液氨儲運系統泄漏事故應急處置設施

黃劍飛 周斌斌

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

液氨在工業生產中應用極廣，是目前制冷行業主要的制冷劑，化肥行業制取銨鹽和氮肥，在金屬退火生產中作為退火保護氣的生產原料亦被廣泛使用。由于液氨的爆炸性和毒害性，在儲運過程中，發生泄漏后，可造成液氨揮發積聚引發爆炸和人員中毒等事故。

1.氨的危害分析

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

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

液氨泄漏會造成人員傷亡，根據<國家安全監管總局辦公廳關于印發《首批重點監管的危險化學品安全措施和應急處置原則》的通知>(國家安全監管總局安監總廳管三[2011]142號)的規定：液氨小量泄漏，初始隔離30m，下風向疏散白天100m、夜晚200m；大量泄漏，初始隔離150m，下風向疏散白天800m、夜晚2300m。可見其泄漏后的危害范圍之廣，危害之大。

2.中毒、爆炸事故成因及特征

中毒：中毒是機體過量或大量接觸化學毒物，引發組織結構和功能損害、代謝障礙而發生疾病或死亡的現象。化學毒物在空氣中濃度超標，機體與毒物直接無防護接觸，未及時發現并采取措施，是發生中毒事故的基本條件。

爆炸：爆炸分為化學爆炸和物理爆炸，本文僅討論化學爆炸。

化學爆炸是物質濃度在爆炸極限內，在有助燃物的條件下，遭遇激發能源后短時間內完成化學反應，形成其他物質同時產生大量氣體和能量的現象。物質濃度達到爆炸極限、助燃物和激發能源是這類爆炸的三個基本要素，這三個要素是任何化學反應能成為爆炸性反應所必須具備的，而且這三者互相關聯，缺一不可。

3.防止中毒、爆炸事故發生的基本原則

對危險源及其風險的控制遵循消除、預防、減弱、隔離、聯鎖、警示和個體防護的原則。防毒、防爆的基本原則是通過對中毒、爆炸事故發生過程的特點進行分析，以便采取相應的防范措施，阻止第一過程的出現，限制第二過程的發展，防護第三過程的危害。

防止中毒事故發生的基本原則有以下幾點：

3.1 防止毒物泄漏；

3.2 降低、控制毒物濃度；

3.3 切斷毒物擴散途徑；

3.4 減弱毒物對人員的傷害；

3.5 檢測報警。

防止爆炸事故發生的基本原則有以下幾點：

3.6 防止爆炸混合物的形成；

3.7 消除、控制激發能源的產生；

3.8 切斷爆炸傳播途徑；

3.9 減弱爆炸壓力和沖擊波對人員、設備和建筑的損壞。

4.液氨儲運系統防毒、防爆的安全技術措施

4.1 防止液氨泄漏擴散、防止氨氣形成爆炸性混合氣體

液氨在儲運過程中，液氨在常溫下的儲存壓力為0.8MPa左右。液氨槽車卸料口接通儲罐進料口，接通氣相平衡管，液氨通過卸車泵以液體形態通過管道送入儲罐；液氨鋼瓶使用時，根據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、儲罐、鋼瓶內充滿液氨，其輸送、儲存過程始終承壓，輸送系統中各結合部因受力疲勞破損或接口部位密封不嚴，在受壓的情況下發生泄漏事故。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生產的靜電或其他激發能源(火花、明火、高熱等)，導致液氨儲運系統發生爆炸事故。液氨泄漏使空氣中氨氣超標，作業人員在無防護設施的情況下接觸，可導致人員中毒。故在液氨裝卸、儲存、輸送時應確保液氨儲運系統的密閉、防爆。

根據液氨泄漏氣化擴散，氨氣易溶于水的特性。將液氨儲運系統設置在設有吸風吸收系統的隔離房內，可有效控制氨氣的擴散；利用氨易溶于水的特性，在隔離房內加裝水霧噴淋裝置，一方面可有效避免氨形成爆炸性混合氣體，另一方面可對泄漏的氨氣進行初步的吸收。

液氨儲運系統應急設施由在線氨泄漏檢測裝置、連鎖保護裝置組成。連鎖保護裝置由水噴淋系統、吸風系統、降膜吸收系統構成，并與在線氨泄漏檢測裝置形成聯鎖。水噴淋系統可分為水霧和水簾兩部分，在隔離房內部設置水霧噴淋，并在吸風系統的吸風口處加裝噴霧噴頭，降低氨氣的爆炸危險性，大量氨氣混合水汽被吸風系統送入降膜吸收裝置進行有效吸收；隔離房設置成兩面有墻帶頂的框架結構，未設墻體的兩面進出口上方可以設置水簾，利用水簾隔絕氨氣的外溢，配套吸風裝置使隔離房內部形成微負壓，有利于氨氣的吸收，同時便于應急人員的進出。同時，考慮到聯鎖控制的可靠性，水噴淋、吸風機和降膜設施應設置遠程手動啟動按鈕。

