史晉強(qiáng)

（太原化工新材料有限公司，山西 太原 030400）

0 引言

在一個(gè)化工企業(yè)中，建設(shè)有10 萬(wàn)t 合成氨裝置，配套擁有1 個(gè)液態(tài)氨球罐，容積為650 m3，儲(chǔ)存量近400 t。本文對(duì)這個(gè)化學(xué)企業(yè)的液氨儲(chǔ)罐進(jìn)行危險(xiǎn)辨識(shí)，對(duì)其中的一些危險(xiǎn)和有害的因素進(jìn)行分析，并從本質(zhì)安全出發(fā)，設(shè)計(jì)工藝控制，從根本上解決因人為因素導(dǎo)致的安全事故，保證裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 液氨物化性質(zhì)及危險(xiǎn)特性

液氨具有刺激性氣味，具有腐蝕性，易揮發(fā)，其爆炸范圍在16%～25%之間。在加熱的情況下會(huì)發(fā)生分解。氨氣對(duì)皮膚、黏膜、眼睛具有強(qiáng)烈的腐蝕作用，具有顯著的刺鼻味道，過(guò)量會(huì)導(dǎo)致劇烈的咳嗽、哮喘、肺水腫、呼吸困難，甚至?xí)?dǎo)致嚴(yán)重?zé)齻?，最大的傷害是?duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行了抑制，事故發(fā)生率較高。如果出現(xiàn)了意外，將會(huì)造成很大的影響，因此，在安裝、使用和維護(hù)過(guò)程中，都要嚴(yán)格遵守國(guó)家有關(guān)的法律、法規(guī)[1]。

2 危險(xiǎn)有害因素辨識(shí)

2.1 重大危險(xiǎn)源判定

根據(jù)重大危險(xiǎn)源辨識(shí)（GB 18218—2009）中規(guī)定，部分有毒物質(zhì)名稱及臨界量見(jiàn)表1。PL 公司的液氨儲(chǔ)量400 t，超過(guò)臨界量，構(gòu)成重大危險(xiǎn)源[2]。

2.2 危險(xiǎn)性分析

危險(xiǎn)性分析目標(biāo)是要辨識(shí)出系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的全部危險(xiǎn)源，辨識(shí)出其可能造成的危害結(jié)果，然后按照其風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)對(duì)其進(jìn)行等級(jí)劃分，最終制定出相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制策略。

危險(xiǎn)等級(jí)通常分為4 個(gè)等級(jí)：

I級(jí)：安全，通常不會(huì)出現(xiàn)意外，也不會(huì)任何影響，可以不考慮。

Ⅱ級(jí)：臨界的，具有引發(fā)意外事件的可能，并在危險(xiǎn)的情況下，目前還沒(méi)有引起生命和財(cái)產(chǎn)的損害，但是需要采取相應(yīng)的措施來(lái)加以控制。

Ⅲ級(jí)：危險(xiǎn)的，極有可能引起事故，造成人員傷亡，需及時(shí)加以控制。

Ⅳ級(jí)：災(zāi)難性的，極易引發(fā)意外，對(duì)生命和財(cái)產(chǎn)的嚴(yán)重破壞，應(yīng)及時(shí)采取行動(dòng)。

通過(guò)對(duì)某公司液氨儲(chǔ)存罐內(nèi)的實(shí)際操作數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析，發(fā)現(xiàn)了以下方面的安全隱患：液氨貯存槽發(fā)生物理爆破；液氨貯槽內(nèi)因氨泄露造成的中毒，火災(zāi)，爆炸等事故；地震、雷擊等自然災(zāi)害。

對(duì)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)的分類和分析，如表2 所示。由表2 可知，在液體氨貯槽中，發(fā)生物理爆炸及氨泄露的風(fēng)險(xiǎn)是很大的，在日常生活中，也是需要注意的問(wèn)題。

2.3 事故模擬計(jì)算

2.3.1 泄漏程度分析

儲(chǔ)氨罐的單液氨容量是400 t，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，這類氨球罐的失效允許幾率為1.0×10-5。儲(chǔ)罐是未裝滿的，一旦出現(xiàn)爆裂，在爆裂區(qū)域處于氣相中時(shí)，由于爆裂區(qū)域很大，高溫蒸汽從裂隙中噴射而出，使儲(chǔ)罐內(nèi)部壓力驟降至室溫。因?yàn)閮?nèi)壓突然降低，汽液平衡被打破，儲(chǔ)罐中的流體處于過(guò)熱狀態(tài)，最后也會(huì)造成蒸汽爆炸。根據(jù)儲(chǔ)存介質(zhì)在某一時(shí)刻的總泄露，可以計(jì)算出泄露的數(shù)量。

液體氨水的泄露速率可以通過(guò)以下的伯努利（Bernoulli）方程式（1）來(lái)計(jì)算[3]：

式中：Q0為液體泄露速率，kg/s；Cd為液體泄露系數(shù)；A為裂口面積，m2；ρ 為泄露流體密度，kg/m3；P 為罐內(nèi)介質(zhì)壓力，Pa；P0為環(huán)境壓力，pa；g 為重力加速度，m2/s；h 為裂口之上液體高度，m。

