火電廠脫硝系統(tǒng)（SCR 法）中毒風(fēng)險(xiǎn)分析

蘆祖光，張 晗

（中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)東北電力設(shè)計(jì)院有限公司，長(zhǎng)春 130021）

隨著GB 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的頒布實(shí)施，火電廠控制NOx排放迫在眉睫。目前，國(guó)內(nèi)普遍使用選擇性催化還原法（SCR）進(jìn)行鍋爐煙氣脫硝。該技術(shù)所用的還原劑為氨氣，以液氨作反應(yīng)物，制備的氨氣用空氣稀釋成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的混合氣體，然后將其噴入脫硝反應(yīng)器前煙道。氨氣具有毒害、可燃爆的特性，在液氨的生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用過(guò)程中，必須認(rèn)真開展脫硝系統(tǒng)氨氣泄漏事故的中毒安全風(fēng)險(xiǎn)分析、控制，規(guī)范和加強(qiáng)脫硝系統(tǒng)的安全管理，有效防范因氨氣泄漏發(fā)生人員中毒和環(huán)境影響的事故。

1 脫硝系統(tǒng)概況

以某火電廠為例，采用SCR 進(jìn)行煙氣脫硝。SCR 煙氣脫硝系統(tǒng)采用高灰段布置方式，即SCR反應(yīng)器布置在鍋爐省煤器出口和空氣預(yù)熱器之間的高含塵區(qū)域，該系統(tǒng)NH3逃逸率在5×10－6mg/m3以下，脫硝效率大于75%。液氨卸載、存儲(chǔ)和制備供應(yīng)系統(tǒng)主要設(shè)備包括氨卸料壓縮機(jī)、液氨儲(chǔ)罐、液氨蒸發(fā)槽、氨氣緩沖罐、氨氣稀釋槽、稀釋風(fēng)機(jī)、廢水泵等，主要作用是滿足鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量（BMCR）工況設(shè)計(jì)條件下連續(xù)運(yùn)行7天氨氣的制備和供給。液氨經(jīng)氨蒸發(fā)器加熱后變?yōu)榘睔膺M(jìn)入氨氣緩沖槽，輸送至氨氣/空氣混合器與空氣混合，然后通過(guò)安裝在SCR 入口煙道的注氨格柵注入SCR 反應(yīng)系統(tǒng)，其流程見圖1。

電廠鍋爐燃燒設(shè)計(jì)煤質(zhì)時(shí)，液氨耗量4.136t/d，廠內(nèi)液氨儲(chǔ)罐間設(shè)2×30m3儲(chǔ)氨罐，貯氨總量為30.5t，可滿足電廠7天煙氣脫硝。

2 氨的危險(xiǎn)性

GB 12268—2012《危險(xiǎn)貨物品名表》中規(guī)定液氨為危險(xiǎn)品，危險(xiǎn)物編號(hào)為23003，GB 536—1988《液體無(wú)水氨》中的6.1條指出液氨是強(qiáng)腐蝕性有毒物質(zhì)。液氨揮發(fā)生成氨氣，氨氣屬于有毒、易燃、易爆氣體，其爆炸范圍15.7%～27.4%，與空氣混合可形成爆炸性混合物，遇明火、高熱能引起爆炸。液氨對(duì)皮膚和眼睛有強(qiáng)烈腐蝕作用；液氨蒸汽對(duì)粘膜和眼睛有強(qiáng)烈刺激，對(duì)呼吸道有窒息作用。

3 液氨脫硝系統(tǒng)中毒危險(xiǎn)因素分析

液氨儲(chǔ)罐為液化氣體儲(chǔ)罐，屬中壓三類壓力容器，可能發(fā)生物理爆炸。液氨儲(chǔ)罐爆炸或脫硝系統(tǒng)液氨泄漏后可能發(fā)生氨氣化學(xué)燃爆，由于氨氣是有毒氣體，液氨儲(chǔ)罐及氨氣系統(tǒng)爆破、泄漏等還會(huì)造成人員中毒事故。脫硝系統(tǒng)發(fā)生泄漏、中毒等事故的誘導(dǎo)因素分析如下。

3.1 設(shè)備因素

a.液氨儲(chǔ)罐未按《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)和驗(yàn)收或存在缺陷。

