液氨泄漏危害与安全防控分析

王家见， 张　弘，路荣博，王建伟

(1 中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究院，山东　青岛　266071;

2 青岛大学附属医院，山东　青岛　266003)



液氨泄漏危害与安全防控分析

王家见1， 张弘2，路荣博1，王建伟1

(1 中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究院，山东青岛266071;

2 青岛大学附属医院，山东青岛266003)

介绍了液氨与液氨泄漏的危害特性，指出液氨贮存过程中存在的危险危害有多种，但危害最严重的是液氨泄漏，引发的氨中毒或火灾、爆炸；详细分析了氨的毒性危害、火灾爆炸危险性、以及液氨贮存设施发生泄漏的主要原因；利用挪威DNV公司SAFETI软件对液氨贮罐泄漏事故后果进行了仿真分析，针对液氨贮存设施的设计、制造、施工及生产安全管理，提出了防止液氨贮存设施发生泄漏的安全防控措施。

液氨；泄漏；中毒；火灾；爆炸

液氨是化工、化肥企业常用的原料, 制冷工业还普遍使用液氨作制冷介质，其用途广泛。而每年由于液氨泄漏，造成的事故也十分频繁。液氨是首批重点监管的危险化学品[1]，火灾危险性属乙类，是易燃、易爆有毒液体，其主要危险有害性表现在两个方面，一是氨属高毒物品[2]，常温加压液化或低温状态下贮存，一旦泄漏极可能造成人员中毒、窒息死亡事故，对环境造成严重危害；二是氨在空气中的爆炸极限为15.7%～27.4%，遇明火极易燃烧、爆炸。因此对液氨的危害特性和事故发生的原因进行分析，提出相应的安全防控措施，严格液氨贮存设施的设计、制造、施工及生产安全管理，以确保液氨贮存的安全，对此必须予以高度重视。

1　液氨的危险危害特性分析

1.1氨的毒性危害

氨(NH3)是一种无色、有强烈刺激性气味的气体，分子量为17.03，比重0.597，熔点-77.7 ℃，沸点-33.3 5 ℃，在常温下加压即可液化为液体。液氨是无色液体，易挥发，氨属高毒物品，时间加权平均容许浓度(PC-TWA)为20 mg/m3，短时间接触容许浓度(PC-STEL)为30 mg/m3[3]。其主要危害是对人的上呼吸道具有刺激和腐蚀作用。人对氨的嗅觉阈为0.5～1 mg/m3，大于350 mg/m3的场所无法工作，大于3500 mg/m3时，危及人的生命。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作用。氨气对粘膜和皮肤有碱性刺激及腐蚀作用。

1.2液氨的火灾爆炸危险性

氨既有毒又可燃，具有易燃、可爆性。氨的自燃点为651 ℃, 燃烧值为2.37～2.51 J/m3，临界温度为132.5 ℃, 临界压力为11.4 MPa, 氨在空气中的含量达11%～14%时, 遇明火即可燃烧, 其火焰呈黄绿色，有油类存在时, 更增加燃烧危险；当空气中氨的含量达15.7%～27.4%时, 遇点火源就会引起爆炸, 最易引燃浓度17%, 产生最大爆炸压力0.58 MPa；液氨储存设备(贮罐、管道)受热时，液氨易膨胀、气化，压力会升高，液氨储存设施可因超压而发生爆炸。

1.3液氨泄漏的危害性

通常情况下，液氨在常温下加压压缩、液化储存。一旦泄漏到空气中会在常压下迅速气化, 体积迅速扩大,没有及时气化的液氨以液滴的形式雾化在蒸气中,并扩散到大的空间范围内；在泄漏初期, 由于液氨的部分蒸发, 使得氨蒸气的云团密度高于空气密度, 氨气随风飘移, 易形成大面积染毒区和燃烧爆炸区。

