氨制冷系统漏氨安全评价与对策研究.docx
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氨制冷系统漏氨安全评价与对策研究
氨制冷系统漏氨安全评价与对策研究
目录
1引言…………………………………………………………………5
2事故案例分析
2.1泸州一食品厂库房倒塌砸破管道液氨泄漏事故………………5
2.2杞县一冷库发生液态氨泄漏事故………………………………5
2.3深圳市某仓库区发生氨泄漏事故………………………………6
2.4某食品厂安全阀起跳大量氨液泄漏事故………………………6
2.5事故分析结论……………………………………………………6
3氨的特性及其氨制冷系统
3.1氨的特性…………………………………………………………7
3.1.1氨的物理化学性质…………………………………………7
3.1.2氨的毒性……………………………………………………7
3.2氨制冷系统………………………………………………………7
4氨制冷系统安全性分析与评价
4.1氨制冷系统预先危险性分析……………………………………8
4.2氨制冷系统安全评价……………………………………………9
4.2.1重大危险源评价……………………………………………9
4.2.2爆炸和火灾危险性评价……………………………………10
4.2.3氨泄漏程度评价……………………………………………10
4.2.4氨泄漏危害半径估算………………………………………12
5氨制冷系统的安全控制措施
5.1泄漏点控制措施………………………………………………13
5.2有关氨系统的防火防爆措施…………………………………15
5.3氨瓶的操作和管理……………………………………………15
5.4氨系统的安全试压要求………………………………………15
5.5氨制冷系统的检修……………………………………………15
5.6氨泄漏的处置方法……………………………………………16
6事故应急救援预案
6.1汇报流程………………………………………………………16
6.2分级预案………………………………………………………16
6.3应急物资………………………………………………………18
6.4急救措施………………………………………………………18
6.5应急演习………………………………………………………18
7结论………………………………………………………………19
参考文献……………………………………………………………21
致谢…………………………………………………………………22
摘要:
在企业生产经营中,安全生产是企业发展的根本,科学正确的设备操作与安全防范才是安全生产的有效保障。
尤其对于用氨制冷设备企业,更是如此。
本文以预防氨泄漏为主旨,通过氨制冷系统危险性分析、重大危险源的判定、爆炸和火灾危险性评价、氨泄漏程度评价、氨泄漏危害半径估算,分析了可能出现事故泄漏的设备和事故泄漏的后果。
用系统的观点阐述氨泄漏的预防措施,包括危险点的防范,日常操作规程(氨系统的防火防爆措施、氨瓶的操作和管理、氨系统的试压安全要求、氨系统的检修),以及氨泄漏的处理措施。
针对系统防范氨泄漏措施提出了有规划的应急预案,包括预案启动、预案分级处理、应急物资、急救措施、平时演习等方案。
唯有第一时间发现泄漏,立刻启动应急预案,才能使事故最小化。
关键词:
安全评价;氨泄漏;应急预案;制冷系统
Abstract:
Intheenterpriseproductionoperation,thesafetyinproductionistheenterprisedevelopmentbasis,thesciencecorrectequipmentoperationandthesafeguardisthesafetyinproductioneffectivesafeguards.Especiallyregardingusestheammoniarefrigerationplantenterprise,isso.Thisarticletakepreventsammoniadivulgingasaprimaryintention,theconsequencewhichthroughtheammoniarefrigerationsystemriskanalysis,thesignificantdangeroussource'sdetermination,thedetonationandthefirehazardappraisal,theammoniadivulgingdegreeappraisal,theammoniadivulgingharmradiusestimate,analyzedpossiblypresentedtheaccidenttodivulgetheequipmentwhichandtheaccidentdivulges.Elaboratestheammoniadivulgingpreventivemeasurewithsystem'sviewpoint,includinghazardpointguard,dailyworkinginstruction(ammoniasystem'sfireprotectionexplosionprecaution,ammoniabottle'soperationandmanagement,ammoniasystem'shydrostatictestingsafetyrequirements,ammoniasystem'soverhaul),aswellasammoniadivulgingprocessingmeasure.Proposedinviewofthesystemguardammoniadivulgingmeasurehastheplancontingencyplans,starts,theplanstagetreatment,thecriticalmaterials,thefirstaidmeasureincludingtheplan,plansandsoonpeacetimeexercises.Onlyhasfirsttimediscoverydivulging,startsthecontingencyplansimmediately,cancausetheaccidentminimum.
