冷库制冷车间事故后果分析与评价.doc

1、  前言
在冷库制冷系统中,绝大部分的冷库采用氨为制冷剂。近年来冷库安全生产管理的现状令人担忧,安全事故时有发生。因此应用系统的安全方法对冷库进行危险辨识、模拟可能发生事故的后果、提出合理的安全对策措施，有利于冷库企业发现自身在生产活动中存在的隐患，从而针对企业实际存在的问题采取相应的措施，预防事故的发生。
本文是针对冷库系统中主要的危险物质氨及冷库制冷车间中主要危险设备贮氨器进行辨识和事故模拟。
2、  氨的固有危险性分析
氨又称液氨，它是有毒可燃气体,是常用的冷库制冷剂。氨在使用过程中如发生泄漏、易引起燃烧爆炸或中毒事故，处置不慎，将会造成严重后果。
（1）易燃烧爆炸
氨既是有毒气体，又是一种可燃气体，氨的自燃点为651℃，燃烧值为2.37-2.51J/m3，临界温度为132.5℃，临界压力为11.4Mpa，氨在空气中的含量达11-14%时，遇明火即可燃烧，其火焰呈黄绿色，有油类存在时，更增加燃烧危险；当空气中氨的含量达15.7%-27.4%时，遇火源就会引起爆炸，最易引燃浓度17%；液氨贮液器受热会膨胀，压力会升高，能使贮液器发生爆炸。
（2）易中毒伤亡
氨有毒、有刺激性和恶臭味的气体，容易挥发，氨泄漏至大气中，扩散到一定的范围，易造成急性中毒和灼伤。当空气中氨的含量达到0.5-0.6%，30分钟内即可造成人员中毒；氨气侵入人体的主要途径是皮肤、感觉气管、呼吸道和消化道等部位。
（3）易气化扩散
氨(NH3)为无色、有刺激性和恶臭味的气体，分子量17.03，气态比重0.59，液态比重0.82，扩散系数0.198，沸点-33.5℃。发生泄漏时，由氨液相变为气相，液氨会迅速气化，体积迅速扩大，易形成大面积染毒区和燃烧爆炸区。
（4）易发生次生事故
氨不稳定，遇热分解，与氟、氯等接触会发生剧烈的化学反应，若遇高热，容器内压增大，有开裂和爆炸的危险。
（5）易污染环境
氨可以污染空气，在风力的作用下，这种有毒气体随风飘移，造成大范围的空气污染，对人畜产生危害。
3、  冷库制冷车间液氨贮液器危险性分析
（1）液氨贮液器物理爆炸。由于贮液器超压；贮液器存在缺陷，使承压能力降低；强度设计、结构设计、选材、防腐不合理等原因造成液氨贮液器可能发生物理爆炸，产生超声波和爆炸碎片对人和物体破坏。
（2）液氨贮液器化学爆炸。由于氨气泄露，与空气混合，达到爆炸极限，遇到明火，静电火花等火源，引起火灾与化学爆炸事故。
（3）液氨贮液器引发中毒事故。由于液氨贮液器及其附件爆炸、泄漏，空气中的氨气浓度超过安全阈值，可能导致人员中毒或是死亡。
4、液氨贮液器事故后果模拟分析评价
以冷库制冷装置中液氨贮氨器(以8m3为例,充装系数按0.8计算)发生爆炸、中毒为例，对其发生爆炸的冲击波损害半径和爆炸后有毒气体扩散半径进行计算。
4.1爆炸事故后果模拟分析评价
4.1.1爆炸能量
贮液器中饱和液氨占有容器介质质量的绝大部分，它的爆破能量比饱和气体大得多，一般计算时考虑气体膨胀做的功。爆破能量可按下式计算：
E=[(H1-H2)-(S1-S2)T1]W
式中 E——过热状态液体爆炸能量，kJ；
H1——爆炸前饱和液体的焓，kJ/kg；
H2——在大气压力下饱和液体的焓，kJ/kg；
S1——爆炸前饱和液体的熵，kJ/(kg·℃)；
S2——在大气压力下饱和液体的熵，kJ/(kg·℃)；
T1——介质在大气压力下的沸点，kJ/(kg·℃)；
W——饱和液体的质量，kg。
查表可知
