液氨泄漏危害與安全防控分析

王家見， 張　弘，路榮博，王建偉

(1 中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院，山東　青島　266071;

2 青島大學附屬醫院，山東　青島　266003)

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液氨泄漏危害與安全防控分析

王家見1， 張弘2，路榮博1，王建偉1

(1 中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院，山東青島266071;

2 青島大學附屬醫院，山東青島266003)

介紹了液氨與液氨泄漏的危害特性，指出液氨貯存過程中存在的危險危害有多種，但危害最嚴重的是液氨泄漏，引發的氨中毒或火災、爆炸；詳細分析了氨的毒性危害、火災爆炸危險性、以及液氨貯存設施發生泄漏的主要原因；利用挪威DNV公司SAFETI軟件對液氨貯罐泄漏事故后果進行了仿真分析，針對液氨貯存設施的設計、制造、施工及生產安全管理，提出了防止液氨貯存設施發生泄漏的安全防控措施。

液氨；泄漏；中毒；火災；爆炸

液氨是化工、化肥企業常用的原料, 制冷工業還普遍使用液氨作制冷介質，其用途廣泛。而每年由于液氨泄漏，造成的事故也十分頻繁。液氨是首批重點監管的危險化學品[1]，火災危險性屬乙類，是易燃、易爆有毒液體，其主要危險有害性表現在兩個方面，一是氨屬高毒物品[2]，常溫加壓液化或低溫狀態下貯存，一旦泄漏極可能造成人員中毒、窒息死亡事故，對環境造成嚴重危害；二是氨在空氣中的爆炸極限為15.7%～27.4%，遇明火極易燃燒、爆炸。因此對液氨的危害特性和事故發生的原因進行分析，提出相應的安全防控措施，嚴格液氨貯存設施的設計、制造、施工及生產安全管理，以確保液氨貯存的安全，對此必須予以高度重視。

1　液氨的危險危害特性分析

1.1氨的毒性危害

氨(NH3)是一種無色、有強烈刺激性氣味的氣體，分子量為17.03，比重0.597，熔點-77.7 ℃，沸點-33.3 5 ℃，在常溫下加壓即可液化為液體。液氨是無色液體，易揮發，氨屬高毒物品，時間加權平均容許濃度(PC-TWA)為20 mg/m3，短時間接觸容許濃度(PC-STEL)為30 mg/m3[3]。其主要危害是對人的上呼吸道具有刺激和腐蝕作用。人對氨的嗅覺閾為0.5～1 mg/m3，大于350 mg/m3的場所無法工作，大于3500 mg/m3時，危及人的生命。氨進入人體后會阻礙三羧酸循環，降低細胞色素氧化酶的作用。致使腦氨增加，可產生神經毒作用，高濃度氨可引起組織溶解壞死作用。氨氣對粘膜和皮膚有堿性刺激及腐蝕作用。

1.2液氨的火災爆炸危險性

氨既有毒又可燃，具有易燃、可爆性。氨的自燃點為651 ℃, 燃燒值為2.37～2.51 J/m3，臨界溫度為132.5 ℃, 臨界壓力為11.4 MPa, 氨在空氣中的含量達11%～14%時, 遇明火即可燃燒, 其火焰呈黃綠色，有油類存在時, 更增加燃燒危險；當空氣中氨的含量達15.7%～27.4%時, 遇點火源就會引起爆炸, 最易引燃濃度17%, 產生最大爆炸壓力0.58 MPa；液氨儲存設備(貯罐、管道)受熱時，液氨易膨脹、氣化，壓力會升高，液氨儲存設施可因超壓而發生爆炸。

1.3液氨泄漏的危害性

通常情況下，液氨在常溫下加壓壓縮、液化儲存。一旦泄漏到空氣中會在常壓下迅速氣化, 體積迅速擴大,沒有及時氣化的液氨以液滴的形式霧化在蒸氣中,并擴散到大的空間范圍內；在泄漏初期, 由于液氨的部分蒸發, 使得氨蒸氣的云團密度高于空氣密度, 氨氣隨風飄移, 易形成大面積染毒區和燃燒爆炸區。

