氨分解装置中液氨储罐火灾爆炸危险性分析.pdf

1、第 卷第 期 年 月中 国 安 全 生 产 科 学 技 术 文章编号：（）收稿日期：作者简介：高梦非，助理工程师。通讯作者：宋文华，教授，博士生导师。倡 基金项目：天津市应用基础及前沿技术研究计划重点项目（）氨分解装置中液氨储罐火灾爆炸危险性分析倡高梦非，张哲源，张苗，宋文华（天津市公安局消防局，天津；天津工业大学 环境与化学工程学院，天津）摘要：以某金属处理企业氨分解装置中液氨储罐罐区为例，对液氨泄漏后火灾爆炸事故及其伤害范围进行了研究，用池火、蒸气云爆炸和沸腾液体扩展蒸气爆炸模型进行计算分析，给出火灾、爆炸事故的人员伤害和财产损失范围。结果表明：围堤堤内池火或罐内池火时，罐区建构筑物内的汽

2、化器、管道等设备会因直接过火或热辐射导致损坏，建筑内人员死亡，但难以波及罐区之外；蒸气云爆炸产生相当于 爆炸的当量，爆炸的后果严重，应重点防范，防范的重点为液氨泄漏、点火源；沸腾液体扩展蒸气爆炸的火球半径 ，持续时间 ，死亡半径 ，其源于储罐受热或系统突然失效，液体瞬时泄漏汽化并遇点火源而发生，具有突发性且后果严重，企业应高度重视并严格储罐及系统的定期检验与校验、密切关注系统的有效运行。关键词：液氨罐区；池火；蒸气云爆炸；沸腾液体扩展蒸气爆炸；危险性分析中图分类号：文献标志码：doi：-Analysis on fire and explosion hazard of liquid ammoni

3、a tank in ammoniadecomposition equipment-，-，-（，；，）Abstract：-，-（），-，Key words：；0引言液氨为液化状态的氨气，沸点 ，一般储存于钢瓶或储罐中，易液化，在一个大气压下把氨冷却到 ，或在常温下加压到 大气压，氨就能冷凝成无色的液体并同时放出大量的热。液氨密度约为 ，液氨同样也容易气化，降低压力就急剧蒸发，并吸收大量的热，是一种常见的工业原料和制冷剂。液氨又称无水氨，有特殊的刺激性气味，可燃，引燃温度 但较难点燃，爆炸极限 ，最易引燃浓度是。产生最大爆炸压力时的浓度是。据统计，年之前国内发生的重（特）大典型事故中，从事故发生频

4、率和事故造成人员伤亡的角度，氨泄漏危害仅次于氯气，位居第二。近年来，液氨泄漏引发的火灾爆炸事故也时有发生，如：年 月 日，浙江舟渔公司的液氨泄漏爆炸造成 人死亡，人受伤多人被困；年 月 日，山西省长治市长钢瑞达焦业有限公司脱硫液槽顶部进行焊接作业时产生火花引起脱硫液槽内氨气爆炸，造成 人死亡，人受伤，这两起事故为液氨汽化后遇到点火源形成的爆炸事故；年 月 日，吉林宝丰公司的液氨泄漏事故是由于电气火灾点燃液氨的火灾事故，造成 人死亡，上百人受伤，是国内因液氨泄漏造成伤害最大的安全生产事故。从上世纪 年代起，国内外对火灾爆炸模型就开始了大量的理论及实验研究，池火灾、蒸气云爆炸 、沸腾液体扩展蒸气爆

5、炸是几种广泛应用于罐区火灾爆炸危险分析的计算模型。、导出的经验公式描述了池火灾特征参数并对池火灾的热破坏准则和危险分析做出研究；-提出 模型用来表示蒸气云爆炸产生的超压冲击波对周边环境的伤害作用；沸腾液体扩展蒸汽爆炸是液化气体瞬间汽化的伤害模式，蒋军成等人研究出的 时火球质量的模型方法缩小了数量化分析与实际的误差情况。在化工企业实际操作中，化工罐区火灾爆炸事故发生的状况多变而复杂，时常伴有多种火灾和爆炸模式相互引发的情况，因此，针对不同的事故模式，选用不同模型对进行计算与分析，有利于全面分析预测和评价事故后果及危险程度，有助于企业安全管理人员针对不同事故类型制定相应的应急预案和安全保护措施。液

