(貴州開陽化工有限公司，貴州 貴陽 550306)

貴州開陽化工有限公司50萬t/a合成氨項目是開磷集團大磷肥裝置的配套項目，所生產(chǎn)的合成氨主要用于開磷集團的磷肥生產(chǎn)。項目于2013年1月建成投產(chǎn)，產(chǎn)品包括50萬t/a合成氨、8萬t/a硫酸銨以及硫磺、液氧、液氮、液氬等，產(chǎn)品液氨通過地下管道輸送到開磷集團大水工業(yè)園區(qū)磷銨廠內(nèi)液氨球罐，兩企業(yè)間直線距離6 km，輸氨管道實際長10.98 km。

1 液氨管道流程

該輸氨管道是將貴州開陽化工有限公司液氨球罐內(nèi)的液氨，經(jīng)液氨泵加壓到約2.75 MPa(g)，計量后經(jīng)10.98 km長的管道送至開磷集團大水工業(yè)園開磷集團磷銨廠，經(jīng)兩級壓力調(diào)節(jié)后，進入磷銨廠液氨球罐內(nèi)，氨罐工作壓力約為1.2 MPa(g)。按年輸送時間8 000 h計，平均每天輸送量為1 500 t，每小時輸送量為62.5 t，年輸送能力為50萬t，輸氨管道材質(zhì)為16Mn無縫鋼管，公稱直徑DN200，管道流速0.9 m/s。

為了維護輸氨管道的安全運行及方便日常巡線工作，整條輸氨管道共設(shè)置4個閥站，首站設(shè)在開陽化工有限公司液氨儲罐區(qū)，負責輸氨泵操作及輸氨量調(diào)節(jié)，2個中間閥站分別設(shè)在液氨輸送管道沿途的2個高點，主要負責閥站內(nèi)閥門操作及沿途管道巡線工作，末端閥站設(shè)置在開磷集團大水工業(yè)園開磷集團磷銨廠液氨儲罐區(qū)，負責液氨的接收工作。

考慮到管道的搶修和維修，在事故時需要將管道內(nèi)的液氨排凈，否則無法進行搶修和維修，更不能動火焊接，因此，在輸氨首站、末站設(shè)置收發(fā)球筒裝置，該裝置以中壓氮氣作為動力，發(fā)生事故時通入氮氣，推動球體將液氨以正輸?shù)姆绞酵迫氪笏I(yè)園氨罐。在閥站及減壓閥組附近均設(shè)置氨氣吸收水池，吸收管道內(nèi)剩余的氨與氮氣混合物。

圖1 液氨長輸管道流程

2 液氨管道投用過程

(1)輸氨管道水壓試驗。安裝過程中對管道進行分段試壓，用無腐蝕性清潔水作介質(zhì)對輸氨管道分段進行水壓試驗，試驗壓力按管道設(shè)計壓力的1.5倍進行。

(2)輸氨管道的清洗和吹掃。管道清洗、吹掃分3個步驟進行：第1步從首端閥站連續(xù)不斷地用潔凈水對管道系統(tǒng)(包括支管)進行沖洗，從末端閥站排水；第2步使用通球器對管道進行通球，將管道里的水趕出；第3步使用3.9 MPa(g)的中壓氮氣對管道進行吹干。

(3)管道氣密性試驗。輸氨管道從首端閥站通氮氣進行分級試漏，充壓等級分別為0.5 MPa(g)、1.0 MPa(g)、2.0 MPa(g)、2.8 MPa(g)、3.6 MPa(g)，用肥皂水對閥門填料函、法蘭、螺紋連接處等所有密封點進行查漏。

(4)管道置換。包括首端泵站、1#與2#中間閥站、末端閥站輸氨管道及其附屬管道，從首端通入3.9 MPa(g)氮氣進行置換，充壓至1.0 MPa(g)后從末端閥站放空閥處放空，如此重復(fù)幾次，至輸氨管道取樣分析，氧含量≤0.5%為合格，并用氮氣保壓。

