液氨儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)泄漏事故應(yīng)急處置設(shè)施

黃劍飛 周斌斌

（1.浙江圣泰安全技術(shù)有限公司，浙江 杭州 310013）（2.浙江省安全生產(chǎn)科學(xué)研究院，浙江 杭州 310012）

液氨在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用極廣，是目前制冷行業(yè)主要的制冷劑，化肥行業(yè)制取銨鹽和氮肥，在金屬退火生產(chǎn)中作為退火保護(hù)氣的生產(chǎn)原料亦被廣泛使用。由于液氨的爆炸性和毒害性，在儲(chǔ)運(yùn)過程中，發(fā)生泄漏后，可造成液氨揮發(fā)積聚引發(fā)爆炸和人員中毒等事故。

1.氨的危害分析

液氨為液化狀態(tài)的氨氣，又稱為無水氨，是一種無色液體，具有腐蝕性，且容易揮發(fā)。它是氣態(tài)氨加壓到0.7-0.8MPa時(shí)形成的。

氨氣與空氣混合(含氨量為15.7%-27.4%時(shí))遇明火、高熱等激發(fā)能源能引起爆炸。與氟、氯等接觸會(huì)發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)。若遇高熱，容器內(nèi)壓增大，有開裂和爆炸的危險(xiǎn)。

液氨泄漏會(huì)造成人員傷亡，根據(jù)<國(guó)家安全監(jiān)管總局辦公廳關(guān)于印發(fā)《首批重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化學(xué)品安全措施和應(yīng)急處置原則》的通知>(國(guó)家安全監(jiān)管總局安監(jiān)總廳管三[2011]142號(hào))的規(guī)定：液氨小量泄漏，初始隔離30m，下風(fēng)向疏散白天100m、夜晚200m；大量泄漏，初始隔離150m，下風(fēng)向疏散白天800m、夜晚2300m?？梢娖湫孤┖蟮奈：Ψ秶畯V，危害之大。

2.中毒、爆炸事故成因及特征

中毒：中毒是機(jī)體過量或大量接觸化學(xué)毒物，引發(fā)組織結(jié)構(gòu)和功能損害、代謝障礙而發(fā)生疾病或死亡的現(xiàn)象?；瘜W(xué)毒物在空氣中濃度超標(biāo)，機(jī)體與毒物直接無防護(hù)接觸，未及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取措施，是發(fā)生中毒事故的基本條件。

爆炸：爆炸分為化學(xué)爆炸和物理爆炸，本文僅討論化學(xué)爆炸。

化學(xué)爆炸是物質(zhì)濃度在爆炸極限內(nèi)，在有助燃物的條件下，遭遇激發(fā)能源后短時(shí)間內(nèi)完成化學(xué)反應(yīng)，形成其他物質(zhì)同時(shí)產(chǎn)生大量氣體和能量的現(xiàn)象。物質(zhì)濃度達(dá)到爆炸極限、助燃物和激發(fā)能源是這類爆炸的三個(gè)基本要素，這三個(gè)要素是任何化學(xué)反應(yīng)能成為爆炸性反應(yīng)所必須具備的，而且這三者互相關(guān)聯(lián)，缺一不可。

3.防止中毒、爆炸事故發(fā)生的基本原則

對(duì)危險(xiǎn)源及其風(fēng)險(xiǎn)的控制遵循消除、預(yù)防、減弱、隔離、聯(lián)鎖、警示和個(gè)體防護(hù)的原則。防毒、防爆的基本原則是通過對(duì)中毒、爆炸事故發(fā)生過程的特點(diǎn)進(jìn)行分析，以便采取相應(yīng)的防范措施，阻止第一過程的出現(xiàn)，限制第二過程的發(fā)展，防護(hù)第三過程的危害。

防止中毒事故發(fā)生的基本原則有以下幾點(diǎn)：

3.1 防止毒物泄漏；

3.2 降低、控制毒物濃度；

3.3 切斷毒物擴(kuò)散途徑；

3.4 減弱毒物對(duì)人員的傷害；

3.5 檢測(cè)報(bào)警。

防止爆炸事故發(fā)生的基本原則有以下幾點(diǎn)：

3.6 防止爆炸混合物的形成；

3.7 消除、控制激發(fā)能源的產(chǎn)生；

3.8 切斷爆炸傳播途徑；

3.9 減弱爆炸壓力和沖擊波對(duì)人員、設(shè)備和建筑的損壞。

4.液氨儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)防毒、防爆的安全技術(shù)措施

4.1 防止液氨泄漏擴(kuò)散、防止氨氣形成爆炸性混合氣體

液氨在儲(chǔ)運(yùn)過程中，液氨在常溫下的儲(chǔ)存壓力為0.8MPa左右。液氨槽車卸料口接通儲(chǔ)罐進(jìn)料口，接通氣相平衡管，液氨通過卸車泵以液體形態(tài)通過管道送入儲(chǔ)罐；液氨鋼瓶使用時(shí)，根據(jù)需要連接鋼瓶的液相出口管或氣相出口管，通過管道送入使用裝置。

