李燕紅，張 衛(wèi)

(中國建材國際工程集團(tuán)有限公司，上海 200063)

氨是玻璃工廠制氫和脫硝的重要化工原料。依據(jù)《危險(xiǎn)化學(xué)品目錄(2015版)》，氨為危險(xiǎn)化學(xué)品，CAS號(hào)7664-41-7，常溫常壓下為無色、有強(qiáng)烈的刺激性氣體，分子式NH3，相對密度0.6。氨氣屬于有毒、易燃、易爆氣體，爆炸下限15%，爆炸上限28%。為了儲(chǔ)存和運(yùn)輸方便，通常將氣態(tài)氨通過加壓或冷卻得到液態(tài)氨。液氨易揮發(fā)、有腐蝕性，與空氣混合后形成爆炸性氣體混合物，遇明火可引起燃燒、爆炸。氨泄露可導(dǎo)致中毒，氨對眼、呼吸道粘膜有強(qiáng)烈刺激和腐蝕作用，可致眼睛、皮膚灼燒，高濃度氨可引起反射性呼吸和心搏停止。

為保證玻璃工廠液氨罐區(qū)的安全運(yùn)行，應(yīng)以預(yù)防為主，注重安全設(shè)計(jì)。液氨罐區(qū)的設(shè)計(jì)應(yīng)以科學(xué)發(fā)展觀為統(tǒng)領(lǐng)，堅(jiān)持安全生產(chǎn)理念，嚴(yán)格遵守《中華人民共和國安全生產(chǎn)法》、《危險(xiǎn)化學(xué)品安全管理規(guī)定》(國務(wù)院令第645號(hào))、《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源監(jiān)督管理暫行規(guī)定》(安監(jiān)總局令第40號(hào))、《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源安全監(jiān)控通用技術(shù)規(guī)范》(AQ3035-2010)等危險(xiǎn)化學(xué)品安全生產(chǎn)的法律、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，努力提高安全生產(chǎn)條件，積極提升自動(dòng)化控制水平。

近年來，一些地方政府和地方安全生產(chǎn)監(jiān)督管理部門制定和發(fā)布了有關(guān)液氨罐區(qū)安全生產(chǎn)的地方規(guī)定和實(shí)施細(xì)則。比如，北京地方標(biāo)準(zhǔn)《液氨使用與儲(chǔ)存安全技術(shù)規(guī)范》DB11/1014—2013、山東省地方規(guī)定《山東省液氨儲(chǔ)存與裝卸安全生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范(試行)》(魯安監(jiān)發(fā)[2008]155號(hào))、廣西壯族自治區(qū)地方規(guī)定《液氨危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源監(jiān)測監(jiān)控指導(dǎo)意見》(桂安監(jiān)三[2013]13號(hào))等。鑒于各地對于液氨罐區(qū)的安全生產(chǎn)規(guī)定細(xì)則略有差異，玻璃工廠液氨罐區(qū)電氣安全設(shè)計(jì)，除了嚴(yán)格遵守國家有關(guān)規(guī)范以外，還須符合當(dāng)?shù)匕脖O(jiān)、消防等部門規(guī)定。

1 危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識(shí)與安全儀表系統(tǒng)

1.1 重大危險(xiǎn)源辨識(shí)

依據(jù)《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源監(jiān)督管理暫行規(guī)定》(國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局令第40號(hào))和《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識(shí)》GB18218—2009，單位內(nèi)危險(xiǎn)化學(xué)品總量等于或超過對應(yīng)的臨界值時(shí)即被定為重大危險(xiǎn)源[1]。重大危險(xiǎn)源辨識(shí)指標(biāo)

q1/Q1+q2/Q2+ … +qn/Qn≥1

式中,q1,q2,…,qn為每種危險(xiǎn)化學(xué)品實(shí)際存在量，單位為噸(t)；Q1,Q2,…,Qn為與各危險(xiǎn)化學(xué)品相對應(yīng)的臨界量，單位為噸(t)。

例如，某浮法玻璃廠液氨儲(chǔ)棚內(nèi)設(shè)2個(gè)50 m2液氨儲(chǔ)罐，最大儲(chǔ)量50 t，氨臨界值10 t，依據(jù)重大危險(xiǎn)源辨識(shí)指標(biāo)

q/Q=50/10=5>1

則該玻璃廠液氨罐區(qū)被定為危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源。

1.2 重大危險(xiǎn)源分級(jí)

依據(jù)《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識(shí)》GB18218—2009，重大危險(xiǎn)源根據(jù)其危險(xiǎn)程度，分為一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)和四級(jí)[1]。分級(jí)指標(biāo)R計(jì)算

