天然二氧化碳提純工藝中氨危險(xiǎn)性分析

摘要：文章以天然二氧化碳提純工藝中氨介質(zhì)為研究對(duì)象，以某車間為例，對(duì)工藝中涉氨單元進(jìn)行危險(xiǎn)性和可操作性分析，并對(duì)氨儲(chǔ)罐進(jìn)行危險(xiǎn)物質(zhì)爆炸和中毒模型安全評(píng)價(jià)，為企業(yè)制定安全防范措施和有效監(jiān)管提供科學(xué)性依據(jù)。

關(guān)鍵詞：天然二氧化碳；提純工藝；氨危險(xiǎn)性；氨儲(chǔ)罐；危險(xiǎn)物質(zhì)爆炸；中毒模型安全評(píng)價(jià) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TQ441 文章編號(hào)：1009-2374（2016）09-0068-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.09.032

液氨由于其良好的熱力學(xué)性能，作為制冷劑被廣泛用于制冷系統(tǒng)。近幾年，氨泄漏導(dǎo)致的事故頻發(fā)，氨列為重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化學(xué)品，對(duì)氨的危險(xiǎn)性分析和安全對(duì)策研究具有重要的意義。

1 氨的特性及危險(xiǎn)性分析

1.1 氨的特性

氨屬于第2.3類有毒氣體，危規(guī)號(hào)：23003，CAS號(hào)：7664-41-7，是無(wú)色有刺激性惡臭的氣體。液氨為液化狀態(tài)的氨氣，是一種無(wú)色液體，具有腐蝕性且容易揮發(fā)。

1.2 危險(xiǎn)性分析

與空氣混合形成爆炸性混合物，遇明火、高熱能引起爆炸。與氟、氯等接觸會(huì)發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)。遇高熱，容器內(nèi)壓增大，有開裂和爆炸的危險(xiǎn)。禁忌物：鹵素、酰基氯、酸類、氯仿、強(qiáng)氧化劑。人體吸入氨氣后，可引起急性中毒，低濃度皮膚接觸對(duì)黏膜有刺激作用，高濃度可造成組織溶解壞死。

2 二氧化碳提純工藝中主要涉氨設(shè)備危險(xiǎn)性和可操作性分析

2.1 氨在系統(tǒng)中的分布

在天然二氧化碳提純工藝中，氨主要分布于蒸餾塔再沸器、冷凝器、貯氨罐、氨螺桿壓縮機(jī)組等設(shè)備中，在生產(chǎn)、儲(chǔ)存和設(shè)備檢修過(guò)程中，涉氨設(shè)備、管道或儲(chǔ)罐及其閥門的意外爆破將導(dǎo)致氨氣大量泄漏，引起火災(zāi)爆炸和中毒事故。

2.2 危險(xiǎn)和可操作性分析

以車間蒸餾塔再沸器為例，塔底再沸器熱源的冷凍機(jī)組壓縮出來(lái)的氣氨發(fā)生泄漏，有可能造成人員中毒。本系統(tǒng)操作過(guò)程全系統(tǒng)壓力為：4.0～4.4MPa，如果沒(méi)有控制好操作壓力，可能造成系統(tǒng)超壓，造成設(shè)備物理爆炸。在再沸器內(nèi)二氧化碳被加熱汽化，如果溫度控制不好，超溫會(huì)引起系統(tǒng)壓力超高，同樣有可能引起設(shè)備物理爆炸，以上爆炸會(huì)造成加熱物料氣氨發(fā)生泄漏，引發(fā)中毒、火災(zāi)、爆炸事故。

流程概述：二氧化碳經(jīng)減壓至工作壓力送至蒸餾塔再沸器的殼程，再沸器殼程中的二氧化碳被管程高溫的氨加熱汽化而沸騰，送至蒸餾塔分離油氣；再沸器殼程中高沸點(diǎn)的油、水由底部進(jìn)入二氧化碳汽化器。

例：要素（壓力），引導(dǎo)詞（高）。可能原因1：儀表錯(cuò)誤，后果：無(wú)法正常指示，造成操作失誤，管線或后續(xù)生產(chǎn)設(shè)備超壓爆炸，現(xiàn)有安全措施：DCS控制系統(tǒng)上殼程出口管線現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)了壓力表；再沸器E301的殼程現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)了安全閥?？赡茉?：上游來(lái)的CO2壓力較高，后果：發(fā)生管線或后續(xù)生產(chǎn)設(shè)備超壓爆炸，現(xiàn)有安全措施：原料管線上設(shè)計(jì)有壓力表，再沸器的殼程現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)了安全閥?？赡茉?：加熱汽化用的氨溫度較高，后果：發(fā)生管線超壓爆炸，現(xiàn)有安全措施：DCS控制系統(tǒng)上殼程出口管線現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)了壓力表，DCS控制系統(tǒng)上用來(lái)加熱的氨氣管線設(shè)計(jì)了溫度計(jì)，再沸器的殼程現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)了安全閥。可能原因4：安全閥失效，不能正常起跳（憋壓），后果：設(shè)備超壓爆炸，現(xiàn)有安全措施：DCS控制系統(tǒng)上殼程出口管線現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)了壓力表。

