液氨泄漏危害與安全防控分析

王家見， 張　弘，路榮博，王建偉

(1 中國(guó)石油化工股份有限公司青島安全工程研究院，山東　青島　266071;

2 青島大學(xué)附屬醫(yī)院，山東　青島　266003)

?

液氨泄漏危害與安全防控分析

王家見1， 張弘2，路榮博1，王建偉1

(1 中國(guó)石油化工股份有限公司青島安全工程研究院，山東青島266071;

2 青島大學(xué)附屬醫(yī)院，山東青島266003)

介紹了液氨與液氨泄漏的危害特性，指出液氨貯存過程中存在的危險(xiǎn)危害有多種，但危害最嚴(yán)重的是液氨泄漏，引發(fā)的氨中毒或火災(zāi)、爆炸；詳細(xì)分析了氨的毒性危害、火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)性、以及液氨貯存設(shè)施發(fā)生泄漏的主要原因；利用挪威DNV公司SAFETI軟件對(duì)液氨貯罐泄漏事故后果進(jìn)行了仿真分析，針對(duì)液氨貯存設(shè)施的設(shè)計(jì)、制造、施工及生產(chǎn)安全管理，提出了防止液氨貯存設(shè)施發(fā)生泄漏的安全防控措施。

液氨；泄漏；中毒；火災(zāi)；爆炸

液氨是化工、化肥企業(yè)常用的原料, 制冷工業(yè)還普遍使用液氨作制冷介質(zhì)，其用途廣泛。而每年由于液氨泄漏，造成的事故也十分頻繁。液氨是首批重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化學(xué)品[1]，火災(zāi)危險(xiǎn)性屬乙類，是易燃、易爆有毒液體，其主要危險(xiǎn)有害性表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是氨屬高毒物品[2]，常溫加壓液化或低溫狀態(tài)下貯存，一旦泄漏極可能造成人員中毒、窒息死亡事故，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重危害；二是氨在空氣中的爆炸極限為15.7%～27.4%，遇明火極易燃燒、爆炸。因此對(duì)液氨的危害特性和事故發(fā)生的原因進(jìn)行分析，提出相應(yīng)的安全防控措施，嚴(yán)格液氨貯存設(shè)施的設(shè)計(jì)、制造、施工及生產(chǎn)安全管理，以確保液氨貯存的安全，對(duì)此必須予以高度重視。

1　液氨的危險(xiǎn)危害特性分析

1.1氨的毒性危害

氨(NH3)是一種無色、有強(qiáng)烈刺激性氣味的氣體，分子量為17.03，比重0.597，熔點(diǎn)-77.7 ℃，沸點(diǎn)-33.3 5 ℃，在常溫下加壓即可液化為液體。液氨是無色液體，易揮發(fā)，氨屬高毒物品，時(shí)間加權(quán)平均容許濃度(PC-TWA)為20 mg/m3，短時(shí)間接觸容許濃度(PC-STEL)為30 mg/m3[3]。其主要危害是對(duì)人的上呼吸道具有刺激和腐蝕作用。人對(duì)氨的嗅覺閾為0.5～1 mg/m3，大于350 mg/m3的場(chǎng)所無法工作，大于3500 mg/m3時(shí)，危及人的生命。氨進(jìn)入人體后會(huì)阻礙三羧酸循環(huán)，降低細(xì)胞色素氧化酶的作用。致使腦氨增加，可產(chǎn)生神經(jīng)毒作用，高濃度氨可引起組織溶解壞死作用。氨氣對(duì)粘膜和皮膚有堿性刺激及腐蝕作用。

1.2液氨的火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)性

氨既有毒又可燃，具有易燃、可爆性。氨的自燃點(diǎn)為651 ℃, 燃燒值為2.37～2.51 J/m3，臨界溫度為132.5 ℃, 臨界壓力為11.4 MPa, 氨在空氣中的含量達(dá)11%～14%時(shí), 遇明火即可燃燒, 其火焰呈黃綠色，有油類存在時(shí), 更增加燃燒危險(xiǎn)；當(dāng)空氣中氨的含量達(dá)15.7%～27.4%時(shí), 遇點(diǎn)火源就會(huì)引起爆炸, 最易引燃濃度17%, 產(chǎn)生最大爆炸壓力0.58 MPa；液氨儲(chǔ)存設(shè)備(貯罐、管道)受熱時(shí)，液氨易膨脹、氣化，壓力會(huì)升高，液氨儲(chǔ)存設(shè)施可因超壓而發(fā)生爆炸。

