涉氯工程安全設計要點綜述

趙明明

（山東新華醫藥化工設計有限公司，山東淄博 255000）

2011年8 月，某省一化工企業發生液氯泄漏事故，該事故是由氯氣分配器短節的銹蝕導致，事故致使6人中毒。2020年6月，某省一化工企業同樣發生液氯泄漏事故，起因是由儲罐頂進料管的腐蝕破裂導致，所幸是未造成人員的傷亡。近些年，液氯泄漏事故時有發生，悲劇不斷上演，造成人民群眾生命和財產損失嚴重，應當引起重視。

1 氯的理化性質及危險特性

氯，又稱氯氣、液氯，CAS號7782-50-5，常溫常壓下為黃綠色且有強烈刺激性氣味的氣體，加壓可液化為金黃色油狀液體。分子量70、沸點-34.5℃、氣體密度3.21kg/m3、氣化焓10.2kJ/mol，標況下1體積液氯可氣化為484體積氯氣，同時吸收大量熱。

氯不燃但助燃，易燃氣體或蒸氣能與氯氣混合形成爆炸性混合氣體。吸入后接觸呼吸道黏膜中的水分，導致局部刺激和腐蝕。MAC職業接觸限值1mg/m3，長期低濃接觸可引起諸多慢性病，吸入高濃度氯氣可致死。

2 涉氯工程安全設計

氯列入《高毒物品目錄》[1]《首批重點監管的危險化學品名錄》[2]《危險化學品目錄》[3]中的劇毒品和《特別管控危險化學品目錄》[4]中的有毒化學品，在設計中應足夠重視。

2.1 總圖布置

對于液氯倉庫、實瓶庫和灌裝站的布置，《化工企業總圖運輸設計規范》[5]強調其應布置在地勢較低的開闊地帶，且位于廠區全年最小風頻的上風側；遠離主要道路及易燃易爆品的生產、儲存和裝卸設施，與人員集中場所保持至少50m間距。《石油化工工廠布置設計規范》[6]提出“高毒泄漏源”的概念，對于純氯或者氯含量超過3 000×10－6的物料，則屬于高毒泄漏源范疇，其中規定了其與人員集中場所的最小安全防護距離。

液氯為液化氣體、劇毒化學品，能引起嚴重燒傷。一旦發生事故，危害嚴重，特別是危及人的生命安全。上述兩個規范都對與人員集中場所的距離提出了要求，以保護人的生命安全。氯氣密度重于空氣，泄漏的氯氣會在風的作用下，沿著地面向低洼地帶擴散。因此，在進行總圖布置時，要充分考慮地勢、風向以及人員集中場所的位置，科學合理的布置。

2.2 存儲

《關于氯氣安全設施和應急技術的指導意見》[7]推薦采用密閉結構儲存液氯，時隔十年，應急管理部辦公廳發布《淘汰落后危險化學品安全生產工藝技術設備目錄（第一批）》[8]，將“未設置密閉及自動吸收系統的液氯儲存倉庫”列入淘汰落后設備，原因是不密閉及不配備自動吸收系統的液氯倉庫安全風險高，容易發生中毒事故，因此液氯倉庫應密閉儲存，還要設置與報警裝置連鎖的自動吸收裝置。

液氯劇毒，構成重大危險源的臨界量為5t，其儲存場所很容易構成重大危險源，極易發生泄漏引起人員中毒，安全風險高。因此，在設計液氯倉庫時，應該按照密閉倉庫進行設計，設置機械通風和事故時的自動吸收設施，自動吸收設施與倉庫內的氯氣報警器連鎖，以免氯氣向外擴散。

《劇毒化學品、放射源存放場所治安防范要求》對儲存劇毒化學品倉庫的實體防護提出了要求，指出劇毒化學品儲量構成一、二級風險的，其倉庫墻壁應采用混凝土墻或實心磚墻建造，墻壁厚度≥250mm，并且倉庫上部應為現澆鋼筋混凝土屋面，厚度≥160mm。因此，設計時不僅要密閉，還要滿足本規范對土建結構的要求。

2.3 卸車

液氯卸車主要有三種方式：鋼管硬連接、金屬軟管連接和鶴管連接。

鋼管硬連接，即液氯槽車開到儲罐附近后，操作工人用預先備好的各種管件現場配管，安裝完成并試壓合格后再進行卸車操作；金屬軟管連接，即液氯儲罐通過軟管與槽車卸車口連接進行卸車操作，軟管需要定期檢查和試壓；鶴管連接，即液氯儲罐通過鶴管與槽車連接進行卸車操作。鶴管其實質是由鋼管和旋轉接頭組成的，兼具鋼管的強度和金屬軟管的靈活性，并且克服了鋼管硬連接的操作不便、勞動量大以及金屬軟管強度低、易爆管的缺陷，是目前力推的液氯卸車方式。

