中毒模型在火電廠氨氣中毒定量安全評價中的應(yīng)用

于建（新疆鼎耀工程咨詢有限公司 烏魯木齊 830001）

1、前言

液氨儲罐區(qū)是火電廠主要危險化學品重大危險源。 在液氨儲存和檢修過程中，液氨儲罐及其管道、閥門的破損、爆裂將導(dǎo)致氨氣大量泄漏。 泄漏的液氨將迅速蒸發(fā)為氨氣，造成大面積毒害區(qū)域，會在較大范圍對環(huán)境造成破壞，致人中毒、死亡。 通過氨氣中毒定量安全評價可明確氨氣中毒毒害區(qū)域及危害程度，為火電廠制定氨氣中毒應(yīng)急預(yù)案提供科學依據(jù)。

2、液氨儲罐破裂時的毒害區(qū)域估算

2.1、計算方法簡述[1]

設(shè)最大液氨重量為W （kg）， 破裂前儲罐內(nèi)液氨溫度為t（℃），液氨比熱為c（kJ/kg·℃），當鋼儲罐破裂時，罐內(nèi)壓力降至大氣壓，處于過熱狀態(tài)的液氨溫度迅速降至標準沸點t0（℃），此時全部液氨所放出熱量Q 為：

設(shè)這些熱量全用于儲罐內(nèi)液氨蒸發(fā)， 液氨汽化熱為q（kJ/kg），則其蒸發(fā)量W′為：

假設(shè)這些有毒空氣以半球形向地面擴散， 則可求出該有毒氣體的擴散半徑R 為：

式中：R —有毒氣體半徑，m；W′—液氨蒸發(fā)量，kg；C—空氣中氨濃度，mg/m3。

2.2、液氨的危害特性數(shù)據(jù)

液氨的有關(guān)理化數(shù)據(jù)為：相對分子質(zhì)量（M）為17，沸點t0為-33℃， 液體平均比熱c 為4.6kJ/（kg·℃）， 汽化熱q 為1.37×103kJ/kg。 氨氣的危險濃度見表1[1]。

表1 氨氣的危害濃度

2.3、毒害區(qū)域的計算

液氨在容器破裂時會發(fā)生蒸氣爆炸。 當爆炸后若不燃燒，會造成大面積毒害區(qū)域，人員處于氨氣濃度不同的毒害區(qū)域，則可能發(fā)生重度、中度、輕度等不同危害后果。 以某火電廠一容積為40m3 的液氨儲罐為例進行毒害區(qū)域計算，具體過程如下：

可能發(fā)生液氨泄漏的最大量W ＝40m3×0.595t/m3×0.85 ＝20230kg

環(huán)境溫度取30℃， 則液氨蒸發(fā)熱Q＝Wc （t－t0）＝20230×4.6×[30－（－33）]＝5862654（kJ）

蒸發(fā)量W′＝Q/q＝5862654/（1.37×103）＝4279.3（kg）

根據(jù)表1 將空中氨的濃度劃分為3 個等級：（1）C1=30mg/m3為短時間接觸容許濃度 （PC-STEL）；（2）C2=140mg/m3為輕度危害；（3）C3=700mg/m3為中度危害；（4）C4=3500mg/m3為重度危害。

擴散后濃度為30mg/m3的半徑R1=[W′/C1/（1/2×4л/3）]1/3=[4279.3×106/30/（1/2×4л/3）]1/3=408.4（m）

擴散后濃度為140mg/m3的半徑R2=[W′/C2/（1/2×4л/3）]1/3=[4279.3×106/140/（1/2×4л/3）]1/3=244.4（m）

擴散后濃度為700mg/m3的半徑R3=[W′/C3/（1/2×4л/3）]1/3=[4279.3×106/700/（1/2×4л/3）]1/3=142.9（m）

擴散后濃度為3500mg/m3的半徑R4=[W′/C4/（1/2×4л/3）]1/3=[4279.3×106/3500/（1/2×4л/3）]1/3=83.6（m）

2.4、氨氣中毒事故模擬說明

氨氣中毒事故模擬計算均未考慮地形、建筑物、風向等因素影響。 液氨泄漏后形成的有毒蒸氣云對人員的危害程度取決于氨氣濃度和人員與氨氣的接觸時間等因素。 在后果分析中，往往不考慮液氨泄漏的初期情況，即工廠范圍內(nèi)的現(xiàn)場情況，主要計算氨氣氣團在空氣中擴散的范圍、濃度、接觸毒物的人數(shù)等。

2.5、評價結(jié)果

以上對新疆某火電廠液氨儲罐區(qū)進行了氨氣中毒事故后果模擬計算， 通過計算可知， 短時間接觸容許濃度擴散半徑為408.4m， 輕度危害擴散半徑為244.4m， 中度危害擴散半徑為142.9m，重度危害擴散半徑為83.6m。因此，在該儲罐發(fā)生泄漏事故進行應(yīng)急救援時，應(yīng)以這四個半徑值作為警戒區(qū)的起始點，進行有效的應(yīng)急救援。

3、結(jié)論

（1）當液氨儲罐發(fā)生破裂泄漏，假若氨氣以半球形擴散，則以破裂處為中心的短時間接觸容許濃度擴散半徑為408.4m，輕度危害擴散半徑為244.4m，中度危害擴散半徑為142.9m，重度危害擴散半徑為83.6m。

（2） 液氨泄漏的毒害區(qū)域計算可作為火電廠制定液氨泄漏應(yīng)急預(yù)案和人員疏散的科學依據(jù)。

（3）液氨泄漏后果非常嚴重，影響區(qū)域廣，在液氨的儲存、使用等過程中，應(yīng)采取必要的安全對策措施。

[1]王瑩，顧祖維，張勝年，等.現(xiàn)代職業(yè)醫(yī)學.北京：人民衛(wèi)生出版社，1996.642-645。