基于情景构建的火力发电厂液氨泄露扩散事故的安全风险评估研究

贾明松 周 凡

(1、华能长春热电厂，吉林 长春130000 2、华能吉林发电有限公司，吉林 长春130216)

华能长春热电厂采用哈尔滨锅炉厂制造的SCR 原理脱硝装置，催化剂及喷氨口位于省煤器与空气预热器之间的尾部烟道。氨储存单元为氨区的2 台65m3液氨储罐，连接SCR 区域和氨区的氨气管道系统布置在厂区的综合管架上。液氨通过液氨槽车运送到装卸区域，通过槽车与液氨储罐间的管道和压缩机将液氨输送到液氨储罐中，使用液氨泵将液氨输送到蒸发器内，通过蒸汽将液氨蒸发为氨气，再利用氨气缓冲罐进行压力调节，使用专用管道把氨气输送至脱硝喷氨口。通过探索发现液氨泄漏、扩散等重大突发事件，构建电厂液氨泄漏、扩散重大事故情景，可以提高企业面临的安全风险和应急处置项目的应急响应效率，提升火电厂液氨泄漏重大事故的应对能力。

1 情景构建应用

1.1 情景分析

通过分析我国2007-2018 年危险化学品各环节事故数和死亡人数可知，我国危险化学品各环节事故次数与死亡人数在2007-2018 年处于整体下降趋势，在2016 与2018 年危险化学品各环节事故次数与死亡人数突变，急剧增多。其中，2016 年发生事故220 起，造成230 人死亡；2017 年发生事故218 起，造成271 人死亡。本文通过对液氨泄漏生产安全事故的调研分析可知：

a.氨气较空气轻，易形成氨雾，流动性强，流向快；b.低浓度氨气泄露到空气中时，作业人员能够闻到氨的臭味会迅速撤离；高浓度氨气泄露到空气中时，作业人员会吸入对人身致伤的氨，受伤人员不能及时撤离。当吸入一定浓度的氨后，会导致伤者呼吸系统水肿，呼吸道水肿会令人窒息，甚至导致死亡；c.如果液氨发生泄露，当气压在0 MPa 时，发生温度骤然降低，温度会低至零下33 ℃，液氨在接触人的皮肤后，会在接触位置造成冻伤；d.受伤者吸入大量的氨后，会神志不清，难以自救，救援人员受现场实际情况和畏惧心理作用，增加救援难度；e.无论是液氨还是氨气发生泄露后，会迅速扩散，影响到厂区周边区域，造成严重的社会影响，使得企业形象受损。

1.2 模拟计算

以泄漏场景不同，在温度为-33.40 ℃时，分别建立四种氨储罐模型，泄漏扩散效果如图1 所示。

图1 氨储罐泄漏扩散图

当泄漏随时间变化时，泄漏口径分别为5mm 时的小孔泄漏模型、25mm 的中空泄漏模型、100mm 的大孔泄漏模型；当泄漏为瞬时，灾难性破裂模型。通过模拟计算氨储罐泄漏后的相关数据可知，当场景为小孔泄漏模型时，材料液体质量百分率为80.64%，液滴直径为68.64 um，速度为274.14m/s；当场景为中空泄漏模型时，材料液体质量百分率为80.12%，液滴直径为73.24um，速度为265.15m/s；当场景为大孔泄漏模型时，材料液体质量百分率为82.41%，液滴直径为84.89um，速度为244.63m/s；当场景为灾难性破裂模型时，材料液体质量百分率为80.55%，液滴直径为59.39um，速度为265.70m/s。通过模拟计算氨储罐泄漏后扩散的相关数据可知，当场景为小孔泄漏模型时，至UFL 的平均距离为1.40m，至LFL 的平均距离为2.26m；当场景为中空泄漏模型时，至UFL 的平均距离为6.36m，至LFL的平均距离为8.16m；当场景为大孔泄漏模型时，至UFL 的平均距离为8.90m，至LFL 的平均距离为15.02m；当场景为灾难性破裂模型时，至UFL 的平均距离为32.71m，至LFL 的平均距离为45.59m。

1.3 情景演化路线分析

本文情景模拟的事故主体为华能吉林发电有限公司长春热电厂，现场人员100 人；相关方为农安县应急局，现场人员1000人。筛选的情景事件如表1 所示，并对其展开分析。

表1 情景事件

1.3.1 情景1：液氨泄露。液氨迅速气化成氨气，开始向四周扩散。氨气密度低于空气，扩散速度极快，如果遇上大风天气，不但加快扩散的速度，还会加快液氨的气化速度。如果不能在第一时间采取有效控制措施，由于其具有刺激性气味和毒性，扩散至周边人员聚集区，容易引起群死群伤事故。

1.3.2 情景2：氨气发生泄露后，由于其具有可燃性，爆炸极限在16%-25%之间。周边环境中出现明火、火花，就会引燃氨气，达到爆炸极限条件时，甚至会引发爆炸。压力容器内的蒸发后氨气如被引燃会形成喷射火，引燃周边易燃物，甚至损毁设备设施。由于破口位置的温度升高，会加速液氨气化，随着罐内液氨在容器内流动，在围堰内形成池火。管内液体存量越大、压力越大、持续时间越长池火危害性越大。火灾会使人员受到伤害，设备设施被引燃致使火灾蔓延。