圖1 SCR脫硝系統(tǒng)流程

b.液氨儲(chǔ)罐的焊接探傷未按照J(rèn)B/T 4709—2007《鋼制壓力容器焊接規(guī)程》，JB/T 4730—2005《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)和驗(yàn)收，焊縫未進(jìn)行100%磁粉探傷檢驗(yàn)或存在缺陷。

c.液氨儲(chǔ)罐出廠、安裝前充氮保護(hù)措施不嚴(yán)格，液氨儲(chǔ)罐發(fā)生氧化腐蝕；接觸氨介質(zhì)的設(shè)備材料中含有銅、鋅、鋁元素。

d.氨氣系統(tǒng)安全附件的設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)、安裝檢驗(yàn)和驗(yàn)收不合格，使用非氨專用安全門或存在缺陷；氨介質(zhì)接觸的壓力表未選用氨用壓力表。

3.2 管理因素

a.液氨儲(chǔ)存及供應(yīng)系統(tǒng)氨氣泄漏，氨罐上的排氣閥門未關(guān)閉或關(guān)閉不嚴(yán)。

b.檢修作業(yè)違反安全工作規(guī)程，如人員防護(hù)措施不健全、發(fā)生安全隔離措施不全和誤動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)備。

c.運(yùn)行操作未嚴(yán)格執(zhí)行操作票管理或誤操作。

d.人員進(jìn)入液氨儲(chǔ)罐時(shí)，內(nèi)部氨氣濃度超過(guò)安全范圍。

e.防護(hù)設(shè)施如水噴淋、報(bào)警等缺失或不能正常使用，無(wú)泄漏處理裝置。

f.應(yīng)急處置、救援能力差或處理響應(yīng)不當(dāng)，造成嚴(yán)重事故或事故擴(kuò)大。

4 液氨儲(chǔ)罐中毒事故風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)分析

近年來(lái)氨氣泄漏導(dǎo)致急性中毒事故時(shí)有發(fā)生，泄漏的液氨迅速蒸發(fā)為氨氣，高濃度氨氣漂浮在空氣中，人員短時(shí)間吸入高濃度氨氣會(huì)引起急性中毒。通過(guò)定量計(jì)算，估算事故的危害半徑、人員傷亡情況及危害程度，從而評(píng)價(jià)氨氣作業(yè)系統(tǒng)的總體安全性，為企業(yè)制定事故預(yù)案提供科學(xué)依據(jù)。

某電廠液氨儲(chǔ)罐為2×30m3，單儲(chǔ)罐充裝系數(shù)0.52t/m3，設(shè)1個(gè)儲(chǔ)罐完全泄漏，即泄漏量為M＝15.6t；假設(shè)氨罐破裂前罐內(nèi)壓力1.8 MPa，容器內(nèi)介質(zhì)溫度t＝35 ℃，在靜風(fēng)條件下，對(duì)氨蒸發(fā)成氨汽擴(kuò)散造成的危害進(jìn)行模擬計(jì)算。

液氨沸點(diǎn)t0＝－33.35 ℃，比熱容c＝4.6kJ/（kg·℃），汽化熱q＝1.37×103kJ/kg，分子質(zhì)量Mr（NH3）＝17.03，氣體摩爾體積為22.4，常數(shù)k為2.094 4。

a.計(jì)算1個(gè)氨罐破裂，液氨全部泄漏所放出的熱量：

Q＝M·c·（t－t0）＝4 904 796kJ

b.設(shè)這些熱量全部用于容器內(nèi)液體蒸發(fā)，其蒸發(fā)量：

Mz＝Q/q＝3 580.14kg

c.在沸點(diǎn)下蒸發(fā)成氨汽的體積：

Vg＝22.4×Mz/Mr（NH3）＝4 709m3

d.危害預(yù)測(cè)估算及結(jié)果。氨在空氣中質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到0.5%時(shí)，人在此環(huán)境呼吸5～10min即致死，則Vg體積的氨可產(chǎn)生令人致死的有毒空氣體積為V＝Vg/0.5%＝941 800 m3，由此計(jì)算有毒氣體擴(kuò)散半徑R＝（V/k）1/3＝76.60m。

根據(jù)GBZ 2.1—2007《工作場(chǎng)所有害因素職業(yè)接觸限值 第1部分：化學(xué)有害因素》的規(guī)定，工作場(chǎng)所空氣中氨的質(zhì)量濃度為30mg/m3，其在空氣中體積分?jǐn)?shù)為0.003 95%，則有毒空氣體積為V＝Vg/0.003 95%＝119 215 189.9m3，有毒氣體擴(kuò)散半徑R＝（V/2.094 4）1/3＝384.67m。

