液氨儲(chǔ)罐泄漏事故危險(xiǎn)性的定量分析

張克躍，龍煦，劉仁國(guó)

（華爍科技股份有限公司，湖北武漢 430074）

液氨儲(chǔ)罐泄漏事故危險(xiǎn)性的定量分析

張克躍，龍煦，劉仁國(guó)

（華爍科技股份有限公司，湖北武漢 430074）

液氨是在化工及許多行業(yè)廣泛使用的危險(xiǎn)化學(xué)物質(zhì)，因氨氣泄漏引起的中毒、爆炸事故時(shí)有發(fā)生。模擬液氨儲(chǔ)罐發(fā)生泄漏事故，通過(guò)泄漏量估算毒害區(qū)域、蒸氣云爆炸波及范圍，評(píng)估企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，為制訂應(yīng)急救援預(yù)案及安全防范措施提供參考。

液氨儲(chǔ)罐；泄漏；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

液氨作為一種重要的化工原料和制冷劑，在工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。為了儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)姆奖?，通常采用常溫或低溫加壓的方式將氨氣液化為液氨，液氨在運(yùn)輸、儲(chǔ)存和設(shè)備檢修過(guò)程中，由于設(shè)備損壞或誤操作常會(huì)發(fā)生泄漏，極易發(fā)生中毒和火災(zāi)爆炸事故。

2013年6月3日，吉林寶源豐禽業(yè)有限公司主廠房因液氨泄漏引發(fā)特別重大火災(zāi)爆炸事故，給人民生命財(cái)產(chǎn)造成巨大損失。因此，評(píng)估液氨儲(chǔ)罐泄漏事故危害性、預(yù)防災(zāi)害發(fā)生很有必要。作者定性分析了液氨儲(chǔ)罐的危險(xiǎn)有害因素，定量分析了液氨儲(chǔ)罐泄漏事故毒害區(qū)域、蒸氣云爆炸波及范圍，為液氨及其它壓力容器或可燃液體儲(chǔ)存容器的風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)提供參考，為企業(yè)制訂安全對(duì)策和措施提供依據(jù)。

1 液氨儲(chǔ)罐的危險(xiǎn)有害因素分析

液氨儲(chǔ)罐涉及的主要危險(xiǎn)有害因素有中毒、火災(zāi)爆炸、容器爆炸等。

氨是有毒氣體，如果液氨在儲(chǔ)存、裝卸和使用過(guò)程中發(fā)生泄漏，會(huì)揮發(fā)出有毒的氨氣，當(dāng)空氣中氨氣含量達(dá)0.5%～0.6%時(shí)，30 min內(nèi)即可造成人員中毒。

維修人員進(jìn)入液氨儲(chǔ)罐檢修時(shí)，如通風(fēng)不良，氨氣濃度過(guò)高，而維修人員又沒(méi)有穿戴個(gè)人防護(hù)用品，也易發(fā)生中毒事故。

氨又是一種可燃?xì)怏w，與空氣混合到一定的比例時(shí)，遇明火、靜電火花等火源能引起爆炸，其爆炸極限為15.7%～27.4%，最易引燃體積分?jǐn)?shù)為17%，產(chǎn)生最大爆炸壓力0.58 MPa。

液氨容器受熱膨脹，壓力會(huì)升高，導(dǎo)致氨氣泄漏或儲(chǔ)罐爆炸。

此外，液氨儲(chǔ)罐由于安全裝置（安全閥、壓力表、液位計(jì)等）不全、裝設(shè)不當(dāng)或失靈，儲(chǔ)罐強(qiáng)度設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、選材、防腐不合理等，內(nèi)、外介質(zhì)腐蝕造成容器壁厚減薄，液氨引起的應(yīng)力腐蝕，儲(chǔ)罐發(fā)生嚴(yán)重塑性變形，儲(chǔ)罐材質(zhì)劣化，液氨儲(chǔ)罐超裝等，都可能引起液氨儲(chǔ)罐發(fā)生物理爆炸。

2 液氨儲(chǔ)罐泄漏事故后果分析

2.1 液氨儲(chǔ)罐發(fā)生破裂泄漏的毒害區(qū)域估算

以某單位一臺(tái)常溫壓力液氨儲(chǔ)罐為例：容積50 m3，壓力2 MPa，充裝系數(shù)為80%，環(huán)境溫度25℃，液氨密度0.6028×103kg·m3，儲(chǔ)罐內(nèi)液氨的質(zhì)量W為：

W=50×80%×0.6028×103=2.41×104（kg）

表1 液氨的物化性能參數(shù)Tab.1 Physicochem ical properties of liquid ammonia

2.1.1 液氨儲(chǔ)罐破裂后蒸發(fā)量的計(jì)算

設(shè)液氨的質(zhì)量為W（kg），液氨儲(chǔ)罐破裂前的溫度為T(mén)（℃），液體的平均比熱為C（kJ·kg－1·℃－1），當(dāng)儲(chǔ)罐破裂時(shí)，容器內(nèi)的壓力降至大氣壓，處于過(guò)熱狀態(tài)的液化氣溫度迅速降至標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)T0（℃），此時(shí)全部液氨所放出的熱量為：

設(shè)這些熱量全部用于容器內(nèi)液體的蒸發(fā)，忽略環(huán)境的熱量傳遞，則其蒸發(fā)量W'為：

2.1.2 氨氣危害半徑的估算

不同氨氣濃度對(duì)人體的影響見(jiàn)表2。

表2 不同氨氣濃度對(duì)人體的影響Tab.2 Effect of ammonia concentration on human body

根據(jù)表2將氨氣濃度劃分為3個(gè)等級(jí)，即以100 mg·m－3（c1）為輕度危害、700 mg·m－3（c2）為中度危害、3 500 mg·m－3（c3）為重度危害。并假設(shè)氨氣以半球形向地面擴(kuò)散，氨氣輕度危害半徑R1、中度危害半徑R2、重度危害半徑R3計(jì)算如下：

