液氨儲(chǔ)罐爆炸預(yù)防措施探討

周建輝

（廣東優(yōu)安安全評(píng)價(jià)檢測(cè)有限公司，廣東 河源 517000）

液氨儲(chǔ)罐爆炸預(yù)防措施探討

周建輝

（廣東優(yōu)安安全評(píng)價(jià)檢測(cè)有限公司，廣東 河源 517000）

液氨儲(chǔ)罐儲(chǔ)存具有易燃易爆等特點(diǎn)，對(duì)其爆炸預(yù)防措施展開(kāi)探討具有十分重要的意義。分析了液氨儲(chǔ)罐的爆炸分類(lèi)及危害，并提出了相應(yīng)的爆炸預(yù)防措施，以期能為液氨儲(chǔ)罐安全工作的開(kāi)展提供參考。

液氨儲(chǔ)罐；爆炸預(yù)防措施；物理爆炸；化學(xué)爆炸

隨著我國(guó)工業(yè)化的不斷發(fā)展，液氨作為化工行業(yè)的重要原材料，在化肥、石油能源等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。由于液氨屬于易燃、易爆、有毒化學(xué)品，是重大危險(xiǎn)源，如果安全工作不到位，則可能會(huì)導(dǎo)致爆炸事故的發(fā)生，造成嚴(yán)重的人員及財(cái)產(chǎn)損失。因此，預(yù)防液氨儲(chǔ)罐爆炸的發(fā)生十分必要。

1 爆炸的分類(lèi)

根據(jù)反應(yīng)性質(zhì)可將爆炸分為以下類(lèi)型。

1.1 物理爆炸

物理爆炸是由物理變化（溫度、體積和壓力等因素）引起的，爆炸前后爆炸物質(zhì)的性質(zhì)及化學(xué)成分不發(fā)生變化。鍋爐爆炸是典型的物理性爆炸。

1.2 化學(xué)爆炸

化學(xué)爆炸是由化學(xué)變化引起的，液氨泄漏形成爆炸性混合氣體爆炸就屬于化學(xué)爆炸。

1.3 核爆炸

核爆炸是劇烈核反應(yīng)中能量迅速釋放的結(jié)果，可能是由核裂變、核聚變或者是這兩者的多級(jí)串聯(lián)組合所引發(fā)。

2 破壞形式

2.1 直接的破壞作用

機(jī)械設(shè)備、裝置、容器等爆炸后產(chǎn)生許多碎片，飛出后會(huì)在相當(dāng)大的范圍內(nèi)造成危害。一般碎片在100～500 m的范圍內(nèi)飛散。

2.2 沖擊波的破壞作用

物質(zhì)爆炸時(shí)，產(chǎn)生的高溫高壓氣體以極高的速度膨脹，形成沖擊波，可以對(duì)周?chē)h(huán)境中的機(jī)械設(shè)備和建筑物產(chǎn)生破壞作用和導(dǎo)致人員傷亡。

2.3 引發(fā)火災(zāi)

爆炸發(fā)生后，爆炸氣體產(chǎn)物的擴(kuò)散只發(fā)生瞬間內(nèi)，對(duì)于一般可燃物而言，不足以造成起火燃燒，而且沖擊波造成的爆炸風(fēng)還有滅火作用。但爆炸時(shí)產(chǎn)生的高溫高壓、建筑物內(nèi)遺留大量的熱或殘余火苗，會(huì)把從破壞的設(shè)備內(nèi)部不斷流出的可燃?xì)怏w、易燃或可燃液體的蒸氣點(diǎn)燃，也可能把其他易燃物點(diǎn)燃，進(jìn)而引起火災(zāi)。

2.4 造成中毒和環(huán)境污染

氨是毒性物質(zhì)，發(fā)生爆炸事故時(shí)，會(huì)使大量有害物質(zhì)外泄，造成人員中毒和環(huán)境污染。

3 爆炸傷害模型及傷害半徑

液氨泄漏遇到延遲點(diǎn)火發(fā)生爆炸一般符合蒸氣云爆炸模型，如果不發(fā)生爆炸，則會(huì)對(duì)周?chē)巳涸斐芍卸緜Γ蛑鸩綌U(kuò)散消失。描述爆炸傷亡程度可以用破壞半徑表示，計(jì)算破壞半徑一般采用TNT當(dāng)量法。

3.1 蒸氣云爆炸模型計(jì)算公式

式（1）中：WTNT為氨蒸氣云的TNT當(dāng)量，kg；β為地面爆炸系數(shù)，一般取1.8；A為蒸氣云的TNT當(dāng)量系數(shù)，取值范圍0.02%～14.9%；Wa為蒸氣云中氨的總質(zhì)量，kg；Qa為氨的燃燒熱，kJ/kg；QTNT為T(mén)NT的爆熱，4 120～4 690 kJ/kg。

3.2 液氨泄漏計(jì)算公式

液氨泄漏一般不急劇蒸發(fā)，采用下式計(jì)算：

式（2）（3）中：Q為液氨泄漏量，kg；QL為液體泄漏速率，kg/s；Cd為液體泄漏系數(shù)，此值為常數(shù)，是小孔中流出液體的雷諾數(shù)和小孔直徑的復(fù)雜函數(shù)，對(duì)鋒利的小孔和雷諾數(shù)大于3 000時(shí)，取0.61，對(duì)于與容器連接的短管取0.81；M為裂口面積，m2；ρ為介質(zhì)密度，602 kg/m3；P為容器內(nèi)介質(zhì)壓力，kPa，按20℃時(shí)壓力取值為857 kPa；P0為環(huán)境壓力，101.3 kPa；h為裂口上部液位高度，2 m；t為泄漏時(shí)間，s。

