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液氨少量泄漏事故風(fēng)險預(yù)測分析

文檔作者：王靜葉海明文檔來源： 1．廣州市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院 2．廣州市花都區(qū)污水處理管理所		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2021年10月24日
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化學(xué)工程師
Chemical Engineer 2013年第5期
壘
工
程
文章編號：1002—1 124(2013)05—0046—04
液氨少量泄漏事故風(fēng)險預(yù)測分析
王靜 ，葉海明
(1．廣州市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院。廣東廣州510620；2．廣州市花都區(qū)污水處理管理所，廣東廣州510800)
摘要：本文以廣州市某發(fā)電廠為例，對液氨輸送管道發(fā)生少量泄漏事故進(jìn)行了風(fēng)險預(yù)測評價，對液氨
泄漏量與蒸發(fā)量進(jìn)行了定量分析，同時對泄漏氨氣的擴(kuò)散范圍以及擴(kuò)散與環(huán)境的關(guān)系進(jìn)行了探討。分析得出
做好預(yù)警措施并設(shè)置必備的自動化控制手段可以有效控制事故的影響程度與范圍。
關(guān)鍵詞：液氨；少量泄漏；環(huán)境風(fēng)險評價；預(yù)警措施
中圖分類號：X820．4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
Discussion on environment risk assessment of accident of small m ount of liquid ammonia
WANG Jing1,YE Hai-ming
(1．Guangzhou Research Institute ofEnvironmental Protection，Guangzhou 510620，China；
2．Guangzhou Huadu District Sewage Treatment Management，Guangzhou 510800，China)
Abstract：Taking a power plant in Guangzhou city as an example，the paper made environment risk assessment
of accidental small leaking of liquid ammonia．The evaporation of liquid ammonia leakage were analyzed quantita—
tively．The diffusion of ammonia leak and diffusion and environment are discussed．Analysis of good early warning
measures and influence degree and range setting of automatic control means necessary can efectively control the
accident．
Key words：liquid ammonia；leakage；risk assessment；early warning measures
氨作為一種重要的化工原料，應(yīng)用廣泛，可用
于制造HNO。及無機(jī)、有機(jī)化工產(chǎn)品、化學(xué)肥料的原
料、NH 也可做為制冷劑、脫硝劑。液氨，又稱為無水
氨，是一種無色液體。為運(yùn)輸及儲存便利，通常將氣
態(tài)的NH，通過常溫高壓或低溫加壓的方式得到液
態(tài)氨。
1 氨的理化性質(zhì)與危害特性
(1)理化性質(zhì)NH，為無色氣體，有刺激性惡臭
味。分子式NH 。分子量17．03。相對密度0．7714g·L～。
