蘆祖光，張 晗

（中國電力工程顧問集團東北電力設(shè)計院有限公司，長春 130021）

隨著GB 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標準》的頒布實施，火電廠控制NOx排放迫在眉睫。目前，國內(nèi)普遍使用選擇性催化還原法（SCR）進行鍋爐煙氣脫硝。該技術(shù)所用的還原劑為氨氣，以液氨作反應(yīng)物，制備的氨氣用空氣稀釋成質(zhì)量分數(shù)為5%的混合氣體，然后將其噴入脫硝反應(yīng)器前煙道。氨氣具有毒害、可燃爆的特性，在液氨的生產(chǎn)、儲存、運輸和使用過程中，必須認真開展脫硝系統(tǒng)氨氣泄漏事故的中毒安全風(fēng)險分析、控制，規(guī)范和加強脫硝系統(tǒng)的安全管理，有效防范因氨氣泄漏發(fā)生人員中毒和環(huán)境影響的事故。

1 脫硝系統(tǒng)概況

以某火電廠為例，采用SCR 進行煙氣脫硝。SCR 煙氣脫硝系統(tǒng)采用高灰段布置方式，即SCR反應(yīng)器布置在鍋爐省煤器出口和空氣預(yù)熱器之間的高含塵區(qū)域，該系統(tǒng)NH3逃逸率在5×10－6mg/m3以下，脫硝效率大于75%。液氨卸載、存儲和制備供應(yīng)系統(tǒng)主要設(shè)備包括氨卸料壓縮機、液氨儲罐、液氨蒸發(fā)槽、氨氣緩沖罐、氨氣稀釋槽、稀釋風(fēng)機、廢水泵等，主要作用是滿足鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量（BMCR）工況設(shè)計條件下連續(xù)運行7天氨氣的制備和供給。液氨經(jīng)氨蒸發(fā)器加熱后變?yōu)榘睔膺M入氨氣緩沖槽，輸送至氨氣/空氣混合器與空氣混合，然后通過安裝在SCR 入口煙道的注氨格柵注入SCR 反應(yīng)系統(tǒng)，其流程見圖1。

電廠鍋爐燃燒設(shè)計煤質(zhì)時，液氨耗量4.136t/d，廠內(nèi)液氨儲罐間設(shè)2×30m3儲氨罐，貯氨總量為30.5t，可滿足電廠7天煙氣脫硝。

2 氨的危險性

GB 12268—2012《危險貨物品名表》中規(guī)定液氨為危險品，危險物編號為23003，GB 536—1988《液體無水氨》中的6.1條指出液氨是強腐蝕性有毒物質(zhì)。液氨揮發(fā)生成氨氣，氨氣屬于有毒、易燃、易爆氣體，其爆炸范圍15.7%～27.4%，與空氣混合可形成爆炸性混合物，遇明火、高熱能引起爆炸。液氨對皮膚和眼睛有強烈腐蝕作用；液氨蒸汽對粘膜和眼睛有強烈刺激，對呼吸道有窒息作用。

3 液氨脫硝系統(tǒng)中毒危險因素分析

液氨儲罐為液化氣體儲罐，屬中壓三類壓力容器，可能發(fā)生物理爆炸。液氨儲罐爆炸或脫硝系統(tǒng)液氨泄漏后可能發(fā)生氨氣化學(xué)燃爆，由于氨氣是有毒氣體，液氨儲罐及氨氣系統(tǒng)爆破、泄漏等還會造成人員中毒事故。脫硝系統(tǒng)發(fā)生泄漏、中毒等事故的誘導(dǎo)因素分析如下。

3.1 設(shè)備因素

a.液氨儲罐未按《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》設(shè)計、制造、試驗和驗收或存在缺陷。