6、氨分为常温加压或低温常压存储两种形式，泄漏后以气化、气液两相化或液化（来不及气化或重新凝结）三种形式存在；因泄漏方式和外部环境的不同，会产生不同形式的导致火灾、火灾爆炸、有毒的环境，灾害的形式也分为火灾、爆炸和中毒三种；比较容易导致泄漏的是连接管道、边沿、阀门和焊点，罐体直接泄漏的形式少见；因连接管道、边沿、阀门和焊点形成的泄漏，当液氨汽化外泄延滞一段时间，与空气形成预混云而发生蒸气云爆炸 ；当瞬时汽化外泄时，遇到点火源则会产生沸腾液体扩展蒸气爆炸；当罐区储罐内的液氨瞬时大量泄漏时，还来不及形成汽化蒸气；或泄漏的液氨因自身特点（气化率及自身温度低且易液化）及外界因素重新凝结，将会在围堤内泄漏区

7、域形成液池，遇点火源也会发生池火，虽然液氨因其特性而难以点燃；另外，因爆炸引起储罐破损并引发罐内液氨的二次火灾并形成稳定燃烧也是液氨的灾害形式之一。因此，本文选择天津某企业氨分解工序所对应的液氨存储罐区，以上述蒸气云爆炸、沸腾液体扩展蒸气爆炸和池火三种灾害形式为基础，分别建立液氨储罐的事故后果评估模型，研究事故的后果与伤害范围，为预防和减少事故损失提供依据。1案例基本情况选择案例的液氨储罐位于厂区北侧，储罐西侧为氨分解制氢间，东侧废弃库房，南侧为生产车间，具体如表 所示。在半开敞的建筑内设有两个的液氨卧式储罐，尺寸为 ，两储罐间的最短距离为 ；液氨储罐与车间之间用管道相连（阀门控制），储罐四周

8、设有防液围堤和护栏，防护围堤外 侧高度 、内侧高 度，围堤尺寸为 ；罐区内有第 期中 国 安 全 生 产 科 学 技 术水冷却系统和循环系统、液位计、温度表、压力表、安全阀等安全措施，为了工艺需要储罐区内还设有汽化器等工艺装置。表 1建筑物基本情况建（构）筑物名称建（构）筑物特征火灾危险性类别耐火等级层数建筑面积 屯结构形式层高 与液氨储罐距离 液氨储罐乙二级贩 钢结构X氨分解制氢间甲二级贩 钢结构A热废弃仓库戊二级贩 钢结构X热生产车间丁二级贩)钢结构X热2液氨储罐火灾爆炸事故后果评估模型的构建池火灾害模式分别假设单罐突然发生瞬时大量泄漏和因爆炸引起储罐破损并引发罐内液氨二次火灾两种形式，前

9、者在罐区围堤内形成液池，遇点火源而在堤内形成池火；后者则形成罐内池火。泄漏爆炸灾害模式以单罐持续泄漏 的液氨且挥发后气体全部参与爆炸作为假设（其泄漏量约为），分别运用蒸气云爆炸事故计算模型、沸腾液体扩展蒸气爆炸事故计算模型进行计算和分析。）根据池火灾事故模式建立池火计算模型 确定池火灾半径对于因瞬时大量泄漏引起的罐外池火灾，池火灾的半径为：r S（）对于储罐内的池火灾，其火灾半径等于储罐半径。确定燃烧速率由于液氨的沸点为 ，液氨储存温度为，对应的密度为 ，低于周围环境温度，根据公式：m HcCpTbTH（）式中：m 单位表面积燃烧速度，Hc液氨燃烧热，取 畅 ；Cp液氨的比定压热容，取畅 ；H

10、 液氨的汽化热，取 畅 ；T环境温度，Tb液体的沸点。火焰高度采 用 提 出 的 经 验 公 式 计 算 火 灾高度：h rmgr畅（）式中，h 火焰高度，周围空气密度，取 畅；g 重力加速度。计算辐射通量当燃烧时，放出的总热辐射通量应按式（）进行计算：Q r rhm Hcm畅（）式中，Q 总热辐射通量，效率因子，可取畅 畅，本文取畅。导致不同伤害的基本距离根据目标入射热辐射强度公式I Qtc x（）式中，I 为入射热辐射强度通量，Q 为总热辐射通量，tc为热传导系数，在无理想的数据时，可取值为；x 为目标点到液池中心的距离。从热辐射的不同入射通量所造成的损失，可以计算出导致人员不同程度伤害的