熔點(diǎn)一77．7cC。沸點(diǎn)一33．35℃。自燃點(diǎn)651．11℃。蒸
氣密度0．6。蒸氣壓1013．08kPa(25．7℃)。蒸氣與空
氣混合物爆炸極限16～25％(最易引燃濃度17％)。
NH 在20℃水中溶解度34％，25℃時，在無水乙醇
中溶解度10％，在甲醇中溶解度16％，溶于氯仿、乙
醚，它是許多元素和化合物的良好溶劑。水溶液呈
堿性，0．1N水溶液pH值為l1．1。
(2)危險特性NH，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。與氟、氯等
收稿日期：2013—03—19
作者簡介：王靜(1977一)，女，江蘇連云港人，工程師，碩士，主要研
究方向 環(huán)境影響評價、環(huán)境污染控制與資源化。
能發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)。若遇高熱，容器內(nèi)壓增大，
有開裂和爆炸的危險。燃燒分解產(chǎn)物：氧化氮、氨，
穩(wěn)定性：穩(wěn)定，聚合危害：不能出現(xiàn)。禁忌物：鹵素、
?；取⑺犷?、氯仿、強(qiáng)氧化劑。滅火方法：切斷氣
源。若不能立即切斷氣源，則不允許熄滅正在燃燒
的氣體，噴水冷卻容器，可能的話將容器從火場移
至空曠處。霧狀水、泡沫、CO 。
(3)健康危害人接觸553mg·m。可發(fā)生強(qiáng)烈的
刺激癥狀，可耐受1．25min；3500 7000mg·In 濃度下
可立即死亡。低濃度氨對粘膜有刺激作用，高濃度
可造成組織溶解性壞死，引起化學(xué)性肺炎及灼傷。
急性中毒：輕度者表現(xiàn)為皮膚、粘膜的刺激反應(yīng)，出
現(xiàn)鼻炎、咽炎、氣管及支氣管炎；可有角膜及皮膚灼
傷。重度者出現(xiàn)喉頭水腫、聲門狹窄、呼吸道粘膜細(xì)
胞脫落、氣道阻塞而窒息，可有中毒性肺水腫和肝
損傷。NH，可引起反射性呼吸停止。如氨濺人眼內(nèi)，
可致晶體渾濁、角膜穿孔，甚至失明。
根據(jù)《危險化學(xué)品重大危險源辨識》
(GB18218—2009)的辨識范圍，氨的臨界量為lOt即
構(gòu)成重大危險源。氨是加壓液化儲存的，液氨一旦
泄漏后會迅速閃蒸成NH ，揮發(fā)到空氣中，會給周圍
環(huán)境造成較大的危害。據(jù)統(tǒng)計 1，在重(特)大典型泄
漏事故發(fā)生頻率中，液氨泄漏位居榜首，所造成的
2013年第5期 王靜等：液氨少量泄漏事故風(fēng)險預(yù)測分析 47
傷亡人數(shù)居第3位。2002年 2009年，國內(nèi)發(fā)生了
多起液氨泄漏事故，無論從事故發(fā)生次數(shù)還是傷亡
人數(shù)來看，均應(yīng)該對液氨泄漏事故引起足夠的重視。
泄漏事故的發(fā)生是難以預(yù)料的，發(fā)生泄漏事故
時，應(yīng)根據(jù)事故的大小啟動不同的應(yīng)急機(jī)制。近年
來對于液氨的事故分析，多集中于發(fā)生重大泄漏，
導(dǎo)致整個儲罐的液氨全部泄漏的風(fēng)險預(yù)測。很少涉
及發(fā)生少量泄漏時對于環(huán)境影響的預(yù)測與分析。
文章結(jié)合廣州某發(fā)電廠液氨儲罐的具體實例，
定量預(yù)測液氨儲罐發(fā)生少量泄漏對環(huán)境的影響。有
助于企業(yè)根據(jù)不同的泄漏事故情況，制定切實可行
的更有針對性的處置預(yù)案，最大限度地降低突發(fā)事
故的隱患。
2 液氨泄漏的定量分析
2．1 泄漏速率的計算
根據(jù)事故統(tǒng)計，典型的損壞類型為液氨儲存與
供應(yīng)系統(tǒng)的輸送管道的沙眼或法蘭連接處滲漏，液
氨輸送管道DN40mm，長30m，該輸送管道內(nèi)的氨
基本為液態(tài)，設(shè)定破損程度為直徑5mm的圓孔。
液氨泄漏速度可采用液體經(jīng)小孔泄漏的源模
式一柏努利方程[：計算。
面二 弋——一
QL=CuAp~／ ．~-2gh (1)
T
式中Q ：液體泄漏速度，kg ； ：液體泄漏系數(shù)，
取0．64；A：裂口面積，0．000019625m2；p：泄漏液體密
度，液氨p=617kg·FI1 ；P：容器內(nèi)介質(zhì)壓力，1600000
Pa；Pn：環(huán)境壓力，101325Pa；g：重力加速度，9．8m·S--2；