以上為例再分別對(duì)要素溫度、流量進(jìn)行分析。分析結(jié)論：通過(guò)對(duì)蒸餾塔再沸器單元危險(xiǎn)和可操作性分析，蒸餾塔再沸器設(shè)置了防止超壓、溫度監(jiān)測(cè)等安全措施，目前能夠滿足安全操作要求。

3 液氨儲(chǔ)罐危險(xiǎn)性分析

以某車間液氨儲(chǔ)罐為例，數(shù)量1，型號(hào)6.2m3，最大貯存量為3280kg，屬于中壓二類壓力容器，爆炸分為儲(chǔ)罐本身的物理爆炸和化學(xué)爆炸。

引起物理性爆炸的危險(xiǎn)有害因素為：安全裝置不齊、裝設(shè)不當(dāng)或失靈；液氨儲(chǔ)罐由于溫度升高而超壓；液氨儲(chǔ)罐超裝；內(nèi)外介質(zhì)腐蝕造成壁厚減薄等。引起火災(zāi)、化學(xué)性爆炸的危險(xiǎn)有害因素為：液氨儲(chǔ)罐、法蘭、閥門、管道以及充裝液氨時(shí)泄漏，氨氣與空氣混合達(dá)到爆炸極限時(shí)，遇到明火、靜電火花等火源。氨氣中毒危險(xiǎn)有害因素為：液氨儲(chǔ)罐及附件爆炸、泄漏，空氣中氨氣濃度超過(guò)安全閾值，人員進(jìn)入液氨儲(chǔ)罐進(jìn)行檢修時(shí)，內(nèi)部氨氣濃度沒(méi)有達(dá)到安全范圍，也會(huì)引起中毒事故發(fā)生。

4 氨氣中毒事故后果模擬分析

4.1 對(duì)人員危害程度的決定因素分析

氨一旦泄漏，有可能對(duì)人體會(huì)造成一定傷害。對(duì)作業(yè)人員的危害取決于氨的性質(zhì)、濃度和人員接觸的時(shí)間等因素。氨泄漏初期，其形成氣團(tuán)密集在泄漏源周圍，隨后由于環(huán)境溫度、地形、風(fēng)力和湍流等影響氣團(tuán)飄移、擴(kuò)散，擴(kuò)散范圍變大，濃度減小。在后果分析中，往往不考慮氨氣泄漏的初期情況，即工廠范圍內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)情況，主要計(jì)算氨氣團(tuán)在空氣中飄移、擴(kuò)散的范圍、濃度、接觸氨氣的人數(shù)等。

4.2 有毒氣體擴(kuò)散毒害半徑計(jì)算

液化介質(zhì)在容器破裂時(shí)會(huì)發(fā)生蒸汽爆炸。當(dāng)液化介質(zhì)為液氨，爆炸后如不燃燒，便會(huì)造成大面積的毒害區(qū)域。

已知液氨參數(shù)：比熱C=4.6kJkg-1℃-1，容器破裂前器內(nèi)介質(zhì)溫度t=30℃，介質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)t0=-33℃，介質(zhì)分子量M=17，氣化熱q=1.37×103kJkg-1，W為介質(zhì)質(zhì)量，則液氨在沸點(diǎn)下蒸發(fā)蒸氣的體積Vg（m3）為：

車間液氨貯氨器體積為6.2m3，最大貯存量為3280kg。代如數(shù)據(jù)計(jì)算為：Vg6.2m3=841.98（m3）。

按有毒氣體的危險(xiǎn)濃度，當(dāng)氨氣在空氣中的濃度（C）達(dá)到0.5%時(shí)，人吸入5～10min即致死，若其擴(kuò)散以半球形向地面擴(kuò)散，則擴(kuò)散半徑為：