11、目标点到泄漏中心点的距离。）蒸气云爆炸事故计算模型蒸气云爆炸主要以爆炸冲击波和爆炸火球辐射热对人员、建构筑物和设备产生伤害，且以冲击波危害为主，并按照超压冲量准则（见表）确定人员伤亡区域及财产损失区域。中 国 安 全 生 产 科 学 技 术第 卷表2冲击波超压对建筑物和人员的破坏与伤害情况超压（）破坏与伤害情况畅 父畅 玻璃全部破碎畅 父畅 窗框损坏畅 父畅 墙裂缝，人员轻伤畅 父畅 木建筑厂房房柱折断，房架松动，人员重伤或死亡畅 父畅 砖墙倒塌，人员重伤或死亡 当量法是普遍运用的一种计算冲击波伤害范围的方法，具体如下：计算 当量WTNT畅 aWfQf QTNT（）确定人员伤亡半径与财产损失半

12、径死亡半径：R畅（WTNT）畅（）重伤及轻伤半径：RR（WTNT）（）RR（WTNT）（）财产损失半径：RR（WTNT）（）在式（）（）中，Wf为液氨参与蒸气云爆炸的质量，V 为储罐的容积，为在液态时的密度，为参与爆炸的液氨百分比，a 为蒸气云当量系数，取畅；畅 为地面爆炸系数；WTNT为蒸气云爆炸的 当量，R、R和 R 分别为 爆炸时的重伤半径、轻伤半径和财产损失半径。）沸腾液体扩展蒸气爆炸事故计算模型 确定参与爆炸的燃料质量WrV（）计算热通量值火球半径：R 畅 W （）火球持续时间：t 畅 W （）热辐射通量：q（r）qRr（畅 r）（Rr）（）在式（）（）中，Wr参与沸腾液体扩展蒸气爆

13、炸的质量，q为火球表面处辐射通量值，柱形储罐取 ，球形储罐取 ；r 为目标位置与爆炸中心的水平距离。确定人员伤亡半径与财产损失半径死亡半径：R畅 W畅（）重伤及轻伤半径：R畅 W畅（）R畅 W畅（）财产损失半径：R畅 W畅（）3结果与讨论围堤内池火的火焰高度为 畅，总热辐射通量为 畅；罐内池火的火焰高度为 畅，总热辐射通量 畅。在指定辐射强度下，目标位置到火焰中心的距离与对人员 建筑设备的损害程度的计算结果如表 所示。表3指定辐射通量下目标位置与火焰中心的距离入射通量（热辐射强度）（）目标到池中心的距离 X 围堤内池火 罐内池火建筑物或设备的损害程度人员的伤害 畅 殚殚畅 汉汉畅 操作设备与建

14、筑物全部损坏，内人员全部死亡妸殚殚畅 汉汉畅 木材被点燃的最小辐射强度，设备钢结构变形，人员 内受重伤，内人员全部死亡 畅 殚殚畅 汉汉畅 塑料融化的最低辐射强度，人员 内受轻伤，内死亡 F F畅 殚殚畅 汉汉畅 较长时间辐射玻璃破碎，人员辐射 以上才会有疼痛感，但不会受伤F F畅 殚殚畅 汉汉畅 无伤害第 期中 国 安 全 生 产 科 学 技 术单罐泄漏发生蒸气云爆炸事故的 当量为；发生沸腾液体扩展蒸气爆炸事故时，火球半径为 ，火球持续时间为 。两种爆炸伤害模式造成人员伤亡和财产损失的伤害半径总结如表。表4爆炸模型的的伤亡半径和财产损失半径伤害程度死亡半径 重伤半径 轻伤半径 财产损失半径

