火電廠SCR脫硝系統(tǒng)氨危害防護(hù)效果檢測(cè)與分析

齊達(dá)立，江 紅

（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250003）

0 引言

由于我國(guó)火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)限值進(jìn)一步降低，近年火電廠增設(shè)煙氣脫硝系統(tǒng)，以凈化處理煙氣中的氮氧化物，滿足環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。液氨選擇性催化還原 （SCR）脫硝工藝具有氮氧化物脫除效率高、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，被大中型火電廠廣泛采用。由于液氨儲(chǔ)存和使用過程中存在較大安全健康隱患，因此火電廠脫硝系統(tǒng)采取一系列氨安全防護(hù)設(shè)施，以避免事故的發(fā)生。調(diào)查山東某火電廠煙氣脫硝系統(tǒng)氨防護(hù)設(shè)施，并對(duì)作業(yè)人員和工作場(chǎng)所氨濃度進(jìn)行了檢測(cè)和危害程度評(píng)估。

1 SCR脫硝系統(tǒng)概述

某火電廠采用選擇性催化還原（SCR）煙氣脫硝工藝，液氨作為脫硝劑，氨區(qū)液氨總儲(chǔ)量約80 t。SCR煙氣脫硝原理為鍋爐煙氣經(jīng)煙道進(jìn)入SCR反應(yīng)器，在SCR反應(yīng)器中注入一定濃度的氨氣，在催化劑的作用下，噴入的氨氣與煙氣中的NOx發(fā)生反應(yīng)，NOx被還原生成無害的N2和H2O。

SCR脫硝系統(tǒng)主要包括氨區(qū)和SCR反應(yīng)器區(qū)，其工藝流程為液氨從液氨槽車由卸料壓縮機(jī)送入液氨儲(chǔ)罐，再經(jīng)過蒸發(fā)槽蒸發(fā)為氨氣，然后通過氨緩沖槽和輸送管道進(jìn)入鍋爐區(qū)，經(jīng)與空氣均勻混合后由分布籍導(dǎo)閥進(jìn)入SCR反應(yīng)器內(nèi)部反應(yīng)。

2 氨危害特性

氨為無色、具有強(qiáng)烈刺激性惡臭的氣體，易溶于水、乙醇和乙醚，水溶液呈堿性。

氨具有易燃、爆炸性。氨的自燃點(diǎn)為651℃。氨在空氣中體積分?jǐn)?shù)達(dá)到11%～14%（質(zhì)量濃度約78 000～99 000 mg/m3）時(shí)，遇明火即可燃燒；當(dāng)空氣中氨體積分?jǐn)?shù)達(dá) 15.7%～27.4%（約 110 000～190 000 mg/m3）時(shí)，遇火源會(huì)引起爆炸。氨與氟、氯等接觸會(huì)發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)。氨不穩(wěn)定，遇熱分解，高溫時(shí)，儲(chǔ)氨容器內(nèi)壓力增大，有開裂和爆炸的危險(xiǎn)。

氨有腐蝕性和毒性，可導(dǎo)致人體健康損害。低濃度氨對(duì)粘膜有刺激和腐蝕作用，可致眼結(jié)膜、鼻咽部、呼吸道粘膜充血、水腫等。高濃度氨損傷肺泡毛細(xì)血管管壁，形成肺水腫，同時(shí)支氣管、毛細(xì)支氣管亦充血、水腫、痙攣。吸入高濃度的氨可致氨中毒。當(dāng)空氣中氨體積分?jǐn)?shù)達(dá)到0.5%～0.6%，30 min內(nèi)即可造成人員中毒。我國(guó)將氨定義為高毒物品。我國(guó)職業(yè)接觸限值，氨的時(shí)間加權(quán)平均容許質(zhì)量濃度為20 mg/m3；短時(shí)間接觸容許質(zhì)量濃度為 30 mg/m3。 接觸氨可導(dǎo)致的職業(yè)病是職業(yè)性急性氨中毒。