1.3液氨泄漏的危害性

通常情況下，液氨在常溫下加壓壓縮、液化儲(chǔ)存。一旦泄漏到空氣中會(huì)在常壓下迅速氣化, 體積迅速擴(kuò)大,沒有及時(shí)氣化的液氨以液滴的形式霧化在蒸氣中,并擴(kuò)散到大的空間范圍內(nèi)；在泄漏初期, 由于液氨的部分蒸發(fā), 使得氨蒸氣的云團(tuán)密度高于空氣密度, 氨氣隨風(fēng)飄移, 易形成大面積染毒區(qū)和燃燒爆炸區(qū)。

液氨泄漏后可能發(fā)生的事故類型有兩種。一類是爆炸火災(zāi)事故，泄漏出來的液氨(氨氣)，與空氣混合，達(dá)到爆炸范圍，遇點(diǎn)火源(如：明火、靜電、高溫設(shè)備等)，引發(fā)爆炸、火災(zāi)。當(dāng)液氨設(shè)備(貯罐、管道)受熱時(shí)，液氨易膨脹、氣化，壓力會(huì)升高，如安全設(shè)施失靈，液氨儲(chǔ)存設(shè)備可因超壓而發(fā)生物理爆炸，設(shè)備泄漏出來的液氨，還能引發(fā)中毒、火災(zāi)或化學(xué)爆炸。另一類是中毒事故，泄漏后的液氨迅速蒸發(fā)為氨氣，若未遇火源，高濃度的氨氣漂浮在空氣中，人體短時(shí)間內(nèi)吸入高濃度氨氣，可引起急性中毒。此外，液氨泄漏如接觸人體，還可造成化學(xué)灼傷和凍傷。液氨泄漏后所產(chǎn)生的蒸汽體積與它破裂時(shí)的溫度有關(guān)，一般在常溫下破裂的液氨貯罐，爆炸生成的氨氣體積為液氨體積的100～250倍。氨氣生成后順著氣流方向不斷向外擴(kuò)散，于是，在周圍的大氣中很快形成足以令人死亡或嚴(yán)重中毒的毒氣濃度,。一旦發(fā)生氨泄漏，必須及時(shí)處理，并對(duì)危害范圍內(nèi)的人員進(jìn)行疏散, 同時(shí)禁絕火源措施。2002年7月8日,某廠一個(gè)貯存為20 m3液氨貯罐, 向一輛液氨槽車充裝液氨時(shí), 由于車載金屬軟管發(fā)生爆裂, 液氨迅速擴(kuò)散, 僅幾分鐘時(shí)間, 氨氣就籠罩了整個(gè)廠區(qū),危及到2000人的生命安全, 該事故造成105人中毒, 死亡13人, 重傷24人, 中度傷員12人。

2　液氨泄漏原因分析

(1)泵在輸送液氨過程中，常常由于機(jī)械密封損壞產(chǎn)生泄漏，如處理不及時(shí)，可引發(fā)火災(zāi)、爆炸、中毒事故。

(2)盡管液氨貯罐從材質(zhì)、厚度、焊接都有嚴(yán)格要求，在實(shí)際運(yùn)行中也可能發(fā)生設(shè)備腐蝕、焊縫應(yīng)力腐蝕、材質(zhì)裂紋等設(shè)備損壞事故。設(shè)備損壞可引發(fā)液氨泄漏，發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，可釀成災(zāi)難性后果。

(3)液氨管道、彎頭腐蝕泄漏或閥門壓蓋填料不嚴(yán)，以及壓力表、管嘴等細(xì)小附件損壞，使用法蘭密封材料不當(dāng)，墊片泄漏，都可造成液氨泄漏，而引發(fā)著火、爆炸、中毒事故。

(4)液氨貯罐超壓。貯罐安全設(shè)施不完善，裝設(shè)不當(dāng)或失靈；環(huán)境溫度突然升高，貯罐內(nèi)液氨由于溫度升高而壓力增大；液氨充裝量超過儲(chǔ)罐容積的85%等危險(xiǎn)因素，都是造成液氨儲(chǔ)罐超壓的主要原因。