由以上計(jì)算結(jié)果可知，當(dāng)液氨儲(chǔ)罐發(fā)生泄漏，在以儲(chǔ)罐為中心的重度、中度、輕度危害半徑為86.4 m、148 m、283 m。因此，該液氨儲(chǔ)罐一旦泄漏，應(yīng)組織距儲(chǔ)罐至少283 m范圍內(nèi)的人群立即撤離，免受侵害。

2.2 液氨儲(chǔ)罐泄漏形成蒸氣云爆炸沖擊波的損壞半徑

液氨儲(chǔ)罐發(fā)生泄漏，如果瞬間泄漏后與空氣混合，遇到火源，則可能發(fā)生蒸氣云爆炸。

2.2.1 爆炸能量E的計(jì)算

式中：Vg為參與反應(yīng)的氨氣的體積，經(jīng)2.1.1計(jì)算為5.48×103m3；Hc為可燃?xì)怏w的高燃燒熱值，取值17 250 kJ·m－3。

2.2.2 氨氣蒸氣云爆炸沖擊波的損害半徑

根據(jù)荷蘭應(yīng)用科學(xué)院［TNO（1979）］建議，可按下式預(yù)測(cè)蒸氣云爆炸沖擊波的損害半徑：

式中：R為損害半徑，m；N為效率因子，其值與燃燒濃度持續(xù)開(kāi)展所造成損耗的比例和燃料燃燒所得機(jī)械能的數(shù)量有關(guān)，一般取N=10%；Cs為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，取決于損害等級(jí)，取值情況見(jiàn)表3。

表3 損害等級(jí)表Tab.3 Table of damage grade

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，可知：

（1）當(dāng)損害等級(jí)為1級(jí)時(shí)，在R≤63.4 m范圍內(nèi)，建筑物及加工設(shè)備遭到重創(chuàng)，有1%人員死于肺部傷害，大于50%人員耳膜破裂，大于50%人員被碎物擊傷。

（2）當(dāng)損害等級(jí)為2級(jí)時(shí)，在63.4 m＜R≤126.8 m范圍內(nèi)，建筑物外表?yè)p害，1%人員耳膜破裂，1%人員被碎物擊傷。

（3）當(dāng)損害等級(jí)為3級(jí)時(shí)，在126.8 m＜R≤317.1 m范圍內(nèi)，玻璃破碎，被破碎玻璃擊傷。

（4）當(dāng)損害等級(jí)為4級(jí)時(shí)，在317.1 m＜R≤845.6 m范圍內(nèi)，10%玻璃破碎。

（5）當(dāng)損害半徑R＞845.6 m，相對(duì)較為安全。

3 預(yù)防和減少液氨泄漏事故的對(duì)策和措施

液氨儲(chǔ)罐的生產(chǎn)（包括設(shè)計(jì)、制造、安裝、改造、維修）和使用、檢驗(yàn)檢測(cè)等必須符合《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》、《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》等相關(guān)規(guī)定要求。

從業(yè)人員應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行安全操作規(guī)程、安全檢修規(guī)程。

針對(duì)液氨儲(chǔ)罐可能發(fā)生的泄漏、火災(zāi)、爆炸、中毒等事故，企業(yè)應(yīng)編制生產(chǎn)安全事故應(yīng)急救援預(yù)案，建立應(yīng)急救援組織，配備相應(yīng)的應(yīng)急救援器材，每年至少組織一次演練，并對(duì)演練結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，及時(shí)完善相關(guān)應(yīng)急措施，補(bǔ)充相關(guān)應(yīng)急救援物資。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)液氨儲(chǔ)罐泄漏事故危險(xiǎn)性的定量分析可以看出，液氨泄漏后果非常嚴(yán)重，因此，在液氨運(yùn)輸、儲(chǔ)存和設(shè)備檢修過(guò)程中，應(yīng)采取必要的安全措施，預(yù)防液氨泄漏事故的發(fā)生。

［1］劉春祥，蔡鳳英，談宗山.某液氨儲(chǔ)罐泄漏的后果分析及對(duì)策［J］.工業(yè)安全與環(huán)保，2004，30（10）：18-20.

［2］趙鐵錘，楊富，張廣華，等.危險(xiǎn)化學(xué)品安全評(píng)價(jià)［M］.北京：中國(guó)石化出版社，2003：155-159.

［3］柳紅衛(wèi)，黃沿波.液氨泄漏風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)方法［J］.安全與環(huán)境工程，2010，17（1）：70-74.

Quantity Analysis of Leakage Risk for Liquid Ammonia Tank

ZHANG Ke-yue，LONG Xu，LIU Ren-guo
（Haiso Technology Co.，Ltd.，Wuhan 430074，China）

Liquid ammonia is a kind of dangerous chemical substancewhich is commonly used in chemical and other industries.Poisoning and explosion accidents occur from time to time due to the leakage of ammonia.In order tomake enterprise risk assessment，and provide reference to formulate emergency rescue plan and safety precautions，we simulated a liquid ammonia tank leakage accident，calculated toxic area and vapor cloud explosion scope from the leakage.

liquid ammonia tank；leakage；risk assessment

TQ 086 TQ 113

A

1672-5425（2015）07-0059-03

10.3969/j.issn.1672－5425.2015.07.016

2015-04-21

張克躍（1959－），男，山東招遠(yuǎn)人，工程師，研究方向：化工安全生產(chǎn)管理，E-mail：zky1959@126.com。