張秀華, 趙志紅
(山東正信安全評價有限責任公司,山東 聊城 252000)
液氨(液體無水氨)的化學成分為NH3,主要用于生產硝酸、無機和有機化工產品、化學肥料以及冷凍、冶金、醫藥等工業原料,用途廣泛。液氨在儲存過程中發生過多起泄漏中毒事故,甚至引發火災爆炸事故。
液氨人類經口TDLo:0.15mL/kg。
液氨人類吸入LCLo:5.0×10-3/(5m)。
急性毒性:LD50 350mg/kg(大鼠經口);LC50 1 390mg/m,4h,(大鼠吸入)。
氨進入人體后會阻礙三羧酸循環,降低細胞色素氧化酶的作用,致使腦氨增加,可產生神經毒作用。高濃度氨可引起組織溶解壞死。
中毒模型[2]:液氨在容器爆裂時會產生蒸汽爆炸,爆炸后不燃燒會造成大面積的毒害區域。
爆炸模型[2]:液氨是液態儲存,如果瞬間泄漏后遇到延遲點火或氣態儲存時泄漏到空氣中,遇到火源時可能發生蒸汽云爆炸。
假定,建設單位儲罐區有2個液氨球罐,儲存量為4×500m3。若發生容器破裂,液氨泄漏不燃燒,則會造成大面積毒害區域。
液氨儲罐爆炸破裂前介質溫度為常溫,取20℃,氨的比熱[3]Cp=2.1kJ/(kg·℃),液氨氣化熱[3]q=1 370kJ/kg,處于過熱狀態的氨的標準沸點為t0=-33℃。
查有毒氣體的危險濃度表可知,氨吸入5min~10min,人致死的濃度為0.5%。
假設這些有毒氣體以半球形向外擴散,有毒氣體擴散半徑為:
根據上述計算結果可知,液氨儲罐爆炸短時間內距爆炸中心146m范圍內的人員吸入有毒空氣5min~10min將會死亡。
數學模型是在一系列的假設前提下按理想的情況建立的,有些模型經過小型試驗的驗證,有的則可能與實際情況有較大的出入,但對辨識危險性來說是可參考的。本擴散模型是在靜態下進行計算,實際上還存在風力、環境溫度、地形和湍流等因素對氣團飄移、擴散的影響,在下風側實際數據應比計算值大得多。
液氨發生泄漏后生成有毒蒸氣云,在空氣中飄移、擴散,直接影響現場人員。毒物對人員的危害程度取決于毒物的性質、毒物的濃度和人員與毒物接觸時間等因素。
建設項目儲存區內有4個500m3的液氨球罐,直徑9.8m,罐內壓力1.6MPa,操作溫度為40℃。
當液氨球罐發生泄漏時,假定設備裂口為圓形,根據流體力學的柏努利方程計算泄漏速度。液體泄漏速度按式(1)計算。
式中:Q0為液體泄漏速度,kg/s;Cd為液體泄漏系數,0.5;A為裂口面積;假定裂口面積0.001m2;ρ為泄漏液體密度,取0.82kg/m3;P為容器內介質壓力,1.3MPa~1.6MPa,取1.45×106Pa;P0為環境壓力,1.013×105Pa;g為重力加速度,9.8m/s;h為裂口之上液位高度;儲罐直徑9.8m,充裝系數按0.85計算,假定裂口在儲罐中部為3.43m。由式(1)計算得泄漏速度為800 000mg/s。
由《工作場所有害因素職業接觸限值 化學有害因素》(GBZ2.1-2007)可知,氨的職業接觸限值:PC-TWA(平均容許接觸質量濃度)為20mg/m3,PC-STEL(在遵守PC-TWA前提下容許15min接觸質量濃度)為30mg/m3??梢?,本項目液氨只要發生泄漏不到1s,泄漏源周邊即可達到人的接觸最高限值。
爆炸性氣體以液態儲存,如果瞬間泄漏后遇到延遲點火或泄漏到空氣中遇到火源,則可能發生蒸汽云爆炸。導致蒸汽云形成的力來自容器內含有的能量或可燃物含有的內能,或兩者兼而有之。
根據荷蘭應用研究院TNO(1979)建議,可按式(2)預測蒸汽云爆炸的沖擊波的損壞半徑[3]。
式中:R為損害半徑,m;E為爆炸能量,E=V·HC,kJ;V為參與反應的可燃氣體的體積,m3;HC為可燃氣體的高燃燒值,kJ/m3;N為效率因子,一般取10%;CS為經驗常數。
建設項目儲存區內有4個500m3的液氨球罐,直徑9.8m,罐內壓力1.6MPa,操作溫度為40℃。
損壞等級為1級時,損壞半徑R=2.86m。
損壞等級為2級時,損壞半徑R=5.72m。
損壞等級為3級時,損壞半徑R=14.3m。
損壞等級為4級時,損壞半徑R=38.1m。
損壞等級及對應損壞半徑[2]見表1。
表1 損壞學級表
液氨一旦發生泄漏后,隔絕空氣比較困難,關鍵因素就是加強火源的管理,杜絕火源的產生。
[1] 張維凡.常用化學危險物品安全手冊[M].北京:中國石化出版社,1998.
[2] 趙鐵錘.化學品安全評價[M].北京:中國石化出版社,2003.
[3] 國家安全生產監督總局.安全評價[M].北京:煤炭工業出版社,2005.