基于情景構建的火力發電廠液氨泄露擴散事故的安全風險評估研究

賈明松 周 凡

(1、華能長春熱電廠，吉林 長春130000 2、華能吉林發電有限公司，吉林 長春130216)

華能長春熱電廠采用哈爾濱鍋爐廠制造的SCR 原理脫硝裝置，催化劑及噴氨口位于省煤器與空氣預熱器之間的尾部煙道。氨儲存單元為氨區的2 臺65m3液氨儲罐，連接SCR 區域和氨區的氨氣管道系統布置在廠區的綜合管架上。液氨通過液氨槽車運送到裝卸區域，通過槽車與液氨儲罐間的管道和壓縮機將液氨輸送到液氨儲罐中，使用液氨泵將液氨輸送到蒸發器內，通過蒸汽將液氨蒸發為氨氣，再利用氨氣緩沖罐進行壓力調節，使用專用管道把氨氣輸送至脫硝噴氨口。通過探索發現液氨泄漏、擴散等重大突發事件，構建電廠液氨泄漏、擴散重大事故情景，可以提高企業面臨的安全風險和應急處置項目的應急響應效率，提升火電廠液氨泄漏重大事故的應對能力。

1 情景構建應用

1.1 情景分析

通過分析我國2007-2018 年危險化學品各環節事故數和死亡人數可知，我國危險化學品各環節事故次數與死亡人數在2007-2018 年處于整體下降趨勢，在2016 與2018 年危險化學品各環節事故次數與死亡人數突變，急劇增多。其中，2016 年發生事故220 起，造成230 人死亡；2017 年發生事故218 起，造成271 人死亡。本文通過對液氨泄漏生產安全事故的調研分析可知：

a.氨氣較空氣輕，易形成氨霧，流動性強，流向快；b.低濃度氨氣泄露到空氣中時，作業人員能夠聞到氨的臭味會迅速撤離；高濃度氨氣泄露到空氣中時，作業人員會吸入對人身致傷的氨，受傷人員不能及時撤離。當吸入一定濃度的氨后，會導致傷者呼吸系統水腫，呼吸道水腫會令人窒息，甚至導致死亡；c.如果液氨發生泄露，當氣壓在0 MPa 時，發生溫度驟然降低，溫度會低至零下33 ℃，液氨在接觸人的皮膚后，會在接觸位置造成凍傷；d.受傷者吸入大量的氨后，會神志不清，難以自救，救援人員受現場實際情況和畏懼心理作用，增加救援難度；e.無論是液氨還是氨氣發生泄露后，會迅速擴散，影響到廠區周邊區域，造成嚴重的社會影響，使得企業形象受損。

1.2 模擬計算

以泄漏場景不同，在溫度為-33.40 ℃時，分別建立四種氨儲罐模型，泄漏擴散效果如圖1 所示。

圖1 氨儲罐泄漏擴散圖

當泄漏隨時間變化時，泄漏口徑分別為5mm 時的小孔泄漏模型、25mm 的中空泄漏模型、100mm 的大孔泄漏模型；當泄漏為瞬時，災難性破裂模型。通過模擬計算氨儲罐泄漏后的相關數據可知，當場景為小孔泄漏模型時，材料液體質量百分率為80.64%，液滴直徑為68.64 um，速度為274.14m/s；當場景為中空泄漏模型時，材料液體質量百分率為80.12%，液滴直徑為73.24um，速度為265.15m/s；當場景為大孔泄漏模型時，材料液體質量百分率為82.41%，液滴直徑為84.89um，速度為244.63m/s；當場景為災難性破裂模型時，材料液體質量百分率為80.55%，液滴直徑為59.39um，速度為265.70m/s。通過模擬計算氨儲罐泄漏后擴散的相關數據可知，當場景為小孔泄漏模型時，至UFL 的平均距離為1.40m，至LFL 的平均距離為2.26m；當場景為中空泄漏模型時，至UFL 的平均距離為6.36m，至LFL的平均距離為8.16m；當場景為大孔泄漏模型時，至UFL 的平均距離為8.90m，至LFL 的平均距離為15.02m；當場景為災難性破裂模型時，至UFL 的平均距離為32.71m，至LFL 的平均距離為45.59m。

1.3 情景演化路線分析

本文情景模擬的事故主體為華能吉林發電有限公司長春熱電廠，現場人員100 人；相關方為農安縣應急局，現場人員1000人。篩選的情景事件如表1 所示，并對其展開分析。

表1 情景事件

1.3.1 情景1：液氨泄露。液氨迅速氣化成氨氣，開始向四周擴散。氨氣密度低于空氣，擴散速度極快，如果遇上大風天氣，不但加快擴散的速度，還會加快液氨的氣化速度。如果不能在第一時間采取有效控制措施，由于其具有刺激性氣味和毒性，擴散至周邊人員聚集區，容易引起群死群傷事故。

1.3.2 情景2：氨氣發生泄露后，由于其具有可燃性，爆炸極限在16%-25%之間。周邊環境中出現明火、火花，就會引燃氨氣，達到爆炸極限條件時，甚至會引發爆炸。壓力容器內的蒸發后氨氣如被引燃會形成噴射火，引燃周邊易燃物，甚至損毀設備設施。由于破口位置的溫度升高，會加速液氨氣化，隨著罐內液氨在容器內流動，在圍堰內形成池火。管內液體存量越大、壓力越大、持續時間越長池火危害性越大。火災會使人員受到傷害，設備設施被引燃致使火災蔓延。