式中,q1,q2,…,qn為每種危險(xiǎn)化學(xué)品實(shí)際存在(在線)量(t)；Q1,Q2,…,Qn為與各危險(xiǎn)化學(xué)品相對應(yīng)的臨界量(t)；β1，β2，…,βn為與各危險(xiǎn)化學(xué)品相對應(yīng)的校正系數(shù)；α為該危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源廠區(qū)外暴露人員的校正系數(shù)。

例如，上述玻璃廠液氨罐區(qū)危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源分級(jí)指標(biāo)R

R=α(βq/Q)=2×2×50/10=20

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1.3 安全儀表系統(tǒng)(SIS)

《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源監(jiān)督管理暫行規(guī)定》(國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局令第40號(hào))規(guī)定，對一級(jí)或者二級(jí)重大危險(xiǎn)源中的毒性氣體，應(yīng)配備獨(dú)立的安全儀表系統(tǒng)(SIS)。

安全儀表系統(tǒng)(SIS)是經(jīng)過專門機(jī)構(gòu)認(rèn)證的，具有一定安全完整性等級(jí)，用于降低過程風(fēng)險(xiǎn)，使風(fēng)險(xiǎn)達(dá)到可接受水平的安全保護(hù)系統(tǒng)，是由傳感器、控制器、執(zhí)行元件構(gòu)成的用于執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)安全儀表功能(SIF)的儀表系統(tǒng)。SIS組成見圖1。

安全儀表功能(SIF)用于安全保護(hù)控制，分散控制系統(tǒng)(DCS)用于生產(chǎn)過程控制。SIS與DCS的區(qū)別見表1。

表1 SIS與DCS的區(qū)別

經(jīng)由安全評價(jià)機(jī)構(gòu)評估，被定為危險(xiǎn)化學(xué)品一級(jí)或二級(jí)重大危險(xiǎn)源的玻璃廠液氨罐區(qū)，須配備SIS。玻璃廠液氨罐區(qū)SIS設(shè)計(jì)遵循的主要原則：

1)SIS應(yīng)獨(dú)立于基本過程控制系統(tǒng)，并應(yīng)獨(dú)立完成安全儀表功能。

2)SIS應(yīng)設(shè)計(jì)為故障安全型。

3)SIS的中間環(huán)節(jié)應(yīng)最少。

4)SIS的控制單元、I/O單元、通信單元和電源單元應(yīng)采用冗余容錯(cuò)結(jié)構(gòu)。

鑒于僅有少數(shù)玻璃廠須配備SIS，故不在此贅述，SIS的設(shè)計(jì)可參照《石油化工安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50770—2013。

2 罐區(qū)爆炸危險(xiǎn)環(huán)境劃分

玻璃廠液氨罐區(qū)多為敞開式布置，自然通風(fēng)良好，可有效縮短爆炸性氣體混合物的滯留時(shí)間。依據(jù)《爆炸災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50058—2014，以液氨儲(chǔ)罐釋放閥為中心將半徑1.5 m空間劃為爆炸性氣體危險(xiǎn)環(huán)境1區(qū)，液氨儲(chǔ)棚內(nèi)及液氨儲(chǔ)罐周邊4.5 m范圍內(nèi)區(qū)域劃為爆炸性氣體危險(xiǎn)環(huán)境2區(qū)。在液氨裝卸區(qū)(露天場所)，液氨裝載槽車密封式注送口半徑1.5 m空間劃為爆炸性氣體危險(xiǎn)環(huán)境1區(qū)，密封式注送口半徑4.5 m空間劃為爆炸性氣體危險(xiǎn)環(huán)境2區(qū)。玻璃廠液氨罐區(qū)爆炸性氣體危險(xiǎn)環(huán)境劃分見圖2[2]。

3 低壓配電系統(tǒng)

3.1 罐區(qū)配電

玻璃廠液氨罐區(qū)用電設(shè)備為一級(jí)負(fù)荷，電壓為220 V/380 V。其控制室應(yīng)設(shè)在爆炸性氣體危險(xiǎn)環(huán)境以外，一般設(shè)在與罐區(qū)毗鄰的制氫站，可與氫站合用一個(gè)控制室。兩路電源從公用變電所引來(分別引自不同的母線分段)，在控制室總配電柜進(jìn)行切換后為液氨罐區(qū)用電設(shè)備供電，低壓配電系統(tǒng)采用TN-S接地形式。其中，DCS、有毒氣體檢測報(bào)警系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)等特別重要的負(fù)荷應(yīng)采用UPS供電。

