液氨儲罐泄漏危害程度及防范措施

姜彩鳳

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

關鍵詞：液氨儲罐；蒸汽云爆炸事故模擬分析方法；防范措施

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

1 液氨儲罐基本概況

液氨為某企業新材料分公司氮氣提純的原料，液氨系統有1個容積為30m3的液氨儲罐，液氨儲罐的參數見表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說明書和安全標簽，相關人員不能簡潔明了地了解產品的理化性質，如發生事故不能及時采取恰當措施，控制事故范圍，造成事故擴大。

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

（2）液氨儲罐的接管、閥門發生泄漏或破裂，導致物料外泄，如遇火源會引發火災事故。

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

（4）液氨儲存區無濃度檢測設備，當儲存區的可燃有毒物質濃度超標時，遇火源易引發火災、爆炸事故，也會導致人員中毒。

（5）儲罐區未設置防火堤、防火堤損壞或排出口密封不嚴，當液氨發生大量外泄時，會向四面流散到地勢低洼處匯集，若遇火源，導致火災、爆炸，擴大事故范圍。

（6）作業人員個人防護設施不足（如防毒器材、防護衣等），發生液氨泄漏時，可能導致人員中毒和損傷肌膚。

（7）儲存區無安全疏散指示標志和風向標，若發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，液氨儲罐周圍的環境溫度的升高，由于環境溫度的升高而造成超壓，因而液氨儲罐發生物理爆炸。

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

（10）當氨氣發生泄漏，與空氣形成爆炸混合物，達到氨氣的爆炸極限，遇到火源，發生火災爆炸事故。

3 分析發生事故的可能性

（1）儲存裝卸作業不當導致泄漏可能性分析。

在儲存裝卸過程中，如果未按規定要求的儲存裝卸程序進行作業，或液位計出現故障，有發生泄漏的可能性。

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

（2）設備故障導致泄漏可能性分析。

設備設施如果出現下列情況，將會發生泄漏的可能性。

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

4 定量分析發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燃可能發生閃火也可能發生蒸氣云爆炸，用TNT當量法來預測蒸汽云爆炸嚴重度的原理：假定一定百分比的蒸汽云參與了爆炸，對形成沖擊波有實際貢獻，并以TNT當量來表示蒸汽云爆炸的威力這取決于蒸氣的狀態和環境條件。假定某企業的30m3液氨儲罐發生了破損，有10%液氨泄漏后出現氣化，氨氣形成蒸氣云，遇到著火源即發生爆炸。事故后果模擬計算如下：

（1）氨氣的TNT當量WTNT的計算

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

某企業儲罐容積為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—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]。

根據公式（1）計算氨氣的TNT當量為

（2）氨氣爆炸總能量E的計算

式中：E為可燃氣體的爆炸總能量（kJ）；1.8為地面爆炸系數。

根據公式（2）計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）死亡區范圍

死亡區按TNT沖擊波超壓-沖量準則公式計算：

2）財產損失半徑

用下式計算：

KⅡ-建筑物破壞等級，二級為4.6。

R財=55.49m。

蒸氣云爆炸破壞范圍計算見表2。

通過計算液氨儲罐發生蒸氣云爆炸事故，其半徑18.9m內為死亡區，財產損失半徑為55.49m。

4.2 液氨中毒事故模擬評價[5]

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

有毒氣體泄漏擴散體積計算公式為

設液氨的質量為W，氨的比熱為C，當儲罐破裂時，罐內壓力降至大氣壓，處于過熱狀態的氨的溫度迅速降至標準沸點to，此時全部液氨所放出的熱量為

設這些熱量全部用于罐內液氨的蒸發，氣化熱為q，則其蒸發量為

如液氨的分子量為M，則在沸點下蒸發出的蒸發的體積為：

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

假設這些有毒空氣以半球形向地面擴散，則可求出有毒氣體的擴散半徑為

通過計算損害半徑可知，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

液氨儲罐泄漏現場人員分布及影響

（1）距離本企業制氮車間20m，正常工作時4人；

（2）距離本企業納米車間100m，正常作業時3人；

（3）距離本企業氧化釩試驗車間80m，正常作業時5人；

由以上分析可知： 中毒擴散引起人員中毒的死亡半徑為74.17 m，空氣中氨濃度達到0.5%時，人吸入5～10min即可致死。可導致制氮車間區域人員死亡。為此，企業應加強對液氨儲罐的嚴格管理，采取有效地安全技術措施和安全管理措施，防止中毒窒息事故的發生。

5 安全對策措施

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

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

（3）對儲罐進行檢修前辦理設備內作業許可證、動火許可證，采用安全的方法對儲罐進行置換，經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）在衛生濃度以下，采取通風措施，在專業安全人員監護下才能入罐檢查、檢修或動火。

（4）液氨儲罐旁設置有噴淋水、遮陽棚。

（5）在液氨儲存區設置有安全疏散標志和風向標，防止發生重大事故或緊急情況時，危險區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、化學防護服、堵漏器材等應急器材和設備的同時，應保證其有效性，應能使相關作業人員會操作、使用。

（7）液氨儲罐區設置視頻監控系統。

6 結論

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生泄漏后的影響范圍。根據估算結果來判定儲罐區的危險性和危害程度，為企業實施危險預測預控提供信息基礎，為企業實現安全生產提供決策依據。

參考文獻：

[1]危險化學品安全技術說明書（MSDS）手冊.

[2]國家安全生產監督管理總局《安全評價》，北京：煤炭工業出版社，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].工業安全與環保，2004，30（10）.

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

[5]《安全評價實用指南》，四川省職業安全健康協會.