液氨危害程度计算知识讲解.docx
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液氨危害程度计算知识讲解.docx
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液氨危害程度计算知识讲解
液氨危害程度计算
4可能发生事故的种类及严重程度
4.1事故发生的可能性
该项目液氨在贮氨器、氨油分离器、中间冷却器、低压循环桶及管道中循环,一旦某一点出现破损会引起液氨泄漏,另外如不按操作规程进行操作,如过量充装,也会出现泄漏,因此应对设备、管道定期检测,加强维护和保养,职工严格按照操作规程进行操作,控制系统定期进行调试和维护保养,则出现泄漏的可能性较小。
主要存在以下情况:
1)设计失误
①基础设计错误,如地基下沉,造成容器底部产生裂缝,或设备变形、错位等;②选材不当,如强度不够,耐腐蚀性差、规格不符等;③布置不合理,如管道没有弹性连接,因振动而使管道破裂;④选用机械不合适,如转速过高、耐温、耐压性能差等;⑤选用计测仪器不合适;⑥储罐、贮槽未加液位计,反应器(炉)未加溢流管或放散管等。
2)设备原因
①加工不符合要求,或未经检验擅自采用代用材料;②加工质量差,特别是不具备操作证的焊工焊接质量差;③施工和安装精度不高,如泵和电机不同轴、机械设备不平衡、管道连接不严密等;④选用的标准定型产品质量不合格;⑤对安装的设备没有按《机械设备安装工程及验收规范》进行验收;⑥设备长期使用后未按规定检修期进行检修,或检修质量差造成泄漏;⑦计测仪表未定期校验,造成计量不准;⑧阀门损坏或开关泄漏,又未及时更换;⑨设备附件质量差,或长期使用后材料变质、腐蚀或破裂等。
3)管理原因
①没有制定完善的安全操作规程;②对安全漠不关心,已发现的问题不及时解决;③没有严格执行监督检查制度;④指挥错误,甚至违章指挥;⑤让未经培训的工人上岗,知识不足,不能判断错误;⑥检修制度不严,没有及时检修已出现故障的设备,使设备带病运转。
4)人为失误
①误操作,违反操作规程;②判断错误,如记错阀门位置而开错阀门;③擅自脱岗;④思想不集中;⑤发现异常现象不知如何处理。
4.2可能发生事故的危害程度
4.2.1氨燃烧后放出热量的计算
按储罐的储存系数按0.85计,液氨的相对密度为0.7(水=1)计算,液氨储存量为:
2.25×0.7×0.85=1.34t,
氨气的高燃烧热值为17250kJ/m3=1.725×107J/m3,
氨贮罐中氨燃烧后放出的热量为:
1.34×1000÷17×22.4×1.725×107J/m3=3.04×1011J。
4.2.2氨相当于梯恩梯(TNT)的摩尔量的计算
1千克梯恩梯炸药释放的能量为4.5×106焦耳,梯恩梯的摩尔质量为227.131g/mol。
氨爆炸相当于梯恩梯(TNT)的摩尔量为:
(6.75×1011J)/(227.131g/mol×4.5×103)=2.97×105mol。
4.2.3氨蒸发泄漏后氨的泄漏速度
假设氨蒸发泄漏,氨以气态泄漏。
气体从设备的裂口泄漏时,其泄漏速度与空气的流动状态有关,因此,首先需要判断泄漏时气体流动属于亚音速流动还是音速流动,前者称为次临界流,后者称为临界流。
当有下式成立时,气体流动属于亚音速流动:
当有下式成立时,气体流动属于音速流动:
上述两式中
,
的意义同前;
为比热比,即定压比热
定容比热
之比。
气体呈亚音速流动时,泄漏速度
为:
气体呈音速流动时,泄漏速度
为:
上诉两式中,
气体泄漏系数,当裂口形状为圆形时取1.00;三角形时取0.95;长方形时取0.90;
Y-气体膨胀因子,对于亚音速流动,
对于音速流动,Y=1
—泄漏液体密度,㎏/m3;
R—气体常数,J/
;
T—气体温度,K。
计算如下:
P0=0.1013
P=0.1013+1.3
=1.313
成立,
氨气的泄漏速度为:
=54,
假设泄漏口为圆型,即Cd=1,裂口面积为A=0.01㎡
氨的分子量约为:
M=17,
=0.7kg/m3
R=8.3145J/(mol·K)
氨的温度为30℃,T=30+273=303K
氨的泄漏速度Q0=11.66kg/s。
4.2.4氨罐泄漏后的影响范围
