液氨儲罐的危險辨識與工藝控制

史晉強

（太原化工新材料有限公司，山西 太原 030400）

0 引言

在一個化工企業(yè)中，建設有10 萬t 合成氨裝置，配套擁有1 個液態(tài)氨球罐，容積為650 m3，儲存量近400 t。本文對這個化學企業(yè)的液氨儲罐進行危險辨識，對其中的一些危險和有害的因素進行分析，并從本質安全出發(fā)，設計工藝控制，從根本上解決因人為因素導致的安全事故，保證裝置安全穩(wěn)定運行。

1 液氨物化性質及危險特性

液氨具有刺激性氣味，具有腐蝕性，易揮發(fā)，其爆炸范圍在16%～25%之間。在加熱的情況下會發(fā)生分解。氨氣對皮膚、黏膜、眼睛具有強烈的腐蝕作用，具有顯著的刺鼻味道，過量會導致劇烈的咳嗽、哮喘、肺水腫、呼吸困難，甚至會導致嚴重燒傷，最大的傷害是對中樞神經(jīng)系統(tǒng)進行了抑制，事故發(fā)生率較高。如果出現(xiàn)了意外，將會造成很大的影響，因此，在安裝、使用和維護過程中，都要嚴格遵守國家有關的法律、法規(guī)[1]。

2 危險有害因素辨識

2.1 重大危險源判定

根據(jù)重大危險源辨識（GB 18218—2009）中規(guī)定，部分有毒物質名稱及臨界量見表1。PL 公司的液氨儲量400 t，超過臨界量，構成重大危險源[2]。

2.2 危險性分析

危險性分析目標是要辨識出系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的全部危險源，辨識出其可能造成的危害結果，然后按照其風險等級對其進行等級劃分，最終制定出相應的風險控制策略。

危險等級通常分為4 個等級：

I級：安全，通常不會出現(xiàn)意外，也不會任何影響，可以不考慮。

Ⅱ級：臨界的，具有引發(fā)意外事件的可能，并在危險的情況下，目前還沒有引起生命和財產(chǎn)的損害，但是需要采取相應的措施來加以控制。

Ⅲ級：危險的，極有可能引起事故，造成人員傷亡，需及時加以控制。

Ⅳ級：災難性的，極易引發(fā)意外，對生命和財產(chǎn)的嚴重破壞，應及時采取行動。

通過對某公司液氨儲存罐內的實際操作數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析，發(fā)現(xiàn)了以下方面的安全隱患：液氨貯存槽發(fā)生物理爆破；液氨貯槽內因氨泄露造成的中毒，火災，爆炸等事故；地震、雷擊等自然災害。

對風險點的分類和分析，如表2 所示。由表2 可知，在液體氨貯槽中，發(fā)生物理爆炸及氨泄露的風險是很大的，在日常生活中，也是需要注意的問題。

2.3 事故模擬計算

2.3.1 泄漏程度分析

儲氨罐的單液氨容量是400 t，經(jīng)統(tǒng)計，這類氨球罐的失效允許幾率為1.0×10-5。儲罐是未裝滿的，一旦出現(xiàn)爆裂，在爆裂區(qū)域處于氣相中時，由于爆裂區(qū)域很大，高溫蒸汽從裂隙中噴射而出，使儲罐內部壓力驟降至室溫。因為內壓突然降低，汽液平衡被打破，儲罐中的流體處于過熱狀態(tài)，最后也會造成蒸汽爆炸。根據(jù)儲存介質在某一時刻的總泄露，可以計算出泄露的數(shù)量。

液體氨水的泄露速率可以通過以下的伯努利（Bernoulli）方程式（1）來計算[3]：

式中：Q0為液體泄露速率，kg/s；Cd為液體泄露系數(shù)；A為裂口面積，m2；ρ 為泄露流體密度，kg/m3；P 為罐內介質壓力，Pa；P0為環(huán)境壓力，pa；g 為重力加速度，m2/s；h 為裂口之上液體高度，m。

取圓形孔，圓孔直徑為150 mm，裂口面積A=0.017 66 m2。

不考慮其他情況，進行計算得：Q0=447 kg/s。單個儲罐的泄漏時間t=400 t÷447 kg/s=895 s=15 min。

2.3.2 危害半徑計算

假設該公司發(fā)生氨泄漏時，通過計算可知，半徑在1 594.4 m 區(qū)域為STEL 濃度區(qū)域，在半徑為954.1 m區(qū)域為輕度危害，在半徑為557.8 m 區(qū)域為中度危害，在半徑為326.3 m 區(qū)域為重度危害。所以要嚴防中毒危害，設置警戒線，快速撤離危險區(qū)域人員[3]。

3 工藝控制

3.1 本質安全

本質安全是人類在生產(chǎn)生活的實踐中，對事件的處理方式從被動的應對，向主動的事前防范轉變，從而從根源上杜絕事故的發(fā)生，為人類的自我保護提供了一種新的安全意識。液氨儲罐的設計，應以此為依據(jù)，運用風險與可操作性研究，對該系統(tǒng)中潛在的潛在危險進行了分析，并對其進行了識別。從而從根源上解決了由于設備故障或人為原因引起的安全事故。

實現(xiàn)生產(chǎn)工藝控制自動化[4]。要想提升企業(yè)的安全管理水平，減少風險，就需要增加對安全專項經(jīng)費的投資，除了對主要設備和設施進行定期的更新和維修外，還需要引入信息的監(jiān)控和控制技術。例如，氨氣體的在線監(jiān)控報警，現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)，自動隔離系統(tǒng)等等，有關人員能夠從資料資料中作出判斷，快速、高效地處理突發(fā)事件。從某種意義上說，這類技術可以預防或減少事故的發(fā)生。

3.2 氨罐壓力控制

液氨儲罐本體要避免腐蝕泄露，故選擇低溫碳鋼，壁厚8 mm。設置超壓保護安全閥，同時設置壓力聯(lián)鎖。見表3。

表3 DCS 壓力聯(lián)鎖

在壓力控制方面：

1）準確地記錄儲罐壓力和動態(tài)，并要求操作和維修人員對儲罐進行仔細的巡視，發(fā)現(xiàn)問題，立即響應方案。

2）根據(jù)設定的過程要求，將液氨儲罐壓力控制在2.5～5 kPa，防止過高的壓力發(fā)生。同時經(jīng)常檢查儀表，保證儀表設施完好性。

3）正確啟用聯(lián)鎖保護，將液氨儲罐壓力保持在正常范圍內。

3.3 氨罐液位控制

為了防止氨儲罐的液位在太高或太低時運行，控制儲罐液位是一項很重要的控制參數(shù)。見表4。

表4 DCS 液位聯(lián)鎖

1）根據(jù)操作和巡檢規(guī)程，定期巡檢，如實反映出液氨罐的液位變化。

2）與儀器維修部門一起，定期對液氨的液位計進行校準。保證液位開關完好。

3）按照液位指標操作，正確投用聯(lián)鎖，保證儲罐液位在正常范圍。

4 結語

雖然液氨儲存容器的容量很大，液氨又是高毒物質，對人體和環(huán)境都有很大的風險。但在現(xiàn)實中，由于液氨泄漏事件的發(fā)生，其泄漏量和儲罐的損傷情況是很難預料的。本文對液氨儲罐進行了風險辨識，同時提出從本質安全上入手，完善儲罐工藝自動化控制，并嚴格執(zhí)行，可有效降低人為誤操作等因素造成的事故幾率，確?；て髽I(yè)的安全、穩(wěn)定運轉。