液氨储罐的危险辨识与工艺控制

史晋强

（太原化工新材料有限公司，山西 太原 030400）

0 引言

在一个化工企业中，建设有10 万t 合成氨装置，配套拥有1 个液态氨球罐，容积为650 m3，储存量近400 t。本文对这个化学企业的液氨储罐进行危险辨识，对其中的一些危险和有害的因素进行分析，并从本质安全出发，设计工艺控制，从根本上解决因人为因素导致的安全事故，保证装置安全稳定运行。

1 液氨物化性质及危险特性

液氨具有刺激性气味，具有腐蚀性，易挥发，其爆炸范围在16%～25%之间。在加热的情况下会发生分解。氨气对皮肤、黏膜、眼睛具有强烈的腐蚀作用，具有显著的刺鼻味道，过量会导致剧烈的咳嗽、哮喘、肺水肿、呼吸困难，甚至会导致严重烧伤，最大的伤害是对中枢神经系统进行了抑制，事故发生率较高。如果出现了意外，将会造成很大的影响，因此，在安装、使用和维护过程中，都要严格遵守国家有关的法律、法规[1]。

2 危险有害因素辨识

2.1 重大危险源判定

根据重大危险源辨识（GB 18218—2009）中规定，部分有毒物质名称及临界量见表1。PL 公司的液氨储量400 t，超过临界量，构成重大危险源[2]。

2.2 危险性分析

危险性分析目标是要辨识出系统中可能出现的全部危险源，辨识出其可能造成的危害结果，然后按照其风险等级对其进行等级划分，最终制定出相应的风险控制策略。

危险等级通常分为4 个等级：

I级：安全，通常不会出现意外，也不会任何影响，可以不考虑。

Ⅱ级：临界的，具有引发意外事件的可能，并在危险的情况下，目前还没有引起生命和财产的损害，但是需要采取相应的措施来加以控制。

Ⅲ级：危险的，极有可能引起事故，造成人员伤亡，需及时加以控制。

Ⅳ级：灾难性的，极易引发意外，对生命和财产的严重破坏，应及时采取行动。

通过对某公司液氨储存罐内的实际操作数据的统计和分析，发现了以下方面的安全隐患：液氨贮存槽发生物理爆破；液氨贮槽内因氨泄露造成的中毒，火灾，爆炸等事故；地震、雷击等自然灾害。

对风险点的分类和分析，如表2 所示。由表2 可知，在液体氨贮槽中，发生物理爆炸及氨泄露的风险是很大的，在日常生活中，也是需要注意的问题。

2.3 事故模拟计算

2.3.1 泄漏程度分析

储氨罐的单液氨容量是400 t，经统计，这类氨球罐的失效允许几率为1.0×10-5。储罐是未装满的，一旦出现爆裂，在爆裂区域处于气相中时，由于爆裂区域很大，高温蒸汽从裂隙中喷射而出，使储罐内部压力骤降至室温。因为内压突然降低，汽液平衡被打破，储罐中的流体处于过热状态，最后也会造成蒸汽爆炸。根据储存介质在某一时刻的总泄露，可以计算出泄露的数量。

液体氨水的泄露速率可以通过以下的伯努利（Bernoulli）方程式（1）来计算[3]：

式中：Q0为液体泄露速率，kg/s；Cd为液体泄露系数；A为裂口面积，m2；ρ 为泄露流体密度，kg/m3；P 为罐内介质压力，Pa；P0为环境压力，pa；g 为重力加速度，m2/s；h 为裂口之上液体高度，m。

取圆形孔，圆孔直径为150 mm，裂口面积A=0.017 66 m2。

不考虑其他情况，进行计算得：Q0=447 kg/s。单个储罐的泄漏时间t=400 t÷447 kg/s=895 s=15 min。

2.3.2 危害半径计算

假设该公司发生氨泄漏时，通过计算可知，半径在1 594.4 m 区域为STEL 浓度区域，在半径为954.1 m区域为轻度危害，在半径为557.8 m 区域为中度危害，在半径为326.3 m 区域为重度危害。所以要严防中毒危害，设置警戒线，快速撤离危险区域人员[3]。

3 工艺控制

3.1 本质安全

本质安全是人类在生产生活的实践中，对事件的处理方式从被动的应对，向主动的事前防范转变，从而从根源上杜绝事故的发生，为人类的自我保护提供了一种新的安全意识。液氨储罐的设计，应以此为依据，运用风险与可操作性研究，对该系统中潜在的潜在危险进行了分析，并对其进行了识别。从而从根源上解决了由于设备故障或人为原因引起的安全事故。

实现生产工艺控制自动化[4]。要想提升企业的安全管理水平，减少风险，就需要增加对安全专项经费的投资，除了对主要设备和设施进行定期的更新和维修外，还需要引入信息的监控和控制技术。例如，氨气体的在线监控报警，现场监控系统，自动隔离系统等等，有关人员能够从资料资料中作出判断，快速、高效地处理突发事件。从某种意义上说，这类技术可以预防或减少事故的发生。

3.2 氨罐压力控制

液氨储罐本体要避免腐蚀泄露，故选择低温碳钢，壁厚8 mm。设置超压保护安全阀，同时设置压力联锁。见表3。

表3 DCS 压力联锁

在压力控制方面：

1）准确地记录储罐压力和动态，并要求操作和维修人员对储罐进行仔细的巡视，发现问题，立即响应方案。

2）根据设定的过程要求，将液氨储罐压力控制在2.5～5 kPa，防止过高的压力发生。同时经常检查仪表，保证仪表设施完好性。

3）正确启用联锁保护，将液氨储罐压力保持在正常范围内。

3.3 氨罐液位控制

为了防止氨储罐的液位在太高或太低时运行，控制储罐液位是一项很重要的控制参数。见表4。

表4 DCS 液位联锁

1）根据操作和巡检规程，定期巡检，如实反映出液氨罐的液位变化。

2）与仪器维修部门一起，定期对液氨的液位计进行校准。保证液位开关完好。

3）按照液位指标操作，正确投用联锁，保证储罐液位在正常范围。

4 结语

虽然液氨储存容器的容量很大，液氨又是高毒物质，对人体和环境都有很大的风险。但在现实中，由于液氨泄漏事件的发生，其泄漏量和储罐的损伤情况是很难预料的。本文对液氨储罐进行了风险辨识，同时提出从本质安全上入手，完善储罐工艺自动化控制，并严格执行，可有效降低人为误操作等因素造成的事故几率，确保化工企业的安全、稳定运转。