中毒模型在火电厂氨气中毒定量安全评价中的应用

于建（新疆鼎耀工程咨询有限公司 乌鲁木齐 830001）

1、前言

液氨储罐区是火电厂主要危险化学品重大危险源。 在液氨储存和检修过程中，液氨储罐及其管道、阀门的破损、爆裂将导致氨气大量泄漏。 泄漏的液氨将迅速蒸发为氨气，造成大面积毒害区域，会在较大范围对环境造成破坏，致人中毒、死亡。 通过氨气中毒定量安全评价可明确氨气中毒毒害区域及危害程度，为火电厂制定氨气中毒应急预案提供科学依据。

2、液氨储罐破裂时的毒害区域估算

2.1、计算方法简述[1]

设最大液氨重量为W （kg）， 破裂前储罐内液氨温度为t（℃），液氨比热为c（kJ/kg·℃），当钢储罐破裂时，罐内压力降至大气压，处于过热状态的液氨温度迅速降至标准沸点t0（℃），此时全部液氨所放出热量Q 为：

设这些热量全用于储罐内液氨蒸发， 液氨汽化热为q（kJ/kg），则其蒸发量W′为：

假设这些有毒空气以半球形向地面扩散， 则可求出该有毒气体的扩散半径R 为：

式中：R —有毒气体半径，m；W′—液氨蒸发量，kg；C—空气中氨浓度，mg/m3。

2.2、液氨的危害特性数据

液氨的有关理化数据为：相对分子质量（M）为17，沸点t0为-33℃， 液体平均比热c 为4.6kJ/（kg·℃）， 汽化热q 为1.37×103kJ/kg。 氨气的危险浓度见表1[1]。

表1 氨气的危害浓度

2.3、毒害区域的计算

液氨在容器破裂时会发生蒸气爆炸。 当爆炸后若不燃烧，会造成大面积毒害区域，人员处于氨气浓度不同的毒害区域，则可能发生重度、中度、轻度等不同危害后果。 以某火电厂一容积为40m3 的液氨储罐为例进行毒害区域计算，具体过程如下：

可能发生液氨泄漏的最大量W ＝40m3×0.595t/m3×0.85 ＝20230kg

环境温度取30℃， 则液氨蒸发热Q＝Wc （t－t0）＝20230×4.6×[30－（－33）]＝5862654（kJ）

蒸发量W′＝Q/q＝5862654/（1.37×103）＝4279.3（kg）

根据表1 将空中氨的浓度划分为3 个等级：（1）C1=30mg/m3为短时间接触容许浓度 （PC-STEL）；（2）C2=140mg/m3为轻度危害；（3）C3=700mg/m3为中度危害；（4）C4=3500mg/m3为重度危害。

扩散后浓度为30mg/m3的半径R1=[W′/C1/（1/2×4л/3）]1/3=[4279.3×106/30/（1/2×4л/3）]1/3=408.4（m）

扩散后浓度为140mg/m3的半径R2=[W′/C2/（1/2×4л/3）]1/3=[4279.3×106/140/（1/2×4л/3）]1/3=244.4（m）

扩散后浓度为700mg/m3的半径R3=[W′/C3/（1/2×4л/3）]1/3=[4279.3×106/700/（1/2×4л/3）]1/3=142.9（m）

扩散后浓度为3500mg/m3的半径R4=[W′/C4/（1/2×4л/3）]1/3=[4279.3×106/3500/（1/2×4л/3）]1/3=83.6（m）

2.4、氨气中毒事故模拟说明

氨气中毒事故模拟计算均未考虑地形、建筑物、风向等因素影响。 液氨泄漏后形成的有毒蒸气云对人员的危害程度取决于氨气浓度和人员与氨气的接触时间等因素。 在后果分析中，往往不考虑液氨泄漏的初期情况，即工厂范围内的现场情况，主要计算氨气气团在空气中扩散的范围、浓度、接触毒物的人数等。

2.5、评价结果

以上对新疆某火电厂液氨储罐区进行了氨气中毒事故后果模拟计算， 通过计算可知， 短时间接触容许浓度扩散半径为408.4m， 轻度危害扩散半径为244.4m， 中度危害扩散半径为142.9m，重度危害扩散半径为83.6m。因此，在该储罐发生泄漏事故进行应急救援时，应以这四个半径值作为警戒区的起始点，进行有效的应急救援。

3、结论

（1）当液氨储罐发生破裂泄漏，假若氨气以半球形扩散，则以破裂处为中心的短时间接触容许浓度扩散半径为408.4m，轻度危害扩散半径为244.4m，中度危害扩散半径为142.9m，重度危害扩散半径为83.6m。

（2） 液氨泄漏的毒害区域计算可作为火电厂制定液氨泄漏应急预案和人员疏散的科学依据。

（3）液氨泄漏后果非常严重，影响区域广，在液氨的储存、使用等过程中，应采取必要的安全对策措施。

[1]王莹，顾祖维，张胜年，等.现代职业医学.北京：人民卫生出版社，1996.642-645。