火電廠SCR脫硝系統氨危害防護效果檢測與分析

齊達立，江 紅

（國網山東省電力公司電力科學研究院，山東 濟南 250003）

0 引言

由于我國火電廠大氣污染物排放標準限值進一步降低，近年火電廠增設煙氣脫硝系統，以凈化處理煙氣中的氮氧化物，滿足環保排放標準。液氨選擇性催化還原 （SCR）脫硝工藝具有氮氧化物脫除效率高、運行成本低等優點，被大中型火電廠廣泛采用。由于液氨儲存和使用過程中存在較大安全健康隱患，因此火電廠脫硝系統采取一系列氨安全防護設施，以避免事故的發生。調查山東某火電廠煙氣脫硝系統氨防護設施，并對作業人員和工作場所氨濃度進行了檢測和危害程度評估。

1 SCR脫硝系統概述

某火電廠采用選擇性催化還原（SCR）煙氣脫硝工藝，液氨作為脫硝劑，氨區液氨總儲量約80 t。SCR煙氣脫硝原理為鍋爐煙氣經煙道進入SCR反應器，在SCR反應器中注入一定濃度的氨氣，在催化劑的作用下，噴入的氨氣與煙氣中的NOx發生反應，NOx被還原生成無害的N2和H2O。

SCR脫硝系統主要包括氨區和SCR反應器區，其工藝流程為液氨從液氨槽車由卸料壓縮機送入液氨儲罐，再經過蒸發槽蒸發為氨氣，然后通過氨緩沖槽和輸送管道進入鍋爐區，經與空氣均勻混合后由分布籍導閥進入SCR反應器內部反應。

2 氨危害特性

氨為無色、具有強烈刺激性惡臭的氣體，易溶于水、乙醇和乙醚，水溶液呈堿性。

氨具有易燃、爆炸性。氨的自燃點為651℃。氨在空氣中體積分數達到11%～14%（質量濃度約78 000～99 000 mg/m3）時，遇明火即可燃燒；當空氣中氨體積分數達 15.7%～27.4%（約 110 000～190 000 mg/m3）時，遇火源會引起爆炸。氨與氟、氯等接觸會發生劇烈的化學反應。氨不穩定，遇熱分解，高溫時，儲氨容器內壓力增大，有開裂和爆炸的危險。

氨有腐蝕性和毒性，可導致人體健康損害。低濃度氨對粘膜有刺激和腐蝕作用，可致眼結膜、鼻咽部、呼吸道粘膜充血、水腫等。高濃度氨損傷肺泡毛細血管管壁，形成肺水腫，同時支氣管、毛細支氣管亦充血、水腫、痙攣。吸入高濃度的氨可致氨中毒。當空氣中氨體積分數達到0.5%～0.6%，30 min內即可造成人員中毒。我國將氨定義為高毒物品。我國職業接觸限值，氨的時間加權平均容許質量濃度為20 mg/m3；短時間接觸容許質量濃度為 30 mg/m3。 接觸氨可導致的職業病是職業性急性氨中毒。

3 氨危害防護設施

3.1 氨工程防護設施

脫硝系統正常運行過程中，在液氨卸料、儲存，氨的制備、輸送等環節，氨可能逸散到環境中危害人員健康，火電廠脫硝系統設置了系列氨防護設施，并依照 DL/T 335—2010《火電廠煙氣脫硝（SCR）系統運行技術規范》［1］制定設備運行操作規程，采取氨工程防護設施：1）液氨儲罐裝設氨液位、壓力、流量、溫度等檢測裝置，嚴格按控制指標運行；2）液氨儲罐上方設置遮陽棚以及降溫噴淋系統，噴淋系統與環境溫度、儲罐溫度、壓力、氣體泄漏量聯鎖；3）液氨槽車使用裝卸臂密閉卸氨，并嚴格控制氨輸送壓力、流量，卸氨時操作人員佩戴便攜式氨氣報警儀，隨時檢測環境中氨氣濃度；4）液氨槽車卸氨后，將卸氨管道中殘留氨排至氨氣吸收罐吸收，避免揮發逸散到環境中；5）在液氨卸氨區、液氨儲罐、液氨泵、液氨蒸發器、氨緩沖罐、SCR反應器區進氨閥門等處設置氨泄漏報警儀；6）氨設備和管道均采取密閉措施，對于需經常操作的閥門均采用氣動閥在控制室操控。采用密閉性能良好的設備管件，氨系統管道采用不銹鋼材質，閥門為優質氨用閥門，重要部位雙閥設置，最大限度地減少工藝介質泄漏的可能性；7）液氨儲罐、氨氣蒸發器、氨氣緩沖罐逸出的氨氣排入氨氣吸收罐吸收；8）液氨罐區入口設靜電觸摸板，禁止攜帶火種進入，使用防爆照明和電氣設施。