故：R≤76.60m，為死亡區(qū)；

76.60m＜R≤384.67m，為中毒區(qū)；

R＞384.67m，為安全區(qū)。

評(píng)價(jià)結(jié)論：以液氨罐存放點(diǎn)為中心，一個(gè)液氨罐破裂發(fā)生泄漏，在靜風(fēng)條件下，周圍半徑76.60 m范圍內(nèi)為死亡區(qū)；半徑在76.60～384.67m 范圍內(nèi)為中毒區(qū)；半徑大于384.67 m 區(qū)域?yàn)榘踩珔^(qū)。實(shí)際天氣狀況下，氣象參數(shù)（即大氣穩(wěn)定度和風(fēng)速）可能遠(yuǎn)大于上述毒氣體擴(kuò)散測(cè)算條件的選用值，下風(fēng)向毒害氣體濃度可能會(huì)相差幾個(gè)數(shù)量級(jí)。遇大風(fēng)等天氣情況時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，擴(kuò)大危險(xiǎn)防控的區(qū)域范圍。

5 脫硝系統(tǒng)安全對(duì)策

5.1 常規(guī)安全對(duì)策

5.1.1 防止設(shè)備系統(tǒng)破裂的對(duì)策

a.液氨儲(chǔ)罐嚴(yán)格按《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)、驗(yàn)收和運(yùn)行。按照三類壓力容器臥式儲(chǔ)罐的有關(guān)規(guī)定和程序設(shè)計(jì)和制造。

b.液氨儲(chǔ)罐的焊接探傷按照J(rèn)B/T 4709—2007、JB/T 4730—2005設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)和驗(yàn)收，滿足壓力容器的技術(shù)要求，全部焊縫進(jìn)行100%磁粉探傷；安裝使用后定期檢驗(yàn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷，并妥善處理。液氨蒸發(fā)槽的焊接按照J(rèn)B/T 4709—2007焊接規(guī)程設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)和驗(yàn)收。

c.設(shè)備本體接口及管系均為法蘭連接，所有法蘭采用GB/T 9124—2010《鋼制管法蘭技術(shù)條件》設(shè)計(jì)和制造。

d.接觸氨的設(shè)備材料中不得有銅、鋅、鋁元素；就地壓力表應(yīng)有一次閥，選用不銹鋼儀表閥和防氨腐蝕的閥門附件，就地壓力表應(yīng)選用氨用壓力表，采用不銹鋼外殼。

e.嚴(yán)防運(yùn)行系統(tǒng)超壓或檢修壓力試驗(yàn)中超越規(guī)程限值。

f.氨氣稀釋槽保持注水良好，水位滿足要求；定期檢測(cè)液氨濃度和含水率，使含水率始終保持在0.12%～1.00%。

g.嚴(yán)格執(zhí)行工作票管理，杜絕安全隔離措施不全和運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)備誤動(dòng)。

h.檢修作業(yè)人員、運(yùn)行操作人員經(jīng)專業(yè)技術(shù)技能培訓(xùn)合格后上崗。

5.1.2 防止中毒等事故的對(duì)策

a.液氨儲(chǔ)罐、輸送管道及SCR 工藝裝置相關(guān)建（構(gòu)）筑物設(shè)計(jì)應(yīng)符合GB 50016—2006《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定。

b.氨儲(chǔ)罐區(qū)應(yīng)采用敞開式，防止形成氨氣空氣混合氣體云團(tuán)。液氨儲(chǔ)存及供應(yīng)系統(tǒng)周邊裝設(shè)氨氣泄漏檢測(cè)儀，并確保氨氣漏泄自動(dòng)報(bào)警、水噴淋系統(tǒng)可靠。

c.進(jìn)入儲(chǔ)氨區(qū)、氨氣系統(tǒng)區(qū)域作業(yè)時(shí)，須穿防靜電工作服裝，值班點(diǎn)配置便攜式氨氣漏泄檢漏儀，儲(chǔ)氨區(qū)應(yīng)設(shè)置風(fēng)向標(biāo)。

d.建立氨管理制度，加強(qiáng)相關(guān)人員的業(yè)務(wù)知識(shí)培訓(xùn)；進(jìn)行危險(xiǎn)化學(xué)品專項(xiàng)安全教育培訓(xùn)。氨職業(yè)危害區(qū)域設(shè)立明顯的安全警示、警告標(biāo)志和職業(yè)危害告知卡。

