我國氨系統(tǒng)冷庫安全現(xiàn)狀及發(fā)展建議

司春強,唐俊杰,馬進(jìn),王昕

(1-國內(nèi)貿(mào)易工程設(shè)計研究院,北京 100069;2-北京二商集團(tuán)有限責(zé)任公司西郊食品冷凍廠,北京 100081)

我國氨系統(tǒng)冷庫安全現(xiàn)狀及發(fā)展建議

司春強*1,唐俊杰2,馬進(jìn)1,王昕2

(1-國內(nèi)貿(mào)易工程設(shè)計研究院,北京 100069;2-北京二商集團(tuán)有限責(zé)任公司西郊食品冷凍廠,北京 100081)

基于我國氨系統(tǒng)冷庫的安全現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢,從冷庫設(shè)備陳舊、搬遷困難等方面分析了冷庫現(xiàn)存的安全隱患。針對我國的冷庫行業(yè)特點,提出了冷庫設(shè)計應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化和冷庫系統(tǒng)應(yīng)高度自動化;針對安全管理,建議優(yōu)化監(jiān)測點和監(jiān)測預(yù)警技術(shù);針對泄漏處置,建議物理和化學(xué)方法相結(jié)合的無害處理方式。為我國氨系統(tǒng)冷庫的改造和新建提供有效的技術(shù)方案。

氨系統(tǒng);冷庫;安全;監(jiān)測

0 引言

隨著全球變暖問題日益突出,臭氧層破壞嚴(yán)重,各國積極推進(jìn) HCFCs制冷劑的淘汰和替代工作。由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展推動冷凍冷藏行業(yè)發(fā)展,冷凍冷藏設(shè)備設(shè)施社會需求量增大,使得制冷劑替代工作的尤為迫切和重要[1]。CO2作為天然制冷劑具有良好的環(huán)境友好性,但是蒸發(fā)溫度高于-25 ℃時,效率較低;跨臨界循環(huán)壓力過高,也存在重大安全隱患,因此限制了其在冷庫行業(yè)的發(fā)展,目前即使在歐美地區(qū)也沒有全面推廣。氨作為綠色環(huán)保制冷劑,對臭氧耗損潛能值(ODP)為零,全球變暖潛能值(GWP)為零,不僅具有良好的熱物性,而且是天然物質(zhì)、價格低廉,因此在全世界范圍80%的大型冷庫中得到應(yīng)用。氨制冷系統(tǒng)的關(guān)鍵問題是安全問題。氨具有毒性,在空間積聚的濃度達(dá)到一定值時還有潛在的燃燒、爆炸危險。冷庫氨泄漏事故發(fā)生的時間、地點、環(huán)境具有很大的不確定性,一旦發(fā)生事故,極可能導(dǎo)致死人、傷人,給員工家庭和企業(yè)造成巨大損失和危害。因此在冷庫工程的設(shè)計、建設(shè)中,必須做好氨制冷系統(tǒng)的安全與防護(hù);在冷庫的運行和管理中,完善監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng),使氨系統(tǒng)冷庫連續(xù)處于受控狀態(tài)[2]。最終實現(xiàn)全面保證氨系統(tǒng)冷庫運行安全,最大程度的保證人身財產(chǎn)安全,降低甚至避免氨泄漏所造成的損失。

1 我國冷庫現(xiàn)狀

1.1 發(fā)展現(xiàn)狀

從 1955年我國建造第一座現(xiàn)代冷庫開始,經(jīng)歷50多年的發(fā)展,我冷庫總?cè)萘繌淖畛醯?萬噸到現(xiàn)在近千萬噸[3]。隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,各地區(qū)新建冷庫數(shù)量呈迅猛發(fā)展,各種冷庫星羅棋布[4]。近幾年我國冷庫新增容量急劇增加。冷庫分布主要集中在東部沿海地區(qū)、環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)區(qū)、南部兩廣地區(qū)等,同時也己經(jīng)開始由經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)向經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)地區(qū)散射,如圖1所示。

圖1 我國冷庫發(fā)展現(xiàn)狀

2010年《農(nóng)產(chǎn)品冷藏鏈物流規(guī)劃》的頒布,更是給冷庫的發(fā)展注入了新的動力。但是發(fā)展的同時也為冷庫安全問題提出了更大的考驗[5]。

1.2 氨冷庫安全現(xiàn)狀

1)設(shè)備陳舊,隱患眾多

從我國最初建造氨系統(tǒng)冷庫至今,氨系統(tǒng)冷庫己經(jīng)運行了幾十年,這些冷庫的設(shè)備陳舊、管路老化、閥門墊圈老化等潛在危險十分突出,同時現(xiàn)有冷庫操作人員的不規(guī)范更加劇了氨系統(tǒng)冷庫的危險程度。