Keyword:
Riskassessment;Ammoniadivulging;Contingencyplans;Refrigerationsystem。
1引言
随着国民经济的高速发展,制冷业已成为现代人民生活和经济社会不可缺少的行业。
目前,我国大中型的冷冻加工及冷库等制冷设备大多采用氨为制冷剂。
由于氨的特殊性及制冷系统的复杂性:
制冷剂氨(NH3)为二级毒性的商品,当在蒸汽中容量达0.5-0.6%,就要使人致死,同时氨蒸汽在空气中含量达15.7%~27%,遇明火就要爆炸;而且用于制冷的压缩机、冷凝器等均属压力容器。
所以在氨制冷设备的使用中,一旦发生泄漏及其他事故都会给人身及财产带来严重的危害。
因此,如何确保氨制冷设备正常运行,意外泄漏事故之后应急处置,是一项非常重要的课题。
增加目前该类设备的安全情况统计资料,如果目前非常安全,我们没有必要写该篇论文。
本文以和路雪制冷系统为基础,对制冷系统可能发生的氨泄漏进行系统的预防。
2事故案例分析
2.1泸州一食品厂库房倒塌砸破管道10公斤液氨泄漏
2008年11月5日,泸州某食品公司库房发生垮塌,造成冻库液氨支管破裂,管内约10公斤液氨泄漏。
同时,库房外一段电线被砸断并产生火花,造成附近一天然气管道内的气体燃烧。
垮塌的墙体将6名利农公司工人和1名客户砸伤,其中1名工人因伤势较重经抢救无效死亡。
由于现场工人及时关闭了液氨阀门,事态得到了有效控制,泄漏的液氨除部分挥发飘散外,其余均排进了应急池。
这次事故没有造成严重大气和水体污染。
事故分析:
该库房一面是邻近公路的堡坎,其余是砖混结构,屋顶用预制板封闭,整个冻库库存液氨约800公斤。
发生事故时,库房建筑砸到冻库液氨支管,造成大量氨泄漏。
2.2杞县一冷库发生高纯度液态氨泄漏事故900名村民被紧急疏散
2007年10月2日清早7时左右,一户村民院里的大蒜储存冷库发生液态氨泄漏事故,全村村民约900人被紧急疏散。
由于疏散及时,故未造成人员中毒。
泄漏的液态氨纯度高达97%,泄漏处白雾浓密,足以挡住人的视线。
5名消防队员穿上防护服,戴上空气呼吸器进入现场。
发生泄漏的是一个储存液态氨、容积为1.6吨的罐体,白雾从通向冷库的一个阀门处向外喷涌。
两名消防队员用喷雾水枪稀释空气中的氨。
技术人员先找到与发生泄漏的阀门相连的管道前后的两个阀门,然后消防队员很快将这两个阀门拧紧,氨气泄漏强度这才逐渐缓和下来。
约50分钟后,氨气终于停止泄漏。
消防队员继续用喷雾水枪进行稀释,30分钟后,空气中再也闻不到刺鼻的气味了。
接着,消防队员又将罐体内剩余的液态氨注入水缸里。
10时20分,险情彻底排除。
事故分析:
发生泄漏的冷库今年以来没有使用过,罐体内储存的液态氨没有消耗,为饱和状态,这为泄漏埋下了隐患。
泄漏的直接原因是管道阀门故障,冷库主人显然没有及时维护。
2.3深圳市宝安北路仓库区昨发生氨泄漏事故
2007年7月10日上午10时,位于深圳市宝安北路笋岗仓库区内的深圳市冷冻公司厂区内发生冷却用化学试剂液态氨严重泄漏事故。
后经笋岗、罗湖及黄贝特勤三个消防中队的联合扑救,事故现场得到有效控制,险情也得到及时排除。
事故中除笋岗消防中队一名消防队员在抢险中,因吸入过量氨气发生中毒送院治疗外,没有造成其他人员及财产损失。
在事故现场,消防队员一方面冒着氨气浓烈的刺鼻气味,配合该公司技术人员寻找氨气泄漏源,阻断氨气的继续泄漏;另一方面开动消防水对现场进行冲刷,溶解氨气并使其不断得到稀释,降低氨气的刺激作用。
