基于TNT爆炸效应的烟气脱硝装置危害后果研究

魏培，董国强，尤燕妮，杨淼

（兵器工业卫生研究所，陕西 西安 710065）

基于TNT爆炸效应的烟气脱硝装置危害后果研究

魏培，董国强，尤燕妮，杨淼

（兵器工业卫生研究所，陕西 西安 710065）

本文通过对某企业烟气脱硝装置进行危险有害因素辨识与分析，并对其中危险性最大的液化天然气储罐进行蒸气云爆炸事故模拟，计算其发生爆炸的影响范围，最终根据分析和计算的结果提出相应的预防措施，对企业预防此类事故的发生具有重大意义和良好的指导作用。

烟气脱硝；危险有害因素；蒸气云爆炸

近年来，燃煤设备等排放的氮氧化物、二氧化硫和颗粒物成为诱发我国大范围雾霾天气的重要因素，严重危害身体健康。为控制污染物，改善环境质量，某企业新建了一套烟气脱硝系统生产试验装置，模拟天然气、煤、柴油等不同燃料燃烧产生的烟气，并对产生的烟气进行脱硫、脱硝及除重金属等净化处理，以达到国家规定的排放标准，可应用于电厂、供热企业等各个领域。

1 烟气脱硝装置及工作原理

1.1 烟气脱硝装置

烟气脱硫、脱硝及除重金属一体化装置主要包括烟气生成、处理、排放系统及配套的物料处理系统、控制系统、试验辅助系统和物料储罐等。其中物料储罐区主要包括：液化天然气储罐、柴油储罐、氨水（10%）储罐各2个，容积均为30m3。该系统使用的其他原料：原煤、石灰石粉等。

1.2 烟气脱硝装置工作原理

烟气脱硝、脱硫及除尘试验平台主要功能包括含NOX、SO2和烟尘等污染物的烟气生成系统、烟气污染物处理试验系统、控制系统、分析检测系统等。工艺流程图如图1所示。

2 危险有害因素辨识

根据GB6441《企业职工伤亡事故分类》和GB/T13861《生产过程危险和有害因素分类与代码》的规定，辨识与分析烟气脱硝装置在生产、试验过程中存在的主要危险有害因素。

2.1 火灾、爆炸

图1 烟气脱硝装置工艺流程图

（1）储罐区火灾、爆炸。物料储罐区设有2个30m3的液化天然气储罐，天然气（甲类）属于易燃气体。如天然气储罐、输送管线及阀门存在材质缺陷，密封不良会造成天然气泄漏，泄漏的天然气局部积聚遇电火花、静电火花等有引发火灾、爆炸事故的危险。物料储罐区设有2个30m3的氨水（10%）储罐，氨水会挥发出少量氨气，氨气（乙类）属于易燃气体，若积累到一定程度同样有发生火灾、爆炸事故的危险。（2）烟气脱硫、脱硝试验系统火灾、爆炸。烟气生成系统使用天然气、柴油、氨水等物料，若试验系统阀门存在材质缺陷、密封不良，设备及管线未采取有效的静电接地措施，泄漏的易燃物质遇电火花或意外火源有引发火灾、爆炸的危险。（3）电气火灾。用电设备在使用过程中可能会因误操作或者电气绝缘损坏，保护接地不良等故障而造成电气短路，继而引发电气火灾事故。电气火灾事故除可能造成人身伤亡和设备损坏外，还可能造成大规模停电，影响生产正常进行。

2.2 触电

烟气脱硝装置设备均为用电设备，用电设备不符合安全要求或维修不良导致防触电装置失效，如设备无保护接地或接地不规范，接线端子裸露，电气线路、插头、插座等老化、绝缘层损坏等原因易造成触电事故。

2.3 机械伤害

烟气发生、处理系统配套的真空泵、冷水机泵等的转动部位如缺少有效的安全防护装置、设备安装位置不当、人员违章作业等可能造成人员受到机械伤害。

2.4 高温烫伤

NOx燃烧器、烟气发生器、烟气换热器等均为高温设备。如设备表面保温、隔热效果不良，操作人员未正确佩戴防护用品或无防护措施，会造成人员高温烫伤。

2.5 中毒

氨水易挥发形成氨气。在使用、储存过程中不慎泄漏，若作业人员未佩戴劳动防护用品会因接触或吸入有害物质而造成中毒伤害。另外，烟气生成、处理及排放系统在运行过程中会产生含SO2、NOx等有害烟气，长期接触有产生中毒危害的可能。

