防護措施后，攜帶若干塊油布從上風向接近氨氣云團(可以用正壓式排煙機輔助)，逐塊的將油布覆蓋向泄漏處，使泄漏出的厚重氣體在油布上發(fā)生相變由氣態(tài)轉為液態(tài)，減少擴散，增加能見度，利于下一步的關閥堵漏作業(yè)[11]。在整個覆蓋處置過程中，油布下方可能會形成液氨滯留池，池內液氨會以平衡態(tài)穩(wěn)定蒸發(fā)，應出噴霧水槍在偏上部位進行噴霧稀釋。對于液氨泄漏穩(wěn)定燃燒狀態(tài)，除了用干粉滅火外，也可以用覆蓋控制的方法進行撲救，但必須保證噴霧稀釋冷卻不間斷。

4 結論

通過對冷庫液氨泄漏事故特點的闡述，明確了冷庫液氨泄漏事故處置難點以及處置過程中需要注意的事項。液氨泄漏事故處置的關鍵點和難點是對泄漏范圍的判斷和對現場環(huán)境的警戒。在確定警戒范圍并做好安全防護后，采取一定的合理有效的技戰(zhàn)術措施是成功處置泄漏事故的基礎。本文在稀釋防爆、截流堵源等傳統(tǒng)技戰(zhàn)術方法的基礎上結合冷庫的制冷特點提出了減壓回抽、疏轉外排、覆蓋控制等方法，以期為部隊的實戰(zhàn)提供一定的參考。

[1] GB 50072—2010，冷庫設計規(guī)范[S].

[2] “6·3”特別重大火災爆炸事故調查組.吉林省長春市寶源豐禽業(yè)有限公司“6·3”特別重大火災爆炸事故調查報告[R].2013.

[3] 國家安全監(jiān)管總局監(jiān)管四司.涉氨制冷企業(yè)液氨專項治理技術指導書(試行)[M].北京，2013.

[4] 張引標.液氨泄漏事故處置的探討[J].安全、健康和環(huán)境，2010，10(5):32-34.

[5] 張海峰.危險化學品速查手冊[M].北京：中國人事出版社,2002.

[6] 姚衛(wèi)華，趙明，阮繼鋒,等.液氨泄漏事故應急處置關鍵環(huán)節(jié)研究[C]//2010中國消防協(xié)會科學技術年會論文集，2010.

[7] 李建貴，潘立標.基于事故致因理論的冷庫火災撲救危險性分析[J].中國公共安全:學術版，2014,4:62-66.

[8] 吳振坤，黃東來.某乳業(yè)公司冷庫火災事故原因的調查及思考[J].消防科學與技術，2007，26(5)：579-581.

[9] ANDERSON J R. Abandoned Cold Storage Warehouse Multi-firefighter Fatality Fire[J]. US Fire Administration, Emmitsburg, Maryland,1999.

[10] 魏捍東，熊偉.液氨泄漏事故處置戰(zhàn)術要點[J].消防技術與產品信息，2014,(3)：39-41.

[11] Minnesota Department of Agriculture. Ammonia Incident Summaries [EB/OL].(2014-03-20).http://www.mda.state.mn.us/chemicals/.

(責任編輯 陳 華)

A Research on the Disposal Measures of Ammonia Leakage Accident in Freezing Storage

SHANG Kaoding

(DepartmentofFireCommanding，TheArmedPoliceAcademy，Langfang,HebeiProvince065000，China)

In recent years, the number and size of freezing storage constructions are increasing, resulting in various kinds of cold storage accidents，especially the ammonia leakage accidents, which seriously threatens people’s lives and property safety from time to time. The ammonia leakage accidents are difficulty to dispose. On the basis of practical research, measures such as diluting, valve closing, pressure reducing, discharging and covering are suggested.

fire commanding; fire-fighting; cold storage; ammonia leakage

2015-06-25

商靠定(1965— )，男，陜西咸陽人，教授。

X937

A

1008-2077(2015)10-0024-05