《國務院關于進一步加強企業安全生產工作的通知》《關于進一步加強危險化學品建設項目安全設計管理的通知》和《石油化工企業設計防火標準》[12]中都要求采用鶴管卸車，禁用使用軟管。

液氯管道使用軟管連接也被列入《淘汰落后危險化學品安全生產工藝技術設備目錄（第一批）》[8]中被淘汰的落后設備之列，指出金屬軟管缺乏檢測要求，安全可靠性低。《危險化學品企業安全分類整治目錄》也將其列入整治目錄。

由于軟管連接易發生泄漏事故，一旦泄漏危害性較大，使用鶴管代替管道硬連接和金屬軟管連接已成趨勢。設計時，應注意液氯槽車為頂部裝卸，鶴管應設置在平臺之上，選用密封性能好、帶有氣相平衡口的鶴管，且應設置干式切斷閥，以便鶴管與槽車分離時無泄漏。

2.4 自動化控制和安全儀表系統（SIS）

《危險化學品安全專項整治三年行動實施方案》要求危化品企業提升自控水平，對涉及“兩重點一重大”的生產及儲存設施，完善可燃和有毒氣體報警裝置、緊急切斷裝置和自動化控制系統。

《危險化學品企業安全分類整治目錄》將涉及氯化工藝的上下游配套裝置未實現自動化控制的列入，主要是氯化工藝涉氯，反應裝置自身安全風險高，而且液氯氣化、氯氣吸收等上下游工序也容易發生事故，同樣需要實現自動化控制，以盡可能減少作業現場操作人數。

《危險化學品重大危險源監督管理暫行規定》和《危險化學品企業安全分類整治目錄》要求涉及毒性氣體、液化氣體、劇毒液體的一級和二級重大危險源必須配備獨立的SIS系統。

自動化控制和安全儀表系統是事故時減少人員傷亡的有效措施，是危化品企業發展的趨勢，對于構成“兩重點一重大”的危險化學品建設項目，應當在設計初期開展HAZOP分析，進行SIL等級評估，根據工藝過程危險和風險分析結果，確定SIL等級，設計合適的SIS系統。

2.5 壓力容器和壓力管道

液氯儲罐設計溫度50℃，設計壓力至少為該溫度下的飽和蒸氣壓。液氯常壓氣化溫度可低至-34.5℃，其選材一般為16MnDR。應嚴格控制充裝系數≤0.8，設置至少一臺備用儲罐，備用儲罐的容積應考慮最大罐容積。儲罐應配備安全閥、壓力表、溫度表和液位計等安全附件，液位計應至少采用兩種型式不同的液位計。

對于滿足壓力管道條件的液氯管道，其壓力管道等級為GC1級，危害性大。氯為A1類流體，其法蘭型式不應采用平焊，法蘭的公稱壓力至少為2.0MPa且有25%以上余量，若選用軟墊片，法蘭密封面型式應為榫槽面或者凹凸面。管道應進行強度實驗和氣密性實驗，GC1級壓力管道的X射線的探傷比例應為100%。

液氯儲罐為壓力容器，不可充裝過量，應保證設計選材合適、安全附件齊全；法蘭是管道易泄漏的環節，設計時應選擇合適的法蘭型式及密封面，并配用耐氯腐蝕墊片；100%射線無損檢測技術等級不低于NB/T47013規定的AB級，合格級別不低于NB/T47013規定的II級，檢測合格后，進行水壓實驗和氣密性實驗以保證管道的強度和密封性能，實驗壓力分別為設計壓力的1.5倍和1.0倍。

2.6 三氯化氮含量控制

三氯化氮為黃色黏稠狀液體，沸點71℃、自燃爆炸溫度95℃，由于工藝生產特點，三氯化氮不可避免地存在于液氯當中，液氯中三氯化氮含量超過5%時，會有爆炸危險，因此，應控制液氯中三氯化氮的含量，避免危險發生。

氯氣液化采用氨冷凍鹽水的工藝被列入《淘汰落后危險化學品安全生產工藝技術設備目錄（第一批）》[8]，其原因在于用氨來冷凍鹽水易形成氨鹽漏進液氯中，產生三氯化氮帶來危害。

《淘汰落后安全技術裝備目錄》將釜式液氯氣化器列入淘汰設備，因為釜式氣化器容易造成三氯化氮的積累，要求采用液氯全氣化工藝，使用套管或列管式液氯氣化器，氣化溫度≥71℃，采用熱水加熱，熱水溫度控制在75～85℃。

即便選擇了合理的工藝和設備來避免三氯化氮積聚，也應加強三氯化氮含量的檢測，避免由于三氯化氮積聚帶來的風險。

3 結束語

近些年來，國家對于危化品項目的安全設計越來越重視，以期從源頭遏制企業危險事故的發生，提高企業的本質安全水平。作為化工設計人員，應提高自身的設計水平，充分把握和理解法律法規、文件條例、標準規范的要求，做到安全設計。