液氨储罐泄漏危害程度及防范措施
2018-10-21姜彩凤
姜彩凤
摘 要:以某企业30m3的液氨储罐发生事故为例,分析其存在的危险有害因素,并运用蒸汽云爆炸事故模拟分析方法定量地描述一个可能发生的事故对工厂、对厂内职工、对厂外居民甚至对环境造成危害的严重程度,并讨论相应的防范措施。
关键词:液氨储罐;蒸汽云爆炸事故模拟分析方法;防范措施
液氨主要用于生产化肥,也可直接作为化肥施用。工业上主要用来制造炸药和各种化学纤维及塑料,也可供制冷、制冰等用。在木材制纸浆、冶金、炼油、橡胶、皮革制造及医药等工业上均广泛适用。氨还用于许多无机和有机化工产品。液氨储罐泄漏、爆炸后发生氨气化学燃爆,氨气属于有毒气体,在发生液氨爆破、及泄漏的情况会造成人员中毒事故。
1 液氨储罐基本概况
液氨为某企业新材料分公司氮气提纯的原料,液氨系统有1个容积为30m3的液氨储罐,液氨储罐的参数见表1。
2 液氨危险性分析
液氨,是一种有刺激臭味的无色有毒气体,极易溶于水,水溶液呈碱性,易液化,一般液氨可作致冷剂,接触液氨可引起严重冻伤。第2.3 类有毒气体,与空气混合能形成爆炸性混合物,遇明火、高热能引起燃烧爆炸,低浓度氨对粘膜有刺激作用,高浓度可造成组织溶解坏死,液氨可致皮肤灼伤。
储存的液氨若无安全技术说明书和安全标签,相关人员不能简洁明了地了解产品的理化性质,如发生事故不能及时采取恰当措施,控制事故范围,造成事故扩大。
(1)在贮罐安全附件损坏的情况下储存物料,可能导致罐体超压,使罐体破裂,物料大量外泄,遇火源,引发火灾。
(2)液氨储罐的接管、阀门发生泄漏或破裂,导致物料外泄,如遇火源会引发火灾事故。
(3)液氨罐体、管道的防静电设施接地电阻过大或断裂时,可能造成静电积聚放电,引发火灾事故。
(4)液氨储存区无浓度检测设备,当储存区的可燃有毒物质浓度超标时,遇火源易引发火灾、爆炸事故,也会导致人员中毒。
(5)储罐区未设置防火堤、防火堤损坏或排出口密封不严,当液氨发生大量外泄时,会向四面流散到地势低洼处汇集,若遇火源,导致火灾、爆炸,扩大事故范围。
(6)作业人员个人防护设施不足(如防毒器材、防护衣等),发生液氨泄漏时,可能导致人员中毒和损伤肌肤。
(7)储存区无安全疏散指示标志和风向标,若发生重大事故或紧急情况,不能及时安全地疏散人员,可能造成更大的事故。
(8)如液氨储罐的安全装置不齐全或存在失灵,液氨储罐周围的环境温度的升高,由于环境温度的升高而造成超压,因而液氨储罐发生物理爆炸。
(9)液氨储罐本身由于介质的腐蚀而造成壁厚减薄等缺陷,致使储罐的承压能力降低,导致储罐爆炸。
(10)当氨气发生泄漏,与空气形成爆炸混合物,达到氨气的爆炸极限,遇到火源,发生火灾爆炸事故。
3 分析发生事故的可能性
(1)储存装卸作业不当导致泄漏可能性分析。
在储存装卸过程中,如果未按规定要求的储存装卸程序进行作业,或液位计出现故障,有发生泄漏的可能性。
在管道输送过程中,如果阀门、连接管线密闭不严,超过规定压力限值,有发生泄漏的可能性。
(2)设备故障导致泄漏可能性分析。
设备设施如果出现下列情况,将会发生泄漏的可能性。
如装置、装置、物料输送管道破裂;储存装置的地基下沉,造成容器底部产生裂缝,或设备变形、错位等;选材不当,如强度不够,耐腐蚀性差、规格不符等;未按要求安装液位计、压力表等。在装置运行的后期,由于设备老化,泄漏的可能性会增大。
4 定量分析发生事故对周边的影响
4.1 液氨蒸汽云爆炸事故模拟评价[4]
大量泄漏气体延迟点燃可能发生闪火也可能发生蒸气云爆炸,用TNT当量法来预测蒸汽云爆炸严重度的原理:假定一定百分比的蒸汽云参与了爆炸,对形成冲击波有实际贡献,并以TNT当量来表示蒸汽云爆炸的威力这取决于蒸气的状态和环境条件。假定某企业的30m3液氨储罐发生了破损,有10%液氨泄漏后出现气化,氨气形成蒸气云,遇到着火源即发生爆炸。事故后果模拟计算如下:
(1)氨气的TNT当量WTNT的计算
式中:A—蒸汽云的TNT当量系数,取值范围0.02%~149%,这个范围的中值3%~4%,取4%。