(5)低溫液氨貯罐的壓力由氨循環(huán)冰機(jī)來維持，如氨循環(huán)冰機(jī)不能正常運(yùn)行(如損壞、停電、停水等)，氨球罐的壓力可升高而發(fā)生超壓事故。事故如引起氨貯罐發(fā)生氨泄漏，可引發(fā)著火、爆炸、中毒事故。

(6)液氨在裝車作業(yè)時(shí)，如閥門、接口、密封等損壞，金屬軟管發(fā)生爆裂，可造成液氨外泄；如汽車槽車裝載過量，也有可能造成液氨外泄。液氨外泄，可造成人員中毒，遇點(diǎn)火源(如：汽車未熄火、槽車的靜電接地和跨接不完好、或附近動(dòng)火、存在火源等)，還可引發(fā)著火、爆炸事故。

3　液氨貯罐泄漏事故后果仿真分析

利用挪威DNV公司SAFETI軟件對(duì)某廠液氨貯罐出口管線破裂泄漏事故進(jìn)行后果仿真分析。

3.1事故后果仿真條件

(1)氣象參數(shù)

時(shí)間：夜晚；

大氣溫度：35 ℃；

大氣壓力：0.1 MPa；

相對(duì)濕度：79%；

風(fēng)速：1.5 m/s；

大氣穩(wěn)定度：F(夜晚有云，氣象條件穩(wěn)定)。

(2)泄漏條件

泄漏物質(zhì)：液氨；

壓力：1.6 MPa；

溫度：35 ℃；

泄漏時(shí)間：10 min；

泄漏孔徑：30 mm、60 mm、120 mm。

3.2事故仿真結(jié)果

(1)液氨泄漏擴(kuò)散距離與濃度的關(guān)系

表1　液氨泄漏擴(kuò)散距離與濃度的關(guān)系

(2)液氨泄漏擴(kuò)散區(qū)域

圖1　液氨泄漏擴(kuò)散范圍(泄漏孔徑30 mm)

圖2　液氨泄漏擴(kuò)散范圍(泄漏孔徑60 mm)

圖3　液氨泄漏擴(kuò)散范圍(泄漏孔徑120 mm)

表2　液氨泄漏擴(kuò)散區(qū)域中毒情況

由上述仿真計(jì)算結(jié)果可知，液氨貯罐出口管線破裂，液氨泄漏擴(kuò)散，發(fā)生中毒事故，在給定的事故條件下：人明顯感到不適(180 mg/m3)的危害范圍最遠(yuǎn)達(dá)到26 km，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出工廠界區(qū)；有強(qiáng)烈刺激現(xiàn)象(730 mg/m3)的危害范圍最遠(yuǎn)達(dá)到4800 m，超出工廠界區(qū)；立即咳嗽(920 mg/m3)的危害范圍最遠(yuǎn)達(dá)到3500 m，超出工廠界區(qū)；呼吸30 min后死亡(5270 mg/m3)的危害范圍最遠(yuǎn)達(dá)到1000 m，由于泄漏點(diǎn)的位置及風(fēng)向的因素，有可能影響到鄰近企業(yè)、居民區(qū)。

4　安全防控措施

(1)建立健全液氨貯存設(shè)施安全管理制度和安全操作規(guī)程，制定液氨泄漏事故應(yīng)急處理預(yù)案并定期組織演練，配置與事故應(yīng)急處理和救援相適應(yīng)的應(yīng)急裝備、器材和物資。

(2)液氨貯存從業(yè)人員，必須接受有關(guān)預(yù)防和處置液氨泄漏、中毒、著火、爆炸等知識(shí)培訓(xùn)，考試合格后持證上崗。

(3)建立個(gè)體防護(hù)用品的配置、發(fā)放和使用管理制度。配備過濾式防毒器具、空氣呼吸器、隔離式防護(hù)服、防護(hù)手套、

防護(hù)眼鏡等特種防護(hù)用品，并定期檢查，以防失效。

(4)液氨作業(yè)場(chǎng)所應(yīng)設(shè)置消防器材、沖淋洗眼器、固定式或便攜式氨檢測(cè)報(bào)警儀及應(yīng)急通訊器材等安全衛(wèi)生設(shè)施，以及醒目的安全警示標(biāo)志、風(fēng)向標(biāo)，并定期檢查、檢驗(yàn)，確保完好。

