液氨儲罐泄漏危害程度及防范措施

姜彩鳳

摘 要：以某企業(yè)30m3的液氨儲罐發(fā)生事故為例，分析其存在的危險有害因素，并運(yùn)用蒸汽云爆炸事故模擬分析方法定量地描述一個可能發(fā)生的事故對工廠、對廠內(nèi)職工、對廠外居民甚至對環(huán)境造成危害的嚴(yán)重程度，并討論相應(yīng)的防范措施。

關(guān)鍵詞：液氨儲罐；蒸汽云爆炸事故模擬分析方法；防范措施

液氨主要用于生產(chǎn)化肥，也可直接作為化肥施用。工業(yè)上主要用來制造炸藥和各種化學(xué)纖維及塑料，也可供制冷、制冰等用。在木材制紙漿、冶金、煉油、橡膠、皮革制造及醫(yī)藥等工業(yè)上均廣泛適用。氨還用于許多無機(jī)和有機(jī)化工產(chǎn)品。液氨儲罐泄漏、爆炸后發(fā)生氨氣化學(xué)燃爆，氨氣屬于有毒氣體，在發(fā)生液氨爆破、及泄漏的情況會造成人員中毒事故。

1 液氨儲罐基本概況

液氨為某企業(yè)新材料分公司氮?dú)馓峒兊脑希喊毕到y(tǒng)有1個容積為30m3的液氨儲罐，液氨儲罐的參數(shù)見表1。

2 液氨危險性分析

液氨，是一種有刺激臭味的無色有毒氣體，極易溶于水，水溶液呈堿性，易液化，一般液氨可作致冷劑，接觸液氨可引起嚴(yán)重凍傷。第2.3 類有毒氣體，與空氣混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高熱能引起燃燒爆炸，低濃度氨對粘膜有刺激作用，高濃度可造成組織溶解壞死，液氨可致皮膚灼傷。

儲存的液氨若無安全技術(shù)說明書和安全標(biāo)簽，相關(guān)人員不能簡潔明了地了解產(chǎn)品的理化性質(zhì)，如發(fā)生事故不能及時采取恰當(dāng)措施，控制事故范圍，造成事故擴(kuò)大。

（1）在貯罐安全附件損壞的情況下儲存物料，可能導(dǎo)致罐體超壓，使罐體破裂，物料大量外泄，遇火源，引發(fā)火災(zāi)。

（2）液氨儲罐的接管、閥門發(fā)生泄漏或破裂，導(dǎo)致物料外泄，如遇火源會引發(fā)火災(zāi)事故。

（3）液氨罐體、管道的防靜電設(shè)施接地電阻過大或斷裂時，可能造成靜電積聚放電，引發(fā)火災(zāi)事故。

（4）液氨儲存區(qū)無濃度檢測設(shè)備，當(dāng)儲存區(qū)的可燃有毒物質(zhì)濃度超標(biāo)時，遇火源易引發(fā)火災(zāi)、爆炸事故，也會導(dǎo)致人員中毒。

（5）儲罐區(qū)未設(shè)置防火堤、防火堤損壞或排出口密封不嚴(yán)，當(dāng)液氨發(fā)生大量外泄時，會向四面流散到地勢低洼處匯集，若遇火源，導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸，擴(kuò)大事故范圍。

（6）作業(yè)人員個人防護(hù)設(shè)施不足（如防毒器材、防護(hù)衣等），發(fā)生液氨泄漏時，可能導(dǎo)致人員中毒和損傷肌膚。

（7）儲存區(qū)無安全疏散指示標(biāo)志和風(fēng)向標(biāo)，若發(fā)生重大事故或緊急情況，不能及時安全地疏散人員，可能造成更大的事故。

（8）如液氨儲罐的安全裝置不齊全或存在失靈，液氨儲罐周圍的環(huán)境溫度的升高，由于環(huán)境溫度的升高而造成超壓，因而液氨儲罐發(fā)生物理爆炸。