代入數(shù)據(jù)計(jì)算為：R6.2m3=43.16（m）。

綜上所述，液氨貯氨器爆炸后如不燃燒，便會(huì)造成大面積的毒害區(qū)域。車間氨儲(chǔ)罐有毒氣體擴(kuò)散毒害半徑為43.16m。

4.3 分析結(jié)論

根據(jù)毒害半徑的計(jì)算，當(dāng)車間氨儲(chǔ)罐發(fā)生氨氣泄漏時(shí)，有毒氣體擴(kuò)散毒害半徑為43.16m，在此范圍內(nèi)的人員必須全部撤離。同時(shí)，在此范圍內(nèi)的搶險(xiǎn)人員必須佩戴正壓式空氣呼吸器等個(gè)人防護(hù)用品。

5 液氨儲(chǔ)罐爆炸事故后果模擬分析

5.1 爆炸能量E

E=[（H1-H2）-（S1-S2）T1]×W。式中參數(shù)H1、S1分別為爆炸前飽和液體的焓和熵，H2、S2分別為大氣壓下飽和液體的焓和熵，T1為介質(zhì)大氣壓下的沸點(diǎn)，W為飽和液體的質(zhì)量。

查表可知：H1=639.01kJ/kg·K；H2=364.76kJ/kg·K；

S1=2.4786kJ/kg·K；S2=1.4775kJ/kg·K，

T1=273.15-33.5=239.65K。

以車間氨儲(chǔ)罐為例：W=3280（kg），則E6.2m3=[274.25-239.91]×3280=112635.2（kJ）。

5.2 TNT當(dāng)量q

q6.2m3=E/4500=112635.2/4500=25.03

5.3 爆炸模擬比a

a6.2m3=0.1q6.2m31/3=0.1×25.031/3=0.293

5.4 計(jì)算爆炸沖擊波對(duì)人體和建筑物的破壞作用

Δp為0.02時(shí)，R0=56m，R6.2m3=R0×a6.2m3=56×0.293=16.41（m），即車間儲(chǔ)罐爆炸時(shí)，16.41m范圍內(nèi)人的危害程度為輕微損傷，對(duì)建筑物的危害程度為墻裂縫；以此類推，12.45m范圍內(nèi)，人的聽覺(jué)器官損傷或骨折，建筑物墻體裂縫，屋瓦掉下；9.52m范圍內(nèi)人內(nèi)臟嚴(yán)重?fù)p傷或死亡，建筑物房架松動(dòng)甚至磚墻倒塌；6.65m范圍內(nèi)大部分人員死亡的范圍內(nèi)，建筑物防震鋼筋混凝土破壞，小房屋倒塌。

6 主要安全預(yù)防措施

液氨的泄漏將會(huì)導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸、中毒事件發(fā)生，因此杜絕一切可能的泄漏源和明火是防止事故的關(guān)鍵，應(yīng)考慮以下主要預(yù)防措施：

儲(chǔ)罐物理爆炸預(yù)防控制措施：儲(chǔ)罐防腐、安全閥失效控制、儲(chǔ)罐環(huán)境溫度控制、壓力表的選擇與保養(yǎng)等。

儲(chǔ)罐火災(zāi)、化學(xué)爆炸預(yù)防控制措施：采用防爆設(shè)計(jì)、設(shè)置氣體檢測(cè)器、管道和設(shè)備的選材必須耐腐蝕等。

應(yīng)急要求：設(shè)置風(fēng)向標(biāo)、設(shè)置氨氣濃度報(bào)警裝置及風(fēng)機(jī)連鎖、防爆型電動(dòng)機(jī)及燈具的選擇、應(yīng)急設(shè)備等。

靜電接地要求：氨壓縮機(jī)房?jī)?nèi)的管道各種金屬管做等電位聯(lián)結(jié)，建議對(duì)氨螺桿壓縮機(jī)組及氨儲(chǔ)罐、蒸發(fā)式冷凝器和氨液分離器等制冷輔助設(shè)備做等電位聯(lián)結(jié)。

加氨過(guò)程安全要求：加氨量應(yīng)滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，嚴(yán)格控制裝氨量，避免過(guò)量充裝；加氨前應(yīng)對(duì)制冷系統(tǒng)抽真空；向系統(tǒng)充氨時(shí)，應(yīng)采用耐壓3.0MPa以上的連接件，與其相接的管頭須有防滑溝槽；加氨時(shí)嚴(yán)禁加熱，夏季加氨時(shí)防止氨瓶暴曬，引起內(nèi)部壓力升高。

其他要求：如DCS控制室應(yīng)與機(jī)器間隔開；作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)配備洗眼器和淋浴噴淋裝備；人員的培訓(xùn)、取證；重大危險(xiǎn)源管理等。

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作者簡(jiǎn)介：李文俊（1982-），男，江蘇泰州人，江蘇華揚(yáng)液碳有限責(zé)任公司助理工程師，研究方向：安全管理。

（責(zé)任編輯：蔣建華）