綜上所述，當液氨儲運系統發生泄漏時，通過氨氣泄漏檢測報警裝置發出警報，自動聯鎖打開水噴淋系統，吸收泄漏的氨氣，同時啟動吸氣排風扇和降膜吸收裝置。實現對氨氣的高效自動吸收。液氨儲運系統泄漏事故應急處置設施示意如下：

4.2 消除、控制激發能源

液氨儲運系統泄漏應急處置設施示意圖

引起爆炸事故的激發能源主要有明火、高溫表面、摩擦和撞擊、絕熱壓縮、化學反應熱、電氣火花、靜電火花、雷擊等。所以對有爆炸危險場所，對這些激發能源要有嚴格的控制措施。

在液氨儲運系統隔離房的設計時，應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，同時液氨儲運系統必須有消除靜電的措施。對于液氨槽罐車卸車裝置，采用萬向卸車裝置。另外，對于隔離房內電氣，則選用防爆型電氣并接地，以消除電氣火花和靜電積聚。

液氨儲運系統應嚴格按照《防止靜電事故通用導則》(GB12158-2006)的有關要求執行，注意設備、管道的防靜電跨接、接地處理。

另外，應使用不產生火花的工具，操作現場嚴禁煙火，嚴禁使用手機等。作業場所應定期進行防雷、防靜電檢測，確保安全。

4.3 隔離阻斷，防止事故蔓延

首先，液氨儲運系統區域應設置在獨立的隔離間內，與其他生產、儲存的區域之間保持足夠的安全間距，相應貼臨的采用防火墻分隔，并確保有足夠的泄壓面積，液氨儲運系統區域內嚴格控制現場操作人員人數。

其次，使用鋼瓶液氨的企業應將液氨儲存場所和供氣場所分開設置，嚴格控制液氨供氣作業場所的存放量。設置在使用場所的液氨儲罐或設備配套的自帶液氨儲罐，應嚴格控制儲罐的容量，并靠使用場所外墻設置，貼臨部分采用防火墻分隔。

再次，通入使用場所、設備的液氨管道應加裝止逆閥。

4.4 檢測報警

液氨儲運系統區域嚴格按照《石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規范》(GB50493-2009)的要求，設置氨氣濃度檢測報警裝置，并與水噴淋裝置、吸風系統聯鎖。若一旦發生氨氣泄漏，檢測報警儀可在設定的安全濃度范圍內發出警報，可做到早發現、早控制、早排除，防止事故發生和蔓延擴大。

5.討論

對于該方案的具體參數本文提出了初步的數據要求，供大家討論、研究。

液氨儲運系統泄漏事故應急處置設施的有效性取決于氨濃度在線監測與水噴淋、吸風、降膜吸收的聯鎖和相互匹配性。

對于應急處置設施的聯鎖功能，主要取決于氨濃度在線監測裝置的靈敏度和反饋執行系統的可靠性，對于這部分功能，目前國內外有定型的設備可供選擇。對于聯鎖的開啟次序，水噴淋應首先開啟，吸風、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散。

對于應急處置設施內各裝置的匹配性，首先應確定吸風設施的排風量，其排風量的合理確定是整個應急處置設施有效運行的關鍵，影響排風量確定的因素有：隔離間的容積、氨氣的泄漏速率和后續降膜吸收裝置的吸收能力，根據《冷庫設計規范》(GB50072-2010)第 9.0.2 條：“事故排風量應按 183m3/(m2·h)進行計算確定，且最小排風量不應小于34000m3/h”的相關規定，建議參照該標準確定。降膜吸收裝置的吸收能力由吸風的排風量和氨氣的泄漏速率影響，建議按每小時吸收儲氨量30%的吸收能力確定。水噴淋系統供水強度需根據隔離間的幾何體積確定，建議按啟動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水簾為標準進行確定。

6.結語

預防事故發生主要從降低事故發生概率和減小事故危害程度兩方面采取相應的措施，在一定的經濟、技術條件下，事故發生概率是一定的，如何有效減小事故的危害，是控制預防事故的重要手段。

通過對液氨特性、危害分析，以及對其儲運系統存在的危險因素辨識，本文針對目前對于液氨儲運系統泄漏事故應急處置設施沒有建立明確的標準要求的現狀，提出了一套應急處置方案，該方案從理論上表明了可行性，僅作為建立液氨儲運系統應急處置設施標準的一種思路和基礎，對于該方案的具體參數還需在實際生產實踐中進行驗證。

[1]GB28009-2011,冷庫安全規程[S].

[2]GB50160-2008,石油化工企業設計防火規范[S].

[3]GB50493-2009,石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規范[S].

[4]劉春祥,蔡鳳英,談宗山.某液氨儲罐泄漏的后果分析及對策[J].工業安全與環保,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.