（9）液氨儲罐本身由于介質(zhì)的腐蝕而造成壁厚減薄等缺陷，致使儲罐的承壓能力降低，導(dǎo)致儲罐爆炸。

（10）當(dāng)氨氣發(fā)生泄漏，與空氣形成爆炸混合物，達(dá)到氨氣的爆炸極限，遇到火源，發(fā)生火災(zāi)爆炸事故。

3 分析發(fā)生事故的可能性

（1）儲存裝卸作業(yè)不當(dāng)導(dǎo)致泄漏可能性分析。

在儲存裝卸過程中，如果未按規(guī)定要求的儲存裝卸程序進(jìn)行作業(yè)，或液位計(jì)出現(xiàn)故障，有發(fā)生泄漏的可能性。

在管道輸送過程中，如果閥門、連接管線密閉不嚴(yán)，超過規(guī)定壓力限值，有發(fā)生泄漏的可能性。

（2）設(shè)備故障導(dǎo)致泄漏可能性分析。

設(shè)備設(shè)施如果出現(xiàn)下列情況，將會發(fā)生泄漏的可能性。

如裝置、裝置、物料輸送管道破裂；儲存裝置的地基下沉，造成容器底部產(chǎn)生裂縫，或設(shè)備變形、錯位等；選材不當(dāng)，如強(qiáng)度不夠，耐腐蝕性差、規(guī)格不符等；未按要求安裝液位計(jì)、壓力表等。在裝置運(yùn)行的后期，由于設(shè)備老化，泄漏的可能性會增大。

4 定量分析發(fā)生事故對周邊的影響

4.1 液氨蒸汽云爆炸事故模擬評價[4]

大量泄漏氣體延遲點(diǎn)燃可能發(fā)生閃火也可能發(fā)生蒸氣云爆炸，用TNT當(dāng)量法來預(yù)測蒸汽云爆炸嚴(yán)重度的原理：假定一定百分比的蒸汽云參與了爆炸，對形成沖擊波有實(shí)際貢獻(xiàn)，并以TNT當(dāng)量來表示蒸汽云爆炸的威力這取決于蒸氣的狀態(tài)和環(huán)境條件。假定某企業(yè)的30m3液氨儲罐發(fā)生了破損，有10%液氨泄漏后出現(xiàn)氣化，氨氣形成蒸氣云，遇到著火源即發(fā)生爆炸。事故后果模擬計(jì)算如下：

（1）氨氣的TNT當(dāng)量WTNT的計(jì)算

式中：A—蒸汽云的TNT當(dāng)量系數(shù)，取值范圍0.02%～149%，這個范圍的中值3%～4%，取4%。

某企業(yè)儲罐容積為30m3，最大允許充裝量為15000kg，使用壓力1.4 MPa，使用溫度為40℃，燃燒熱為18.59mJ/kg，沸點(diǎn)—33.5℃，液體比熱容4.6 kJ/ kg·℃ ，氣化熱為1.37 ×103 kJ/ kg，高燃燒熱值為17.250kJ/m3[1]。

根據(jù)公式（1）計(jì)算氨氣的TNT當(dāng)量為

（2）氨氣爆炸總能量E的計(jì)算

式中：E為可燃?xì)怏w的爆炸總能量（kJ）；1.8為地面爆炸系數(shù)。

根據(jù)公式（2）計(jì)算氨氣爆炸總能量為

（3）氨氣蒸氣云爆炸沖擊波超壓傷害范圍

1）死亡區(qū)范圍

死亡區(qū)按TNT沖擊波超壓-沖量準(zhǔn)則公式計(jì)算：

2）財(cái)產(chǎn)損失半徑

用下式計(jì)算：

KⅡ-建筑物破壞等級，二級為4.6。

R財(cái)=55.49m。

蒸氣云爆炸破壞范圍計(jì)算見表2。

通過計(jì)算液氨儲罐發(fā)生蒸氣云爆炸事故，其半徑18.9m內(nèi)為死亡區(qū)，財(cái)產(chǎn)損失半徑為55.49m。

4.2 液氨中毒事故模擬評價[5]

液氨儲罐破裂時，會發(fā)生蒸氣云爆炸，爆炸后若不燃燒，將會造成大面積的毒害區(qū)域。

有毒氣體泄漏擴(kuò)散體積計(jì)算公式為

設(shè)液氨的質(zhì)量為W，氨的比熱為C，當(dāng)儲罐破裂時，罐內(nèi)壓力降至大氣壓，處于過熱狀態(tài)的氨的溫度迅速降至標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)to，此時全部液氨所放出的熱量為