2)事故頻發(fā),損失慘重

近些年我國氨冷庫的泄漏事故時有發(fā)生。2004年8月29日,重慶巴南區(qū)某食品飲料廠內(nèi)發(fā)生氨氣泄漏事件,造成20余人中毒,200多人轉(zhuǎn)移,方圓百米內(nèi)的居民全部疏散;2010年6月,青島一家冷庫發(fā)生氨泄漏爆炸事故,造成一名工人中毒凍傷后死亡;2010年9月9日,寧夏一食品企業(yè)氨氣管道破裂,導(dǎo)致方圓數(shù)公里內(nèi)的數(shù)千人員疏散;2010年11月,金鄉(xiāng)縣冷庫液氨泄漏,造成多人受傷;同月福建寧德一家制冰廠氨氣泄漏,500人緊急疏散;2011年10月,大連發(fā)生氨冷庫泄漏事件,造成3人受傷;2012年7月,漳州市發(fā)生一起冷凍廠氨泄漏事故,造成重大損失。

3)位置特殊,處置困難

當(dāng)年我國眾多氨系統(tǒng)冷庫都是建設(shè)在市郊,遠(yuǎn)離城市中心,但是隨著我國城市化進(jìn)程發(fā)展,眾多冷庫所在位置己經(jīng)成為了當(dāng)今城市的中心,一旦發(fā)生泄漏造成危害,其程度難以想象。同時,人口的密集也給氨泄漏事故的處置增加難度。

4)作用突出,難以拆除

諸多氨系統(tǒng)冷庫處在城市貿(mào)易核心區(qū)域,對冷凍冷藏行業(yè)、商業(yè)有著重要的作用,同時也是滿足人們對高品質(zhì)冷藏食品需求的重要保障,不可以拆除棄之,必須采取有效措施,解決氨系統(tǒng)泄漏的潛在危害。

眾多事故案例和潛在危險表明,解決我國氨制冷系統(tǒng)的安全問題勢在必行,這同時也是推進(jìn)我國冷凍冷藏行業(yè)發(fā)展、推動我國經(jīng)濟(jì)進(jìn)步的重要措施。

2 解決方案

針對氨泄漏問題特征,國外結(jié)合自己的環(huán)境和需求,采取不同措施。歐洲對冷庫使用氨系統(tǒng)的安全控制是通過相關(guān)規(guī)范來實現(xiàn)的[6]。規(guī)范中明確指出,冷庫建設(shè)中需要劃分區(qū)域,對機(jī)房等泄漏核心區(qū)進(jìn)行重點防護(hù),明確規(guī)定上述危險區(qū)域的濃度監(jiān)測探頭數(shù)量。美國的氨冷庫多數(shù)建設(shè)在人口稀疏的郊區(qū),其安全措施主要是根據(jù)濃度監(jiān)測探頭啟動通風(fēng)和噴淋裝置,將氨溶于水以液體或者通過吹風(fēng)以氣態(tài)直接排向環(huán)境。我國氨冷庫多數(shù)建設(shè)在人口密集的地區(qū),直接排空將會對周圍人身安全帶來隱患,即便是水溶解后,氨溶液的排放也受到限制;同時我國現(xiàn)有氨系統(tǒng)冷庫歷史較長,自動化程度很低,很難直接使用歐洲標(biāo)準(zhǔn)。因此必須研究適合我國氨系統(tǒng)冷庫現(xiàn)狀的解決方案。

2.1 標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計

通過國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,對氨系統(tǒng)管道按照壓力管道規(guī)范進(jìn)行設(shè)計、安裝和維護(hù);按照壓力容器規(guī)范進(jìn)行設(shè)計、制造、安裝和維護(hù);系統(tǒng)設(shè)計中采用超壓防護(hù)措施,如安裝安全閥和壓力報警開關(guān)等。

2.2 優(yōu)化設(shè)計監(jiān)測點

《冷庫設(shè)計規(guī)范》(GB 50072-2010)[7]第7.2.1條規(guī)定,氨壓縮機(jī)房應(yīng)安裝氨氣濃度自動測量裝置,當(dāng)氨氣濃度接近爆炸下限的10%時,應(yīng)能發(fā)出報警信號。通過計算機(jī)仿真技術(shù),對氨系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析,研究機(jī)房、管路和冷庫內(nèi)最大泄漏可能點,根據(jù)仿真結(jié)果,優(yōu)化監(jiān)測點的布置。實現(xiàn)監(jiān)測點覆蓋全部潛在泄漏區(qū)域,避免出現(xiàn)盲區(qū),同時多測點交叉監(jiān)測減小誤報的可能性。