液氨槽罐車、儲(chǔ)罐、鋼瓶?jī)?nèi)充滿液氨，其輸送、儲(chǔ)存過程始終承壓，輸送系統(tǒng)中各結(jié)合部因受力疲勞破損或接口部位密封不嚴(yán)，在受壓的情況下發(fā)生泄漏事故。一旦管道連接部位(接口、閥門、法蘭片等)和罐(瓶)體薄弱部位破損，液氨泄漏與空氣形成爆炸性混合氣；由于液氨在管道流動(dòng)生產(chǎn)的靜電或其他激發(fā)能源(火花、明火、高熱等)，導(dǎo)致液氨儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)發(fā)生爆炸事故。液氨泄漏使空氣中氨氣超標(biāo)，作業(yè)人員在無防護(hù)設(shè)施的情況下接觸，可導(dǎo)致人員中毒。故在液氨裝卸、儲(chǔ)存、輸送時(shí)應(yīng)確保液氨儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的密閉、防爆。

根據(jù)液氨泄漏氣化擴(kuò)散，氨氣易溶于水的特性。將液氨儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)設(shè)置在設(shè)有吸風(fēng)吸收系統(tǒng)的隔離房?jī)?nèi)，可有效控制氨氣的擴(kuò)散；利用氨易溶于水的特性，在隔離房?jī)?nèi)加裝水霧噴淋裝置，一方面可有效避免氨形成爆炸性混合氣體，另一方面可對(duì)泄漏的氨氣進(jìn)行初步的吸收。

液氨儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)應(yīng)急設(shè)施由在線氨泄漏檢測(cè)裝置、連鎖保護(hù)裝置組成。連鎖保護(hù)裝置由水噴淋系統(tǒng)、吸風(fēng)系統(tǒng)、降膜吸收系統(tǒng)構(gòu)成，并與在線氨泄漏檢測(cè)裝置形成聯(lián)鎖。水噴淋系統(tǒng)可分為水霧和水簾兩部分，在隔離房?jī)?nèi)部設(shè)置水霧噴淋，并在吸風(fēng)系統(tǒng)的吸風(fēng)口處加裝噴霧噴頭，降低氨氣的爆炸危險(xiǎn)性，大量氨氣混合水汽被吸風(fēng)系統(tǒng)送入降膜吸收裝置進(jìn)行有效吸收；隔離房設(shè)置成兩面有墻帶頂?shù)目蚣芙Y(jié)構(gòu)，未設(shè)墻體的兩面進(jìn)出口上方可以設(shè)置水簾，利用水簾隔絕氨氣的外溢，配套吸風(fēng)裝置使隔離房?jī)?nèi)部形成微負(fù)壓，有利于氨氣的吸收，同時(shí)便于應(yīng)急人員的進(jìn)出。同時(shí)，考慮到聯(lián)鎖控制的可靠性，水噴淋、吸風(fēng)機(jī)和降膜設(shè)施應(yīng)設(shè)置遠(yuǎn)程手動(dòng)啟動(dòng)按鈕。

綜上所述，當(dāng)液氨儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)發(fā)生泄漏時(shí)，通過氨氣泄漏檢測(cè)報(bào)警裝置發(fā)出警報(bào)，自動(dòng)聯(lián)鎖打開水噴淋系統(tǒng)，吸收泄漏的氨氣，同時(shí)啟動(dòng)吸氣排風(fēng)扇和降膜吸收裝置。實(shí)現(xiàn)對(duì)氨氣的高效自動(dòng)吸收。液氨儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)泄漏事故應(yīng)急處置設(shè)施示意如下：

4.2 消除、控制激發(fā)能源

液氨儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)泄漏應(yīng)急處置設(shè)施示意圖

引起爆炸事故的激發(fā)能源主要有明火、高溫表面、摩擦和撞擊、絕熱壓縮、化學(xué)反應(yīng)熱、電氣火花、靜電火花、雷擊等。所以對(duì)有爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所，對(duì)這些激發(fā)能源要有嚴(yán)格的控制措施。

在液氨儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)隔離房的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)確保有足夠的安全空間，避免碰撞和裝卸、供氣接管操作人員的操作不便，同時(shí)液氨儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)必須有消除靜電的措施。對(duì)于液氨槽罐車卸車裝置，采用萬向卸車裝置。另外，對(duì)于隔離房?jī)?nèi)電氣，則選用防爆型電氣并接地，以消除電氣火花和靜電積聚。

液氨儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)應(yīng)嚴(yán)格按照《防止靜電事故通用導(dǎo)則》(GB12158-2006)的有關(guān)要求執(zhí)行，注意設(shè)備、管道的防靜電跨接、接地處理。

另外，應(yīng)使用不產(chǎn)生火花的工具，操作現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)禁煙火，嚴(yán)禁使用手機(jī)等。作業(yè)場(chǎng)所應(yīng)定期進(jìn)行防雷、防靜電檢測(cè)，確保安全。

