涉氯工程安全设计要点综述

赵明明

（山东新华医药化工设计有限公司，山东淄博 255000）

2011年8 月，某省一化工企业发生液氯泄漏事故，该事故是由氯气分配器短节的锈蚀导致，事故致使6人中毒。2020年6月，某省一化工企业同样发生液氯泄漏事故，起因是由储罐顶进料管的腐蚀破裂导致，所幸是未造成人员的伤亡。近些年，液氯泄漏事故时有发生，悲剧不断上演，造成人民群众生命和财产损失严重，应当引起重视。

1 氯的理化性质及危险特性

氯，又称氯气、液氯，CAS号7782-50-5，常温常压下为黄绿色且有强烈刺激性气味的气体，加压可液化为金黄色油状液体。分子量70、沸点-34.5℃、气体密度3.21kg/m³、气化焓10.2kJ/mol，标况下1体积液氯可气化为484体积氯气，同时吸收大量热。

氯不燃但助燃，易燃气体或蒸气能与氯气混合形成爆炸性混合气体。吸入后接触呼吸道黏膜中的水分，导致局部刺激和腐蚀。MAC职业接触限值1mg/m³，长期低浓接触可引起诸多慢性病，吸入高浓度氯气可致死。

2 涉氯工程安全设计

氯列入《高毒物品目录》[1]《首批重点监管的危险化学品名录》[2]《危险化学品目录》[3]中的剧毒品和《特别管控危险化学品目录》[4]中的有毒化学品，在设计中应足够重视。

2.1 总图布置

对于液氯仓库、实瓶库和灌装站的布置，《化工企业总图运输设计规范》[5]强调其应布置在地势较低的开阔地带，且位于厂区全年最小风频的上风侧；远离主要道路及易燃易爆品的生产、储存和装卸设施，与人员集中场所保持至少50m间距。《石油化工工厂布置设计规范》[6]提出“高毒泄漏源”的概念，对于纯氯或者氯含量超过3 000×10－6的物料，则属于高毒泄漏源范畴，其中规定了其与人员集中场所的最小安全防护距离。

液氯为液化气体、剧毒化学品，能引起严重烧伤。一旦发生事故，危害严重，特别是危及人的生命安全。上述两个规范都对与人员集中场所的距离提出了要求，以保护人的生命安全。氯气密度重于空气，泄漏的氯气会在风的作用下，沿着地面向低洼地带扩散。因此，在进行总图布置时，要充分考虑地势、风向以及人员集中场所的位置，科学合理的布置。

2.2 存储

《关于氯气安全设施和应急技术的指导意见》[7]推荐采用密闭结构储存液氯，时隔十年，应急管理部办公厅发布《淘汰落后危险化学品安全生产工艺技术设备目录（第一批）》[8]，将“未设置密闭及自动吸收系统的液氯储存仓库”列入淘汰落后设备，原因是不密闭及不配备自动吸收系统的液氯仓库安全风险高，容易发生中毒事故，因此液氯仓库应密闭储存，还要设置与报警装置连锁的自动吸收装置。

液氯剧毒，构成重大危险源的临界量为5t，其储存场所很容易构成重大危险源，极易发生泄漏引起人员中毒，安全风险高。因此，在设计液氯仓库时，应该按照密闭仓库进行设计，设置机械通风和事故时的自动吸收设施，自动吸收设施与仓库内的氯气报警器连锁，以免氯气向外扩散。

《剧毒化学品、放射源存放场所治安防范要求》对储存剧毒化学品仓库的实体防护提出了要求，指出剧毒化学品储量构成一、二级风险的，其仓库墙壁应采用混凝土墙或实心砖墙建造，墙壁厚度≥250mm，并且仓库上部应为现浇钢筋混凝土屋面，厚度≥160mm。因此，设计时不仅要密闭，还要满足本规范对土建结构的要求。

2.3 卸车

液氯卸车主要有三种方式：钢管硬连接、金属软管连接和鹤管连接。

钢管硬连接，即液氯槽车开到储罐附近后，操作工人用预先备好的各种管件现场配管，安装完成并试压合格后再进行卸车操作；金属软管连接，即液氯储罐通过软管与槽车卸车口连接进行卸车操作，软管需要定期检查和试压；鹤管连接，即液氯储罐通过鹤管与槽车连接进行卸车操作。鹤管其实质是由钢管和旋转接头组成的，兼具钢管的强度和金属软管的灵活性，并且克服了钢管硬连接的操作不便、劳动量大以及金属软管强度低、易爆管的缺陷，是目前力推的液氯卸车方式。