3 氨危害防護(hù)設(shè)施

3.1 氨工程防護(hù)設(shè)施

脫硝系統(tǒng)正常運(yùn)行過程中，在液氨卸料、儲(chǔ)存，氨的制備、輸送等環(huán)節(jié)，氨可能逸散到環(huán)境中危害人員健康，火電廠脫硝系統(tǒng)設(shè)置了系列氨防護(hù)設(shè)施，并依照 DL/T 335—2010《火電廠煙氣脫硝（SCR）系統(tǒng)運(yùn)行技術(shù)規(guī)范》［1］制定設(shè)備運(yùn)行操作規(guī)程，采取氨工程防護(hù)設(shè)施：1）液氨儲(chǔ)罐裝設(shè)氨液位、壓力、流量、溫度等檢測(cè)裝置，嚴(yán)格按控制指標(biāo)運(yùn)行；2）液氨儲(chǔ)罐上方設(shè)置遮陽(yáng)棚以及降溫噴淋系統(tǒng)，噴淋系統(tǒng)與環(huán)境溫度、儲(chǔ)罐溫度、壓力、氣體泄漏量聯(lián)鎖；3）液氨槽車使用裝卸臂密閉卸氨，并嚴(yán)格控制氨輸送壓力、流量，卸氨時(shí)操作人員佩戴便攜式氨氣報(bào)警儀，隨時(shí)檢測(cè)環(huán)境中氨氣濃度；4）液氨槽車卸氨后，將卸氨管道中殘留氨排至氨氣吸收罐吸收，避免揮發(fā)逸散到環(huán)境中；5）在液氨卸氨區(qū)、液氨儲(chǔ)罐、液氨泵、液氨蒸發(fā)器、氨緩沖罐、SCR反應(yīng)器區(qū)進(jìn)氨閥門等處設(shè)置氨泄漏報(bào)警儀；6）氨設(shè)備和管道均采取密閉措施，對(duì)于需經(jīng)常操作的閥門均采用氣動(dòng)閥在控制室操控。采用密閉性能良好的設(shè)備管件，氨系統(tǒng)管道采用不銹鋼材質(zhì)，閥門為優(yōu)質(zhì)氨用閥門，重要部位雙閥設(shè)置，最大限度地減少工藝介質(zhì)泄漏的可能性；7）液氨儲(chǔ)罐、氨氣蒸發(fā)器、氨氣緩沖罐逸出的氨氣排入氨氣吸收罐吸收；8）液氨罐區(qū)入口設(shè)靜電觸摸板，禁止攜帶火種進(jìn)入，使用防爆照明和電氣設(shè)施。

3.2 應(yīng)急救援設(shè)施

液氨儲(chǔ)罐、氨設(shè)備、管道等可能發(fā)生氨大量泄漏導(dǎo)致人員中毒、傷亡事故，因此必須設(shè)置應(yīng)急救援設(shè)施，以控制、減輕事故危害后果，保護(hù)人員安全。火電廠脫硝系統(tǒng)設(shè)置了有效應(yīng)急救援設(shè)施：1）氨區(qū)和SCR反應(yīng)器區(qū)域設(shè)置固定氨泄漏報(bào)警儀，位置分別在卸氨裝卸臂、液氨儲(chǔ)罐、液氨泵、液氨蒸發(fā)器、氨緩沖罐、SCR反應(yīng)器進(jìn)氨閥門處。氨泄漏報(bào)警儀設(shè)置25 μL/L、35 μL/L 兩級(jí)報(bào)警，報(bào)警值設(shè)置符合 GBZ/T223—2009《工作場(chǎng)所有毒氣體檢測(cè)報(bào)警裝置設(shè)置規(guī)范》［2］。 氨濃度達(dá)到 35 μL/L 氨區(qū)噴淋裝置自動(dòng)啟動(dòng)；2）氨區(qū)值班室設(shè)聲光報(bào)警并與氨泄漏報(bào)警儀聯(lián)動(dòng)；3）液氨儲(chǔ)罐周圍設(shè)有泄險(xiǎn)溝，液氨儲(chǔ)罐裝設(shè)噴淋系統(tǒng)；4）氨區(qū)在卸氨區(qū)、液氨儲(chǔ)罐區(qū)、氨制備區(qū)共設(shè)3臺(tái)噴淋洗眼器，每臺(tái)防護(hù)半徑滿足小于15 m的要求；5）氨區(qū)上方設(shè)置風(fēng)向標(biāo)，氨區(qū)設(shè)有消防設(shè)施，消防通道；6）氨區(qū)值班室設(shè)專用應(yīng)急器材柜，放置正壓式空氣呼吸器、防毒（防氨濾毒盒）面具、防護(hù)眼鏡、防酸堿手套、防酸堿靴，并設(shè)專人定期檢查維護(hù)；7）氨區(qū)配備2%的硼酸清洗液，氨區(qū)值班室、控制室配備急救箱。

4 氨防護(hù)效果檢測(cè)與分析

4.1 氨防護(hù)效果檢測(cè)

在脫硝系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)下，對(duì)作業(yè)人員和工作場(chǎng)所氨濃度進(jìn)行連續(xù)3天檢測(cè)，檢測(cè)按照GBZ/T 160.29—2004《工作場(chǎng)所空氣有毒物質(zhì)測(cè)定無機(jī)含氮化合物》［3］方法進(jìn)行。

