液氨儲罐爆炸預防措施探討

周建輝

（廣東優安安全評價檢測有限公司，廣東 河源 517000）

液氨儲罐爆炸預防措施探討

周建輝

（廣東優安安全評價檢測有限公司，廣東 河源 517000）

液氨儲罐儲存具有易燃易爆等特點，對其爆炸預防措施展開探討具有十分重要的意義。分析了液氨儲罐的爆炸分類及危害，并提出了相應的爆炸預防措施，以期能為液氨儲罐安全工作的開展提供參考。

液氨儲罐；爆炸預防措施；物理爆炸；化學爆炸

隨著我國工業化的不斷發展，液氨作為化工行業的重要原材料，在化肥、石油能源等領域中得到了廣泛應用。由于液氨屬于易燃、易爆、有毒化學品，是重大危險源，如果安全工作不到位，則可能會導致爆炸事故的發生，造成嚴重的人員及財產損失。因此，預防液氨儲罐爆炸的發生十分必要。

1 爆炸的分類

根據反應性質可將爆炸分為以下類型。

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，爆炸前后爆炸物質的性質及化學成分不發生變化。鍋爐爆炸是典型的物理性爆炸。

1.2 化學爆炸

化學爆炸是由化學變化引起的，液氨泄漏形成爆炸性混合氣體爆炸就屬于化學爆炸。

1.3 核爆炸

核爆炸是劇烈核反應中能量迅速釋放的結果，可能是由核裂變、核聚變或者是這兩者的多級串聯組合所引發。

2 破壞形式

2.1 直接的破壞作用

機械設備、裝置、容器等爆炸后產生許多碎片，飛出后會在相當大的范圍內造成危害。一般碎片在100～500 m的范圍內飛散。

2.2 沖擊波的破壞作用

物質爆炸時，產生的高溫高壓氣體以極高的速度膨脹，形成沖擊波，可以對周圍環境中的機械設備和建筑物產生破壞作用和導致人員傷亡。

2.3 引發火災

爆炸發生后，爆炸氣體產物的擴散只發生瞬間內，對于一般可燃物而言，不足以造成起火燃燒，而且沖擊波造成的爆炸風還有滅火作用。但爆炸時產生的高溫高壓、建筑物內遺留大量的熱或殘余火苗，會把從破壞的設備內部不斷流出的可燃氣體、易燃或可燃液體的蒸氣點燃，也可能把其他易燃物點燃，進而引起火災。

2.4 造成中毒和環境污染

氨是毒性物質，發生爆炸事故時，會使大量有害物質外泄，造成人員中毒和環境污染。

3 爆炸傷害模型及傷害半徑

液氨泄漏遇到延遲點火發生爆炸一般符合蒸氣云爆炸模型，如果不發生爆炸，則會對周圍人群造成中毒傷害，或逐步擴散消失。描述爆炸傷亡程度可以用破壞半徑表示，計算破壞半徑一般采用TNT當量法。

3.1 蒸氣云爆炸模型計算公式

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

3.2 液氨泄漏計算公式

液氨泄漏一般不急劇蒸發，采用下式計算：

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，此值為常數，是小孔中流出液體的雷諾數和小孔直徑的復雜函數，對鋒利的小孔和雷諾數大于3 000時，取0.61，對于與容器連接的短管取0.81；M為裂口面積，m2；ρ為介質密度，602 kg/m3；P為容器內介質壓力，kPa，按20℃時壓力取值為857 kPa；P0為環境壓力，101.3 kPa；h為裂口上部液位高度，2 m；t為泄漏時間，s。

3.3 液氨泄漏量計算

以2臺60 MW火電企業液氨儲罐儲量為例，一般液氨設計儲量約40 m3。進行小孔泄漏分析，假設與罐體連接短管出現近似矩形裂紋，長0.020 m，寬0.002 m，即泄漏面積為0.000 04 m2時，30 min內沒有發現（液氨罐區一般每小時巡檢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 人員傷害范圍計算

死亡區：區域內沒有有效防護的人員會受到嚴重傷害或死亡，其內徑為0，外徑為R0.5，其反映的是R0.5以內的人員受沖擊波傷害導致肺出血死亡的概率為50%。R0.5的計算公式為：

將WTNT代入得R0.5=10.73 m。

重傷區：如果區域內的人員沒有得到有效防護，絕大多數將受到嚴重傷害，很少可能死亡或輕傷。其內徑是死亡半徑R0.5，外徑記為Re0.5，Re0.5代表該處人員因沖擊波作用導致耳膜破裂的概率為50%，Re0.5按下式計算：

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

代入各項數據得Re0.5=30.61 m。

輕傷區：如果該區域內人員沒有得到有效防護，大部分人員將受到輕度傷害，重傷比例很小，幾乎沒有死亡的可能。該區域內徑為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按下式計算：

式（6）中：Z3由引起人員輕傷的沖擊波峰值和環境壓力決定，1.95.

代入各項數據得Re0.01=55.79 m。

安全區：該區內人員無需特殊防護，基本不會受到傷害。該區域內徑為Re0.01，外徑為無窮大，即輕傷區以外都為安全區。

3.5 計算結果的應用

通過計算，30.61 m范圍內是風險較大區域，一旦發生事故，死亡半徑和重傷半徑范圍內人員傷害風險很大，在工程上加強泄爆、隔離等安全設施，減少危險范圍內作業人員的傷害。如果有可能，則盡量采用無人值守工作制度，將作業人員設置在輕傷半徑范圍以外。

4 預防措施

4.1 裝置安全措施

保證設計規范，工程質量、設備質量、材料質量合格；規范開展壓力容器定期檢測；保證安全閥、緊急切斷閥、液位計、壓力表等安全附件齊全、完好。

4.2 及時發現、控制擴散措施

液氨罐區應按照標準設置液氨監測報警系統，及時發現泄漏；設置視頻監控系統；設置水噴淋系統，及時稀釋、吸收泄漏的液氨。

4.3 防止達到爆炸極限，控制點火源措施

液氨罐區所用電氣設備防爆等級必須符合規范；液氨罐區要有靜電導除設施和防雷設施；封閉的、液氨存儲、使用場所應有通風換氣設施，防止形成爆炸性混合物。

5 結論

綜上所述，液氨儲罐具有較大的危險性，如果發生爆炸事故，將會造成大量的財產損失和人員傷亡。因此，要對液氨儲罐區進行合理設計，規范液氨儲罐安全管理工作，同時，還應高度重視對儲罐的定期檢驗，采取有效的措施預防事故的發生，控制風險，從而確保液氨儲罐的安全。

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

［2］吳浩，馬從國，陳志偉.事故樹分析法在液氨儲罐火災爆炸事故中的應用［J］.現代鹽化工，2017（04）.

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10.15913/j.cnki.kjycx.2018.02.058

2095－6835（2018）02－0058－02

張思楠〕