(5)管道投氨。投氨時，為了避免液氨進入管道后大量蒸發(fā)而使管道溫度過低或形成較大溫差，造成輸氨管道因冷縮或冷脆機械性能受損，所以確定投氨溫度>15 ℃，液氨在15 ℃時對應(yīng)的飽和蒸汽壓力為0.743 MPa(g)。所以投氨時輸氨管道內(nèi)壓力應(yīng)≥0.75 MPa(g)。我們置換合格后用氮氣保壓0.8 MPa(g)。投氨時啟動1臺輸氨泵，泵出口壓力達1.0 MPa(g)后，按輸氨泵額定流量50m3/h緩慢向管道送氨，由泵出口閥控制輸送量，但閥門不能開得太小，以免進入管道的液氨產(chǎn)生節(jié)流，以閥門后主管道上不產(chǎn)生白霜，管內(nèi)液氨溫度≥15 ℃為準。當首端閥站壓力達1.2 MPa(g)時，緩慢打開1#閥站放空閥放空，至放空管處出現(xiàn)白霜，能看到明顯液滴，關(guān)閉1#閥站放空閥。當2#閥站壓力達1.2 MPa(g)時，打開2#閥站放空閥放空，至放空管處出現(xiàn)白霜，能看到明顯液滴，關(guān)閉2#閥站放空閥。打開末站排氣閥排氣，同時應(yīng)保持1#、2#閥站壓力不下降為限，末站排氣管道連接開磷集團的尾氣洗滌塔，當管道充滿液氨且管道最高點壓力超過當時溫度下的液氨飽和蒸汽壓時，全管道內(nèi)都是液氨而沒有氣氨，然后投用兩道減壓閥，打開并氨閥，液氨進入開磷集團球罐。

3 液氨管道泄漏危險性分析

該液氨長輸管道所處地段地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，沿途經(jīng)過山林、河流、農(nóng)田、公路、采礦區(qū)、7個村寨及散落的農(nóng)戶，由各種原因造成輸氨管道破損的可能性增大，輸送管道距離長，運行過程中管道內(nèi)存的液氨量大，達200t左右，一旦出現(xiàn)泄漏，可能引起附近人員中毒、環(huán)境污染和火災(zāi)爆炸事故。輸氨管道中液氨的數(shù)量、狀態(tài)見表1。

表1 輸氨管道中液氨數(shù)量、狀態(tài)

3.1 液氨管道泄漏原因分析

(1)管道的設(shè)計、施工。在管道設(shè)計、采購質(zhì)量及施工安裝等環(huán)節(jié)，沒有因不符合有關(guān)規(guī)范標準或存在缺陷，而使管道在運行中破裂，發(fā)生液氨泄漏事故的危險。

(2)管道腐蝕。該管道輸送液氨的濃度在99.8%以上，屬于中性液體，腐蝕性很弱，內(nèi)腐蝕不嚴重；但大部分管道深埋在地下，存在電化學腐蝕、細菌腐蝕及雜散電流腐蝕等外腐蝕，特別是電化學腐蝕，金屬結(jié)構(gòu)一旦有腐蝕電池形成，其陽極區(qū)因其區(qū)域范圍相對比陰極區(qū)的小得多，腐蝕速度也極快，此時金屬表面發(fā)生的不是均勻腐蝕，而是孔蝕，地下的管道、儲罐、各種存有電解質(zhì)的容器設(shè)備等幾乎都是因為孔蝕而發(fā)生泄漏的。

(3)超壓。環(huán)境溫度升高易使液氨氣化，造成管道因超壓發(fā)生爆炸；因氣候變化，管道熱脹冷縮造成的破壞，導(dǎo)致長輸管道的蛇變或翻動，易引起管道斷裂，造成液氨泄漏。

(4)違章操作或設(shè)備故障。在開停車及運行過程中由于違章操作或儀表、設(shè)備故障使工藝控制過程失控而發(fā)生超壓，或管道溫差造成熱應(yīng)力過大，或液氨介質(zhì)流動而引起震動(或翻動)等引起管道破裂，具有發(fā)生物理爆炸并大量泄漏的危險。

(5)關(guān)鍵部件缺陷。主要是墊片、法蘭盤、密封部位、焊縫、螺釘擰入處、閥片等部位發(fā)生以跑、冒、滴、漏為主的泄漏，事故規(guī)模通常較小，但發(fā)生頻率較高，且分布范圍較廣，其危害性不容忽視。

(6)人為原因。液氨輸送管道因巡檢不及時、宣傳力度不夠、安全警示標志不清、警示標志少或丟失等原因，周圍群眾在液氨管道經(jīng)過的地段進行耕地、施工等過程中因不注意而誤碰輸氨管道造成泄漏，人為原因造成的事故規(guī)模往往較大。

