張克躍，龍煦，劉仁國

（華爍科技股份有限公司，湖北武漢 430074）

液氨儲罐泄漏事故危險性的定量分析

張克躍，龍煦，劉仁國

（華爍科技股份有限公司，湖北武漢 430074）

液氨是在化工及許多行業(yè)廣泛使用的危險化學物質，因氨氣泄漏引起的中毒、爆炸事故時有發(fā)生。模擬液氨儲罐發(fā)生泄漏事故，通過泄漏量估算毒害區(qū)域、蒸氣云爆炸波及范圍，評估企業(yè)風險，為制訂應急救援預案及安全防范措施提供參考。

液氨儲罐；泄漏；風險評估

液氨作為一種重要的化工原料和制冷劑，在工業(yè)生產中被廣泛應用。為了儲存和運輸的方便，通常采用常溫或低溫加壓的方式將氨氣液化為液氨，液氨在運輸、儲存和設備檢修過程中，由于設備損壞或誤操作常會發(fā)生泄漏，極易發(fā)生中毒和火災爆炸事故。

2013年6月3日，吉林寶源豐禽業(yè)有限公司主廠房因液氨泄漏引發(fā)特別重大火災爆炸事故，給人民生命財產造成巨大損失。因此，評估液氨儲罐泄漏事故危害性、預防災害發(fā)生很有必要。作者定性分析了液氨儲罐的危險有害因素，定量分析了液氨儲罐泄漏事故毒害區(qū)域、蒸氣云爆炸波及范圍，為液氨及其它壓力容器或可燃液體儲存容器的風險性評價提供參考，為企業(yè)制訂安全對策和措施提供依據。

1 液氨儲罐的危險有害因素分析

液氨儲罐涉及的主要危險有害因素有中毒、火災爆炸、容器爆炸等。

氨是有毒氣體，如果液氨在儲存、裝卸和使用過程中發(fā)生泄漏，會揮發(fā)出有毒的氨氣，當空氣中氨氣含量達0.5%～0.6%時，30 min內即可造成人員中毒。

維修人員進入液氨儲罐檢修時，如通風不良，氨氣濃度過高，而維修人員又沒有穿戴個人防護用品，也易發(fā)生中毒事故。

氨又是一種可燃氣體，與空氣混合到一定的比例時，遇明火、靜電火花等火源能引起爆炸，其爆炸極限為15.7%～27.4%，最易引燃體積分數為17%，產生最大爆炸壓力0.58 MPa。

液氨容器受熱膨脹，壓力會升高，導致氨氣泄漏或儲罐爆炸。

此外，液氨儲罐由于安全裝置（安全閥、壓力表、液位計等）不全、裝設不當或失靈，儲罐強度設計、結構設計、選材、防腐不合理等，內、外介質腐蝕造成容器壁厚減薄，液氨引起的應力腐蝕，儲罐發(fā)生嚴重塑性變形，儲罐材質劣化，液氨儲罐超裝等，都可能引起液氨儲罐發(fā)生物理爆炸。

2 液氨儲罐泄漏事故后果分析

2.1 液氨儲罐發(fā)生破裂泄漏的毒害區(qū)域估算

以某單位一臺常溫壓力液氨儲罐為例：容積50 m3，壓力2 MPa，充裝系數為80%，環(huán)境溫度25℃，液氨密度0.6028×103kg·m3，儲罐內液氨的質量W為：

W=50×80%×0.6028×103=2.41×104（kg）

表1 液氨的物化性能參數Tab.1 Physicochem ical properties of liquid ammonia

2.1.1 液氨儲罐破裂后蒸發(fā)量的計算

設液氨的質量為W（kg），液氨儲罐破裂前的溫度為T（℃），液體的平均比熱為C（kJ·kg－1·℃－1），當儲罐破裂時，容器內的壓力降至大氣壓，處于過熱狀態(tài)的液化氣溫度迅速降至標準沸點T0（℃），此時全部液氨所放出的熱量為：

設這些熱量全部用于容器內液體的蒸發(fā)，忽略環(huán)境的熱量傳遞，則其蒸發(fā)量W'為：

2.1.2 氨氣危害半徑的估算

不同氨氣濃度對人體的影響見表2。

表2 不同氨氣濃度對人體的影響Tab.2 Effect of ammonia concentration on human body

根據表2將氨氣濃度劃分為3個等級，即以100 mg·m－3（c1）為輕度危害、700 mg·m－3（c2）為中度危害、3 500 mg·m－3（c3）為重度危害。并假設氨氣以半球形向地面擴散，氨氣輕度危害半徑R1、中度危害半徑R2、重度危害半徑R3計算如下：