《国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知》《关于进一步加强危险化学品建设项目安全设计管理的通知》和《石油化工企业设计防火标准》[12]中都要求采用鹤管卸车，禁用使用软管。

液氯管道使用软管连接也被列入《淘汰落后危险化学品安全生产工艺技术设备目录（第一批）》[8]中被淘汰的落后设备之列，指出金属软管缺乏检测要求，安全可靠性低。《危险化学品企业安全分类整治目录》也将其列入整治目录。

由于软管连接易发生泄漏事故，一旦泄漏危害性较大，使用鹤管代替管道硬连接和金属软管连接已成趋势。设计时，应注意液氯槽车为顶部装卸，鹤管应设置在平台之上，选用密封性能好、带有气相平衡口的鹤管，且应设置干式切断阀，以便鹤管与槽车分离时无泄漏。

2.4 自动化控制和安全仪表系统（SIS）

《危险化学品安全专项整治三年行动实施方案》要求危化品企业提升自控水平，对涉及“两重点一重大”的生产及储存设施，完善可燃和有毒气体报警装置、紧急切断装置和自动化控制系统。

《危险化学品企业安全分类整治目录》将涉及氯化工艺的上下游配套装置未实现自动化控制的列入，主要是氯化工艺涉氯，反应装置自身安全风险高，而且液氯气化、氯气吸收等上下游工序也容易发生事故，同样需要实现自动化控制，以尽可能减少作业现场操作人数。

《危险化学品重大危险源监督管理暂行规定》和《危险化学品企业安全分类整治目录》要求涉及毒性气体、液化气体、剧毒液体的一级和二级重大危险源必须配备独立的SIS系统。

自动化控制和安全仪表系统是事故时减少人员伤亡的有效措施，是危化品企业发展的趋势，对于构成“两重点一重大”的危险化学品建设项目，应当在设计初期开展HAZOP分析，进行SIL等级评估，根据工艺过程危险和风险分析结果，确定SIL等级，设计合适的SIS系统。

2.5 压力容器和压力管道

液氯储罐设计温度50℃，设计压力至少为该温度下的饱和蒸气压。液氯常压气化温度可低至-34.5℃，其选材一般为16MnDR。应严格控制充装系数≤0.8，设置至少一台备用储罐，备用储罐的容积应考虑最大罐容积。储罐应配备安全阀、压力表、温度表和液位计等安全附件，液位计应至少采用两种型式不同的液位计。

对于满足压力管道条件的液氯管道，其压力管道等级为GC1级，危害性大。氯为A1类流体，其法兰型式不应采用平焊，法兰的公称压力至少为2.0MPa且有25%以上余量，若选用软垫片，法兰密封面型式应为榫槽面或者凹凸面。管道应进行强度实验和气密性实验，GC1级压力管道的X射线的探伤比例应为100%。

液氯储罐为压力容器，不可充装过量，应保证设计选材合适、安全附件齐全；法兰是管道易泄漏的环节，设计时应选择合适的法兰型式及密封面，并配用耐氯腐蚀垫片；100%射线无损检测技术等级不低于NB/T47013规定的AB级，合格级别不低于NB/T47013规定的II级，检测合格后，进行水压实验和气密性实验以保证管道的强度和密封性能，实验压力分别为设计压力的1.5倍和1.0倍。

2.6 三氯化氮含量控制

三氯化氮为黄色黏稠状液体，沸点71℃、自燃爆炸温度95℃，由于工艺生产特点，三氯化氮不可避免地存在于液氯当中，液氯中三氯化氮含量超过5%时，会有爆炸危险，因此，应控制液氯中三氯化氮的含量，避免危险发生。

氯气液化采用氨冷冻盐水的工艺被列入《淘汰落后危险化学品安全生产工艺技术设备目录（第一批）》[8]，其原因在于用氨来冷冻盐水易形成氨盐漏进液氯中，产生三氯化氮带来危害。

《淘汰落后安全技术装备目录》将釜式液氯气化器列入淘汰设备，因为釜式气化器容易造成三氯化氮的积累，要求采用液氯全气化工艺，使用套管或列管式液氯气化器，气化温度≥71℃，采用热水加热，热水温度控制在75～85℃。

即便选择了合理的工艺和设备来避免三氯化氮积聚，也应加强三氯化氮含量的检测，避免由于三氯化氮积聚带来的风险。

3 结束语

近些年来，国家对于危化品项目的安全设计越来越重视，以期从源头遏制企业危险事故的发生，提高企业的本质安全水平。作为化工设计人员，应提高自身的设计水平，充分把握和理解法律法规、文件条例、标准规范的要求，做到安全设计。