1.3.3 情景3：液氨持續蒸發，氨氣持續擴散。氨氣形成的蒸汽云團隨風擴散。一旦被引燃，在該區域會發生閃爆，閃爆會引燃圍堰內流出的液氨蒸發氣體形成池火。燃爆產生的沖擊波會傷害該區域的現有人員，同時造成設備設施損壞。

2 事故模擬及應對行為

因2 號儲罐前側安全閥需要更換，共3 名檢修人員，其中，2名檢修人員正在罐頂平臺拆卸安全閥，另1 名在下面準備接應。螺栓全部拆卸完成，2 人合力試圖將安全閥移動至工作平臺，因密封面粘住難以移動，用力過猛且脫手，安全閥穿過工作平臺跌落，砸中1 號儲罐底部液相引出管，致使該管道和液氨儲罐之間的焊縫處發生斷裂，液氨延裂縫噴出，液氨發生泄漏。此時，作業人員立即捂住口鼻，互相攙扶，沿上風向進行撤離。

2 分鐘后，生產集控室通過報警信號和報警電話接到泄漏報警，派出運行人員3 人前往現場進行查看，人員到達現場后，確認1 號罐底液相管和液氨儲罐之間焊縫斷裂，看到液氨噴射出3 至5 米。此時，a.現場作業人員立即進行自救和互救，延上風向向圍堰外撤離；b.穿好防化服，進入氨區，幫助受傷人員撤離；c. 運行人員將現場看情況匯報當班值長和部門負責人；d.立即組織廠內救援人員趕到現場，開展現場救援工作。

5 分鐘后，經過觀察和現場分析確定短時間內無法控制液氨噴射狀泄露。此時，已經逐級匯報，電廠主要負責人立即宣布啟動二級應急響應，在生產會議室成立應急指揮部，各工作組人員趕到現場組織救援與搶險工作；各應急工作組進入狀態，按照應急預案，開展應急工作，運行人員將脫硝系統緊急停車。

10 分鐘后，應急指揮部組織專業技術人員推算氨氣擴散范圍，經分析目前不能有效控制氣體擴散，氣體將隨時間推移持續擴散。(模擬中毒傷害范圍約50m，受影響區域約1000m)。此時，應急指揮部下達命令要求立即采取控制氨氣擴散措施：a.工藝控制：維持消防水壓力，確保水噴淋持續噴淋，通過排放稀釋、倒罐轉運操作等有效措施，降低氨氣濃度和減少故障儲罐液氨存量；b.防范措施：立即組織氨區周邊作業人員有序撤離，設置警戒區域防止火災傷害，利用消防水槍對火災附近區域進行降溫和稀釋氨氣等應急措施，應急處置人員對受傷人員進行現場救治，同時維持好現場治安等。c.應急指揮部宣布啟動一級響應，上報地方政府，撥打110、119、120 電話請求社會救援，請求公安部門協助疏散廠區周邊人員。

30 分鐘后，倒罐轉運操作起到作用，泄露量持續減少，氨氣擴散到空氣中的濃度持續降低。氨氣泄露和擴散引發的危害范圍得到有效控制和減小。各應急小組將指揮部各項指令逐一落實，消防車對液氨儲罐持續進行噴淋。應急工作組對氨區周邊進行警戒和物資調配等相關工作持續開展，衍生災害已經得到有效控制。

70 分鐘后，圍堰和泄露儲罐內的液氨已經被稀釋和燃燒盡。觀察現場警戒范圍內空氣中氨氣濃度持續下降。此時逐步恢復部分應急措施：a.停止氨區外的消防車噴水，消防隊撤離；b.工作組將不同程度受傷的50 人送往醫院進行救治，同時配合120 急救人員將受傷人員送往醫院就醫，經確認2 人當場死亡，2 人重度燒傷，2 人重度中毒，44 人輕微中毒。其余人員進行現場醫療救治后，進行相關善后處置。

在發出應急信息后，開展災后處置：a.通知廠區周邊受影響的村莊、單位和公安部門撤銷警戒區域；b.安撫死亡人員家屬，洽談賠償事宜，安撫受傷人員；c.對周邊村莊村民進行解釋和補償；d.開展事故調查，對應急救援工作進行評估。發出應急信息之后2-4 天，開展災后恢復生產和氨區重建：a.處置人員進行該區域的全面檢查和清理；b.制定和實施設備設施的維修方案，進行施工檢修。發出應急信息之后第5 天，完全恢復生產：修復驗收，置換恢復，投入正常生產。

3 結論

根據情景構建工作成果，對火力發電廠脫硝液氨泄露專項應急預案修訂提供科學依據，完成專項應急預案編制工作，通過完善安全風險分析準備，提升安全風險應對能力。根據情景構建及安全風險評估結果，細化了現場處置方案，完善與當地政府及相關企業的應急聯動機制。實現了情景構建技術在火力發電廠的首次應用，提升了發電企業典型生產安全事故預防與風險評估能力，促進了企業重大突發事件安全管理水平的提升。基于數學建模和計算機模擬事故后果定量分析，構建液氨突發事件典型情景，明確了情景關鍵節點的相關應急任務，驗證了液氨泄漏事故發生的機理和構建的情景，為提升應急能力提供技術支撐。