圖1 SCR脫硝系統(tǒng)流程

b.液氨儲罐的焊接探傷未按照JB/T 4709—2007《鋼制壓力容器焊接規(guī)程》，JB/T 4730—2005《承壓設(shè)備無損檢測》設(shè)計、制造、試驗和驗收，焊縫未進行100%磁粉探傷檢驗或存在缺陷。

c.液氨儲罐出廠、安裝前充氮保護措施不嚴格，液氨儲罐發(fā)生氧化腐蝕；接觸氨介質(zhì)的設(shè)備材料中含有銅、鋅、鋁元素。

d.氨氣系統(tǒng)安全附件的設(shè)計、制造、試驗、安裝檢驗和驗收不合格，使用非氨專用安全門或存在缺陷；氨介質(zhì)接觸的壓力表未選用氨用壓力表。

3.2 管理因素

a.液氨儲存及供應(yīng)系統(tǒng)氨氣泄漏，氨罐上的排氣閥門未關(guān)閉或關(guān)閉不嚴。

b.檢修作業(yè)違反安全工作規(guī)程，如人員防護措施不健全、發(fā)生安全隔離措施不全和誤動運行系統(tǒng)設(shè)備。

c.運行操作未嚴格執(zhí)行操作票管理或誤操作。

d.人員進入液氨儲罐時，內(nèi)部氨氣濃度超過安全范圍。

e.防護設(shè)施如水噴淋、報警等缺失或不能正常使用，無泄漏處理裝置。

f.應(yīng)急處置、救援能力差或處理響應(yīng)不當，造成嚴重事故或事故擴大。

4 液氨儲罐中毒事故風(fēng)險預(yù)測分析

近年來氨氣泄漏導(dǎo)致急性中毒事故時有發(fā)生，泄漏的液氨迅速蒸發(fā)為氨氣，高濃度氨氣漂浮在空氣中，人員短時間吸入高濃度氨氣會引起急性中毒。通過定量計算，估算事故的危害半徑、人員傷亡情況及危害程度，從而評價氨氣作業(yè)系統(tǒng)的總體安全性，為企業(yè)制定事故預(yù)案提供科學(xué)依據(jù)。

某電廠液氨儲罐為2×30m3，單儲罐充裝系數(shù)0.52t/m3，設(shè)1個儲罐完全泄漏，即泄漏量為M＝15.6t；假設(shè)氨罐破裂前罐內(nèi)壓力1.8 MPa，容器內(nèi)介質(zhì)溫度t＝35 ℃，在靜風(fēng)條件下，對氨蒸發(fā)成氨汽擴散造成的危害進行模擬計算。

液氨沸點t0＝－33.35 ℃，比熱容c＝4.6kJ/（kg·℃），汽化熱q＝1.37×103kJ/kg，分子質(zhì)量Mr（NH3）＝17.03，氣體摩爾體積為22.4，常數(shù)k為2.094 4。

a.計算1個氨罐破裂，液氨全部泄漏所放出的熱量：

Q＝M·c·（t－t0）＝4 904 796kJ

b.設(shè)這些熱量全部用于容器內(nèi)液體蒸發(fā)，其蒸發(fā)量：

Mz＝Q/q＝3 580.14kg

c.在沸點下蒸發(fā)成氨汽的體積：

Vg＝22.4×Mz/Mr（NH3）＝4 709m3

d.危害預(yù)測估算及結(jié)果。氨在空氣中質(zhì)量分數(shù)達到0.5%時，人在此環(huán)境呼吸5～10min即致死，則Vg體積的氨可產(chǎn)生令人致死的有毒空氣體積為V＝Vg/0.5%＝941 800 m3，由此計算有毒氣體擴散半徑R＝（V/k）1/3＝76.60m。

根據(jù)GBZ 2.1—2007《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值 第1部分：化學(xué)有害因素》的規(guī)定，工作場所空氣中氨的質(zhì)量濃度為30mg/m3，其在空氣中體積分數(shù)為0.003 95%，則有毒空氣體積為V＝Vg/0.003 95%＝119 215 189.9m3，有毒氣體擴散半徑R＝（V/2.094 4）1/3＝384.67m。