10时46分,消防员发现了泄漏源,立即采取堵漏措施,关闭了泄漏氨气的阀门,并继续向泄漏现场射水。
到下午5时左右,事故现场已基本清理完毕,公司立即着手对设备进行检修。
事故分析:
导致这次氨气泄漏事故的原因是该公司已使用17年的冷冻设备中位于设备间的一氨气开关阀门的底盖上六个固定螺丝中的两个因生锈老化,发生松脱失去密封作用,管道中的液态氨在压力作用下,由该阀门冲出并气化形成大量白烟所致。
2.4某食品厂安全阀起跳大量氨液泄漏事故
某食品厂在某日凌晨4点10分左右发生了安全阀起跳大量氨液泄漏事故,造成十几名员工受到不同程度中毒。
据当班人员介绍,制冷系统在凌晨3点就停止运行,4点10分左右在停机的状态下,机房外面突然发现有异常的汽体泄漏声音,当班人员马上赶到声音来源处查看,隐约地感到泄漏非常猛烈,当班班长立刻命令启动应急预案,分头疏散人员并进行相应的安排。
班长判断可能是安全阀泄漏,经过了努力的抢救,几分钟后事故现场得到了有效的控制。
在人员疏散中,离排放口约15米处的一幢宿舍楼的员工有十几名员工受到了不同程度的中毒。
事故分析:
引起事故发生有几个原因,即设备原因和管理不到位等原因。
设备原因:
安全阀没有定期检验,属超期使用。
由于阀内的弹簧断裂造成安全阀失灵,致使安全阀在所属的容器没有超压的情况下起跳,造成大量氨汽泄漏。
管理不到位的原因:
在调查中发现,该公司没有设立安全管理员及进行安全管理培训,在管理程序中没有对安全附件定期检验进行监督,安全附件的使用没有进行有效的防范;宿舍楼与危险源的安全距离不够;(宿舍区与危险源的安全距离一般为25米以上)公司的员工未进行有关危险源泄漏的自我防护措施培训。
2.5事故分析结论
上面四起事故分别描述分析了氨管道的泄漏、储罐泄漏、氨气开关阀门损坏、安全阀失效。
我们可以分析发生氨泄漏的常见原因有管理不善,工人违章操作以及设备、容器陈旧老化、管道破裂、阀门损漏、贮罐爆炸等导致生产性事故或意外事故所造成。
而且一旦发生氨泄漏将会产生严重的危害,不仅会对人员产生毒副作用和财产损失,还会影响周围环境。
3氨的特性及其氨制冷系统
3.1氨的特性
3.1.1氨的物理化学性质
氨,制冷剂代号R717,是一种理想的制冷工质,具有良好的热力学性质。
在限制和禁止使用CFC物质的形势下,氨由于对臭氧层无破坏作用,使用较广泛。
氨(NH3)为无色、有剌激性辛辣味恶臭的气体,分子量17.03。
比重0.597。
沸点―33.33℃。
溶点―77.7℃。
爆炸极限为15.7%~27%(容积)。
氨属于火灾、爆炸危险物质。
氨在常温下加压易液化,称为液氨,接触液氨可引起严重冻伤。
与水形成氨水(NH3+H2O=NH3·H2O),呈弱碱性。
氨水极不稳定,遇热后分解,1%水溶液PH值为11.7。
浓氨水含氨28%~29%。
氨在常态下呈气体,比空气轻,易逸出。
液氨属于危险化学品第二类压缩气体和液化气体(危险化学品名录2002版),危险货物编号为23003,UN号为1005。
3.1.2氨的毒性
急性毒性为:
LD为50350mg/kg(大鼠经口);LC为501390mg/m3,4小时(大鼠吸入)。
制冷剂氨不属于剧毒物质和一般毒物(剧毒化学品目录2002版),属于低毒类。
氨气的溶解度极高,所以常被吸附在皮肤黏膜和眼黏膜上,从而产生刺激和炎症。