(7)地質(zhì)災(zāi)害。因該管道穿越采礦區(qū)，且沿途多處地段邊坡和土體不穩(wěn)定，具有引發(fā)滑坡、崩塌、地面塌陷、地裂縫等地質(zhì)災(zāi)害的可能性，危害程度和危險性大。

3.2 液氨管道泄漏的危害分析

管道輸送液氨裝置的氨泄漏可分為彌散性點泄漏、小口徑噴射點泄漏和超壓爆炸破裂泄漏。為了計算最大危害范圍，假設(shè)條件為泄漏時處于靜風狀態(tài)，氨氣初始云團在泄漏處以半球狀擴散；管段的泄漏點位于最低處；泄漏的液氨在較短時間內(nèi)全部泄漏并氣化。

仍假設(shè)液氨管道有一個1cm2泄漏口，液氨的泄漏速度為0.145kg/s，假設(shè)輸氨管道泄漏60min后，采取了停泵、切斷閥門、堵漏等有效措施，控制住了泄漏，則60min泄漏的氨的質(zhì)量W為：

0.145×60×60=522 kg

泄漏的液氨揮發(fā)為氣氨時，其體積為：

22.4/0.017×522=687 812L=687.812 m3

氨氣在空氣中的濃度達到0.5%時，人吸入5～10 min即致死，令人致死的有毒空氣體積為：

V=687.812×100/0.5=137 562 m3

假設(shè)這些有毒空氣以半球形向地面擴散，可求出該有毒氣體的擴散半徑為：

R=(V/2.094 4)1/3=40.35 m

根據(jù)以上計算，可以得出以下結(jié)論：如果輸氨管道損壞，造成液氨泄漏，未能及時采取控制措施，空氣中的氨氣濃度達到0.5%時，在以泄漏點為球心、半徑為40.35 m的半球形區(qū)域內(nèi)的人員若未采取有效防護措施，吸入5～10 min即令人致死。

4 運行過程中出現(xiàn)的重大隱患

(1)2014年7月，在一次雨后巡道過程中，發(fā)現(xiàn)液氨管道2處隱患：一是49#節(jié)點樁處外側(cè)地表出現(xiàn)長度約20 m、寬度約20 mm的裂紋，緊貼管道，雨天中隨時有塌方可能；二是75#節(jié)點樁處，在管道外側(cè)出現(xiàn)了塌方現(xiàn)象，離管道僅有2 m的距離，以上2處隱患對液氨管道的安全運行構(gòu)成極大威脅。發(fā)現(xiàn)隱患后，引起貴州開陽化工有限公司的高度重視，將此2處按A級隱患進行整改，立即聯(lián)系地質(zhì)工程勘察院進行現(xiàn)場勘察，并及時設(shè)計出整改方案，49#節(jié)點樁處外側(cè)將要塌方的土方經(jīng)人工清理至管道底，在管道底部及上部各打一排錨桿并澆筑砼擋墻，對管道進行加固，兩端分別延伸，總長度加至35 m，以5 m為一段，分段施工。75#節(jié)點樁處，沿塌方外側(cè)做毛石砼擋墻，長度約為20 m，深入巖石600 mm。經(jīng)過一個多月的搶修，于2014年9月底整改完成，確保了液氨管道安全運行。

(2)2016年6月，遵貴高速公路修建，原設(shè)計高速路與液氨管道32#至33#節(jié)點樁處交叉，需對液氨管道進行遷改，經(jīng)與政府、施工方協(xié)商，認為遷改技術(shù)難度大、風險高，停產(chǎn)損失較大，特別考慮到安全生產(chǎn)的重要性，最終方案為不遷改液氨管道，采用橋梁上跨液氨管道避讓的方案。在高速路施工過程中，液氨管道周圍常有挖掘機、鉆機、吊車等大型設(shè)備作業(yè)，稍有不慎，會損壞液氨管道，引起氨泄漏等重大事故，在此期間，車間安排專人在施工現(xiàn)場監(jiān)護，嚴禁大型設(shè)備靠近液氨管道作業(yè)，并與施工單位共同編制液氨管道泄漏應(yīng)急預(yù)案并組織演練。該高速路跨液氨管道工程于2017年4月完工。