1.3.3 情景3：液氨持续蒸发，氨气持续扩散。氨气形成的蒸汽云团随风扩散。一旦被引燃，在该区域会发生闪爆，闪爆会引燃围堰内流出的液氨蒸发气体形成池火。燃爆产生的冲击波会伤害该区域的现有人员，同时造成设备设施损坏。

2 事故模拟及应对行为

因2 号储罐前侧安全阀需要更换，共3 名检修人员，其中，2名检修人员正在罐顶平台拆卸安全阀，另1 名在下面准备接应。螺栓全部拆卸完成，2 人合力试图将安全阀移动至工作平台，因密封面粘住难以移动，用力过猛且脱手，安全阀穿过工作平台跌落，砸中1 号储罐底部液相引出管，致使该管道和液氨储罐之间的焊缝处发生断裂，液氨延裂缝喷出，液氨发生泄漏。此时，作业人员立即捂住口鼻，互相搀扶，沿上风向进行撤离。

2 分钟后，生产集控室通过报警信号和报警电话接到泄漏报警，派出运行人员3 人前往现场进行查看，人员到达现场后，确认1 号罐底液相管和液氨储罐之间焊缝断裂，看到液氨喷射出3 至5 米。此时，a.现场作业人员立即进行自救和互救，延上风向向围堰外撤离；b.穿好防化服，进入氨区，帮助受伤人员撤离；c. 运行人员将现场看情况汇报当班值长和部门负责人；d.立即组织厂内救援人员赶到现场，开展现场救援工作。

5 分钟后，经过观察和现场分析确定短时间内无法控制液氨喷射状泄露。此时，已经逐级汇报，电厂主要负责人立即宣布启动二级应急响应，在生产会议室成立应急指挥部，各工作组人员赶到现场组织救援与抢险工作；各应急工作组进入状态，按照应急预案，开展应急工作，运行人员将脱硝系统紧急停车。

10 分钟后，应急指挥部组织专业技术人员推算氨气扩散范围，经分析目前不能有效控制气体扩散，气体将随时间推移持续扩散。(模拟中毒伤害范围约50m，受影响区域约1000m)。此时，应急指挥部下达命令要求立即采取控制氨气扩散措施：a.工艺控制：维持消防水压力，确保水喷淋持续喷淋，通过排放稀释、倒罐转运操作等有效措施，降低氨气浓度和减少故障储罐液氨存量；b.防范措施：立即组织氨区周边作业人员有序撤离，设置警戒区域防止火灾伤害，利用消防水枪对火灾附近区域进行降温和稀释氨气等应急措施，应急处置人员对受伤人员进行现场救治，同时维持好现场治安等。c.应急指挥部宣布启动一级响应，上报地方政府，拨打110、119、120 电话请求社会救援，请求公安部门协助疏散厂区周边人员。

30 分钟后，倒罐转运操作起到作用，泄露量持续减少，氨气扩散到空气中的浓度持续降低。氨气泄露和扩散引发的危害范围得到有效控制和减小。各应急小组将指挥部各项指令逐一落实，消防车对液氨储罐持续进行喷淋。应急工作组对氨区周边进行警戒和物资调配等相关工作持续开展，衍生灾害已经得到有效控制。

70 分钟后，围堰和泄露储罐内的液氨已经被稀释和燃烧尽。观察现场警戒范围内空气中氨气浓度持续下降。此时逐步恢复部分应急措施：a.停止氨区外的消防车喷水，消防队撤离；b.工作组将不同程度受伤的50 人送往医院进行救治，同时配合120 急救人员将受伤人员送往医院就医，经确认2 人当场死亡，2 人重度烧伤，2 人重度中毒，44 人轻微中毒。其余人员进行现场医疗救治后，进行相关善后处置。

在发出应急信息后，开展灾后处置：a.通知厂区周边受影响的村庄、单位和公安部门撤销警戒区域；b.安抚死亡人员家属，洽谈赔偿事宜，安抚受伤人员；c.对周边村庄村民进行解释和补偿；d.开展事故调查，对应急救援工作进行评估。发出应急信息之后2-4 天，开展灾后恢复生产和氨区重建：a.处置人员进行该区域的全面检查和清理；b.制定和实施设备设施的维修方案，进行施工检修。发出应急信息之后第5 天，完全恢复生产：修复验收，置换恢复，投入正常生产。

3 结论

根据情景构建工作成果，对火力发电厂脱硝液氨泄露专项应急预案修订提供科学依据，完成专项应急预案编制工作，通过完善安全风险分析准备，提升安全风险应对能力。根据情景构建及安全风险评估结果，细化了现场处置方案，完善与当地政府及相关企业的应急联动机制。实现了情景构建技术在火力发电厂的首次应用，提升了发电企业典型生产安全事故预防与风险评估能力，促进了企业重大突发事件安全管理水平的提升。基于数学建模和计算机模拟事故后果定量分析，构建液氨突发事件典型情景，明确了情景关键节点的相关应急任务，验证了液氨泄漏事故发生的机理和构建的情景，为提升应急能力提供技术支撑。