取圓形孔，圓孔直徑為150 mm，裂口面積A=0.017 66 m2。

不考慮其他情況，進(jìn)行計(jì)算得：Q0=447 kg/s。單個(gè)儲(chǔ)罐的泄漏時(shí)間t=400 t÷447 kg/s=895 s=15 min。

2.3.2 危害半徑計(jì)算

假設(shè)該公司發(fā)生氨泄漏時(shí)，通過(guò)計(jì)算可知，半徑在1 594.4 m 區(qū)域?yàn)镾TEL 濃度區(qū)域，在半徑為954.1 m區(qū)域?yàn)檩p度危害，在半徑為557.8 m 區(qū)域?yàn)橹卸任：?，在半徑?26.3 m 區(qū)域?yàn)橹囟任：ΑＫ砸獓?yán)防中毒危害，設(shè)置警戒線，快速撤離危險(xiǎn)區(qū)域人員[3]。

3 工藝控制

3.1 本質(zhì)安全

本質(zhì)安全是人類在生產(chǎn)生活的實(shí)踐中，對(duì)事件的處理方式從被動(dòng)的應(yīng)對(duì)，向主動(dòng)的事前防范轉(zhuǎn)變，從而從根源上杜絕事故的發(fā)生，為人類的自我保護(hù)提供了一種新的安全意識(shí)。液氨儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)，應(yīng)以此為依據(jù)，運(yùn)用風(fēng)險(xiǎn)與可操作性研究，對(duì)該系統(tǒng)中潛在的潛在危險(xiǎn)進(jìn)行了分析，并對(duì)其進(jìn)行了識(shí)別。從而從根源上解決了由于設(shè)備故障或人為原因引起的安全事故。

實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝控制自動(dòng)化[4]。要想提升企業(yè)的安全管理水平，減少風(fēng)險(xiǎn)，就需要增加對(duì)安全專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)的投資，除了對(duì)主要設(shè)備和設(shè)施進(jìn)行定期的更新和維修外，還需要引入信息的監(jiān)控和控制技術(shù)。例如，氨氣體的在線監(jiān)控報(bào)警，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，自動(dòng)隔離系統(tǒng)等等，有關(guān)人員能夠從資料資料中作出判斷，快速、高效地處理突發(fā)事件。從某種意義上說(shuō)，這類技術(shù)可以預(yù)防或減少事故的發(fā)生。

3.2 氨罐壓力控制

液氨儲(chǔ)罐本體要避免腐蝕泄露，故選擇低溫碳鋼，壁厚8 mm。設(shè)置超壓保護(hù)安全閥，同時(shí)設(shè)置壓力聯(lián)鎖。見(jiàn)表3。

表3 DCS 壓力聯(lián)鎖

在壓力控制方面：

1）準(zhǔn)確地記錄儲(chǔ)罐壓力和動(dòng)態(tài)，并要求操作和維修人員對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行仔細(xì)的巡視，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，立即響應(yīng)方案。

2）根據(jù)設(shè)定的過(guò)程要求，將液氨儲(chǔ)罐壓力控制在2.5～5 kPa，防止過(guò)高的壓力發(fā)生。同時(shí)經(jīng)常檢查儀表，保證儀表設(shè)施完好性。

3）正確啟用聯(lián)鎖保護(hù)，將液氨儲(chǔ)罐壓力保持在正常范圍內(nèi)。

3.3 氨罐液位控制

為了防止氨儲(chǔ)罐的液位在太高或太低時(shí)運(yùn)行，控制儲(chǔ)罐液位是一項(xiàng)很重要的控制參數(shù)。見(jiàn)表4。

表4 DCS 液位聯(lián)鎖

1）根據(jù)操作和巡檢規(guī)程，定期巡檢，如實(shí)反映出液氨罐的液位變化。

2）與儀器維修部門一起，定期對(duì)液氨的液位計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)。保證液位開(kāi)關(guān)完好。

3）按照液位指標(biāo)操作，正確投用聯(lián)鎖，保證儲(chǔ)罐液位在正常范圍。

4 結(jié)語(yǔ)

雖然液氨儲(chǔ)存容器的容量很大，液氨又是高毒物質(zhì)，對(duì)人體和環(huán)境都有很大的風(fēng)險(xiǎn)。但在現(xiàn)實(shí)中，由于液氨泄漏事件的發(fā)生，其泄漏量和儲(chǔ)罐的損傷情況是很難預(yù)料的。本文對(duì)液氨儲(chǔ)罐進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)，同時(shí)提出從本質(zhì)安全上入手，完善儲(chǔ)罐工藝自動(dòng)化控制，并嚴(yán)格執(zhí)行，可有效降低人為誤操作等因素造成的事故幾率，確?；て髽I(yè)的安全、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。