姜彩鳳

摘 要：以某企業(yè)30m3的液氨儲罐發(fā)生事故為例，分析其存在的危險有害因素，并運用蒸汽云爆炸事故模擬分析方法定量地描述一個可能發(fā)生的事故對工廠、對廠內職工、對廠外居民甚至對環(huán)境造成危害的嚴重程度，并討論相應的防范措施。

關鍵詞：液氨儲罐；蒸汽云爆炸事故模擬分析方法；防范措施

液氨主要用于生產(chǎn)化肥，也可直接作為化肥施用。工業(yè)上主要用來制造炸藥和各種化學纖維及塑料，也可供制冷、制冰等用。在木材制紙漿、冶金、煉油、橡膠、皮革制造及醫(yī)藥等工業(yè)上均廣泛適用。氨還用于許多無機和有機化工產(chǎn)品。液氨儲罐泄漏、爆炸后發(fā)生氨氣化學燃爆，氨氣屬于有毒氣體，在發(fā)生液氨爆破、及泄漏的情況會造成人員中毒事故。

1 液氨儲罐基本概況

液氨為某企業(yè)新材料分公司氮氣提純的原料，液氨系統(tǒng)有1個容積為30m3的液氨儲罐，液氨儲罐的參數(shù)見表1。

2 液氨危險性分析

液氨，是一種有刺激臭味的無色有毒氣體，極易溶于水，水溶液呈堿性，易液化，一般液氨可作致冷劑，接觸液氨可引起嚴重凍傷。第2.3 類有毒氣體，與空氣混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高熱能引起燃燒爆炸，低濃度氨對粘膜有刺激作用，高濃度可造成組織溶解壞死，液氨可致皮膚灼傷。

儲存的液氨若無安全技術說明書和安全標簽，相關人員不能簡潔明了地了解產(chǎn)品的理化性質，如發(fā)生事故不能及時采取恰當措施，控制事故范圍，造成事故擴大。

（1）在貯罐安全附件損壞的情況下儲存物料，可能導致罐體超壓，使罐體破裂，物料大量外泄，遇火源，引發(fā)火災。

（2）液氨儲罐的接管、閥門發(fā)生泄漏或破裂，導致物料外泄，如遇火源會引發(fā)火災事故。

（3）液氨罐體、管道的防靜電設施接地電阻過大或斷裂時，可能造成靜電積聚放電，引發(fā)火災事故。

（4）液氨儲存區(qū)無濃度檢測設備，當儲存區(qū)的可燃有毒物質濃度超標時，遇火源易引發(fā)火災、爆炸事故，也會導致人員中毒。

（5）儲罐區(qū)未設置防火堤、防火堤損壞或排出口密封不嚴，當液氨發(fā)生大量外泄時，會向四面流散到地勢低洼處匯集，若遇火源，導致火災、爆炸，擴大事故范圍。

（6）作業(yè)人員個人防護設施不足（如防毒器材、防護衣等），發(fā)生液氨泄漏時，可能導致人員中毒和損傷肌膚。

（7）儲存區(qū)無安全疏散指示標志和風向標，若發(fā)生重大事故或緊急情況，不能及時安全地疏散人員，可能造成更大的事故。

（8）如液氨儲罐的安全裝置不齊全或存在失靈，液氨儲罐周圍的環(huán)境溫度的升高，由于環(huán)境溫度的升高而造成超壓，因而液氨儲罐發(fā)生物理爆炸。

（9）液氨儲罐本身由于介質的腐蝕而造成壁厚減薄等缺陷，致使儲罐的承壓能力降低，導致儲罐爆炸。

（10）當氨氣發(fā)生泄漏，與空氣形成爆炸混合物，達到氨氣的爆炸極限，遇到火源，發(fā)生火災爆炸事故。

3 分析發(fā)生事故的可能性

（1）儲存裝卸作業(yè)不當導致泄漏可能性分析。

在儲存裝卸過程中，如果未按規(guī)定要求的儲存裝卸程序進行作業(yè)，或液位計出現(xiàn)故障，有發(fā)生泄漏的可能性。

在管道輸送過程中，如果閥門、連接管線密閉不嚴，超過規(guī)定壓力限值，有發(fā)生泄漏的可能性。

（2）設備故障導致泄漏可能性分析。

設備設施如果出現(xiàn)下列情況，將會發(fā)生泄漏的可能性。

如裝置、裝置、物料輸送管道破裂；儲存裝置的地基下沉，造成容器底部產(chǎn)生裂縫，或設備變形、錯位等；選材不當，如強度不夠，耐腐蝕性差、規(guī)格不符等；未按要求安裝液位計、壓力表等。在裝置運行的后期，由于設備老化，泄漏的可能性會增大。

4 定量分析發(fā)生事故對周邊的影響

4.1 液氨蒸汽云爆炸事故模擬評價[4]

大量泄漏氣體延遲點燃可能發(fā)生閃火也可能發(fā)生蒸氣云爆炸，用TNT當量法來預測蒸汽云爆炸嚴重度的原理：假定一定百分比的蒸汽云參與了爆炸，對形成沖擊波有實際貢獻，并以TNT當量來表示蒸汽云爆炸的威力這取決于蒸氣的狀態(tài)和環(huán)境條件。假定某企業(yè)的30m3液氨儲罐發(fā)生了破損，有10%液氨泄漏后出現(xiàn)氣化，氨氣形成蒸氣云，遇到著火源即發(fā)生爆炸。事故后果模擬計算如下：

