小氮肥企业液氨罐区的安全设施设计

张建旗

(核工业第五研究设计院，河南郑州 450000)

0 前言

液氨作为一种重要的化工原料，应用广泛。随着工业化生产规模的不断扩大，液氨的储存规模也随之扩大。由于液氨属于有毒、易燃、易爆物质，近几年发生了数起液氨泄漏、中毒事故，造成了人员伤亡和经济损失，所以保证液氨罐区的安全运行成为一个必须认真重视的课题。

1 液氨概述

1.1 液氨的理化特性

液氨又称无水氨，是一种无色液体，有特殊的刺激性气味，可燃，燃点651 ℃;爆炸极限15. 7%～26%(体积分数);分子式NH3，相对分子质量17，密度为0.617 g/cm3;沸点-33.5 ℃;低于-77.7 ℃可成为具有臭味的无色结晶。

氨作为一种重要的化工原料，应用非常广泛，为了便于运输及储存，通常将气态的氨气通过加压或冷却得到液态氨。氨易溶于水，溶于水后形成(NH3·H2O 的碱性溶液，氨在20 ℃水中的溶解度为34%。液氨在工业上应用广泛，具有腐蚀性，且易挥发，所以事故发生率较高。液氨挥发生成氨气，氨气属于有毒、易燃、易爆气体，其爆炸上限27%，下限15.5%，作业场所最高允许浓度30 mg/m3，与空气混合能形成爆炸性混合物，泄漏物质可导致中毒，对眼、黏膜或皮肤有刺激性，有烧伤危险。

液氨在《危险化学品名录》(2002 版)分类属于2.3 类有毒气体，急性毒性LD50:350 mg/kg(大鼠经口)，LC50:1 390 mg/m3，4 h(大鼠吸入)。蒸发1 kg氨可得1 316 L 气态氨，如果1 t 液氨泄漏，则可使28 万m3的空间受到污染，对人体、水源、土壤和大气造成严重危害。

1.2 液氨的应用

液氨主要用于生产硝酸、尿素和其他化学肥料，还可用作医药和农药的原料。在国防工业中，用于制造火箭、导弹的推进剂。氨是一种优良的溶剂，且蒸发量很大，在沸点时每克1 369.08 J，可用作有机化工产品的氨化原料，还可用作冷冻剂。液氨还可用于纺织品的丝光整理。

1.3 小氮肥企业液氨的储存情况

目前，全国的小氮肥企业合成氨生产能力为2.5 万～14 万t/a，有的企业合成氨生产能力达到20 万t/a 以上，在以碳酸氢铵为主要产品的合成氨生产过程中，氨平衡稳定，液氨的正常储存量不大，为10～20 t。

但是近年来，由于我国氮肥产品结构调整，碳酸氢铵等低效肥料逐年减少，尿素等高效肥料逐年增加，以氨为原料的精细化工发展迅速;同时由于煤价的大幅上涨，为解决小氮肥企业的生存和发展，许多小氮肥企业改变局部生产工艺，增加和改造了脱碳工段，并加大液氨的储存量，企业的液氨储存能力及实际储存量都在继续扩大。

随着液氨储存能力的不断增大，储存过程中出现的问题也越来越多。

2 液氨罐区安全设施

罐区是液氨的集中储存区，保证它的安全运行是保证企业安全的重中之重。根据GB18218 -2009《危险化学品重大危险源辨识》，氨的临界量为10 t，而小氮肥企业的液氨储罐一般为50～200 m3，均超过临界量，由此可以看出小氮肥企业的液氨罐区几乎均可构成重大危险源，而根据《危险化学品重大危险源辨识》2000 版要求，氨的临界量为生产场所40 t，储存场所100 t，可以看出国家安全总局将氨的危险类别再次提高。另外根据《危险化学品重大危险源罐区现场安全监控装备设置规范》，构成重大危险源的储罐内介质的液位、温度、压力以及罐区内可燃/有毒气体浓度以及音视频信号和其他危险因素等进行监测预警。

液氨罐区应具备以下安全设施:

2.1 设防火堤

根据《石油化工企业设计防火规范》，液氨储罐区宜设不高于0.6 m 的防火堤，堤内有效容积应为最大储罐容积的60%，同时围堤内要有下水系统，应设雨水和生产污水两条通道，平时均处于关闭状态，个别情况下根据需要选择性打开。一般小氮肥企业的液氨储罐均采用卧式储罐，根据《石油化工企业设计防火规范》，不大于200 m3卧式液氨储罐之间的间距不超过1.5 m，储罐至防火堤内堤脚线的距离不小于3 m。

关于在液氨储罐设置防火堤的这一设施上，现在也有专家提出设置防火堤意义不大，因为液氨发生泄漏，会迅速气化，一般情况下液氨储罐的压力为1.5 MPa，气化1 kg 氨可产生1 316 L 气态氨，一个100 m3的液氨储罐泄漏后可产生约64 000 m3的气氨，并且气氨的密度比空气轻，防火堤不能阻止气氨的扩散。

但是设置防火堤的作用也不容忽视:①是为了防止无关人员随意出入储罐区;②防火堤较低，少量泄漏的液氨气体便于扩散;③如果泄漏量较多，堤内必有部分氨积聚，可由堤内设置的可燃气体浓度报警器报警，有利于及时发现，及时处理;④防火堤还可以起到收容喷淋水的作用，所以设置防火堤还是很有必要的，但不宜过高。