氨气可麻痹呼吸道纤毛、损害黏膜上皮组织,使病原微生物易于侵入,减弱人体对疾病的抵抗力。
氨被吸入肺后容易通过肺泡进入血液,与血红蛋白结合,破坏运氧功能。
短期内吸入大量氨气后可出现流泪、咽痛、声音嘶哑、咳嗽、胸闷、呼吸困难等症状,严重者可发生肺水肿、成人呼吸窘迫综合征,同时可能发生呼吸道刺激症状。
综上,氨中毒主要抑制中枢神经系统,正常情况下,中枢神经系统能够抑制外周的低级中枢,当中枢神经系统受抑制,使得其对外周低级中枢的抑制作用减弱甚至消失,从而外周低级中枢兴奋,出现一系列如肌随意性兴奋、角弓反射及抽搐等本能反应。
3.2氨制冷系统
制冷系统包括蒸发器、压缩机、冷凝器、节流阀、储罐、输送管道等组成,见图1。
制冷是一个封闭的系统,制冷工质在系统中藉助压缩机械能输送流动,完成制冷循环。
其中高压部分是储罐和冷凝器部分。
在制冷设备操作管理当中,正确掌握和精心操作最为关键。
首先液态氨在蒸发器中吸收了制冷对象的热量,蒸发成氨蒸汽;氨蒸汽包含着吸收来的热量被压缩机抽送到冷凝器,并压缩成高压、高温的氨蒸汽,这时候氨蒸汽中又加进了电动机的热功当量所附加的热量;冷凝器中的氨蒸汽,将热量传送给温度较低的冷却水,失去热量的氨蒸汽被冷凝成为液态氨;节流阀将冷凝下来的液氨再有节制的补充给蒸发器,使蒸发器能够连续地工作;整个工作过程就是将低于制冷对象中的热量,强制送到冷却水中去,使制冷对象失去热量,温度降到我们所需要的温度;而冷却水吸收了热量后,又通过水蒸汽的蒸发,将热量传送给了大气。
氨制冷设备的正确操作,直接关系到制冷效果和安全问题,而制冷效果关系到企业的生产成本及产品品质问题;安全问题关系到人身安全及财产安全。
冷却水
输送管道
蒸发器
压缩机
节流阀
液氨储罐
冷凝器
图1制冷系统示意图
以和路雪(中国)有限公司为例。
和路雪的冰激凌凝冻、冷库制冷以及空调系统所用液氨,都是由同一氨储罐提供。
同时下属分别为-45℃、-35℃和-10℃三套系统。
-45℃系统用于冷冻隧道,-35℃系统用于冷库和凝冻机,-10℃系统用于冰激凌老化间和空调。
液氨储罐为卧式圆柱体,体积为5m3,储存5m3的液氨,压力为1.0MPa~1.4MPa。
整体系统(储罐和设备内)储存25吨。
4氨制冷系统安全性分析与评价
4.1氨制冷系统预先危险性分析
根据和路雪制冷系统实际运行情况统计分析,安全风险主要来源于氨泄漏。
氨泄漏危险点主要有:
(1)管路系统泄漏(包括管道、阀门、连接法兰、泵的密封等设备及部位);
(2)储罐泄漏;
(3)制冷系统设备部件泄漏(蒸发器、压缩机、冷凝器);
(4)自然因素,如地震、雷击等。
应用预先危险性分析方法对氨制冷可能发生的事故,预先危险性分析是对系统存在的各种危险因素(类别、分布)出现条件和事故可能造成的后果进行宏观、概率分析的系统安全分析方法,其目的是早期发现系统的潜在危险因素,确定系统的危险性等级,提出相应的防范措施,防止这些危险因素发展成为事故。
严重程度按可能造成人员伤亡和财产损失划分为三等,三级为最严重;发生概率按以往经验划分为三等,三级为最最易发生。
危险性为严重程度与严重程度的乘积,分值越高,危险性越大。
把氨制冷系统氨泄漏危险点划分为11点,见表1。
由表1看出安全阀漏点、融霜爆点和储罐泄漏危险性最高,也是平时应重点防范的对象。
预防措施见本文5.1针对表1提出的安全防范措施。