2.7 粉尘

生产场所涉及煤粉、石灰石粉等，如生产场所通风条件不良或作业人员未按要求佩戴防尘口罩，长期暴露在粉尘作业环境内会造成粉尘危害。

3 液化天然气储罐爆炸事故模拟

根据上节危险有害因素辨识结果以及实际经验可知，烟气脱硝装置储罐区发生火灾、爆炸事故的危险性最大，若发生事故将造成人员伤亡、财产损失等严重后果。因此，本节通过采用蒸气云模型对液化天然气储罐火灾、爆炸事故做进一步分析，确定其破坏范围。

天然气为甲类物质（爆炸极限5%～15%），液化天然气储罐一旦发生泄漏，会迅速气化，瞬间产生大量蒸气，形成蒸气云，遇点火源将发生蒸气云爆炸事故。其爆炸冲击波、热辐射等会造成人员伤亡、设备损坏等严重后果。

本文假定单储罐液化天然气全部泄爆，储罐液化天然气最大储量为30m3。把蒸气云爆炸的破坏作用转化成TNT爆炸的破坏作用，即参与爆炸的可燃气体释放的能量折合为能释放相同能量的TNT炸药的量，由此就可利用有关TNT爆炸效应来预测蒸气云爆炸效应。

TNT当量转换公式：WTNT=αAWfQf/QTNT

WTNT——蒸气云的TNT当量，kg；

α——地面爆炸系数，取α=1.8；

A——蒸气云TNT当量系数，取A=4%；

Wf——蒸气云中燃料的总质量，kg；

Qf——物质燃烧热，MJ/kg；天然气的一般燃烧热为37MJ/kg；

QTNT——TNT的爆炸热，取=4.52MJ/kg。

其中，液化天然气的密度为450kg/m3，充装系数为0.9，经计算：

Wf=0.9×30m3×450kg/m3=12.15×103kg，

因此：WTNT=0.18×0.04×12.15×103×37/4.52= 7161kg。

蒸气云爆炸模型：

死亡半径R1=13.6（WTNT/1000）0.37=28.2m

重伤区半径R2=27.5（WTNT/1000）1/3=53m

财产损失半径R3==104.5m

以上计算过程仅考虑单个液化天然气储罐全部泄漏发生蒸气云爆炸的后果进行模拟。

根据国内外储罐区发生蒸气云爆炸的事故分析，造成事故的原因主要有：储罐设计不合理、储罐泄漏（破裂、腐蚀等）、阀门泄漏、管线损坏、破裂、未安装气体检测报警装置或失效等。企业应对此设法进行预防，防止爆炸事故的发生。

4 结论及预防措施

4.1 结论

本文对某研究所烟气脱硝系统在建成后存在的危险有害因素进行了详细的辨识与分析，为企业预防事故的发生起到了一定的指导作用。该系统在生产、试验过程中主要存在火灾、爆炸、触电、机械伤害、高温烫伤、化学灼伤、中毒、噪声、粉尘等危险有害因素。其中，火灾、爆炸事故危害后果严重，企业应重点防范。

通过蒸气云模型对天然气储罐爆炸事故进行了爆炸后果危害模拟，并计算出发生蒸气云爆炸后所造成的人员死亡、重伤及财产损失的半径。

4.2 预防措施

（1）储罐区应与周围建筑物、装置及明火地点留有足够的安全距离。（2）储罐组周围应设有防火堤，不同类型储罐之间应设有防火隔堤。防火堤应采用不燃烧材料建造，且必须密实、闭合、不泄漏。（3）储罐应根据存储介质的种类进行设计，储罐、阀门、管道等设施应定期进行检查，确保不存在腐蚀、裂缝等导致介质泄漏的情况。（4）有可能发生可燃气体泄漏的区域内应设置可燃气体检测报警装置和防爆机械通风设施并进行联锁，将气体浓度设定在爆炸下限的25%以下。（5）有火灾爆炸危险的储罐应设有防雷和防静电接地措施等。

[1]GB6441-1986.企业职工伤亡事故分类.

[2]赵耀江.安全评价理论与方法[M].北京：煤炭工业出版社，2008.

[4]郭晓晓.TNT模型对LNG储罐蒸气云爆炸模拟分析[J].重庆科技学院学报，2013.

X773

A

1671-0711（2017）04（下）-0073-02