2.2 设液位计、压力表、安全阀和温度计

液位、压力和温度远传至DCS 主控室。这样就可以随时掌握罐内的温度、压力和液位，以便进行调节控制，个别压力异常情况安全阀启跳，有效防止储罐超压。一般情况下，液氨储罐的设计压力为2.16 MPa，因此安全阀压力取2.16 ÷1.1 =1.96 MPa 为宜。安全阀出口应设导气管，对放空气进行回收或处理。关于液位计，液氨储罐使用的液位计，可以采用磁性翻板式的，但必须经常校验。新建储罐区宜优先采用雷达等非接触式液位计及磁致伸缩、光纤液位计，严禁使用已经淘汰的玻璃板式的液位计。

2.3 储罐容积控制

根据《小氮肥安全技术规程》中相关规定，液氨储罐安全充装量不得超过储罐容积的85%，正常生产时液氨储罐应控制在较低的液位，一般控制在安全充装量的30%之内，这样做是为了避免在储存过程中因环境温度上升膨胀、升压而导致储罐发生超压危险。

2.4 室外安全设备

室外液氨罐区应设事故远程水喷淋控制系统，并要求水源充足，以及排水等设施。这样在储罐发生大量泄漏的情况下，可以用消防水对泄漏的液氨进行吸收以减少对环境的污染。排水应设两条通道，雨水系统和生产污水系统。下雨时打开雨水系统的阀门，使之流入雨水系统，事故状态下打开通往生产污水系统的阀门，经环保处理合格后外排，正常情况下两者均处于关闭状态。

2.5 距离控制

根据《建筑设计防火规范》，液氨储罐区与周边建筑物要保持一定的间距，并且储罐防火堤外侧基脚线至建筑物的距离不应小于10 m。根据《石油化工企业设计防火规范》，各个储罐之间也要保持一定的间距要求，不大于200 m3卧式液氨储罐之间的间距不超过1.5 m。

2.6 设置高低位液位报警连锁装置及有毒气体报警仪

由于氨的理化特性，本身具有可燃性和有毒性，根据《危险化学品重大危险源罐区现场安全监控装备设置规范》的要求，可燃的有毒气体释放源存在的场所，应设有毒气体报警仪。另外由于小氮肥企业发生液氨泄漏的主要危险还是中毒事故最多，而且氨的爆炸下限较高(15.7%)，根据《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》中的规定，应设置有毒气体检测报警仪，所以液氨罐区、液氨输送泵及装车鹤管附近应设置有毒气体报警仪，不用设置可燃气体报警仪，同时相应信号应接至DCS 主控室，实现24 h 人工不间断监控，有效地填补巡检空闲时间，保证罐区安全运行。

2.7 设置导除静电的接电设施

参照《小氮肥安全技术规程》中相关规定，输送液氨时，由于液氨与管道的摩擦会产生大量静电荷，若不通过接地装置把电荷导走，就会使电荷聚集在储罐上形成很高的电位，当此电位达到某一间隙放电电位时，可能发生电火花引起火灾、爆炸事故。

2.8 罐区高处应设置风向标

当出现氨大量泄漏事故时，人员可以向上风向疏散。

2.9 定期检测设备的减薄情况

液氨储罐及相应的管线属于特种设备，根据《特种设备安全监察条例》规定，特种设备使用单位应当按照安全技术规范的定期检验。

2.10 其他防护及安全措施

液氨排放应通过密闭管道排至火炬线，液氨管线需要动火施工时，一定要将液氨排放干净，并用氮气吹扫后，再用水冲洗，待冲洗水呈中性时，视为冲洗干净。若有需要再用氮气将管线内存水吹扫干净，便可施工。

根据《小氮肥安全技术规程》中相关规定，为防止夏季阳光暴晒造成储罐超压，储罐区加遮阳棚，以减少阳光的辐射热，降低传导热，使储罐平安度过炎热的夏季。

罐区应设置视频监控报警系统。根据《危险化学品重大危险源罐区现场安全监控装备设置规范》的要求，罐区应设置音视频监控报警系统，监视突发的危险因素或初期的火灾报警等情况。摄像头的设置个数和位置，应根据罐区现场的实际情况而定，既要覆盖全面，也要重点考虑危险性较大的区域。

根据《合成氨生产企业安全标准化实施指南》中相关规定，应使用鹤管进行液氨充装，罐车静电接地装置完好，并且装车鹤管与液氨储罐之间的防火间距要符合《建筑设计防火规范》中的相关要求。

根据《合成氨生产企业安全标准化实施指南》中相关规定，应使用鹤管进行液氨充装，超过100 m3的液氨储罐设置双安全阀，液氨储罐进出口管线设置双切断阀，其中一只出口切断阀为紧急切断阀。

3 结论

液氨作为愈来愈受各方重视的一种危险化学品，由于历史原因，许多原在郊区的企业，随着城市的发展，已经与城镇连成一片，液氨罐区一旦发生氨泄漏等其它危害，会造成城市混乱。因此在液氨罐区的安全设施设计过程中，要针对各种可能发生的有害因素，进行相对应的安全设施设计，将各种可能发生的危害降低到最低程度。