貯氨器氨泄漏危害后果估算

谷碩 劉中軍 紀(jì)純明

（大連鍋爐壓力容器檢驗(yàn)檢測(cè)研究院有限公司，遼寧大連 116013）

引言

氨介質(zhì)做制冷劑，因其價(jià)格低廉，制冷效果好，在制冷裝置上得到了大面積的應(yīng)用。由于使用的企業(yè)增多，在使用過(guò)程中發(fā)過(guò)安全事故，例如近些年來(lái)多次發(fā)生制冷裝置氨泄漏，不僅造成了大量人員傷亡，也對(duì)企業(yè)和周邊用戶造成了財(cái)產(chǎn)損失，因此氨泄漏逐漸地引起了人們的重視。氨本身不具有致命毒性，但能夠引起人的窒息從而對(duì)人造成損傷甚至死亡。對(duì)制冷裝置中氨泄漏的危害進(jìn)行估算，對(duì)于涉氨企業(yè)的選址以及制定相應(yīng)的應(yīng)急措施等具有重要的意義。

氨泄漏濃度的估算主要是根據(jù)氣體擴(kuò)散計(jì)算模型來(lái)完成。若要研究瞬時(shí)泄放（如貯氨器發(fā)生爆炸導(dǎo)致其內(nèi)部介質(zhì)被瞬時(shí)泄放的情況），應(yīng)用高斯煙團(tuán)模型進(jìn)行計(jì)算。盡管也存在一些不足，但是由于其較早的提出，其計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)得數(shù)值相吻合，被人們廣泛的應(yīng)用[1]。

貯氨器作為制冷裝置的重要組成設(shè)備，對(duì)其進(jìn)行氨泄漏后果估算從而估算出整套裝置的泄露后果具有重要的作用。本文采用了國(guó)內(nèi)環(huán)境保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)推薦的修正的高斯煙團(tuán)模型和概率函數(shù)法進(jìn)行某貯氨器氨泄漏危害后果的估算。

1 設(shè)備簡(jiǎn)介

貯氨器的基本參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 貯氨器設(shè)備參數(shù)

2 氨泄漏濃度估算[1]

2.1 無(wú)風(fēng)條件下濃度估算

根據(jù)氨對(duì)人的急性毒害影響表[2]，獲得3種危害程度下氨的濃度下限，分別為：輕度危害的下限70 mg/m3，中度危害的下限210mg/m3，重度危害的下限1750 mg/m3。假設(shè)在無(wú)風(fēng)條件下，氨氣初始云團(tuán)按半球狀在地面釋放，其危害濃度的影響半徑：

2.2 有風(fēng)條件下濃度估算

根據(jù)鐘冬望等[2]給出的修正高斯煙團(tuán)模型，有風(fēng)條件下x軸線下風(fēng)向地面濃度：

式中，x：方向坐標(biāo)，單位：m；

δx,δy,δz：x，y，z方向上的擴(kuò)散參數(shù)，無(wú)量綱；

u：x方向上的風(fēng)速，下風(fēng)向?yàn)檎?，上風(fēng)向?yàn)樨?fù)，單位：m·s-1；

t：泄露時(shí)間，單位：s。

假設(shè)該企業(yè)風(fēng)速平均為2.5m/s，根據(jù)大氣穩(wěn)定度表和擴(kuò)散系數(shù)計(jì)算表[2]，取穩(wěn)定度為C級(jí)，則δx=δy=0.36x0.86，δz=0.33x0.86。

假設(shè)x-ut=0，將上述數(shù)據(jù)代入，對(duì)應(yīng)不同軸線距離的濃度為：

y取最大值。根據(jù)式（4），當(dāng)C=1750mg/m3，對(duì)應(yīng)不同的x值，可以得到重度危害區(qū)域y的最大值。

3 人員傷亡百分率估算

概率值與接觸毒物濃度及接觸時(shí)間的關(guān)系如下[3-5]：

有害區(qū)域估算時(shí)，以半致死濃度（即50%死亡率）為基礎(chǔ)，計(jì)算相應(yīng)的氨氣濃度，考慮人員撤離現(xiàn)場(chǎng)所需時(shí)間，取暴露時(shí)間30min。將接觸氨氣濃度和接觸時(shí)間代入式（6）計(jì)算出概率值，再根據(jù)概率與死亡率換算表[3]查得對(duì)應(yīng)的中毒死亡百分率。

4 結(jié)果與分析

4.1 估算結(jié)果

該貯氨器無(wú)風(fēng)條件下、有風(fēng)條件下下風(fēng)向危害距離以及橫風(fēng)向危害距離估算結(jié)果見(jiàn)表2，重度危害區(qū)域地面覆蓋范圍如圖1所示。為了更好的進(jìn)行比較，增加一組氨介質(zhì)含量50t的氨制冷企業(yè)危害半徑估算，結(jié)果見(jiàn)表3.