某企业储罐容积为30m3,最大允许充装量为15000kg,使用压力1.4 MPa,使用温度为40℃,燃烧热为18.59mJ/kg,沸点—33.5℃,液体比热容4.6 kJ/ kg·℃ ,气化热为1.37 ×103 kJ/ kg,高燃烧热值为17.250kJ/m3[1]。
根據公式(1)计算氨气的TNT当量为
(2)氨气爆炸总能量E的计算
式中:E为可燃气体的爆炸总能量(kJ);1.8为地面爆炸系数。
根据公式(2)计算氨气爆炸总能量为
(3)氨气蒸气云爆炸冲击波超压伤害范围
1)死亡区范围
死亡区按TNT冲击波超压-冲量准则公式计算:
2)财产损失半径
用下式计算:
KⅡ-建筑物破坏等级,二级为4.6。
R财=55.49m。
蒸气云爆炸破坏范围计算见表2。
通过计算液氨储罐发生蒸气云爆炸事故,其半径18.9m内为死亡区,财产损失半径为55.49m。
4.2 液氨中毒事故模拟评价[5]
液氨储罐破裂时,会发生蒸气云爆炸,爆炸后若不燃烧,将会造成大面积的毒害区域。
有毒气体泄漏扩散体积计算公式为
设液氨的质量为W,氨的比热为C,当储罐破裂时,罐内压力降至大气压,处于过热状态的氨的温度迅速降至标准沸点to,此时全部液氨所放出的热量为
设这些热量全部用于罐内液氨的蒸发,气化热为q,则其蒸发量为
如液氨的分子量为M,则在沸点下蒸发出的蒸发的体积为:
空气中氨浓度达到0.5%时,人吸入5~10min即可致死。则Vg 的氨气可以产生令人致死的有毒空气体积为:
假设这些有毒空气以半球形向地面扩散,则可求出有毒气体的扩散半径为
通过计算损害半径可知,由爆炸引起的死亡半径为 18.9 m,由中毒扩散引起人员中毒的死亡半径为74.17 m。
4.3 可能受影响的周边单位及人员情况
液氨储罐泄漏现场人员分布及影响
(1)距离本企业制氮车间20m,正常工作时4人;
(2)距离本企业纳米车间100m,正常作业时3人;
(3)距离本企业氧化钒试验车间80m,正常作业时5人;
由以上分析可知: 中毒扩散引起人员中毒的死亡半径为74.17 m,空气中氨浓度达到0.5%时,人吸入5~10min即可致死。可导致制氮车间区域人员死亡。为此,企业应加强对液氨储罐的严格管理,采取有效地安全技术措施和安全管理措施,防止中毒窒息事故的发生。
5 安全对策措施
(1)储存液氨的罐体进行定期检验(包括附件),保证质量可靠,避免因异常情况损坏,造成事故。
(2)储存的液氨应配有安全技術说明书,保证操作人员及用户或公众在运输、使用过程中发生事故能及时按安全技术说明书的内容对事故采取有效措施,控制事故扩大,减少损失。
(3)对储罐进行检修前办理设备内作业许可证、动火许可证,采用安全的方法对储罐进行置换,经分析可燃蒸气浓度在0.3%(v)以下,氧含量在20%(v)以上,有毒气体(浓度)在卫生浓度以下,采取通风措施,在专业安全人员监护下才能入罐检查、检修或动火。
(4)液氨储罐旁设置有喷淋水、遮阳棚。
(5)在液氨储存区设置有安全疏散标志和风向标,防止发生重大事故或紧急情况时,危险区人员不能及时按正确的方向安全疏散,造成伤亡。
(6)液氨为吸入性有毒、有害气体,在配备空气呼吸器、化学防护服、堵漏器材等应急器材和设备的同时,应保证其有效性,应能使相关作业人员会操作、使用。
(7)液氨储罐区设置视频监控系统。
6 结论
事故后果模拟分析是危险源危险性分析的一个主要组成部分,通过事故模拟分析可以估算出一旦储罐发生泄漏后的影响范围。根据估算结果来判定储罐区的危险性和危害程度,为企业实施危险预测预控提供信息基础,为企业实现安全生产提供决策依据。
参考文献:
[1]危险化学品安全技术说明书(MSDS)手册.
[2]国家安全生产监督管理总局《安全评价》,北京:煤炭工业出版社,第三版下册.
[3]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).
[4]朱小红,张慧明,陆愈实,周德红.爆炸与中毒模型在液氨储罐安全评价中的应用 [J].安全与环境工程,14(3).
[5]《安全评价实用指南》,四川省职业安全健康协会.