为了更好地了解装置在发生氨气泄漏事故时,可能造成的人员伤亡和财产损失的严重程度,为制定防范措施提供参考依据,本评估报告以贮氨器泄漏来进行模拟计算。
本次评估假设2.25m3贮氨器发生泄漏。
1)基本数据的取值
(1)液氨质量W:
按储罐的储存量为容量的85%,液氨的相对密度为0.7(水=1)计,
W=2.25×85%×0.7=1.34t=1.34×103kg;
(2)液氨储罐破裂前的介质温度t取12℃,即t=12℃;
(3)氨气的沸点t0=-33℃;
(4)液氨的平均比热c=4.6kJ/kg•℃;
(5)氨气的分子量M=17;
(6)氨气的气化热q=1374kJ/kg;
(7)氨气在空气中的危险浓度值C(%):
吸入5~10min致死的浓度:
C=0.5%;
人吸入后发生强烈的刺激症状,可耐受1.25min的浓度:
0.0818%。
2)中毒事故后果计算
(1)当贮氨器破裂时,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,此时全部液体所放出的热量为:
Q=W•c(t-t0)
=1.34×103kg×4.6kJ/kg•℃×[12-(-33)]℃
=2.77×105kJ
(2)设所放出的热量全部用于罐内液氨蒸发,则在沸点下的蒸发蒸气体积为:
Vg=(22.4Q/Mq)×(273+t0)/273
=[22.4×2.77×105/(17×1374)]×[(273-33)/273]
=233.5m3
(3)假设氨气以半球状向地面扩散,扩散半径为
将C=0.5%代入,得:
R=28.15m;
将0.0818%代入,得:
R=51.5m。
3)计算结果
根据计算有毒气体的半径R可知:
在28.15m的范围内吸入泄漏氨气5~10min可致死;
在51.5m的范围内人吸入后有强烈的刺激症状,可耐受1.25min。
贮氨器泄漏中毒后果分析可为企业在制订事故应急救援预案时,设置隔离区及制订疏散路线等提供依据。
4.2.5氨蒸气云爆炸的影响范围
液氨具有火灾爆炸的危险性,采用蒸气云爆炸事故模型对液氨泄漏进行计算。
1)伤害半径计算公式
①死亡半径公式:
R1=13.6(WTNT/1000)0.37
②重伤半径公式:
△P2=0.137Z2-3+0.119Z2-2+0.269Z2-1-0.019
Z2=R2/(E/P0)1/3
△P2=△PS/P0
式中:
△PS-引起人员重伤的冲击峰超压值,取44000Pa;
P0-环境压力,取101300Pa;
E-爆炸总能量(J),E=WTNT×QTNT
③轻伤半径公式:
△P3=0.137Z3-3+0.119Z3-2+0.269Z3-1-0.019
Z3=R3/(E/P0)1/3
△P3=△PS/P0
式中:
△PS-引起人员重伤的冲击峰超压值,取17000Pa;
2)财产破坏半径计算公式
R财=(KⅡ×WTNT1/3)/[1+(3175/WTNT)2]1/6
式中:
KⅡ-财产破坏系数,一般取KⅡ=5.6。
3)TNT当量计算公式
WTNT=α×Wf×Qf/QTNT
式中:
WTNT—蒸汽云的TNT当量,kg;
Wf—蒸汽云中燃料的总质量,kg;
α—蒸汽云当量系数,统计平均值为0.04;
Qf—蒸汽的燃烧热,J/kg;
QTNT—TNT的爆炸热,4500kJ/kg;
对于地面爆炸,由于地面反射使用使爆炸威力几乎加倍,一般应乘以地面爆炸系数1.8。
4)危险源基本情况表
表4.2.5-1危险源基本情况表
危险源
危险物质
储存量(t)
假设泄漏比例(按一个罐)
泄漏量W(kg)
液氨储罐
液氨
1.34
100%
1340
表4.2.5-2危险物质有关特性数据表
危险物质
沸点(℃)
燃烧热Qf(kJ/kg)
蒸气压(kPa)
液氨
-33.5
9180
1.59/21.2℃
5)计算结果
泄漏物质的TNT当量如下表4.2.5-3所示:
表4.2.5-3泄漏物质的TNT当量
危险物质
TNT当量WTNT(kg)
液氨
196.8
伤害、破坏范围如下表4.2.5-4所示:
表4.2.5-4火灾爆炸事故伤害、破坏范围一览表(m)
危险物质
死亡半径
重伤半径
轻伤半径
财产损失半径
液氨
7.45
12.42
32.39
12.6
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