15、蒸气云爆炸-行 r 媼 沸腾扩展蒸汽爆炸-行 r u 根据上述计算结果，结合企业实际建构筑物的自身特性及平面布局，分析得出：）发生围堤堤内池火或罐内池火时，液氨罐区建构筑物内的汽化器、管道等设备会因直接过火或热辐射大于 导致损坏，建筑内若有人员存在，则会造成死亡事故发生；虽然罐区内两罐间距为，符合枟建筑设计防火规范枠中对卧式乙类储罐 的要求，但是在灾害情况下，另一罐体会受到大于 的热辐射伤害，如果不及时采取措施，将会引发储罐结构变形导致更严重灾害（二次灾害）的发生，应予以重点防范；与氨分解制氢间、废弃仓库和生产车间的间距分别为、和，均大于无伤害的距离（或），不会产生伤害；鉴于液氨易液化也易气化

16、、难以点燃的特点，因泄漏形成围罐外池火不是其常见的灾害形式，形成池火并持续稳定燃烧进而导致另一液氨储罐受损形成二次灾害同样也不是其常见的灾害形式；而罐内池火的伤害影响范围，则更小，基本局限在罐区之内。）发生蒸气云爆炸时，产生的伤害相当于 爆炸的伤害；氨分解车间距离罐区为、生产车间距罐区，伤害程度为人员死亡，建构筑物严重受损；仓库距离罐区，此距离小于重伤半径 ，伤害程度为人员重伤，建构筑物破坏大。由于发生此类爆炸的后果严重，应重点防范，防范的重点为液氨泄漏、点火源。）发生沸腾液体扩展蒸气爆炸时，火球半径可达，持续时间，以热辐射的形式对周边建筑及人员造成伤害，死亡半径 ，财产损失半径，人员死亡和建

17、构筑物严重损伤。这种灾害形式是在储罐受热或系统突然失效，液体瞬时泄漏汽化并遇点火源而发生，具有突发性且后果严重，企业应高度重视并严格储罐及系统的定期检验与校验、密切关注系统的有效运行。4结论鉴于实际情况下液氨储罐发生火灾、火灾爆炸事故的危险性和复杂性，本文运用池火、蒸气云爆炸和沸腾液体扩展蒸气爆炸模型建立事故后果评估模式，对液氨储罐罐区的火灾、爆炸事故进行计算与分析，得出在不同灾害模式下对周边建筑物及人员的伤害程度和范围，给出不同灾害模式发生的可能性与事故应重点防范或高度重视的事项，以保障安全生产。参考文献罗艾民，师立晨液氨泄漏事故模式比较研究中国安全生产科学技术，（）：-，-，（）：-，：-

18、林文胜，顾安忠可燃液化气体储运安全性研究现状天然气工业，（）：-，-，（）：-，-：，-，-，（）：孟亦飞，蒋军成数量化风险评价 火球质量确定方法分析石油与天然气化工，（）：-，-中 国 安 全 生 产 科 学 技 术第 卷 ，（）：-张建旗小氮肥企业液氨罐区的安全设施设计河南化工，（）：-饶国宁，陈网桦，胡毅亭等液氨泄漏事故危险性的定量分析研究 安全与环境学报，：-潘旭海，蒋军成基于模拟计算的液氨储罐泄漏潜在危险性分析石油化工高等学校学报，（）：-，-，（）：-谭小术，童刚，刘鑫浅谈对重大危险介质液氨的安全管理氮肥技术，（）：-王三明，蒋军成沸腾液体扩展蒸气爆炸机理及相关计算理论模型研究工业

19、安全与环保，（）：-，-，（）：-徐科液氨储罐的火灾爆炸危险性分析与控制大氮肥，（）：-，（）：-朱晓红，张慧明，陆愈实，等爆炸与中毒模型在液氨储罐安全评价中的应用 安全与环境工程，（）：-，-，-，（）：-夏成阳 液氨储罐泄漏事故后果模拟研究 昆明理工大学，全国安全生产政策法规工作会议召开 年 月 日，全国安全生产政策法规工作会议在黑龙江省哈尔滨市召开。国家安全监管总局副局长杨元元出席会议并作重要讲话。杨元元在讲话中充分肯定了政策法规工作取得的成绩。主要表现为：政策研究稳步推进，初步建立了一套与安全生产实践相适应的安全生产政策体系；法制建设不断加强，基本形成了较为健全的安全生产法律制度体系和