（1）氨氣的TNT當量WTNT的計算

式中：A—蒸汽云的TNT當量系數(shù)，取值范圍0.02%～149%，這個范圍的中值3%～4%，取4%。

某企業(yè)儲罐容積為30m3，最大允許充裝量為15000kg，使用壓力1.4 MPa，使用溫度為40℃，燃燒熱為18.59mJ/kg，沸點—33.5℃，液體比熱容4.6 kJ/ kg·℃ ，氣化熱為1.37 ×103 kJ/ kg，高燃燒熱值為17.250kJ/m3[1]。

根據(jù)公式（1）計算氨氣的TNT當量為

（2）氨氣爆炸總能量E的計算

式中：E為可燃氣體的爆炸總能量（kJ）；1.8為地面爆炸系數(shù)。

根據(jù)公式（2）計算氨氣爆炸總能量為

（3）氨氣蒸氣云爆炸沖擊波超壓傷害范圍

1）死亡區(qū)范圍

死亡區(qū)按TNT沖擊波超壓-沖量準則公式計算：

2）財產(chǎn)損失半徑

用下式計算：

KⅡ-建筑物破壞等級，二級為4.6。

R財=55.49m。

蒸氣云爆炸破壞范圍計算見表2。

通過計算液氨儲罐發(fā)生蒸氣云爆炸事故，其半徑18.9m內為死亡區(qū)，財產(chǎn)損失半徑為55.49m。

4.2 液氨中毒事故模擬評價[5]

液氨儲罐破裂時，會發(fā)生蒸氣云爆炸，爆炸后若不燃燒，將會造成大面積的毒害區(qū)域。

有毒氣體泄漏擴散體積計算公式為

設液氨的質量為W，氨的比熱為C，當儲罐破裂時，罐內壓力降至大氣壓，處于過熱狀態(tài)的氨的溫度迅速降至標準沸點to，此時全部液氨所放出的熱量為

設這些熱量全部用于罐內液氨的蒸發(fā)，氣化熱為q，則其蒸發(fā)量為

如液氨的分子量為M，則在沸點下蒸發(fā)出的蒸發(fā)的體積為：

空氣中氨濃度達到0.5%時，人吸入5～10min即可致死。則Vg 的氨氣可以產(chǎn)生令人致死的有毒空氣體積為：

假設這些有毒空氣以半球形向地面擴散，則可求出有毒氣體的擴散半徑為

通過計算損害半徑可知，由爆炸引起的死亡半徑為 18.9 m，由中毒擴散引起人員中毒的死亡半徑為74.17 m。

4.3 可能受影響的周邊單位及人員情況

液氨儲罐泄漏現(xiàn)場人員分布及影響

（1）距離本企業(yè)制氮車間20m，正常工作時4人；

（2）距離本企業(yè)納米車間100m，正常作業(yè)時3人；

（3）距離本企業(yè)氧化釩試驗車間80m，正常作業(yè)時5人；

由以上分析可知： 中毒擴散引起人員中毒的死亡半徑為74.17 m，空氣中氨濃度達到0.5%時，人吸入5～10min即可致死?？蓪е轮频囬g區(qū)域人員死亡。為此，企業(yè)應加強對液氨儲罐的嚴格管理，采取有效地安全技術措施和安全管理措施，防止中毒窒息事故的發(fā)生。

5 安全對策措施

（1）儲存液氨的罐體進行定期檢驗（包括附件），保證質量可靠，避免因異常情況損壞，造成事故。

（2）儲存的液氨應配有安全技術說明書，保證操作人員及用戶或公眾在運輸、使用過程中發(fā)生事故能及時按安全技術說明書的內容對事故采取有效措施，控制事故擴大，減少損失。

（3）對儲罐進行檢修前辦理設備內作業(yè)許可證、動火許可證，采用安全的方法對儲罐進行置換，經(jīng)分析可燃蒸氣濃度在0.3%（v）以下，氧含量在20%（v）以上，有毒氣體（濃度）在衛(wèi)生濃度以下，采取通風措施，在專業(yè)安全人員監(jiān)護下才能入罐檢查、檢修或動火。

（4）液氨儲罐旁設置有噴淋水、遮陽棚。

（5）在液氨儲存區(qū)設置有安全疏散標志和風向標，防止發(fā)生重大事故或緊急情況時，危險區(qū)人員不能及時按正確的方向安全疏散，造成傷亡。

（6）液氨為吸入性有毒、有害氣體，在配備空氣呼吸器、化學防護服、堵漏器材等應急器材和設備的同時，應保證其有效性，應能使相關作業(yè)人員會操作、使用。

（7）液氨儲罐區(qū)設置視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

6 結論

事故后果模擬分析是危險源危險性分析的一個主要組成部分，通過事故模擬分析可以估算出一旦儲罐發(fā)生泄漏后的影響范圍。根據(jù)估算結果來判定儲罐區(qū)的危險性和危害程度，為企業(yè)實施危險預測預控提供信息基礎，為企業(yè)實現(xiàn)安全生產(chǎn)提供決策依據(jù)。

參考文獻：

[1]危險化學品安全技術說明書（MSDS）手冊.

[2]國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局《安全評價》，北京：煤炭工業(yè)出版社，第三版下冊.

[3]劉春祥，蔡鳳英，談宗山.某液氨儲罐泄漏的后果分析及對策[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2004，30（10）.

[4]朱小紅，張慧明，陸愈實，周德紅.爆炸與中毒模型在液氨儲罐安全評價中的應用 [J].安全與環(huán)境工程，14（3）.

[5]《安全評價實用指南》，四川省職業(yè)安全健康協(xié)會.