液氨泄漏后可能發生的事故類型有兩種。一類是爆炸火災事故，泄漏出來的液氨(氨氣)，與空氣混合，達到爆炸范圍，遇點火源(如：明火、靜電、高溫設備等)，引發爆炸、火災。當液氨設備(貯罐、管道)受熱時，液氨易膨脹、氣化，壓力會升高，如安全設施失靈，液氨儲存設備可因超壓而發生物理爆炸，設備泄漏出來的液氨，還能引發中毒、火災或化學爆炸。另一類是中毒事故，泄漏后的液氨迅速蒸發為氨氣，若未遇火源，高濃度的氨氣漂浮在空氣中，人體短時間內吸入高濃度氨氣，可引起急性中毒。此外，液氨泄漏如接觸人體，還可造成化學灼傷和凍傷。液氨泄漏后所產生的蒸汽體積與它破裂時的溫度有關，一般在常溫下破裂的液氨貯罐，爆炸生成的氨氣體積為液氨體積的100～250倍。氨氣生成后順著氣流方向不斷向外擴散，于是，在周圍的大氣中很快形成足以令人死亡或嚴重中毒的毒氣濃度,。一旦發生氨泄漏，必須及時處理，并對危害范圍內的人員進行疏散, 同時禁絕火源措施。2002年7月8日,某廠一個貯存為20 m3液氨貯罐, 向一輛液氨槽車充裝液氨時, 由于車載金屬軟管發生爆裂, 液氨迅速擴散, 僅幾分鐘時間, 氨氣就籠罩了整個廠區,危及到2000人的生命安全, 該事故造成105人中毒, 死亡13人, 重傷24人, 中度傷員12人。

2　液氨泄漏原因分析

(1)泵在輸送液氨過程中，常常由于機械密封損壞產生泄漏，如處理不及時，可引發火災、爆炸、中毒事故。

(2)盡管液氨貯罐從材質、厚度、焊接都有嚴格要求，在實際運行中也可能發生設備腐蝕、焊縫應力腐蝕、材質裂紋等設備損壞事故。設備損壞可引發液氨泄漏，發現不及時，可釀成災難性后果。

(3)液氨管道、彎頭腐蝕泄漏或閥門壓蓋填料不嚴，以及壓力表、管嘴等細小附件損壞，使用法蘭密封材料不當，墊片泄漏，都可造成液氨泄漏，而引發著火、爆炸、中毒事故。

(4)液氨貯罐超壓。貯罐安全設施不完善，裝設不當或失靈；環境溫度突然升高，貯罐內液氨由于溫度升高而壓力增大；液氨充裝量超過儲罐容積的85%等危險因素，都是造成液氨儲罐超壓的主要原因。

(5)低溫液氨貯罐的壓力由氨循環冰機來維持，如氨循環冰機不能正常運行(如損壞、停電、停水等)，氨球罐的壓力可升高而發生超壓事故。事故如引起氨貯罐發生氨泄漏，可引發著火、爆炸、中毒事故。

(6)液氨在裝車作業時，如閥門、接口、密封等損壞，金屬軟管發生爆裂，可造成液氨外泄；如汽車槽車裝載過量，也有可能造成液氨外泄。液氨外泄，可造成人員中毒，遇點火源(如：汽車未熄火、槽車的靜電接地和跨接不完好、或附近動火、存在火源等)，還可引發著火、爆炸事故。

3　液氨貯罐泄漏事故后果仿真分析

利用挪威DNV公司SAFETI軟件對某廠液氨貯罐出口管線破裂泄漏事故進行后果仿真分析。

3.1事故后果仿真條件

(1)氣象參數

時間：夜晚；

大氣溫度：35 ℃；

大氣壓力：0.1 MPa；

相對濕度：79%；

風速：1.5 m/s；

大氣穩定度：F(夜晚有云，氣象條件穩定)。

(2)泄漏條件

泄漏物質：液氨；

壓力：1.6 MPa；

溫度：35 ℃；

泄漏時間：10 min；

泄漏孔徑：30 mm、60 mm、120 mm。

3.2事故仿真結果

(1)液氨泄漏擴散距離與濃度的關系

表1　液氨泄漏擴散距離與濃度的關系

(2)液氨泄漏擴散區域

圖1　液氨泄漏擴散范圍(泄漏孔徑30 mm)

圖2　液氨泄漏擴散范圍(泄漏孔徑60 mm)

圖3　液氨泄漏擴散范圍(泄漏孔徑120 mm)

表2　液氨泄漏擴散區域中毒情況

由上述仿真計算結果可知，液氨貯罐出口管線破裂，液氨泄漏擴散，發生中毒事故，在給定的事故條件下：人明顯感到不適(180 mg/m3)的危害范圍最遠達到26 km，遠遠超出工廠界區；有強烈刺激現象(730 mg/m3)的危害范圍最遠達到4800 m，超出工廠界區；立即咳嗽(920 mg/m3)的危害范圍最遠達到3500 m，超出工廠界區；呼吸30 min后死亡(5270 mg/m3)的危害范圍最遠達到1000 m，由于泄漏點的位置及風向的因素，有可能影響到鄰近企業、居民區。

