液氨储罐泄漏危险性分析评价

2014-12-31张秀华赵志红

山西化工 2014年4期

关键词：球罐裂口液氨

张秀华，赵志红

（山东正信安全评价有限责任公司，山东聊城 252000）

液氨（液体无水氨）的化学成分为NH3，主要用于生产硝酸、无机和有机化工产品、化学肥料以及冷冻、冶金、医药等工业原料，用途广泛。液氨在储存过程中发生过多起泄漏中毒事故，甚至引发火灾爆炸事故。

1 液氨的毒性［1］

液氨人类经口TDLo：0.15mL／kg。

液氨人类吸入LCLo：5.0×10－3／（5m）。

急性毒性：LD50 350mg／kg（大鼠经口）；LC50 1 390mg／m，4h，（大鼠吸入）。

氨进入人体后会阻碍三羧酸循环，降低细胞色素氧化酶的作用，致使脑氨增加，可产生神经毒作用。高浓度氨可引起组织溶解坏死。

2 评价模型

中毒模型［2］：液氨在容器爆裂时会产生蒸汽爆炸，爆炸后不燃烧会造成大面积的毒害区域。

爆炸模型［2］：液氨是液态储存，如果瞬间泄漏后遇到延迟点火或气态储存时泄漏到空气中，遇到火源时可能发生蒸汽云爆炸。

3 液氨泄漏中毒事故模拟分析

3.1 液氨储罐容器破裂时的毒害区估算

假定，建设单位储罐区有2个液氨球罐，储存量为4×500m3。若发生容器破裂，液氨泄漏不燃烧，则会造成大面积毒害区域。

液氨储罐爆炸破裂前介质温度为常温，取20℃，氨的比热［3］Cp＝2.1kJ／（kg·℃），液氨气化热［3］q＝1 370kJ／kg，处于过热状态的氨的标准沸点为t0＝－33℃。

查有毒气体的危险浓度表可知，氨吸入5min～10min，人致死的浓度为0.5%。

假设这些有毒气体以半球形向外扩散，有毒气体扩散半径为：

根据上述计算结果可知，液氨储罐爆炸短时间内距爆炸中心146m范围内的人员吸入有毒空气5min～10min将会死亡。

数学模型是在一系列的假设前提下按理想的情况建立的，有些模型经过小型试验的验证，有的则可能与实际情况有较大的出入，但对辨识危险性来说是可参考的。本扩散模型是在静态下进行计算，实际上还存在风力、环境温度、地形和湍流等因素对气团飘移、扩散的影响，在下风侧实际数据应比计算值大得多。

3.2 液氨泄漏达到人的接触最高限值需要的时间

液氨发生泄漏后生成有毒蒸气云，在空气中飘移、扩散，直接影响现场人员。毒物对人员的危害程度取决于毒物的性质、毒物的浓度和人员与毒物接触时间等因素。

建设项目储存区内有4个500m3的液氨球罐，直径9.8m，罐内压力1.6MPa，操作温度为40℃。

当液氨球罐发生泄漏时，假定设备裂口为圆形，根据流体力学的柏努利方程计算泄漏速度。液体泄漏速度按式（1）计算。

式中：Q0为液体泄漏速度，kg／s；Cd为液体泄漏系数，0.5；A为裂口面积；假定裂口面积0.001m2；ρ为泄漏液体密度，取0.82kg／m3；P为容器内介质压力，1.3MPa～1.6MPa，取1.45×106Pa；P0为环境压力，1.013×105Pa；g为重力加速度，9.8m／s；h为裂口之上液位高度；储罐直径9.8m，充装系数按0.85计算，假定裂口在储罐中部为3.43m。由式（1）计算得泄漏速度为800 000mg／s。

由《工作场所有害因素职业接触限值化学有害因素》（GBZ2.1－2007）可知，氨的职业接触限值：PC－TWA（平均容许接触质量浓度）为20mg／m3，PC－STEL（在遵守PC－TWA前提下容许15min接触质量浓度）为30mg／m3。可见，本项目液氨只要发生泄漏不到1s，泄漏源周边即可达到人的接触最高限值。