液氨泄漏后可能发生的事故类型有两种。一类是爆炸火灾事故，泄漏出来的液氨(氨气)，与空气混合，达到爆炸范围，遇点火源(如：明火、静电、高温设备等)，引发爆炸、火灾。当液氨设备(贮罐、管道)受热时，液氨易膨胀、气化，压力会升高，如安全设施失灵，液氨储存设备可因超压而发生物理爆炸，设备泄漏出来的液氨，还能引发中毒、火灾或化学爆炸。另一类是中毒事故，泄漏后的液氨迅速蒸发为氨气，若未遇火源，高浓度的氨气漂浮在空气中，人体短时间内吸入高浓度氨气，可引起急性中毒。此外，液氨泄漏如接触人体，还可造成化学灼伤和冻伤。液氨泄漏后所产生的蒸汽体积与它破裂时的温度有关，一般在常温下破裂的液氨贮罐，爆炸生成的氨气体积为液氨体积的100～250倍。氨气生成后顺着气流方向不断向外扩散，于是，在周围的大气中很快形成足以令人死亡或严重中毒的毒气浓度,。一旦发生氨泄漏，必须及时处理，并对危害范围内的人员进行疏散, 同时禁绝火源措施。2002年7月8日,某厂一个贮存为20 m3液氨贮罐, 向一辆液氨槽车充装液氨时, 由于车载金属软管发生爆裂, 液氨迅速扩散, 仅几分钟时间, 氨气就笼罩了整个厂区,危及到2000人的生命安全, 该事故造成105人中毒, 死亡13人, 重伤24人, 中度伤员12人。

2　液氨泄漏原因分析

(1)泵在输送液氨过程中，常常由于机械密封损坏产生泄漏，如处理不及时，可引发火灾、爆炸、中毒事故。

(2)尽管液氨贮罐从材质、厚度、焊接都有严格要求，在实际运行中也可能发生设备腐蚀、焊缝应力腐蚀、材质裂纹等设备损坏事故。设备损坏可引发液氨泄漏，发现不及时，可酿成灾难性后果。

(3)液氨管道、弯头腐蚀泄漏或阀门压盖填料不严，以及压力表、管嘴等细小附件损坏，使用法兰密封材料不当，垫片泄漏，都可造成液氨泄漏，而引发着火、爆炸、中毒事故。

(4)液氨贮罐超压。贮罐安全设施不完善，装设不当或失灵；环境温度突然升高，贮罐内液氨由于温度升高而压力增大；液氨充装量超过储罐容积的85%等危险因素，都是造成液氨储罐超压的主要原因。

(5)低温液氨贮罐的压力由氨循环冰机来维持，如氨循环冰机不能正常运行(如损坏、停电、停水等)，氨球罐的压力可升高而发生超压事故。事故如引起氨贮罐发生氨泄漏，可引发着火、爆炸、中毒事故。

(6)液氨在装车作业时，如阀门、接口、密封等损坏，金属软管发生爆裂，可造成液氨外泄；如汽车槽车装载过量，也有可能造成液氨外泄。液氨外泄，可造成人员中毒，遇点火源(如：汽车未熄火、槽车的静电接地和跨接不完好、或附近动火、存在火源等)，还可引发着火、爆炸事故。

3　液氨贮罐泄漏事故后果仿真分析

利用挪威DNV公司SAFETI软件对某厂液氨贮罐出口管线破裂泄漏事故进行后果仿真分析。

3.1事故后果仿真条件

(1)气象参数

时间：夜晚；

大气温度：35 ℃；

大气压力：0.1 MPa；

相对湿度：79%；

风速：1.5 m/s；

大气稳定度：F(夜晚有云，气象条件稳定)。

(2)泄漏条件

泄漏物质：液氨；

压力：1.6 MPa；

温度：35 ℃；

泄漏时间：10 min；

泄漏孔径：30 mm、60 mm、120 mm。

3.2事故仿真结果

(1)液氨泄漏扩散距离与浓度的关系

表1　液氨泄漏扩散距离与浓度的关系

(2)液氨泄漏扩散区域

图1　液氨泄漏扩散范围(泄漏孔径30 mm)

图2　液氨泄漏扩散范围(泄漏孔径60 mm)

图3　液氨泄漏扩散范围(泄漏孔径120 mm)

表2　液氨泄漏扩散区域中毒情况

由上述仿真计算结果可知，液氨贮罐出口管线破裂，液氨泄漏扩散，发生中毒事故，在给定的事故条件下：人明显感到不适(180 mg/m3)的危害范围最远达到26 km，远远超出工厂界区；有强烈刺激现象(730 mg/m3)的危害范围最远达到4800 m，超出工厂界区；立即咳嗽(920 mg/m3)的危害范围最远达到3500 m，超出工厂界区；呼吸30 min后死亡(5270 mg/m3)的危害范围最远达到1000 m，由于泄漏点的位置及风向的因素，有可能影响到邻近企业、居民区。