3.2 罐區(qū)照明

玻璃廠液氨罐區(qū)應(yīng)設(shè)正常照明和應(yīng)急照明。罐區(qū)應(yīng)急照明包括備用照明和疏散照明。正常照明光源一般采用T5細(xì)管徑直管形三基色熒光燈、陶瓷金屬鹵化物燈或LED燈，應(yīng)急照明光源采用LED燈。依據(jù)《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50034—2013，應(yīng)急照明燈具選用專用燈具，自帶蓄電池，連續(xù)供電時(shí)間不少于90 min。應(yīng)急燈具應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《消防安全標(biāo)志》GB13495和《消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)》GB17945規(guī)定。液氨罐區(qū)爆炸性氣體危險(xiǎn)場所內(nèi)的燈具均應(yīng)采用防爆型(隔爆結(jié)構(gòu))，防爆組級(jí)ExdIIAT1及以上。

3.3 罐區(qū)防雷與接地

液氨罐區(qū)具有1區(qū)爆炸危險(xiǎn)場所，依據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057—2010，液氨儲(chǔ)存和裝卸場所應(yīng)按不低于第二類防雷建筑物來設(shè)置防雷裝置和設(shè)施。防雷措施包括防直擊雷、防閃電感應(yīng)、防閃電電涌侵入。罐區(qū)的建筑物金屬體、金屬裝置、建筑物內(nèi)系統(tǒng)、進(jìn)出建筑物的金屬管線等應(yīng)與防雷裝置做防雷等電位連接。接地體材質(zhì)應(yīng)考慮防腐，宜采用不銹鋼。氨區(qū)入口處，裝設(shè)人體靜電釋放裝置，底座與接地網(wǎng)干線可靠連接。

4 儲(chǔ)罐內(nèi)安全監(jiān)控系統(tǒng)

依據(jù)《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源監(jiān)督管理暫行規(guī)定》(國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局令第40號(hào))、《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源 罐區(qū) 現(xiàn)場安全監(jiān)控裝備設(shè)置規(guī)范》AQ3036—2010等規(guī)范要求，液氨儲(chǔ)罐等重大危險(xiǎn)源裝置或設(shè)施應(yīng)配備罐內(nèi)監(jiān)控和罐外監(jiān)控。儲(chǔ)罐內(nèi)監(jiān)控包括溫度、壓力、液位等信息的不間斷采集和監(jiān)測。監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置壓力和液位超限報(bào)警裝置，并具備信息遠(yuǎn)傳、連續(xù)記錄、信息存儲(chǔ)等功能，記錄的電子數(shù)據(jù)的保存時(shí)間不少于30 d[3]。

4.1 儲(chǔ)罐溫度監(jiān)控

液氨儲(chǔ)罐溫度檢測一般采用液氨專用的防爆式鉑熱電阻溫度計(jì)，安裝在儲(chǔ)罐側(cè)壁或懸掛在儲(chǔ)罐頂部。當(dāng)液氨儲(chǔ)罐溫度超高時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并開啟噴淋冷卻水系統(tǒng)給儲(chǔ)罐降溫。液氨儲(chǔ)罐溫度檢測控制框圖見圖3。

4.2 儲(chǔ)罐壓力監(jiān)控

液氨儲(chǔ)罐壓力檢測一般采用液氨專用的防爆式智能型壓力變送器，安裝在儲(chǔ)罐側(cè)壁或儲(chǔ)罐頂部。當(dāng)液氨儲(chǔ)罐壓力超高時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并開啟噴淋冷卻水系統(tǒng)給儲(chǔ)罐冷卻降壓。液氨儲(chǔ)罐壓力檢測控制框圖見圖4。

4.3 儲(chǔ)罐液位監(jiān)控

液氨儲(chǔ)罐液位檢測一般采用液氨專用的防爆式磁翻板液位計(jì)，安裝在儲(chǔ)罐側(cè)壁。當(dāng)液氨儲(chǔ)罐液位超高時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并關(guān)閉液氨管路切斷閥。液氨儲(chǔ)罐液位檢測控制框圖見圖5。

5 儲(chǔ)罐外安全監(jiān)控系統(tǒng)

儲(chǔ)罐外安全監(jiān)控系統(tǒng)主要包括氨氣泄露檢測及報(bào)警系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警及聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、實(shí)時(shí)氣象數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)等。

5.1 氨氣泄露檢測及報(bào)警

依據(jù)《石油化工可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測報(bào)警設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50493—2009，玻璃廠液氨罐區(qū)應(yīng)設(shè)有毒氣體檢測及報(bào)警。液氨罐區(qū)下列部位可能釋放氨氣的釋放源應(yīng)布置有毒氣體探測器：設(shè)備和管道的法蘭和閥門組、氣體壓縮機(jī)和液體泵的密封處、液體和氣體采樣口、液體排放口和放空口[4]。在釋放源的上方設(shè)有毒氣體(氨)檢測探頭，探測器安裝高度宜為高于釋放源1 m，探測器距離釋放源不大于2 m。另外，在氨棚內(nèi)最高處氣體易于聚集地方也應(yīng)布置探測器。有毒氣體檢測報(bào)警系統(tǒng)的報(bào)警控制器設(shè)在有人值守的控制室。