故：R≤76.60m，為死亡區(qū)；

76.60m＜R≤384.67m，為中毒區(qū)；

R＞384.67m，為安全區(qū)。

評價結(jié)論：以液氨罐存放點為中心，一個液氨罐破裂發(fā)生泄漏，在靜風(fēng)條件下，周圍半徑76.60 m范圍內(nèi)為死亡區(qū)；半徑在76.60～384.67m 范圍內(nèi)為中毒區(qū)；半徑大于384.67 m 區(qū)域為安全區(qū)。實際天氣狀況下，氣象參數(shù)（即大氣穩(wěn)定度和風(fēng)速）可能遠大于上述毒氣體擴散測算條件的選用值，下風(fēng)向毒害氣體濃度可能會相差幾個數(shù)量級。遇大風(fēng)等天氣情況時，應(yīng)根據(jù)實際情況，擴大危險防控的區(qū)域范圍。

5 脫硝系統(tǒng)安全對策

5.1 常規(guī)安全對策

5.1.1 防止設(shè)備系統(tǒng)破裂的對策

a.液氨儲罐嚴格按《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》設(shè)計、制造、試驗、驗收和運行。按照三類壓力容器臥式儲罐的有關(guān)規(guī)定和程序設(shè)計和制造。

b.液氨儲罐的焊接探傷按照JB/T 4709—2007、JB/T 4730—2005設(shè)計、制造、試驗和驗收，滿足壓力容器的技術(shù)要求，全部焊縫進行100%磁粉探傷；安裝使用后定期檢驗，及時發(fā)現(xiàn)缺陷，并妥善處理。液氨蒸發(fā)槽的焊接按照JB/T 4709—2007焊接規(guī)程設(shè)計、制造、試驗和驗收。

c.設(shè)備本體接口及管系均為法蘭連接，所有法蘭采用GB/T 9124—2010《鋼制管法蘭技術(shù)條件》設(shè)計和制造。

d.接觸氨的設(shè)備材料中不得有銅、鋅、鋁元素；就地壓力表應(yīng)有一次閥，選用不銹鋼儀表閥和防氨腐蝕的閥門附件，就地壓力表應(yīng)選用氨用壓力表，采用不銹鋼外殼。

e.嚴防運行系統(tǒng)超壓或檢修壓力試驗中超越規(guī)程限值。

f.氨氣稀釋槽保持注水良好，水位滿足要求；定期檢測液氨濃度和含水率，使含水率始終保持在0.12%～1.00%。

g.嚴格執(zhí)行工作票管理，杜絕安全隔離措施不全和運行系統(tǒng)設(shè)備誤動。

h.檢修作業(yè)人員、運行操作人員經(jīng)專業(yè)技術(shù)技能培訓(xùn)合格后上崗。

5.1.2 防止中毒等事故的對策

a.液氨儲罐、輸送管道及SCR 工藝裝置相關(guān)建（構(gòu)）筑物設(shè)計應(yīng)符合GB 50016—2006《建筑設(shè)計防火規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定。

b.氨儲罐區(qū)應(yīng)采用敞開式，防止形成氨氣空氣混合氣體云團。液氨儲存及供應(yīng)系統(tǒng)周邊裝設(shè)氨氣泄漏檢測儀，并確保氨氣漏泄自動報警、水噴淋系統(tǒng)可靠。

c.進入儲氨區(qū)、氨氣系統(tǒng)區(qū)域作業(yè)時，須穿防靜電工作服裝，值班點配置便攜式氨氣漏泄檢漏儀，儲氨區(qū)應(yīng)設(shè)置風(fēng)向標。