4　安全防控措施

(1)建立健全液氨贮存设施安全管理制度和安全操作规程，制定液氨泄漏事故应急处理预案并定期组织演练，配置与事故应急处理和救援相适应的应急装备、器材和物资。

(2)液氨贮存从业人员，必须接受有关预防和处置液氨泄漏、中毒、着火、爆炸等知识培训，考试合格后持证上岗。

(3)建立个体防护用品的配置、发放和使用管理制度。配备过滤式防毒器具、空气呼吸器、隔离式防护服、防护手套、

防护眼镜等特种防护用品，并定期检查，以防失效。

(4)液氨作业场所应设置消防器材、冲淋洗眼器、固定式或便携式氨检测报警仪及应急通讯器材等安全卫生设施，以及醒目的安全警示标志、风向标，并定期检查、检验，确保完好。

(5)正常生产时，宜将液氨贮罐控制在较低液位，液氨贮罐的高液位联锁或高低压力联锁必须投用，不得摘除；任何情况下，液氨贮罐的最大充装量不得超过贮罐容积的85%。

(6)液氨贮罐应设液位计、压力表、安全阀(安全泄压设施)以及静电导除等安全设施，并宜设置上、下限位报警装置。液氨贮罐进出口管道应设远程自动切断阀。

(7)低温液氨贮罐应采取良好的绝热保冷措施，应设温度指示仪。低温液氨贮罐的压力由氨循环冰机来维持，液氨贮罐压力控制与氨循环冰机联锁，氨循环冰机应设有备机，氨循环冰机(包括冰机供水设施)供电应为一级负荷中特别重要的负荷。

(8)液氨贮罐、管道、安全附件(如液位计、压力表、安全泄压设施等)、法兰垫片、法兰螺栓等的选材、选型应符合其储运方式的要求，满足相应的耐低温、耐腐蚀条件。与氨接触的部件不得选用铜或铜合金材料以及镀锌或镀锡的零配件。

(9)氨排放气应经处理后(如设氨火炬、水吸收等)放空，防止污染环境，造成危害。

5　结　语

液氨既有毒又可燃、可爆。液氨贮存过程中存在的危险危害有多种，但危害最严重的是液氨泄漏，引发氨中毒或火灾、爆炸事故，而液氨贮罐充装过量、超压，安全设施不完善，选材、选型不符合要求是造成液氨泄漏的主要原因。只有对设备、管道、安全附件按规定按时进行检查，避免发生泄漏；科学合理地设置固定式氨检测报警设备；配备完善的防护设备；严格液氨贮存设施的设计、制造、施工及生产安全管理，才能确保液氨贮存的安全。

[1]安监总管三〔2011〕95号.国家安全监管总局关于公布首批重点监管的危险化学品名录的通知[Z].

[2]卫法监发[2003] 142号.高毒物品目录(2003) [S].

[3]GBZ 2.1 工作场所有害因素职业接触限值 化学有害因素[S].

Hazard Analysis and Safety Control of Liquid Ammonia Leak

WANGJia-jian1,ZHANGHong2,LURong-bo1,WANGJian-wei1

(1 Research Institute of Safety Engineering, SINOPEC, Shandong Qingdao 266071;2 Affiliated Hospital of Qingdao University, Shandong Qingdao 266003, China)

The harm characteristics of liquid ammonia and ammonia leak were introduced. There were many dangers that the hazards in the process of liquid ammonia storage, but the most serious was the leakage of liquid ammonia, ammonia poisoning, fire or explosion caused. The toxicity of ammonia and the risk of fire and explosion, and the main reason of leakage and liquid ammonia storage facilities were analyzed in detail. The leakage accident consequence of liquid ammonia tank was simulation analyzed by Norway DNV company SAFETI software. According to the design, manufacture, construction of liquid ammonia storage facilities and production safety management, how to prevent the occurrence of safety prevention and control measures of leakage of liquid ammonia storage facilities was put forward.

liquid ammonia；leak；intoxication；Fire； explosion

王家见，高级工程师，毕业于北京化工学院，长期从事石化企业安全评价工作。

A

1001-9677(2016)05-0232-03