4.2氨制冷系统安全评价
4.2.1重大危险源评价
根据重大危险源辨识(GB18218-2000)中规定,部分有毒物质名称及临界量见表2。
和路雪制冷全部使用氨的数量25吨,不超过临界量,不构成重大危险源。
4.2.2爆炸和火灾危险性评价
对照《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》(GB50058-92)规范标准,氨制冷系统属于第二级释放源,制冷装置在正常运行时不会释放易燃物质;即使释放也是在压缩机、氨泵的轴封处和阀门、法蓝、管件接头等密封处偶尔的、短时的发生。
第二级释放源存在的区域,可划为2区。
(2区的概念是在正常运行时不可能出现爆炸性气体混合物的环境。
正常运行是指正常的开车、运转、停车,易燃物质产品的装卸,密闭容器盖的开闭,安全阀、排放阀、以及所有工厂设备都在其设计参数范围内工作的状态。
)
但规范《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》(GB50058-92)第2.2.5条又说:
“当通风良好时,应降低爆炸危险区域等级”;规范第2.2.2条还同时规定:
“易燃物质可能出现的最高浓度不超过爆炸下限的10%”,可划为非爆炸危险区。
根据《冷库设计规范》(GBJ72-84)第8.0.2条规定“氨压缩机房应设事故排风装置,换气次数应取8次/小时,排风机宜选用防爆型”。
据此,氨压缩机房可视为通风良好,应按降低区域等级处理;从上述分析中得知,出现最高浓度能超过爆炸下限10%的概率近似为零。
同时氨的比重很轻,在标准状态下,氨的比重是0.59kg/m3。
仅为空气的0.546,而且其扩散能力较强,扩散系数为0.17cm2/s,仅次于氢、氧。
因此,它难以聚集到爆炸极限的浓度。
因此,可以将氨制冷系统作为非爆炸危险区看待。
另外在氨制冷工序中,应当注意氨压缩机房的防火要求,在《建筑设计防火规范》中将氨压缩机房列为乙类火灾危险的厂房,应采用一、二级耐火等级的建筑,《冷库设计规范》中对氨压缩机房也有专门的设计要求,应当有足够的泄压面积,电气设备要按Q-2(1区)级防爆要求考虑,并设有紧急泄压装置及可供抢救时喷洒水雾的消火栓。
4.2.3氨储罐泄漏程度评价
和路雪氨储罐(高压液化气储罐)的储量最大,压力最大,其泄漏后的危险最大,所以计算该罐的泄漏所造成危害。
根据类比资料,氨泄漏一般产生自储气罐泄漏,本项目氨储罐液氨储量为5吨,根据统计资料,该类容器失效允许概率1.0×10—5。
如果处于满装状态,罐内不存在气相空间,此时即使少许裂缝出现,由于少量液体的泄漏也会引起内压的迅速下降而处于过热状态,液体全部汽化,从而最终导致灾难性破裂;如果储罐没有满装,当破裂处位于气相空间时,在破裂面积较大的情况下,高压蒸气通过裂缝或孔洞喷出,储罐内压急剧下降,直到环境压力(常温)。
由于内压急剧下降,气液平衡遭到破坏,储罐内流体处于过热状态,过热状态的液体为了再次恢复平衡,内部会均匀地产生沸腾核,同时产生大量气泡,液体体积急剧膨胀,最终也导致蒸气爆炸。
对于以上两种情况,泄漏量可按存储介质瞬间全部泄漏计算。
若裂口面积不大,即使有蒸气喷出,但由于储罐内压下降不急剧,液体不会达到过热状态,因此不会发生蒸气爆炸。
气体或蒸气的泄放可分为节流泄放(ThrottlingRelease)和自由泄放(FreeExpansionRelease)。