3.2 應急救援設施

液氨儲罐、氨設備、管道等可能發生氨大量泄漏導致人員中毒、傷亡事故，因此必須設置應急救援設施，以控制、減輕事故危害后果，保護人員安全。火電廠脫硝系統設置了有效應急救援設施：1）氨區和SCR反應器區域設置固定氨泄漏報警儀，位置分別在卸氨裝卸臂、液氨儲罐、液氨泵、液氨蒸發器、氨緩沖罐、SCR反應器進氨閥門處。氨泄漏報警儀設置25 μL/L、35 μL/L 兩級報警，報警值設置符合 GBZ/T223—2009《工作場所有毒氣體檢測報警裝置設置規范》［2］。 氨濃度達到 35 μL/L 氨區噴淋裝置自動啟動；2）氨區值班室設聲光報警并與氨泄漏報警儀聯動；3）液氨儲罐周圍設有泄險溝，液氨儲罐裝設噴淋系統；4）氨區在卸氨區、液氨儲罐區、氨制備區共設3臺噴淋洗眼器，每臺防護半徑滿足小于15 m的要求；5）氨區上方設置風向標，氨區設有消防設施，消防通道；6）氨區值班室設專用應急器材柜，放置正壓式空氣呼吸器、防毒（防氨濾毒盒）面具、防護眼鏡、防酸堿手套、防酸堿靴，并設專人定期檢查維護；7）氨區配備2%的硼酸清洗液，氨區值班室、控制室配備急救箱。

4 氨防護效果檢測與分析

4.1 氨防護效果檢測

在脫硝系統正常運行狀態下，對作業人員和工作場所氨濃度進行連續3天檢測，檢測按照GBZ/T 160.29—2004《工作場所空氣有毒物質測定無機含氮化合物》［3］方法進行。

工作場所氨短時間接觸濃度（CSTEL）的檢測時段，氨區選擇在氨濃度最大的卸氨時段進行檢測。檢測點選擇在卸氨裝卸臂、液氨泵以及液氨儲罐、氨蒸發器等的閥門、操作平臺、SCR區脫硝稀釋風機等氨易泄漏、逸散處，同時對氨區控制室、值班室進行檢測。氨區值班員負責氨區設備的檢查、操作，長時間接觸氨，對氨區值班員氨時間加權接觸濃度（CTWA）進行了檢測。工作場所氨短時間接觸濃度檢測結果見表1，氨時間加權接觸濃度檢測結果見表2。

4.2 氨危害控制效果分析

我國職業人群化學毒物的接觸限值指標執行GBZ2.1—2007《工作場所有害因素職業接觸限值 第1部分：化學有害因素》［4］標準，其中氨的職業接觸限值，時間加權平均容許質量濃度（PC-TWA）為20 mg/m3；短時間接觸容許質量濃度（PC-STEL）為30 mg/m3。從檢測結果看，火電廠氨區值班員氨時間加權接觸濃度和短時間接觸濃度的最大值均低于我國職業接觸限值標準。本次檢測結果與以往火電廠脫硝系統氨職業病危害評價結果一致［5-6］。

表1 工作場所氨短時間接觸質量濃度檢測結果 mg/m3

表2 氨時間加權平均接觸質量濃度檢測結果 mg/m3

所檢測的火電廠脫硝系統氨設備、管道密閉性良好，沒有明顯泄漏情況；液氨儲罐和氨制備過程揮發的氨氣采取了吸收措施，避免散逸到空氣中。氨區（液氨儲罐區、氨制備區）、SCR反應器區空氣中氨物質濃度普遍較低；只有在液氨槽車卸車完，裝卸臂斷開后，管道中殘存的少量氨揮發逸出（此時空氣中氨濃度較高，但低于短時間職業接觸限值）。由于露天卸氨，卸氨后，采取將卸氨管道中殘留氨排至氨氣吸收罐吸收的措施，管道中殘存的少量氨可在短時間內全部擴散，不會大量聚集，從而導致人員急性氨中毒事故。但是當發生氨泄漏或者在氨設備、管道內部，氨濃度很高，可能發生中毒和燃燒、爆炸等人員傷亡事故。

5 結語

由于氨的具有強腐蝕性和毒性，火電廠氨區液氨存量大，已被列為重大危險源，一旦發生事故，將導致嚴重后果。我國液氨事故統計分析結果表明，墊片損壞、管道老化等材料失效；閥門損壞、閥芯脫落、壓縮機故障等設備故障；操作不當、違章作業等人為因素是3大主要事故原因，占事故數量的79.3%［7］。在日常工作中，須加強脫硝系統的安全管理和設備檢查維護，加強氨作業人員的安全健康防護，在氨區進行設備運行、檢維修等作業時應佩戴防毒面具、化學防護眼鏡、防酸堿手套等個體防護用品；同時接觸氨作業人員應該進行年度職業健康查體。通過對火電廠脫硝系統的檢測、分析與評估可以看到，只有加強規范火電廠脫硝系統氨安全防護設施的設計、運行管理，加強設備檢修維護及時性，才能有效減少氨泄漏、散逸；氨區設備正常運行狀態下，作業人員接觸氨濃度可完全符合職業接觸限值標準，保證作業人員職業健康和作業環境安全。