h：裂口之上液位高度，In，取h=0．02。
運(yùn)用公式(1)進(jìn)行計算，可知液氨泄漏速度為
O．54kg’s～。
2．2 氨區(qū)自動保護(hù)系統(tǒng)
氨區(qū)周邊設(shè)有NH。檢測器，以檢測NH 的泄
漏，并顯示大氣中氨的濃度。一旦發(fā)生液氨泄漏事
故，當(dāng)泄氨濃度較大時(大于50X 10 )氨區(qū)自動保
護(hù)系統(tǒng)自動切斷壓縮機(jī)及相關(guān)閥門電源，消防噴淋
系統(tǒng)自動進(jìn)行噴淋，同時可手動用水淋澆漏氨部
位。含氨廢水收集至防火堤中，再匯至廢水池／事故
池中，經(jīng)由廢水泵送到公司內(nèi)部污水處理廠的中和
池統(tǒng)一處理，不會對周邊水體產(chǎn)生影響。
NH。檢測器均安裝于液氨儲存與供應(yīng)系統(tǒng)的閥
門接口等容易泄露處，安裝高度≤3m。
如介質(zhì)的分子量為 ，則在沸點(diǎn)下蒸發(fā)蒸氣的
體積Vg(單位：m。)為：
一 ： I．—273
—
+to
一
—
22．4W ~
—
C(t-to)
． —
273
—
+to
M 273 Mq 273
(2)
已知液氨參數(shù)：比熱C=4．6kJ(kg·℃ -1，容器破
裂前器內(nèi)介質(zhì)溫度t=50~C，介質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn) 0=一33℃，
介質(zhì)分子量 17，氣化熱q=1．37 X 103kJ·kg- ，介
質(zhì)質(zhì)量w，kg。
假設(shè)這些液氨全部蒸發(fā)，并以半球形向地面擴(kuò)
散，則可求出該有毒氣體擴(kuò)散半徑為：
肚。 (3)
式中R：有毒氣體的半徑，取氨氣檢測器安裝高度
3m；Vg：有毒介質(zhì)的蒸氣體積，Ill ；C：有毒介質(zhì)在空
氣中的危險濃度值，取泄氨報警濃度50 X
1O ：0．005％ 。
運(yùn)用公式(2)與公式(3)進(jìn)行計算，可得到當(dāng)液
氨泄漏W=I．1917kg時，泄漏時間1．1917／0．54=
2．21s，氨氣檢測器即可檢測到濃度超過50×10 ，氨
區(qū)自動保護(hù)系統(tǒng)自動切斷壓縮機(jī)及相關(guān)閥門電源，
阻止液氨進(jìn)一步泄漏?？紤]到氨氣檢測器響應(yīng)時間
約1s，因此，泄漏約3．21s，泄漏1．1917 X 2．62=1．7512kg
時，泄漏氨區(qū)自動保護(hù)系統(tǒng)啟動。
2．3 泄漏量與泄漏時間
當(dāng)氨區(qū)自動保護(hù)系統(tǒng)，發(fā)生泄漏輸送管道
(DN40mm，長30m)將自動切斷相關(guān)閥門電源，與周
邊容器或管道斷開連接。
輸送管道內(nèi)液氨量為 =密度×體積=617 X
[ X(0．04／2) X 301=23．25kg，所需泄漏時間 ／
QL=23．25／0．54=43．06s=0．718min。
3 泄漏液氨蒸發(fā)速度與蒸發(fā)量的定
量分析
貯罐內(nèi)加壓液態(tài)氨泄漏到大氣中，因壓力瞬間
變?yōu)槌?，其中一部分會迅速蒸發(fā)為氣體，從高壓
的氣液平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)化為常壓下的氣液平衡狀態(tài)，即
閃蒸。這種直接蒸發(fā)的液體占液體總量的比例稱為
閃蒸率R。剩余液體將如細(xì)小霧滴擴(kuò)散那樣保留在
云團(tuán)中，該剩余液體有一部分將隨著空氣在環(huán)境溫
度下與液體噴霧混合而蒸發(fā)，如果空氣傳來的熱不
足以蒸發(fā)所有的液體，那么一些液體將滴落在地
面，形成液池。有關(guān)實驗表明，如果凡值大于0．2，則
液池不太可能形成。當(dāng) 小于0．2時，可以假定帶
王靜等：液氨少量泄漏事故風(fēng)險預(yù)測分析 2013年第5期
走流體與凡成線性關(guān)系：Fv=0，沒有流體被帶走；
Fv=0．1，有50％液體被帶走等。凡按下式計算。
(4)
式中c。：液體的定壓比熱，取4．6kJ·(kg·oC) ； ：
泄漏前液體的溫度，取28℃；Th：液體在常壓下的沸