对于节流泄放,气体或蒸汽的压缩能绝大部分用来克服摩擦阻力;而对于自由泄放,则绝大部分转化为动能。
节流泄放模型需要裂口的详细物理特征,因而只考虑较为简单的自由泄放模型。
气体从裂口泄漏的速率与其流动状态有关。
因此,计算泄漏量时首先要判断泄漏时气体流动属于音速还是亚音速流动,前者称为临界流,后者称为次临界流。
当下式成立时,气体流动属于音速流动:
公式
(1)
式中:
P——容器内介质压力,Pa;P0——环境压力,Pa;κ——气体的绝热指数(热容比),即定压热容Cp与定容热容CV之比。
代入P0=1.013×105,P=1.4×106,κ=1.313,得出
,所以氨流动处于音速流动,为临界流。
气体泄漏量计算公式为:
公式
(2)
式中:
QG——气体泄漏速度,kg/s;P——容器压力,Pa;Cd——气体泄漏系数;A——裂口面积,m2;M——分子量;R——气体常数,J/(mol·k);TG——气体温度,K;Y——流出系数,对于临界流Y=1.0。
Cd泄漏系数的取值范围在0.6~1.0之间。
按泄漏孔的形状可分:
圆形孔,Cd=1.0;三角孔,Cd=0.95;长形孔,Cd=0.90。
孔口为内层腐蚀形成的渐缩孔,0.9<Cd<1.0;孔口为外力机械损伤形成的渐扩孔,0.6<Cd<0.9。
本例取圆形孔。
代入P0=1.013×105Pa,P=1.4×106Pa,κ=1.313,Cd=1,A=1×10-4m2,M=17,R=8.314J/(mol·k),TG=293K,
kg/s
和路雪储罐大约有5吨液氨,按计算出泄漏速度7.84kg/s为标准,638s即全部泄漏。
氨侵入途径为吸入,低浓度氨对粘膜有刺激作用,高浓度可造成组织溶解坏死。
根据《工业企业设计卫生标准TJ36—1979》,居住区大气中有害物质的最高容许浓度限值为0.20mg/m3(一次值),车间空气中有害物质的最高容许浓度为0.20mg/m3。
可以得出必须立即执行应急预案,否则将导致严重后果。
4.2.4氨泄漏危害半径估算
和路雪储罐储存液氨重量为W=5t,储罐破裂前罐内液氨温度为T=20℃,压力为1.4MPa,液氨的平均比热C=4.6kJ/(kg·℃)。
当储罐破裂时,罐内压力降至大气压,液氨急剧蒸发,其蒸发汽化热来自液氨由20℃降低到沸点Tb―33℃的热,液氨提供的热可由公式(3)计算:
公式(3)
得出热Q=1.219×106kJ。
假设这些热量全部用于罐内液氨的蒸发,根据液氨的汽化热(q=1.37×103kJ/kg),即可求得液氨的蒸发量W:
公式(4)
得出W=890kg,。
有关氨的毒性数据见表3。
表3氨急性短时间接触浓度及危害
空气中氨气浓度mg/m3
接触时间
min
危害程度
67.2
45
鼻咽部有刺激感
70~140
30
呼吸变慢,眼和上呼吸道不适,恶心,头痛
210~350
28
鼻、眼刺激,呼吸及脉搏加速,有明显不适
700
30
立即咳嗽,有强烈刺激作用
1750~4500
30
危害生命,可立刻死亡
为了便于计算,将表中的浓度划分为3个等级,即以100mg/nl为轻度危害,500mg/nl为中度危害,4000mg/nl为重度危害。
并假设在静风条件下,氨气初始云团按半球状在地
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