設(shè)這些熱量全部用于罐內(nèi)液氨的蒸發(fā)，氣化熱為q，則其蒸發(fā)量為

如液氨的分子量為M，則在沸點(diǎn)下蒸發(fā)出的蒸發(fā)的體積為：

空氣中氨濃度達(dá)到0.5%時，人吸入5～10min即可致死。則Vg 的氨氣可以產(chǎn)生令人致死的有毒空氣體積為：

假設(shè)這些有毒空氣以半球形向地面擴(kuò)散，則可求出有毒氣體的擴(kuò)散半徑為

通過計(jì)算損害半徑可知，由爆炸引起的死亡半徑為 18.9 m，由中毒擴(kuò)散引起人員中毒的死亡半徑為74.17 m。

4.3 可能受影響的周邊單位及人員情況

液氨儲罐泄漏現(xiàn)場人員分布及影響

（1）距離本企業(yè)制氮車間20m，正常工作時4人；

（2）距離本企業(yè)納米車間100m，正常作業(yè)時3人；

（3）距離本企業(yè)氧化釩試驗(yàn)車間80m，正常作業(yè)時5人；

由以上分析可知： 中毒擴(kuò)散引起人員中毒的死亡半徑為74.17 m，空氣中氨濃度達(dá)到0.5%時，人吸入5～10min即可致死。可導(dǎo)致制氮車間區(qū)域人員死亡。為此，企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)對液氨儲罐的嚴(yán)格管理，采取有效地安全技術(shù)措施和安全管理措施，防止中毒窒息事故的發(fā)生。

5 安全對策措施

（1）儲存液氨的罐體進(jìn)行定期檢驗(yàn)（包括附件），保證質(zhì)量可靠，避免因異常情況損壞，造成事故。

（2）儲存的液氨應(yīng)配有安全技術(shù)說明書，保證操作人員及用戶或公眾在運(yùn)輸、使用過程中發(fā)生事故能及時按安全技術(shù)說明書的內(nèi)容對事故采取有效措施，控制事故擴(kuò)大，減少損失。

（3）對儲罐進(jìn)行檢修前辦理設(shè)備內(nèi)作業(yè)許可證、動火許可證，采用安全的方法對儲罐進(jìn)行置換，經(jīng)分析可燃蒸氣濃度在0.3%（v）以下，氧含量在20%（v）以上，有毒氣體（濃度）在衛(wèi)生濃度以下，采取通風(fēng)措施，在專業(yè)安全人員監(jiān)護(hù)下才能入罐檢查、檢修或動火。

（4）液氨儲罐旁設(shè)置有噴淋水、遮陽棚。

（5）在液氨儲存區(qū)設(shè)置有安全疏散標(biāo)志和風(fēng)向標(biāo)，防止發(fā)生重大事故或緊急情況時，危險區(qū)人員不能及時按正確的方向安全疏散，造成傷亡。

（6）液氨為吸入性有毒、有害氣體，在配備空氣呼吸器、化學(xué)防護(hù)服、堵漏器材等應(yīng)急器材和設(shè)備的同時，應(yīng)保證其有效性，應(yīng)能使相關(guān)作業(yè)人員會操作、使用。

（7）液氨儲罐區(qū)設(shè)置視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

6 結(jié)論

事故后果模擬分析是危險源危險性分析的一個主要組成部分，通過事故模擬分析可以估算出一旦儲罐發(fā)生泄漏后的影響范圍。根據(jù)估算結(jié)果來判定儲罐區(qū)的危險性和危害程度，為企業(yè)實(shí)施危險預(yù)測預(yù)控提供信息基礎(chǔ)，為企業(yè)實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)提供決策依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]危險化學(xué)品安全技術(shù)說明書（MSDS）手冊.

[2]國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局《安全評價》，北京：煤炭工業(yè)出版社，第三版下冊.

[3]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(yè)安全與環(huán)保，2004，30（10）.

[4]朱小紅，張慧明，陸愈實(shí)，周德紅.爆炸與中毒模型在液氨儲罐安全評價中的應(yīng)用 [J].安全與環(huán)境工程，14（3）.

[5]《安全評價實(shí)用指南》，四川省職業(yè)安全健康協(xié)會.