點(diǎn)，取一33~(2；日：液體的氣化熱，取1．37×103kJ·kg- 。
由上式計算得到凡=0．205>0．2，可知道液氨泄
漏時液池不太可能形成。為計算方便，初步假定液
氨泄漏時全部被蒸發(fā)，而不考慮形成液池。
由于氨區(qū)自動保護(hù)系統(tǒng)啟動后，消防噴淋系統(tǒng)
自動進(jìn)行噴淋，有50％的氨氣被水吸收，仍有50％
的氨氣揮發(fā)到大氣中。因此，液氨蒸發(fā)速度為p
= 0．27kg ，液氨蒸發(fā)量為W／2=23．25kg／2=1 1．625
kg·S～。
4 泄漏后NH 擴(kuò)散范圍分析
4．1 擴(kuò)散模式
采用Risksystem軟件，以多煙團(tuán)模式預(yù)測氨在
大氣中的擴(kuò)散l21，見下式。
( 。 )=_ L
(21T)
， ，
eXp(一阜)
I x-x ) (y )‘1
呶pr 一 j
式中Cw (x,y,o，t )：第i個煙團(tuán)在t 時刻(即第 時
段)在點(diǎn)(x，y，o)產(chǎn)生的地面濃度；Q’：煙團(tuán)排放量，
mg，Q’=QAt；Q：釋放率，mg·S ；At：時段長度；s；
小 小 煙團(tuán)在 時段沿x．y和 方向的等效
擴(kuò)散參數(shù)。
將氨氣濃度劃為3個等級，30mg·m 為短時間
容許接觸濃度，1750mg·m-3為接觸30min對人體造
成重度危害的濃度，0．2mg·m 作為環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)
準(zhǔn)要求濃度。
4．2 氣象條件
根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀筇卣?，分別選取小風(fēng)(u=1．0m·
S )、有風(fēng)(平均風(fēng)速u=2．2m·S-1)、大氣穩(wěn)定度為B、
D、E條件下，預(yù)測液氨泄漏事故后擴(kuò)散情況。
4．3 評價標(biāo)準(zhǔn)
將NH，濃度劃為3個指標(biāo)，3500mg·m 為氨吸
人5～10min的致死濃度【 1；30mg·m。為短時間容許
接觸濃度 1，0．2mg·mq作為環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求
濃度 1。根據(jù)設(shè)定的指標(biāo)對液氨泄漏影響的范圍進(jìn)
行分析。
4．4 泄漏氨氣影響范圍分析
根據(jù)上述設(shè)定的事故狀態(tài)和選定的氣象條件，
采用多煙團(tuán)模式分析液氨泄漏0．718min，分別預(yù)測
5、15、30min后液氨危害影響范圍及濃度，得到的結(jié)
果見表1。
表1 液氨泄漏后的擴(kuò)散濃度及范圍
Tab．1 Evaporation of liquid ammonia leakage
由上述計算結(jié)果可知，液氨貯罐發(fā)生泄漏，在
小風(fēng)(1．0m·S )情況下，在E時段5min時195m處
出現(xiàn)最大濃度8．6305mg·m ；無致死濃度出現(xiàn)；無短
時間接觸容許濃度出現(xiàn)；最遠(yuǎn)834m處可達(dá)到環(huán)境
空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
在有風(fēng)(2．2m·S )情況下，在E時段5min時
424m處出現(xiàn)最大濃度56．4326mg·m。；無致死濃度
出現(xiàn)；在E時段5min時475m處達(dá)到短時間接觸容
許濃度；最遠(yuǎn)3025m處可達(dá)到環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
說明氣體的擴(kuò)散和風(fēng)速、大氣穩(wěn)定度等環(huán)境條
件密切相關(guān)。從弱不穩(wěn)定到較穩(wěn)定條件，大氣越穩(wěn)
定，下風(fēng)向的氨的擴(kuò)散范圍越大，最大落地濃度越
易出現(xiàn)。有風(fēng)時擴(kuò)散影響范圍明顯大于小風(fēng)條件。
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