液氨储罐泄漏事故危险性的定量分析

张克跃，龙煦，刘仁国

（华烁科技股份有限公司，湖北武汉 430074）

液氨储罐泄漏事故危险性的定量分析

张克跃，龙煦，刘仁国

（华烁科技股份有限公司，湖北武汉 430074）

液氨是在化工及许多行业广泛使用的危险化学物质，因氨气泄漏引起的中毒、爆炸事故时有发生。模拟液氨储罐发生泄漏事故，通过泄漏量估算毒害区域、蒸气云爆炸波及范围，评估企业风险，为制订应急救援预案及安全防范措施提供参考。

液氨储罐；泄漏；风险评估

液氨作为一种重要的化工原料和制冷剂，在工业生产中被广泛应用。为了储存和运输的方便，通常采用常温或低温加压的方式将氨气液化为液氨，液氨在运输、储存和设备检修过程中，由于设备损坏或误操作常会发生泄漏，极易发生中毒和火灾爆炸事故。

2013年6月3日，吉林宝源丰禽业有限公司主厂房因液氨泄漏引发特别重大火灾爆炸事故，给人民生命财产造成巨大损失。因此，评估液氨储罐泄漏事故危害性、预防灾害发生很有必要。作者定性分析了液氨储罐的危险有害因素，定量分析了液氨储罐泄漏事故毒害区域、蒸气云爆炸波及范围，为液氨及其它压力容器或可燃液体储存容器的风险性评价提供参考，为企业制订安全对策和措施提供依据。

1 液氨储罐的危险有害因素分析

液氨储罐涉及的主要危险有害因素有中毒、火灾爆炸、容器爆炸等。

氨是有毒气体，如果液氨在储存、装卸和使用过程中发生泄漏，会挥发出有毒的氨气，当空气中氨气含量达0.5%～0.6%时，30 min内即可造成人员中毒。

维修人员进入液氨储罐检修时，如通风不良，氨气浓度过高，而维修人员又没有穿戴个人防护用品，也易发生中毒事故。

氨又是一种可燃气体，与空气混合到一定的比例时，遇明火、静电火花等火源能引起爆炸，其爆炸极限为15.7%～27.4%，最易引燃体积分数为17%，产生最大爆炸压力0.58 MPa。

液氨容器受热膨胀，压力会升高，导致氨气泄漏或储罐爆炸。

此外，液氨储罐由于安全装置（安全阀、压力表、液位计等）不全、装设不当或失灵，储罐强度设计、结构设计、选材、防腐不合理等，内、外介质腐蚀造成容器壁厚减薄，液氨引起的应力腐蚀，储罐发生严重塑性变形，储罐材质劣化，液氨储罐超装等，都可能引起液氨储罐发生物理爆炸。

2 液氨储罐泄漏事故后果分析

2.1 液氨储罐发生破裂泄漏的毒害区域估算

以某单位一台常温压力液氨储罐为例：容积50 m3，压力2 MPa，充装系数为80%，环境温度25℃，液氨密度0.6028×103kg·m3，储罐内液氨的质量W为：

W=50×80%×0.6028×103=2.41×104（kg）

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

2.1.1 液氨储罐破裂后蒸发量的计算

设液氨的质量为W（kg），液氨储罐破裂前的温度为T（℃），液体的平均比热为C（kJ·kg－1·℃－1），当储罐破裂时，容器内的压力降至大气压，处于过热状态的液化气温度迅速降至标准沸点T0（℃），此时全部液氨所放出的热量为：

设这些热量全部用于容器内液体的蒸发，忽略环境的热量传递，则其蒸发量W'为：

2.1.2 氨气危害半径的估算

不同氨气浓度对人体的影响见表2。

表2 不同氨气浓度对人体的影响Tab.2 Effect of ammonia concentration on human body

根据表2将氨气浓度划分为3个等级，即以100 mg·m－3（c1）为轻度危害、700 mg·m－3（c2）为中度危害、3 500 mg·m－3（c3）为重度危害。并假设氨气以半球形向地面扩散，氨气轻度危害半径R1、中度危害半径R2、重度危害半径R3计算如下：

由以上计算结果可知，当液氨储罐发生泄漏，在以储罐为中心的重度、中度、轻度危害半径为86.4 m、148 m、283 m。因此，该液氨储罐一旦泄漏，应组织距储罐至少283 m范围内的人群立即撤离，免受侵害。

2.2 液氨储罐泄漏形成蒸气云爆炸冲击波的损坏半径

液氨储罐发生泄漏，如果瞬间泄漏后与空气混合，遇到火源，则可能发生蒸气云爆炸。

2.2.1 爆炸能量E的计算

式中：Vg为参与反应的氨气的体积，经2.1.1计算为5.48×103m3；Hc为可燃气体的高燃烧热值，取值17 250 kJ·m－3。

2.2.2 氨气蒸气云爆炸冲击波的损害半径

根据荷兰应用科学院［TNO（1979）］建议，可按下式预测蒸气云爆炸冲击波的损害半径：

式中：R为损害半径，m；N为效率因子，其值与燃烧浓度持续开展所造成损耗的比例和燃料燃烧所得机械能的数量有关，一般取N=10%；Cs为经验常数，取决于损害等级，取值情况见表3。

表3 损害等级表Tab.3 Table of damage grade

根据计算结果，可知：

（1）当损害等级为1级时，在R≤63.4 m范围内，建筑物及加工设备遭到重创，有1%人员死于肺部伤害，大于50%人员耳膜破裂，大于50%人员被碎物击伤。

（2）当损害等级为2级时，在63.4 m＜R≤126.8 m范围内，建筑物外表损害，1%人员耳膜破裂，1%人员被碎物击伤。

（3）当损害等级为3级时，在126.8 m＜R≤317.1 m范围内，玻璃破碎，被破碎玻璃击伤。

（4）当损害等级为4级时，在317.1 m＜R≤845.6 m范围内，10%玻璃破碎。

（5）当损害半径R＞845.6 m，相对较为安全。

3 预防和减少液氨泄漏事故的对策和措施

液氨储罐的生产（包括设计、制造、安装、改造、维修）和使用、检验检测等必须符合《特种设备安全监察条例》、《压力容器安全技术监察规程》等相关规定要求。

从业人员应严格执行安全操作规程、安全检修规程。

针对液氨储罐可能发生的泄漏、火灾、爆炸、中毒等事故，企业应编制生产安全事故应急救援预案，建立应急救援组织，配备相应的应急救援器材，每年至少组织一次演练，并对演练结果进行评价，及时完善相关应急措施，补充相关应急救援物资。

4 结语

通过对液氨储罐泄漏事故危险性的定量分析可以看出，液氨泄漏后果非常严重，因此，在液氨运输、储存和设备检修过程中，应采取必要的安全措施，预防液氨泄漏事故的发生。

［1］刘春祥，蔡凤英，谈宗山.某液氨储罐泄漏的后果分析及对策［J］.工业安全与环保，2004，30（10）：18-20.

［2］赵铁锤，杨富，张广华，等.危险化学品安全评价［M］.北京：中国石化出版社，2003：155-159.

［3］柳红卫，黄沿波.液氨泄漏风险评估和风险分级方法［J］.安全与环境工程，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

张克跃（1959－），男，山东招远人，工程师，研究方向：化工安全生产管理，E-mail：zky1959@126.com。