e.生產(chǎn)崗位配備處置輕微漏泄事故的過(guò)濾式防毒面具，配設(shè)處置嚴(yán)重漏泄事故的自背式空氣呼吸器和氨防護(hù)作業(yè)服、防護(hù)手套、應(yīng)急藥箱等應(yīng)急裝備。

f.運(yùn)行期間確保液氨存儲(chǔ)和蒸發(fā)區(qū)域的淋浴和洗眼器的生活水供應(yīng)正常。液氨儲(chǔ)罐安全門動(dòng)作后要及時(shí)啟動(dòng)廢氨處理系統(tǒng)，確保氨氣在稀釋罐被水及時(shí)稀釋。

g.與危險(xiǎn)化學(xué)品供貨單位簽訂協(xié)議，明確雙方責(zé)任，確保接卸過(guò)程安全。

5.2 應(yīng)急處置對(duì)策

液氨是一種對(duì)人身和環(huán)境有極大危害的物質(zhì)?；谝喊眱?chǔ)罐的特殊危險(xiǎn)性，為了保護(hù)廠內(nèi)外人員的人身安全和最大限度地降低對(duì)環(huán)境的影響，制定《氨區(qū)、卸氨平臺(tái)氨氣漏泄事故應(yīng)急預(yù)案》，并且規(guī)定每年應(yīng)最少進(jìn)行1次應(yīng)急演習(xí)，以便增強(qiáng)隊(duì)伍緊急事故處理的應(yīng)急能力，確保事故處理所用的工具齊全，并裝設(shè)在專用的事故柜里，有專人負(fù)責(zé)保管，保持良好的使用狀態(tài)。與社會(huì)醫(yī)療救援力量簽訂應(yīng)急救援協(xié)議，建立聯(lián)絡(luò)協(xié)作機(jī)制，保障應(yīng)急處置、救援工作有效地開展。

發(fā)生氨氣泄露事故時(shí)，立即發(fā)出應(yīng)急告警，通知下風(fēng)向的工作人員，盡可能切斷區(qū)域內(nèi)電源，終止并禁絕漏泄區(qū)域內(nèi)可能發(fā)生火花的動(dòng)火作業(yè)。氨氣大量漏泄時(shí)，及時(shí)通知消防隊(duì)投入應(yīng)急消防處置，全力控制毒害氣體蔓延，必要時(shí)及時(shí)聯(lián)系社會(huì)救援力量增援。危及周圍廠礦、農(nóng)田、居民區(qū)等區(qū)域人員時(shí)，應(yīng)向周邊500m 內(nèi)存在的居民發(fā)出報(bào)警（必要時(shí)擴(kuò)大區(qū)域），及時(shí)通告企業(yè)內(nèi)部和周邊群眾緊急疏散或采取防護(hù)措施，避免大量人員傷亡事故。

現(xiàn)場(chǎng)救援時(shí)首先要確保工作人員安全，保障現(xiàn)場(chǎng)處置人員的個(gè)體防護(hù)安全，同時(shí)要采取必要措施避免或減少公眾健康受到進(jìn)一步傷害?，F(xiàn)場(chǎng)救援和調(diào)查工作要求必須2人以上協(xié)同進(jìn)行，應(yīng)急處置指揮人員裝備必要的通訊工具。

6 結(jié)論與建議

電廠脫硝系統(tǒng)所用還原劑液氨，屬于危險(xiǎn)化學(xué)品，一旦液氨儲(chǔ)罐發(fā)生泄漏事故，在靜風(fēng)條件下，事故源周圍400m 范圍內(nèi)為中毒區(qū)，該區(qū)域應(yīng)作為事故應(yīng)急隔離范圍。

為保證液氨罐區(qū)的安全，需對(duì)液氨區(qū)進(jìn)行本質(zhì)安全設(shè)計(jì)，進(jìn)行主動(dòng)防范。全面系統(tǒng)地對(duì)液氨儲(chǔ)罐及氨氣系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格安全管理，規(guī)范管理行為、人員作業(yè)行為，主動(dòng)排查和消除安全隱患，切實(shí)落實(shí)和加強(qiáng)液氨儲(chǔ)罐的重大危險(xiǎn)源日常管理和安全技術(shù)監(jiān)控。采取必要的防范與應(yīng)急處置措施，并將其納入全廠安全事故應(yīng)急預(yù)案中，確保企業(yè)職工及附近居民的人身、財(cái)產(chǎn)及環(huán)境安全。