氨氣的時(shí)間加權(quán)平均容許濃度(PC-TWA)為20 mg/m3，短時(shí)接觸容許濃度(PC-STEL)為30 mg/m3，應(yīng)根據(jù)此濃度值來確定氨氣檢測報(bào)警系統(tǒng)的報(bào)警值。氨氣檢測報(bào)警系統(tǒng)的一級(jí)報(bào)警應(yīng)在罐區(qū)和控制室設(shè)置聲光報(bào)警，報(bào)警信號(hào)同時(shí)接入火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)；二級(jí)報(bào)警時(shí)，應(yīng)自動(dòng)或人工切斷儲(chǔ)罐進(jìn)出口緊急切斷閥，通過消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)開啟泄露儲(chǔ)罐及相鄰儲(chǔ)罐的水霧噴淋滅火系統(tǒng)。

5.2 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)

依據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50016—2014，當(dāng)液氨罐區(qū)設(shè)置雨淋自動(dòng)滅火系統(tǒng)且需與火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)鎖動(dòng)作時(shí)，應(yīng)設(shè)置火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。系統(tǒng)由火災(zāi)探測器、手動(dòng)火災(zāi)報(bào)警按鈕、火災(zāi)聲光報(bào)警器、消防應(yīng)急廣播、消防專用電話、消防控制室圖形顯示裝置、火災(zāi)報(bào)警控制器、消防聯(lián)動(dòng)控制器、消防電源監(jiān)控、消防應(yīng)急照明和疏散指示等組成。罐區(qū)消防控制室作為分消防控制室，設(shè)在與罐區(qū)毗鄰的氫站，可與氫站弱電控制室合用，消防設(shè)備應(yīng)集中設(shè)置，并與其它設(shè)備有明顯間隔。

5.3 實(shí)時(shí)氣象數(shù)據(jù)監(jiān)控

依據(jù)《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源罐區(qū)現(xiàn)場安全監(jiān)控裝備設(shè)置規(guī)范》AQ3036—2010，罐區(qū)應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)測風(fēng)速、風(fēng)向、大氣溫度等氣象數(shù)據(jù)。對液氨罐區(qū)的實(shí)時(shí)氣象監(jiān)測可采用六參數(shù)集成氣象傳感器，比如WXT530型氣象傳感器，能實(shí)時(shí)監(jiān)測風(fēng)速、風(fēng)向、大氣壓、溫度、濕度、降雨量等6種氣象數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)采集器、通訊模塊，將氣象數(shù)據(jù)送入DCS，并在DCS中顯示、記錄。

5.4 視頻監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)

液氨儲(chǔ)罐區(qū)、氨壓機(jī)、卸氨場所應(yīng)設(shè)視頻監(jiān)控，用于監(jiān)視突發(fā)的危險(xiǎn)因素和初期的火災(zāi)報(bào)警。監(jiān)視器宜設(shè)在罐區(qū)消防控制室，高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)應(yīng)采用防爆型。視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)與危險(xiǎn)參數(shù)報(bào)警的聯(lián)動(dòng)。

6 安全標(biāo)識(shí)和防護(hù)

在重大危險(xiǎn)源現(xiàn)場明顯處設(shè)置安全警示牌、危險(xiǎn)物質(zhì)安全告知牌，并將重大危險(xiǎn)源可能發(fā)生事故的危害后果、應(yīng)急措施等信息告知周邊單位和有關(guān)人員。液氨儲(chǔ)罐和裝卸區(qū)域設(shè)置的安全警示標(biāo)志應(yīng)符合《安全標(biāo)志及其使用導(dǎo)則》GB2894—2008有關(guān)規(guī)定。

液氨儲(chǔ)棚區(qū)應(yīng)設(shè)置必要的應(yīng)急通訊裝置、報(bào)警電話、便攜式氨氣檢測儀、防護(hù)用品和應(yīng)急救援器材，并應(yīng)符合當(dāng)?shù)匕脖O(jiān)、消防部門規(guī)定。氨氣檢測儀、手電筒、手持式照明燈、對講機(jī)等應(yīng)急工具均應(yīng)采用防爆型產(chǎn)品。

7 結(jié) 語

評估為危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源的液氨罐區(qū)建設(shè)項(xiàng)目必須由具備相應(yīng)資質(zhì)的單位負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中要嚴(yán)格遵守國家和地方相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，將安全技術(shù)與安全設(shè)施納入設(shè)計(jì)方案，積極提高自動(dòng)化控制水平，選用安全可靠的儀表、聯(lián)鎖控制系統(tǒng)，配備必要的有毒氣體泄漏檢測報(bào)警和火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，提高生產(chǎn)裝置本質(zhì)安全化水平。