4.3 隔離阻斷，防止事故蔓延

首先，液氨儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)區(qū)域應(yīng)設(shè)置在獨(dú)立的隔離間內(nèi)，與其他生產(chǎn)、儲(chǔ)存的區(qū)域之間保持足夠的安全間距，相應(yīng)貼臨的采用防火墻分隔，并確保有足夠的泄壓面積，液氨儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)區(qū)域內(nèi)嚴(yán)格控制現(xiàn)場(chǎng)操作人員人數(shù)。

其次，使用鋼瓶液氨的企業(yè)應(yīng)將液氨儲(chǔ)存場(chǎng)所和供氣場(chǎng)所分開設(shè)置，嚴(yán)格控制液氨供氣作業(yè)場(chǎng)所的存放量。設(shè)置在使用場(chǎng)所的液氨儲(chǔ)罐或設(shè)備配套的自帶液氨儲(chǔ)罐，應(yīng)嚴(yán)格控制儲(chǔ)罐的容量，并靠使用場(chǎng)所外墻設(shè)置，貼臨部分采用防火墻分隔。

再次，通入使用場(chǎng)所、設(shè)備的液氨管道應(yīng)加裝止逆閥。

4.4 檢測(cè)報(bào)警

液氨儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)區(qū)域嚴(yán)格按照《石油化工可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50493-2009)的要求，設(shè)置氨氣濃度檢測(cè)報(bào)警裝置，并與水噴淋裝置、吸風(fēng)系統(tǒng)聯(lián)鎖。若一旦發(fā)生氨氣泄漏，檢測(cè)報(bào)警儀可在設(shè)定的安全濃度范圍內(nèi)發(fā)出警報(bào)，可做到早發(fā)現(xiàn)、早控制、早排除，防止事故發(fā)生和蔓延擴(kuò)大。

5.討論

對(duì)于該方案的具體參數(shù)本文提出了初步的數(shù)據(jù)要求，供大家討論、研究。

液氨儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)泄漏事故應(yīng)急處置設(shè)施的有效性取決于氨濃度在線監(jiān)測(cè)與水噴淋、吸風(fēng)、降膜吸收的聯(lián)鎖和相互匹配性。

對(duì)于應(yīng)急處置設(shè)施的聯(lián)鎖功能，主要取決于氨濃度在線監(jiān)測(cè)裝置的靈敏度和反饋執(zhí)行系統(tǒng)的可靠性，對(duì)于這部分功能，目前國(guó)內(nèi)外有定型的設(shè)備可供選擇。對(duì)于聯(lián)鎖的開啟次序，水噴淋應(yīng)首先開啟，吸風(fēng)、降膜吸收延后5S-10S開啟，即確保消除氨的爆炸性，又能有效控制氨的擴(kuò)散。

對(duì)于應(yīng)急處置設(shè)施內(nèi)各裝置的匹配性，首先應(yīng)確定吸風(fēng)設(shè)施的排風(fēng)量，其排風(fēng)量的合理確定是整個(gè)應(yīng)急處置設(shè)施有效運(yùn)行的關(guān)鍵，影響排風(fēng)量確定的因素有：隔離間的容積、氨氣的泄漏速率和后續(xù)降膜吸收裝置的吸收能力，根據(jù)《冷庫設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50072-2010)第 9.0.2 條：“事故排風(fēng)量應(yīng)按 183m3/(m2·h)進(jìn)行計(jì)算確定，且最小排風(fēng)量不應(yīng)小于34000m3/h”的相關(guān)規(guī)定，建議參照該標(biāo)準(zhǔn)確定。降膜吸收裝置的吸收能力由吸風(fēng)的排風(fēng)量和氨氣的泄漏速率影響，建議按每小時(shí)吸收儲(chǔ)氨量30%的吸收能力確定。水噴淋系統(tǒng)供水強(qiáng)度需根據(jù)隔離間的幾何體積確定，建議按啟動(dòng)5S-10S水噴霧裝置噴灑的水霧能有效充滿隔離間，水簾裝置能有效形成勻質(zhì)水簾為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行確定。

6.結(jié)語

預(yù)防事故發(fā)生主要從降低事故發(fā)生概率和減小事故危害程度兩方面采取相應(yīng)的措施，在一定的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件下，事故發(fā)生概率是一定的，如何有效減小事故的危害，是控制預(yù)防事故的重要手段。

通過對(duì)液氨特性、危害分析，以及對(duì)其儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)存在的危險(xiǎn)因素辨識(shí)，本文針對(duì)目前對(duì)于液氨儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)泄漏事故應(yīng)急處置設(shè)施沒有建立明確的標(biāo)準(zhǔn)要求的現(xiàn)狀，提出了一套應(yīng)急處置方案，該方案從理論上表明了可行性，僅作為建立液氨儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)應(yīng)急處置設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)的一種思路和基礎(chǔ)，對(duì)于該方案的具體參數(shù)還需在實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中進(jìn)行驗(yàn)證。

[1]GB28009-2011,冷庫安全規(guī)程[S].

[2]GB50160-2008,石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].

[3]GB50493-2009,石油化工可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]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(10):18-20.劉茂祥,和貴山.液氨的安全使用與中毒模型分析[J].安全,2009(8):10-12.