工作場(chǎng)所氨短時(shí)間接觸濃度（CSTEL）的檢測(cè)時(shí)段，氨區(qū)選擇在氨濃度最大的卸氨時(shí)段進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)點(diǎn)選擇在卸氨裝卸臂、液氨泵以及液氨儲(chǔ)罐、氨蒸發(fā)器等的閥門、操作平臺(tái)、SCR區(qū)脫硝稀釋風(fēng)機(jī)等氨易泄漏、逸散處，同時(shí)對(duì)氨區(qū)控制室、值班室進(jìn)行檢測(cè)。氨區(qū)值班員負(fù)責(zé)氨區(qū)設(shè)備的檢查、操作，長(zhǎng)時(shí)間接觸氨，對(duì)氨區(qū)值班員氨時(shí)間加權(quán)接觸濃度（CTWA）進(jìn)行了檢測(cè)。工作場(chǎng)所氨短時(shí)間接觸濃度檢測(cè)結(jié)果見表1，氨時(shí)間加權(quán)接觸濃度檢測(cè)結(jié)果見表2。

4.2 氨危害控制效果分析

我國(guó)職業(yè)人群化學(xué)毒物的接觸限值指標(biāo)執(zhí)行GBZ2.1—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》［4］標(biāo)準(zhǔn)，其中氨的職業(yè)接觸限值，時(shí)間加權(quán)平均容許質(zhì)量濃度（PC-TWA）為20 mg/m3；短時(shí)間接觸容許質(zhì)量濃度（PC-STEL）為30 mg/m3。從檢測(cè)結(jié)果看，火電廠氨區(qū)值班員氨時(shí)間加權(quán)接觸濃度和短時(shí)間接觸濃度的最大值均低于我國(guó)職業(yè)接觸限值標(biāo)準(zhǔn)。本次檢測(cè)結(jié)果與以往火電廠脫硝系統(tǒng)氨職業(yè)病危害評(píng)價(jià)結(jié)果一致［5-6］。

表1 工作場(chǎng)所氨短時(shí)間接觸質(zhì)量濃度檢測(cè)結(jié)果 mg/m3

表2 氨時(shí)間加權(quán)平均接觸質(zhì)量濃度檢測(cè)結(jié)果 mg/m3

所檢測(cè)的火電廠脫硝系統(tǒng)氨設(shè)備、管道密閉性良好，沒有明顯泄漏情況；液氨儲(chǔ)罐和氨制備過程揮發(fā)的氨氣采取了吸收措施，避免散逸到空氣中。氨區(qū)（液氨儲(chǔ)罐區(qū)、氨制備區(qū)）、SCR反應(yīng)器區(qū)空氣中氨物質(zhì)濃度普遍較低；只有在液氨槽車卸車完，裝卸臂斷開后，管道中殘存的少量氨揮發(fā)逸出（此時(shí)空氣中氨濃度較高，但低于短時(shí)間職業(yè)接觸限值）。由于露天卸氨，卸氨后，采取將卸氨管道中殘留氨排至氨氣吸收罐吸收的措施，管道中殘存的少量氨可在短時(shí)間內(nèi)全部擴(kuò)散，不會(huì)大量聚集，從而導(dǎo)致人員急性氨中毒事故。但是當(dāng)發(fā)生氨泄漏或者在氨設(shè)備、管道內(nèi)部，氨濃度很高，可能發(fā)生中毒和燃燒、爆炸等人員傷亡事故。

5 結(jié)語(yǔ)

由于氨的具有強(qiáng)腐蝕性和毒性，火電廠氨區(qū)液氨存量大，已被列為重大危險(xiǎn)源，一旦發(fā)生事故，將導(dǎo)致嚴(yán)重后果。我國(guó)液氨事故統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，墊片損壞、管道老化等材料失效；閥門損壞、閥芯脫落、壓縮機(jī)故障等設(shè)備故障；操作不當(dāng)、違章作業(yè)等人為因素是3大主要事故原因，占事故數(shù)量的79.3%［7］。在日常工作中，須加強(qiáng)脫硝系統(tǒng)的安全管理和設(shè)備檢查維護(hù)，加強(qiáng)氨作業(yè)人員的安全健康防護(hù)，在氨區(qū)進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行、檢維修等作業(yè)時(shí)應(yīng)佩戴防毒面具、化學(xué)防護(hù)眼鏡、防酸堿手套等個(gè)體防護(hù)用品；同時(shí)接觸氨作業(yè)人員應(yīng)該進(jìn)行年度職業(yè)健康查體。通過對(duì)火電廠脫硝系統(tǒng)的檢測(cè)、分析與評(píng)估可以看到，只有加強(qiáng)規(guī)范火電廠脫硝系統(tǒng)氨安全防護(hù)設(shè)施的設(shè)計(jì)、運(yùn)行管理，加強(qiáng)設(shè)備檢修維護(hù)及時(shí)性，才能有效減少氨泄漏、散逸；氨區(qū)設(shè)備正常運(yùn)行狀態(tài)下，作業(yè)人員接觸氨濃度可完全符合職業(yè)接觸限值標(biāo)準(zhǔn)，保證作業(yè)人員職業(yè)健康和作業(yè)環(huán)境安全。