5 液氨管道安全運行采取的措施

5.1 輸氨管道、管件的選擇

為保證管道安全運行，提高管道設(shè)計壓力的裕量，其設(shè)計壓力為6.4 MPa(g)，增加管道的壁厚，相應(yīng)地加大耐腐蝕裕度，閥門和法蘭強度增加，以減少管道的維修量，提高管道的安全運行系數(shù)，管道上不使用人工彎頭，采用自然彎，即彈性敷設(shè)，采用較大的曲率半徑，有很大的冷卻補償裕量，可有效防止管道斷裂的事故發(fā)生。

5.2 管道施工質(zhì)量

以焊接質(zhì)量標準或高于焊接質(zhì)量標準的要求進行焊接，所有焊縫100%進行X射線無損探傷，提高焊縫X射線無損探傷拍片率，進一步保證焊縫質(zhì)量。

5.3 管道防腐及絕熱方式

該長輸管道以地下敷設(shè)為主，這就要求管道的安全使用壽命要有較高的技術(shù)保障措施，管道敷設(shè)采用深度≥1.2m埋地敷設(shè)方式，以保證管道的恒溫，避免液氨氣化，避免因氣候變化引起管道熱脹冷縮造成的破壞，并借鑒國內(nèi)現(xiàn)有的輸氨管道的成功防腐經(jīng)驗，對輸氨管道采用A型煤焦油瓷漆作外防腐層和犧牲陽極保護相結(jié)合的防腐方法，外露輸氨管道采取保冷措施，防止日曬及外界高溫引起液氨氣化，保冷結(jié)構(gòu)由“保冷層+防潮層+保護層”構(gòu)成，保冷層采用密閉型聚氨酯泡沫塑料，該保冷材料具有自熄性，適用溫度范圍-65～80 ℃，保冷層厚度為60 mm，防潮層型式采用有堿平紋玻璃布內(nèi)外各涂一層瀝青瑪蹄脂，保護層采用0.5 mm鋁皮。

5.4 建立健全管道巡檢制度

閥站值班人員每天至少進行一次徒步巡檢，車間管理人員每周至少兩次徒步巡檢，檢查內(nèi)容包括責任范圍內(nèi)液氨管道的具體情況，管道三樁(測試樁、里程樁、轉(zhuǎn)角樁)、安全警示牌是否完好；管道上有無違章建筑；管道沿道有無施工及裂紋、塌方現(xiàn)象；管道周圍有無新開挖土方；管道有無露管、泄漏等現(xiàn)象；閥站閥門有無泄漏，壓力表指示是否正常；宣傳液氨的危害性，對危害管道安全的行為及時制止并向車間領(lǐng)導(dǎo)匯報，認真填寫巡線記錄，發(fā)現(xiàn)的隱患指定專人負責整改，做到閉環(huán)管理，確保管道安全運行。

5.5 制定完善的應(yīng)急預(yù)案

根據(jù)管道的實際情況，制定完善的、具有操作性的應(yīng)急預(yù)案，儲備足夠的應(yīng)急物資，聯(lián)合當?shù)卣⑾狸?、醫(yī)療救援單位、周邊群眾每半年進行一次大規(guī)模的液氨管道泄漏應(yīng)急演練，確保事故時匯報、應(yīng)急處置、救援、撤離能夠有序進行，減少事故損失。

5.6 加強管道保護的宣傳工作

建立由地方政府、沿線村鎮(zhèn)干部群眾參與的“群防群治”的長輸管道安全防范體系，采取對管道周邊住戶登門造訪、散發(fā)傳單、簽訂管道保護協(xié)議等多種公共教育方式，在埋地管道上方，設(shè)置明顯標記及保護設(shè)施，以免農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對其造成破壞，防止人為的破壞活動。

5.7 管道設(shè)備、安全附件維護

定期對管道閥站管道、閥門、法蘭、螺栓等部位進行防腐保護，每年對安全閥及有毒、有害報警儀進行校驗，每半年對壓力表進行校驗，確保各設(shè)施完好。

6 結(jié)語

自1990年以來，國內(nèi)已相繼建成數(shù)條長距離輸送液氨管道工程，其運行情況良好，工藝技術(shù)成熟可行，隨著我國高效復(fù)合肥和化學纖維工業(yè)的發(fā)展，采用管道輸送液氨是比較安全可靠、經(jīng)濟合理的輸送方式，但必須要做好管道的設(shè)計、施工、投用、運行的過程控制，才能維護管道安全、穩(wěn)定運行。

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