某液氨貯罐危險性分析

摘要：采用事故樹分析方法，對某液氨貯罐的液氨超壓爆炸危險性進行了事故樹分析，得到了20個最小割集、3個最小徑集和結構重要度，并得出有20條可能發生超壓爆炸的途徑，以及絕熱不良引起液氨大量氣化是結構重要度最大的基本事件和事故發生的主要因素；同時，采用事故后果模擬分析法對液氨儲罐泄漏情況進行了模擬分析，研究得出：當有80%液氨（65.6t）發生泄漏，可形成5-10分鐘使人中毒致死的有毒空氣體積約為29596.94m3，傷害區域半徑可達118.72m。

關鍵詞：液氨貯罐 危險性分析 安全對策

1.前言

液氨為化工生產中常用的原料或中間品，常用于冷庫、化肥、制藥、塑料、合成纖維、石油精煉等行業[1]。某廠液氨貯罐的貯量為131.2噸，依據《重大危險源辨識》（GB18218－2000）中重大危險源定義及判別方法的規定[2]，貯量遠遠大于臨界量20噸，已構成了重大危險源。根據該廠的具體情況分析，當貯罐內溫度或壓力增大時，若超過罐體強度極限，可能發生超壓爆炸。

2.事故樹分析過程

2.1畫出事故樹圖

液氨貯罐超壓爆炸事故樹圖見圖1。

2.2 求最小割集

該樹的結構函數式為：

T =M1M6

最小割集是頂上事件發生的最低限度基本事件的集合。在事故樹中，有一個最小割集，頂上事件發生的可能性就有一種。通過最小割集分析，可以掌握導致頂上事件發生的各種可能，進而掌握事故發生規律，更好地尋求控制措施。事故樹中最小割集越多，頂上事件發生的可能性就越大，系統越危險。

此事故樹的最小割集是：

（X2 X8 X7）、（X4 X8 X7）、（X2 X11）、（X6 X8 X7）、（X4 X11）、（X1 X11）、（X2 X13）、（X2 X10）、（X6 X11）、（X5 X11）、（X4 X13）、（X4 X10）、（X1 X13）、（X1 X10）、（X3 X13）、（X2 X14）、（X3 X10）、（X6 X13）、（X6 X10）、（X5 X13）。

通過分析最小割集能直觀地、概略地看出哪種事故發生后，對系統危險性影響最大，哪種稍次，哪種可以忽略，以及如何采取有效措施控制事故發生。該樹有20個最小割集，即有20條可能發生超壓爆炸的途徑，說明超壓爆炸是極易發生的。

2.3 最小徑集

最小徑集是頂上事件發生所必須的最低限度的基本事件的集合[4]。利用最小徑集可選擇控制事故的佳方案。直觀而言，一般以消除包含最小事件最少的最小徑集中的基本原因事件最有利。

此事故樹的最小徑集是：

（X2 X4 X6 X1 X5 X3）、（X7 X11 X13 X10 X14 X12）、（X8 X11 X13 X10 X14 X12 X9）

最小徑集為頂上事件不發生所需的最低限度的徑集，只有3條且基本事件較多，說明超壓爆炸事故可控性不高。方案（X1 X2 X3 X4 X5 X6）說明確保泄壓裝置的安全可靠能防止壓力的積聚，是避免事故的首選方案。

2.3 求結構重要度

事故樹的結構重要度：事故樹是由眾多基本事件構成的，這些基本事件對頂上事件產生的影響程度是不同的，在制定安全防范措施時必須有個先后次序，輕重緩急，以便使系統達到經濟、有效、安全的目的。結構重要度反映的是在不考慮基本事件發生概率的情況下，事故樹中各個基本事件對頂上事件的影響程度。該樹在20個最小割集中，結構重要度順序為：

I(7)>I(1)=I(5)=I(3)>I(2)=I(4)=I(6)>I(10)=I(11)=I(13)=I(14)=I(12)>I(8)=I(9)

由重要度的排序可以看出， I(7)引起液氨大量氣化是結構重要度最大的基本事件； I(1)、I(5)、I(3)是事故發生的重要因素，僅次于絕熱不良。我們可以參照以上基本事件的結構重要度順序采取防護措施，加強控制，防止頂上事件的發生。

3.事故后果模擬分析過程

若液氨貯罐發生物理爆炸，引起容器破裂，此時容器內的高壓氣體大量沖出，迅速擴散，引起中毒。有毒物質泄漏后生成有毒蒸氣云，它在空氣中飄移、擴散，可能帶來嚴重的人員傷亡和環境污染。選用事故后果模擬分析法中的有毒液化氣體容器破裂時的毒害區估算法，通過定量的計算判斷液氨儲罐發生泄漏時的毒害區域。

3.1計算過程

液氨氣化氣體質量為W為65600kg，容器破裂前內介質溫度為t取常溫25℃，液體介質比熱為C 為4.6kj/(kg.℃)，容器破裂時，器內壓力降至大氣壓，處于過熱狀態的液化氣溫度迅速降至標準沸點t0（單位：℃），得到此時全部液體所放出的熱量。

= 17502080 （1）

設這些熱量全部用于器內液體的蒸發，它的汽化熱q為1370 kj/kg，得到其蒸發量。

=17502080 （2）

液氨的分子量M為17，則在沸點下蒸發蒸氣的體積Vg為：

==14798.47 m3 （3）

可求出其危險濃度下的有毒空氣體積，假設其危險濃度為C，則有毒氣體產生令人致死的有毒空氣體積V為：

（4）

假設這些有毒空氣以半球形向地面擴散，則可求出有毒氣體擴散半徑為：

（5）

液氨吸入5-10min致死的濃度C1為0.5%，運用上述公式4、公式5計算得到，吸入5-10min令人致死的有毒空氣體積為29596.94 m3，吸入5-10min令人致死的有毒氣體擴散半徑R1為118.72 m。

3.3 結果分析

可見，若發生液氨大面積泄漏時，影響范圍大，應增加防止液氨迅速擴散的安全措施和制定有針對性的應急預案。可安裝泄漏檢測自動報警儀及高壓噴淋裝置，一旦發生泄漏，可有效控制大量液氨擴散，為人員疏散爭取時間，減少事故損失。

4.結論

（1）對液氨超壓爆炸事故進行了事故樹分析，計算了最小割集、最小徑集及結構重要度，從分析結果看，安全閥、截止閥、液位計等附件的安全可靠對系統的安全性有重要影響。在日常的安全管理中，應特別加以注意。

（2）采用事故后果模擬分析法對液氨儲罐泄漏情況進行了模擬分析，當有80%液氨（65.6t）發生泄漏，可形成5-10分鐘使人中毒致死的有毒空氣體積約為29596.94m3，傷害區域半徑可達118.72m。可見，如發生大面積泄漏，引起中毒時間短，影響半徑大。

參考文獻

[1]于仁光，范軍政.液氨儲罐火災爆炸危害的事故樹法評價[J].安全生產技術論壇.安防技術 安全管理者 2005（2）.

[2]國家安全生產監督管理總局安全評價(第3版)[M]. 北 京:煤炭工業出版社，2005.

[3]張兆杰，王發現，曹志紅，等.壓力容器安全技術[M]. 鄭州:黃河水利出版社，2001.

[4]王蒙蒙，王小汀，王棟.事故樹中頂上事件發生概率的計算淺析[J].機械管理開發.2005.(4)47-48.

[5] 閏蘭英，李紅.事故樹分析法在濕式儲氣罐安全評價的應用[J].煤氣與熱力.2006.9 26(9) 13-15.