由以上計算結果可知，當液氨儲罐發(fā)生泄漏，在以儲罐為中心的重度、中度、輕度危害半徑為86.4 m、148 m、283 m。因此，該液氨儲罐一旦泄漏，應組織距儲罐至少283 m范圍內的人群立即撤離，免受侵害。

2.2 液氨儲罐泄漏形成蒸氣云爆炸沖擊波的損壞半徑

液氨儲罐發(fā)生泄漏，如果瞬間泄漏后與空氣混合，遇到火源，則可能發(fā)生蒸氣云爆炸。

2.2.1 爆炸能量E的計算

式中：Vg為參與反應的氨氣的體積，經2.1.1計算為5.48×103m3；Hc為可燃氣體的高燃燒熱值，取值17 250 kJ·m－3。

2.2.2 氨氣蒸氣云爆炸沖擊波的損害半徑

根據荷蘭應用科學院［TNO（1979）］建議，可按下式預測蒸氣云爆炸沖擊波的損害半徑：

式中：R為損害半徑，m；N為效率因子，其值與燃燒濃度持續(xù)開展所造成損耗的比例和燃料燃燒所得機械能的數量有關，一般取N=10%；Cs為經驗常數，取決于損害等級，取值情況見表3。

表3 損害等級表Tab.3 Table of damage grade

根據計算結果，可知：

（1）當損害等級為1級時，在R≤63.4 m范圍內，建筑物及加工設備遭到重創(chuàng)，有1%人員死于肺部傷害，大于50%人員耳膜破裂，大于50%人員被碎物擊傷。

（2）當損害等級為2級時，在63.4 m＜R≤126.8 m范圍內，建筑物外表損害，1%人員耳膜破裂，1%人員被碎物擊傷。

（3）當損害等級為3級時，在126.8 m＜R≤317.1 m范圍內，玻璃破碎，被破碎玻璃擊傷。

（4）當損害等級為4級時，在317.1 m＜R≤845.6 m范圍內，10%玻璃破碎。

（5）當損害半徑R＞845.6 m，相對較為安全。

3 預防和減少液氨泄漏事故的對策和措施

液氨儲罐的生產（包括設計、制造、安裝、改造、維修）和使用、檢驗檢測等必須符合《特種設備安全監(jiān)察條例》、《壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》等相關規(guī)定要求。

從業(yè)人員應嚴格執(zhí)行安全操作規(guī)程、安全檢修規(guī)程。

針對液氨儲罐可能發(fā)生的泄漏、火災、爆炸、中毒等事故，企業(yè)應編制生產安全事故應急救援預案，建立應急救援組織，配備相應的應急救援器材，每年至少組織一次演練，并對演練結果進行評價，及時完善相關應急措施，補充相關應急救援物資。

4 結語

通過對液氨儲罐泄漏事故危險性的定量分析可以看出，液氨泄漏后果非常嚴重，因此，在液氨運輸、儲存和設備檢修過程中，應采取必要的安全措施，預防液氨泄漏事故的發(fā)生。

［1］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(yè)安全與環(huán)保，2004，30（10）：18-20.

［2］趙鐵錘，楊富，張廣華，等.危險化學品安全評價［M］.北京：中國石化出版社，2003：155-159.

［3］柳紅衛(wèi)，黃沿波.液氨泄漏風險評估和風險分級方法［J］.安全與環(huán)境工程，2010，17（1）：70-74.

Quantity Analysis of Leakage Risk for Liquid Ammonia Tank

ZHANG Ke-yue，LONG Xu，LIU Ren-guo
（Haiso Technology Co.，Ltd.，Wuhan 430074，China）

Liquid ammonia is a kind of dangerous chemical substancewhich is commonly used in chemical and other industries.Poisoning and explosion accidents occur from time to time due to the leakage of ammonia.In order tomake enterprise risk assessment，and provide reference to formulate emergency rescue plan and safety precautions，we simulated a liquid ammonia tank leakage accident，calculated toxic area and vapor cloud explosion scope from the leakage.

liquid ammonia tank；leakage；risk assessment

TQ 086 TQ 113

A

1672-5425（2015）07-0059-03

10.3969/j.issn.1672－5425.2015.07.016

2015-04-21

張克躍（1959－），男，山東招遠人，工程師，研究方向：化工安全生產管理，E-mail：zky1959@126.com。