表2 貯氨器不同條件下危害半徑估算結(jié)果（單位：m）

圖1 重度危害區(qū)氨蒸氣云團(tuán)地面覆蓋范圍

表3 10t氨介質(zhì)制冷企業(yè)不同條件下危害半徑估算結(jié)果（單位：m）

人員傷亡百分率估算：接觸30min，其半致死濃度為4723 mg/m3；在該濃度下，接觸15min，死亡可能性達(dá)到31%；接觸5min，死亡可能性達(dá)到10%；當(dāng)接觸為2min，死亡可能性達(dá)到2.5%。相應(yīng)的重傷區(qū)最低濃度為1750 mg/m3，接觸30min，死亡可能性達(dá)到8%；接觸15min，死亡可能性達(dá)到2%；接觸5min，死亡可能性接近1%。

4.2 分析

通過(guò)貯氨器氨泄漏危害濃度估算，無(wú)風(fēng)條件下，貯氨器氨泄漏重度、中度、輕度危害半徑分別為9.94m、20.16m、29.07m，有風(fēng)條件下下風(fēng)向危害距離分別為29.34m、66.73m、102.15m；有風(fēng)條件下橫風(fēng)向危害距離分別為6.92m、14.02m、20.22m。從估算結(jié)果可以看出，有風(fēng)條件下，下風(fēng)向危害范圍急劇增大，而瞬時(shí)氣團(tuán)質(zhì)量恒定，橫風(fēng)向危害距離略有縮小，危害范圍呈紡錘形。無(wú)風(fēng)條件下，最大危害半徑為29.07m；當(dāng)風(fēng)速達(dá)到2.5m/s時(shí)，下風(fēng)向最遠(yuǎn)危害距離為102.15m，橫風(fēng)向最大危害距離為20.22m。當(dāng)無(wú)風(fēng)時(shí)，人員疏散到距離泄漏點(diǎn)29.07m以外即可，當(dāng)風(fēng)速為2.5m/s時(shí)，則要疏散到距離泄漏點(diǎn)102.15m才能確保安全，因此在發(fā)生泄漏時(shí)應(yīng)選擇上風(fēng)向進(jìn)行撤離。另外，有風(fēng)條件下，重傷區(qū)的危害區(qū)域?yàn)椤凹忓N形”，在廠址選擇、工藝制定以及應(yīng)急預(yù)案的制定時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮，尤其應(yīng)注意與下風(fēng)向垂直方向上的最大危害距離。

以上數(shù)據(jù)可能大家覺(jué)得危害距離不是很大，但是上述數(shù)據(jù)僅是一臺(tái)貯氨器的危害半徑，一套制冷裝置除了貯氨器，還有其他設(shè)備，還有連接管道，其內(nèi)部的氨介質(zhì)含量要遠(yuǎn)大于單臺(tái)貯氨器的氨含量。我們以50t為例，其危害半徑就發(fā)生了極大的變化危害距離基本達(dá)到原來(lái)的2.5-3倍左右。無(wú)風(fēng)條件下，最大危害半徑為69.88m；當(dāng)風(fēng)速達(dá)到2.5m/s時(shí)，下風(fēng)向最遠(yuǎn)危害距離為283.23m，橫風(fēng)向最大危害距離為48.60m。

人員傷亡的半致死濃度為4723mg/m3，在該濃度下，接觸15min，死亡百分率為31%；接觸5min，死亡百分率為10%；接觸2min，死亡百分率為2.5%。重傷區(qū)內(nèi)最低濃度C=1750 mg/m3，接觸30min，死亡百分率為8%；接觸15min，死亡百分率為2%；接觸5min，死亡百分率接近1%。因此，制定應(yīng)急預(yù)案時(shí)，應(yīng)首先疏散、救治處于高濃度區(qū)域的人員，對(duì)于重傷區(qū)內(nèi)的人員，也應(yīng)盡快疏散和觀察。

另外，氨制冷設(shè)備大部分在室內(nèi)，而部分企業(yè)基于安全以外其他方面的考慮，將安全門(mén)等安全設(shè)施封堵，或通風(fēng)條件不暢，將引起更加嚴(yán)重的泄漏危害后果。

綜上，當(dāng)進(jìn)行廠址、工藝選擇時(shí)，應(yīng)主要考慮氨泄漏濃度及相應(yīng)的危害半徑，根據(jù)估算的危害距離進(jìn)行選擇。當(dāng)制定應(yīng)急預(yù)案時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮人員傷亡百分率，并結(jié)合氨泄漏危害半徑的計(jì)算。對(duì)于濃度高、死亡百分率大的區(qū)域內(nèi)人員應(yīng)及時(shí)重點(diǎn)的疏散、救治。

5 結(jié)論

由于氨具有毒性，在氨的生產(chǎn)中，一旦發(fā)生泄漏將會(huì)對(duì)周圍環(huán)境和人員造成破壞和損傷，嚴(yán)重的將會(huì)導(dǎo)致周圍的人員窒息死亡，因此對(duì)其泄漏進(jìn)行估算，對(duì)于制冷企業(yè)的廠址選擇以及制定氨泄漏的應(yīng)急預(yù)案、應(yīng)急演練具有較為重要的指導(dǎo)作用。本文通過(guò)對(duì)一臺(tái)8.0m3貯氨器的氨泄漏進(jìn)行了估算，得到以下結(jié)論：

1、氨泄漏后果危害的估算，主要通過(guò)氨泄漏濃度和人員傷亡百分率的計(jì)算完成。

2、氨泄漏濃度的估算采用發(fā)展較早、模型較成熟、計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果較吻合的高斯煙團(tuán)模型，得到了重度、中度、輕度危害區(qū)域的最大危害半徑。

3、人員傷亡百分率的計(jì)算采用概率函數(shù)法，得到了半致死濃度，以及該濃度下不同接觸時(shí)間的死亡百分率。并計(jì)算了重度危害區(qū)域接觸時(shí)間30min、15min和5min時(shí)的人員死亡百分率。

4、本文的氨泄漏危害后果計(jì)算為該廠發(fā)生泄漏后的應(yīng)急預(yù)案的制定、產(chǎn)能的更改等提供了理論指導(dǎo)，也可作為其他氨相關(guān)生產(chǎn)單位廠址以及應(yīng)急預(yù)案的制定提供理論參考。