d.建立氨管理制度，加強相關(guān)人員的業(yè)務(wù)知識培訓(xùn)；進行危險化學(xué)品專項安全教育培訓(xùn)。氨職業(yè)危害區(qū)域設(shè)立明顯的安全警示、警告標志和職業(yè)危害告知卡。

e.生產(chǎn)崗位配備處置輕微漏泄事故的過濾式防毒面具，配設(shè)處置嚴重漏泄事故的自背式空氣呼吸器和氨防護作業(yè)服、防護手套、應(yīng)急藥箱等應(yīng)急裝備。

f.運行期間確保液氨存儲和蒸發(fā)區(qū)域的淋浴和洗眼器的生活水供應(yīng)正常。液氨儲罐安全門動作后要及時啟動廢氨處理系統(tǒng)，確保氨氣在稀釋罐被水及時稀釋。

g.與危險化學(xué)品供貨單位簽訂協(xié)議，明確雙方責(zé)任，確保接卸過程安全。

5.2 應(yīng)急處置對策

液氨是一種對人身和環(huán)境有極大危害的物質(zhì)。基于液氨儲罐的特殊危險性，為了保護廠內(nèi)外人員的人身安全和最大限度地降低對環(huán)境的影響，制定《氨區(qū)、卸氨平臺氨氣漏泄事故應(yīng)急預(yù)案》，并且規(guī)定每年應(yīng)最少進行1次應(yīng)急演習(xí)，以便增強隊伍緊急事故處理的應(yīng)急能力，確保事故處理所用的工具齊全，并裝設(shè)在專用的事故柜里，有專人負責(zé)保管，保持良好的使用狀態(tài)。與社會醫(yī)療救援力量簽訂應(yīng)急救援協(xié)議，建立聯(lián)絡(luò)協(xié)作機制，保障應(yīng)急處置、救援工作有效地開展。

發(fā)生氨氣泄露事故時，立即發(fā)出應(yīng)急告警，通知下風(fēng)向的工作人員，盡可能切斷區(qū)域內(nèi)電源，終止并禁絕漏泄區(qū)域內(nèi)可能發(fā)生火花的動火作業(yè)。氨氣大量漏泄時，及時通知消防隊投入應(yīng)急消防處置，全力控制毒害氣體蔓延，必要時及時聯(lián)系社會救援力量增援。危及周圍廠礦、農(nóng)田、居民區(qū)等區(qū)域人員時，應(yīng)向周邊500m 內(nèi)存在的居民發(fā)出報警（必要時擴大區(qū)域），及時通告企業(yè)內(nèi)部和周邊群眾緊急疏散或采取防護措施，避免大量人員傷亡事故。

現(xiàn)場救援時首先要確保工作人員安全，保障現(xiàn)場處置人員的個體防護安全，同時要采取必要措施避免或減少公眾健康受到進一步傷害?，F(xiàn)場救援和調(diào)查工作要求必須2人以上協(xié)同進行，應(yīng)急處置指揮人員裝備必要的通訊工具。

6 結(jié)論與建議

電廠脫硝系統(tǒng)所用還原劑液氨，屬于危險化學(xué)品，一旦液氨儲罐發(fā)生泄漏事故，在靜風(fēng)條件下，事故源周圍400m 范圍內(nèi)為中毒區(qū)，該區(qū)域應(yīng)作為事故應(yīng)急隔離范圍。

為保證液氨罐區(qū)的安全，需對液氨區(qū)進行本質(zhì)安全設(shè)計，進行主動防范。全面系統(tǒng)地對液氨儲罐及氨氣系統(tǒng)進行嚴格安全管理，規(guī)范管理行為、人員作業(yè)行為，主動排查和消除安全隱患，切實落實和加強液氨儲罐的重大危險源日常管理和安全技術(shù)監(jiān)控。采取必要的防范與應(yīng)急處置措施，并將其納入全廠安全事故應(yīng)急預(yù)案中，確保企業(yè)職工及附近居民的人身、財產(chǎn)及環(huán)境安全。