3.3 液氨泄漏量計(jì)算

以2臺(tái)60 MW火電企業(yè)液氨儲(chǔ)罐儲(chǔ)量為例，一般液氨設(shè)計(jì)儲(chǔ)量約40 m3。進(jìn)行小孔泄漏分析，假設(shè)與罐體連接短管出現(xiàn)近似矩形裂紋，長(zhǎng)0.020 m，寬0.002 m，即泄漏面積為0.000 04 m2時(shí)，30 min內(nèi)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)（液氨罐區(qū)一般每小時(shí)巡檢1次，取中間值）的情況下，氨泄漏量為Q，Cd取值為0.81，分別帶入式（2）（3）：

3.4 人員傷害范圍計(jì)算

死亡區(qū)：區(qū)域內(nèi)沒(méi)有有效防護(hù)的人員會(huì)受到嚴(yán)重傷害或死亡，其內(nèi)徑為0，外徑為R0.5，其反映的是R0.5以?xún)?nèi)的人員受沖擊波傷害導(dǎo)致肺出血死亡的概率為50%。R0.5的計(jì)算公式為：

將WTNT代入得R0.5=10.73 m。

重傷區(qū)：如果區(qū)域內(nèi)的人員沒(méi)有得到有效防護(hù)，絕大多數(shù)將受到嚴(yán)重傷害，很少可能死亡或輕傷。其內(nèi)徑是死亡半徑R0.5，外徑記為Re0.5，Re0.5代表該處人員因沖擊波作用導(dǎo)致耳膜破裂的概率為50%，Re0.5按下式計(jì)算：

式（5）中：Z2為由引起人員重傷的沖擊波峰值和環(huán)境壓力決定，1.07；E為爆炸總能量，即WTNT；P0為環(huán)境壓力。

代入各項(xiàng)數(shù)據(jù)得Re0.5=30.61 m。

輕傷區(qū)：如果該區(qū)域內(nèi)人員沒(méi)有得到有效防護(hù)，大部分人員將受到輕度傷害，重傷比例很小，幾乎沒(méi)有死亡的可能。該區(qū)域內(nèi)徑為Re0.5，外徑為Re0.01，表示外邊界處耳膜因沖擊波作用而破裂的概率為1%，Re0.01按下式計(jì)算：

式（6）中：Z3由引起人員輕傷的沖擊波峰值和環(huán)境壓力決定，1.95.

代入各項(xiàng)數(shù)據(jù)得Re0.01=55.79 m。

安全區(qū)：該區(qū)內(nèi)人員無(wú)需特殊防護(hù)，基本不會(huì)受到傷害。該區(qū)域內(nèi)徑為Re0.01，外徑為無(wú)窮大，即輕傷區(qū)以外都為安全區(qū)。

3.5 計(jì)算結(jié)果的應(yīng)用

通過(guò)計(jì)算，30.61 m范圍內(nèi)是風(fēng)險(xiǎn)較大區(qū)域，一旦發(fā)生事故，死亡半徑和重傷半徑范圍內(nèi)人員傷害風(fēng)險(xiǎn)很大，在工程上加強(qiáng)泄爆、隔離等安全設(shè)施，減少危險(xiǎn)范圍內(nèi)作業(yè)人員的傷害。如果有可能，則盡量采用無(wú)人值守工作制度，將作業(yè)人員設(shè)置在輕傷半徑范圍以外。

4 預(yù)防措施

4.1 裝置安全措施

保證設(shè)計(jì)規(guī)范，工程質(zhì)量、設(shè)備質(zhì)量、材料質(zhì)量合格；規(guī)范開(kāi)展壓力容器定期檢測(cè)；保證安全閥、緊急切斷閥、液位計(jì)、壓力表等安全附件齊全、完好。

4.2 及時(shí)發(fā)現(xiàn)、控制擴(kuò)散措施

液氨罐區(qū)應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置液氨監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)泄漏；設(shè)置視頻監(jiān)控系統(tǒng)；設(shè)置水噴淋系統(tǒng)，及時(shí)稀釋、吸收泄漏的液氨。

4.3 防止達(dá)到爆炸極限，控制點(diǎn)火源措施

液氨罐區(qū)所用電氣設(shè)備防爆等級(jí)必須符合規(guī)范；液氨罐區(qū)要有靜電導(dǎo)除設(shè)施和防雷設(shè)施；封閉的、液氨存儲(chǔ)、使用場(chǎng)所應(yīng)有通風(fēng)換氣設(shè)施，防止形成爆炸性混合物。

5 結(jié)論

綜上所述，液氨儲(chǔ)罐具有較大的危險(xiǎn)性，如果發(fā)生爆炸事故，將會(huì)造成大量的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。因此，要對(duì)液氨儲(chǔ)罐區(qū)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，規(guī)范液氨儲(chǔ)罐安全管理工作，同時(shí)，還應(yīng)高度重視對(duì)儲(chǔ)罐的定期檢驗(yàn)，采取有效的措施預(yù)防事故的發(fā)生，控制風(fēng)險(xiǎn)，從而確保液氨儲(chǔ)罐的安全。

［1］竇麗霞.液氨儲(chǔ)罐危害因素的分析及對(duì)策措施［J］.石化技術(shù)，2016（03）.

［2］吳浩，馬從國(guó)，陳志偉.事故樹(shù)分析法在液氨儲(chǔ)罐火災(zāi)爆炸事故中的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代鹽化工，2017（04）.

TN873

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.02.058

2095－6835（2018）02－0058－02

張思楠〕