20、规范的执法程序；标准工作持续用力，安全生产技术标准体系得到不断丰富和完善。杨元元在充分肯定成绩的同时，要求我们要更加清醒地看到安全生产政策法规和标准建设工作中存在的问题和差距，认清面临的严峻挑战。要从安全生产工作和事业长远发展的战略高度，充分认识加强安全生产政策、法规和标准建设的重要性和紧迫性，进一步增强依法依规全面加强安全生产工作的自觉性和坚定性。对下一步的政策研究工作，杨元元要求，要认真学习贯彻中央领导同志重要讲话精神，加强安全生产政策理论体系研究；要结合城镇化、市场化、国际化的经济社会发展战略需求，加强安全生产的规律和特点研究；要认真总结安全生产实践经验，加强安全生产的隐患排查治理和预防

21、控制体系研究；要着眼于建立安全生产长效机制，加强旨在实现安全生产状况根本好转的安全发展战略研究。通过加强政策研究，为做好安全生产工作提供强有力的政策支持。对下一步的法规标准工作，杨元元要求，以安全生产法修正案为契机，进一步健全安全生产法规体系。建立完善立法、执法，反馈修法的闭环路法规制立规则；积极推进行政审批制度改革，为安全监管监察注入新的活力和动力；加强安全生产法制宣传教育，进一步强化全民的安全生产法治意识；加强安全生产标准的制定和宣贯工作，进一步发挥标准在安全生产中的重要作用。通过加强法制标准建设，为做好安全生产工作提供强有力的法制保障。黑龙江省、内蒙古自治区、江苏省、湖北省、浙江省台州市

22、安监局、安徽煤矿安监局等单位在会上作了发言。全国各省（自治区、直辖市）安全监管局、煤矿安全监察局的分管领导和处室负责人出席会议。会议讨论了枟矿山安全法枠等有关法律法规和规章草案。第 期中 国 安 全 生 产 科 学 技 术氨分解装置中液氨储罐火灾爆炸危险性分析氨分解装置中液氨储罐火灾爆炸危险性分析作者：高梦非，张哲源，张苗，宋文华，GAO Meng-fei，ZHANG Zhe-yuan，ZHANG Miao，SONG Wen-hua作者单位：高梦非,GAO Meng-fei(天津市公安局消防局,天津,300090)，张哲源,宋文华,ZHANG Zhe-yuan,SONG Wen-hua(天津工

23、业大学环境与化学工程学院,天津,300387)，张苗,ZHANGMiao(天津市公安局消防局，天津 300090;天津工业大学环境与化学工程学院，天津300387)刊名：中国安全生产科学技术英文刊名：Journal of Safety Science and Technology年，卷(期)：2014(8)参考文献(15条)参考文献(15条)1.罗艾民;师立晨 液氨泄漏事故模式比较研究 2007(03)2.Sabatino Ditali Consequence Analysis in LPG Installation Using an Integrated Computer Package 2

24、0003.林文胜;顾安忠 可燃液化气体储运安全性研究现状 2001(05)4.Thomas PH The Size of Harnes from Natural Fires 19635.Brotz W;Schonbucher A;Schable R Statistical Investi-gations of Pool Flames 19776.Munday Unconfined vapor cloud explosions 1976(04)7.孟亦飞;蒋军成 数量化风险评价BLEVE火球质量确定方法分析 2008(02)8.张建旗 小氮肥企业液氨罐区的安全设施设计 2013(01)9.饶国宁

25、;陈网桦;胡毅亭 液氨泄漏事故危险性的定量分析研究 200410.潘旭海;蒋军成 基于模拟计算的液氨储罐泄漏潜在危险性分析 2006(01)11.谭小术;童刚;刘鑫 浅谈对重大危险介质液氨的安全管理 2008(04)12.王三明;蒋军成 沸腾液体扩展蒸气爆炸机理及相关计算理论模型研究 2001(07)13.徐科 液氨储罐的火灾爆炸危险性分析与控制 2012(05)14.朱晓红;张慧明;陆愈实 爆炸与中毒模型在液氨储罐安全评价中的应用 2007(03)15.夏成阳 液氨储罐泄漏事故后果模拟研究 2008 引用本文格式：高梦非.张哲源.张苗.宋文华.GAO Meng-fei.ZHANG Zhe-yuan.ZHANG Miao.SONG Wen-hua 氨分解装置中液氨储罐火灾爆炸危险性分析期刊论文-中国安全生产科学技术 2014(8)