4　安全防控措施

(1)建立健全液氨貯存設施安全管理制度和安全操作規程，制定液氨泄漏事故應急處理預案并定期組織演練，配置與事故應急處理和救援相適應的應急裝備、器材和物資。

(2)液氨貯存從業人員，必須接受有關預防和處置液氨泄漏、中毒、著火、爆炸等知識培訓，考試合格后持證上崗。

(3)建立個體防護用品的配置、發放和使用管理制度。配備過濾式防毒器具、空氣呼吸器、隔離式防護服、防護手套、

防護眼鏡等特種防護用品，并定期檢查，以防失效。

(4)液氨作業場所應設置消防器材、沖淋洗眼器、固定式或便攜式氨檢測報警儀及應急通訊器材等安全衛生設施，以及醒目的安全警示標志、風向標，并定期檢查、檢驗，確保完好。

(5)正常生產時，宜將液氨貯罐控制在較低液位，液氨貯罐的高液位聯鎖或高低壓力聯鎖必須投用，不得摘除；任何情況下，液氨貯罐的最大充裝量不得超過貯罐容積的85%。

(6)液氨貯罐應設液位計、壓力表、安全閥(安全泄壓設施)以及靜電導除等安全設施，并宜設置上、下限位報警裝置。液氨貯罐進出口管道應設遠程自動切斷閥。

(7)低溫液氨貯罐應采取良好的絕熱保冷措施，應設溫度指示儀。低溫液氨貯罐的壓力由氨循環冰機來維持，液氨貯罐壓力控制與氨循環冰機聯鎖，氨循環冰機應設有備機，氨循環冰機(包括冰機供水設施)供電應為一級負荷中特別重要的負荷。

(8)液氨貯罐、管道、安全附件(如液位計、壓力表、安全泄壓設施等)、法蘭墊片、法蘭螺栓等的選材、選型應符合其儲運方式的要求，滿足相應的耐低溫、耐腐蝕條件。與氨接觸的部件不得選用銅或銅合金材料以及鍍鋅或鍍錫的零配件。

(9)氨排放氣應經處理后(如設氨火炬、水吸收等)放空，防止污染環境，造成危害。

5　結　語

液氨既有毒又可燃、可爆。液氨貯存過程中存在的危險危害有多種，但危害最嚴重的是液氨泄漏，引發氨中毒或火災、爆炸事故，而液氨貯罐充裝過量、超壓，安全設施不完善，選材、選型不符合要求是造成液氨泄漏的主要原因。只有對設備、管道、安全附件按規定按時進行檢查，避免發生泄漏；科學合理地設置固定式氨檢測報警設備；配備完善的防護設備；嚴格液氨貯存設施的設計、制造、施工及生產安全管理，才能確保液氨貯存的安全。

[1]安監總管三〔2011〕95號.國家安全監管總局關于公布首批重點監管的危險化學品名錄的通知[Z].

[2]衛法監發[2003] 142號.高毒物品目錄(2003) [S].

[3]GBZ 2.1 工作場所有害因素職業接觸限值 化學有害因素[S].

Hazard Analysis and Safety Control of Liquid Ammonia Leak

WANGJia-jian1,ZHANGHong2,LURong-bo1,WANGJian-wei1

(1 Research Institute of Safety Engineering, SINOPEC, Shandong Qingdao 266071;2 Affiliated Hospital of Qingdao University, Shandong Qingdao 266003, China)

The harm characteristics of liquid ammonia and ammonia leak were introduced. There were many dangers that the hazards in the process of liquid ammonia storage, but the most serious was the leakage of liquid ammonia, ammonia poisoning, fire or explosion caused. The toxicity of ammonia and the risk of fire and explosion, and the main reason of leakage and liquid ammonia storage facilities were analyzed in detail. The leakage accident consequence of liquid ammonia tank was simulation analyzed by Norway DNV company SAFETI software. According to the design, manufacture, construction of liquid ammonia storage facilities and production safety management, how to prevent the occurrence of safety prevention and control measures of leakage of liquid ammonia storage facilities was put forward.

liquid ammonia；leak；intoxication；Fire； explosion

王家見，高級工程師，畢業于北京化工學院，長期從事石化企業安全評價工作。

A

1001-9677(2016)05-0232-03