(5)正常生產(chǎn)時(shí)，宜將液氨貯罐控制在較低液位，液氨貯罐的高液位聯(lián)鎖或高低壓力聯(lián)鎖必須投用，不得摘除；任何情況下，液氨貯罐的最大充裝量不得超過貯罐容積的85%。

(6)液氨貯罐應(yīng)設(shè)液位計(jì)、壓力表、安全閥(安全泄壓設(shè)施)以及靜電導(dǎo)除等安全設(shè)施，并宜設(shè)置上、下限位報(bào)警裝置。液氨貯罐進(jìn)出口管道應(yīng)設(shè)遠(yuǎn)程自動(dòng)切斷閥。

(7)低溫液氨貯罐應(yīng)采取良好的絕熱保冷措施，應(yīng)設(shè)溫度指示儀。低溫液氨貯罐的壓力由氨循環(huán)冰機(jī)來維持，液氨貯罐壓力控制與氨循環(huán)冰機(jī)聯(lián)鎖，氨循環(huán)冰機(jī)應(yīng)設(shè)有備機(jī)，氨循環(huán)冰機(jī)(包括冰機(jī)供水設(shè)施)供電應(yīng)為一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷。

(8)液氨貯罐、管道、安全附件(如液位計(jì)、壓力表、安全泄壓設(shè)施等)、法蘭墊片、法蘭螺栓等的選材、選型應(yīng)符合其儲(chǔ)運(yùn)方式的要求，滿足相應(yīng)的耐低溫、耐腐蝕條件。與氨接觸的部件不得選用銅或銅合金材料以及鍍鋅或鍍錫的零配件。

(9)氨排放氣應(yīng)經(jīng)處理后(如設(shè)氨火炬、水吸收等)放空，防止污染環(huán)境，造成危害。

5　結(jié)　語(yǔ)

液氨既有毒又可燃、可爆。液氨貯存過程中存在的危險(xiǎn)危害有多種，但危害最嚴(yán)重的是液氨泄漏，引發(fā)氨中毒或火災(zāi)、爆炸事故，而液氨貯罐充裝過量、超壓，安全設(shè)施不完善，選材、選型不符合要求是造成液氨泄漏的主要原因。只有對(duì)設(shè)備、管道、安全附件按規(guī)定按時(shí)進(jìn)行檢查，避免發(fā)生泄漏；科學(xué)合理地設(shè)置固定式氨檢測(cè)報(bào)警設(shè)備；配備完善的防護(hù)設(shè)備；嚴(yán)格液氨貯存設(shè)施的設(shè)計(jì)、制造、施工及生產(chǎn)安全管理，才能確保液氨貯存的安全。

[1]安監(jiān)總管三〔2011〕95號(hào).國(guó)家安全監(jiān)管總局關(guān)于公布首批重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化學(xué)品名錄的通知[Z].

[2]衛(wèi)法監(jiān)發(fā)[2003] 142號(hào).高毒物品目錄(2003) [S].

[3]GBZ 2.1 工作場(chǎng)所有害因素職業(yè)接觸限值 化學(xué)有害因素[S].

Hazard Analysis and Safety Control of Liquid Ammonia Leak

WANGJia-jian1,ZHANGHong2,LURong-bo1,WANGJian-wei1

(1 Research Institute of Safety Engineering, SINOPEC, Shandong Qingdao 266071;2 Affiliated Hospital of Qingdao University, Shandong Qingdao 266003, China)

The harm characteristics of liquid ammonia and ammonia leak were introduced. There were many dangers that the hazards in the process of liquid ammonia storage, but the most serious was the leakage of liquid ammonia, ammonia poisoning, fire or explosion caused. The toxicity of ammonia and the risk of fire and explosion, and the main reason of leakage and liquid ammonia storage facilities were analyzed in detail. The leakage accident consequence of liquid ammonia tank was simulation analyzed by Norway DNV company SAFETI software. According to the design, manufacture, construction of liquid ammonia storage facilities and production safety management, how to prevent the occurrence of safety prevention and control measures of leakage of liquid ammonia storage facilities was put forward.

liquid ammonia；leak；intoxication；Fire； explosion

王家見，高級(jí)工程師，畢業(yè)于北京化工學(xué)院，長(zhǎng)期從事石化企業(yè)安全評(píng)價(jià)工作。

A

1001-9677(2016)05-0232-03