2.3 提高自動化程度

日本氟利昂系統(tǒng)對策委員會對168件氨系統(tǒng)泄漏事件統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),管道、密封墊腐蝕占 29%(48件);日常操作錯誤32%(52件);維修作為錯誤13%(22件);液位計破裂8%(13件);其他18% (31件)。上述統(tǒng)計結(jié)果表明,人為操作事故高達(dá)45%。因此對現(xiàn)有氨系統(tǒng)冷庫進(jìn)行自動化改造,弱化人為操作是降低氨系統(tǒng)潛在危險的有效手段。同時系統(tǒng)自動化程度的提高,也是現(xiàn)實智能化監(jiān)測應(yīng)急處置的前提。

2.4 發(fā)展監(jiān)測預(yù)警技術(shù)

結(jié)合石油化工等行業(yè)的泄漏監(jiān)測技術(shù),根據(jù)氨系統(tǒng)冷庫的泄漏特點,進(jìn)行技術(shù)改進(jìn),研究開發(fā)適合氨系統(tǒng)泄漏的監(jiān)測預(yù)警設(shè)備和方法。結(jié)合監(jiān)測點的優(yōu)化布置,實現(xiàn)對泄漏及時監(jiān)測預(yù)警和準(zhǔn)確判斷事故發(fā)生部位。針對泄漏事故的可能形態(tài),制定不同的泄漏處置方案,避免二次傷害和泄漏程度擴(kuò)大的發(fā)生。

2.5 應(yīng)急處置技術(shù)

應(yīng)急處置技術(shù)應(yīng)包括三個層次。第一,一旦發(fā)生泄漏,監(jiān)測系統(tǒng)探測到泄漏事件后馬上啟動通風(fēng)、噴淋裝置,對己泄漏至空氣中的氨進(jìn)行稀釋排空;第二,啟動隔斷控制閥門,將泄漏段隔斷出來,并同時啟動回收裝置(安裝在系統(tǒng)中的附加壓縮機(jī),將隔斷段未泄漏出來的氨回收)和吸收消納裝置(對正在泄漏的氨通過化學(xué)方法進(jìn)行無害化分解);第三,通過對處置后的含氨工質(zhì)的空氣、水等進(jìn)行合理的收集或者其他處置方案,避免二次傷害。

通過前期的安全設(shè)計和施工,輔之智能監(jiān)測控制系統(tǒng),配套應(yīng)急處置技術(shù)可以極大降低事故發(fā)生概率,對既發(fā)事故可以快速做出反應(yīng),最大程度降低損失,這將是解決我國氨系統(tǒng)冷庫泄漏問題的有效手段,是促進(jìn)我國冷庫行業(yè)發(fā)展的重要動力。

3 結(jié)論

我國氨系統(tǒng)冷庫己經(jīng)有 60多年的歷史,隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,其地位越來越重要。面對舊冷庫設(shè)備老化、系統(tǒng)自動化程度低和新冷庫發(fā)展需求等諸多難題,有效的解決氨制冷系統(tǒng)的安全問題是最有效的方案。合理的安全設(shè)計和施工、智能的監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)以及全面的應(yīng)急處置技術(shù)是我國氨系統(tǒng)冷庫發(fā)展重要手段,是促進(jìn)我國冷凍冷藏行業(yè)的發(fā)展、推動我國經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步重要動力,對提高我國經(jīng)濟(jì)實力和人民生活水平具有重要的現(xiàn)實意義。

[1] 徐慶磊. 當(dāng)前氨制冷劑在冷庫中應(yīng)用的公共安全問題值得密切關(guān)注[J]. 冷藏技術(shù), 2006(3): 1-4.

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[3] 涂中強, 魏龍. 氨制冷系統(tǒng)在國內(nèi)冷庫中的應(yīng)用分析[J]. 潔凈與空調(diào)技術(shù), 2010(4): 59-61.

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[7] GB 50072-2010. 冷庫設(shè)計規(guī)范[S].

Security Situation and Development Recommendations of Cold Storage with Ammonia System in China

SI Chun-qiang*1, TANG Jun-jie2, MA Jin1, WANG Xin2
(1- Internal Trade Engineering & Research Institute, Beijing 100069, China; 2- Xijiao Food Cold Storage Plant, Beijing ER Shang Group Co., Ltd., Beijing 100081, China)

According to security situation and development trend of cold storage in China, the security risks existed in cold storage is analyzed from obsolete equipments and difficult to relocation. For our cold storage industry characteristics, several recommendations are proposed. Standard design and highly automated cold storage are recommended. For security management, the monitor point and technology should be optimized urgently. Combination of physical and chemical methods is probable way to process the leakage of ammonia. The effective technical solution is suggested for ammonia cold storages in our country.

Ammonia system; Cold storage; Security; Monitor

10.3969/j.issn.2095-4468.2014.03.103

*司春強(1982-),男,高級工程師,博士。研究方向:冷庫安全技術(shù)、制冷新技術(shù)。聯(lián)系地址:北京市右安門外大街99號華商科技大廈606室,郵編:100069。聯(lián)系電話:010-63565489。E-mail:sichunqiang@126.com。

北京市重點項目(D13110600430000)