H1=639.01 kJ/kg，
H2=364.76 KJ／kg，
S1=2.4786 KJ／kg·K
S2=1.4775 KJ／kg·K
T1=273.15-33.5=239．65 K
W=Vp=4160 kg
计算可知
E=142839.36 kJ
4.1.2 TNT当量q
将爆炸能量q换算成TNT当量qTNT.因为1kgTNT爆炸所放出的爆破能量为4230~4836kJ/kg，一般取平均爆炸能量为4500kJ/kg，故其关系为：
q=E/qTNT=E/4500=31.74
4.1.3 求出爆炸的模拟比α，即：
α=0.1q1/3=0.317
4.1.4计算爆炸冲击波超压△P对人体和建筑物的破坏作用
（1）爆炸冲击波超压△p=0．013时，对建筑物的危害程度为受压面的门窗玻璃大部分破碎。
△p=0．013，查表得R0=75m
R=R0*α=23.775m
（2）爆炸冲击波超压△p在0．015至0．02之间时，对建筑物的危害程度为窗框损坏。
△p=0．015，查表得R0=68m
R=68×0．317=21.556m
(式中R为目标与爆炸中心距离，R。为目标与基准爆炸中心的相当距离，下同)
（3）爆炸冲击波超压△p在0．02至0．03之间时，对人的危害程度为轻微损伤，对建筑物的危害程度为墙裂缝。
△p=0．02，查表得R0=56m
R=56×0．317=17.752(m)
（4）爆炸冲击波超压△p在0．03至0．05之间时，对人的危害程度为听觉器官损伤或骨折，对建筑物的危害程度为墙大裂缝，屋瓦掉下。
△p=0．03，查表得Ro=42.5m
R=42．5×0．317=13.47(m)
（5）爆炸冲击波超压△p在0．05至0．10之间时，对人的危害程度内脏严重损伤或死亡，对建筑物的危害程度为房架松动甚至砖墙倒塌。
△p=0．05，查表得R0=32．5m
R=32．5×0．317=10.3(m)
（6）爆炸冲击波超压△p>0．10时，对人的危害程度为在大部分人员死亡的范围内，对建筑物的危害程度为防震钢筋混凝土破坏，小房屋倒塌。
△p=0．10，查表得R0=22.77m
R=22．77×0．317=7.22(m)
评价结论：
计算可知，一旦贮氨器发生爆炸，距爆炸中心7.22m范围内，大部分人员死亡，防震钢筋混凝土破坏，小房屋倒塌；距爆炸中心10.3m范围内，人员内脏严重损伤或死亡，房架松动甚至砖墙倒塌；距爆炸中心13.47m范围内，人员听觉器官损伤或骨折，墙大裂缝，屋瓦掉下；距爆炸中心17.752m范围内，人员轻微损伤，墙裂缝；距爆炸中心21.556m范围内，窗框损坏；距爆炸中心23.775m范围内，受压面的门窗玻璃大部分破碎。
4.2 中毒事故后果模型分析评价
氨液在容器破裂时会发生蒸汽爆炸。液氨爆炸后如不燃烧，便会造成大面积的毒害区域。
设液化质量为W（单位：kg）,容器破裂前器内介质温度为t(单位：℃)，液体介质比热为C[单位：kJ/(kg·℃)]。当容器破裂时，器内压力降至大气压，处于过热状态的液化气温度迅速降至标准沸点t0(单位：℃)，此时全部液体放出的热量为：
设这些热量全部用于器内液体的蒸发，如它的汽化热为q（单位：kJ/kg），其蒸发量：
如介质的分子量为M，则在沸点下蒸发蒸气的体积Vg(单位:m3)为：
已知液氨参数：比热C=4．6kJkg-1 ℃-1，容器破裂前器内介质温度t=30℃，介质标准沸点to=-33℃，介质分子量M=17，气化热q=1．37X103kJkg-1，介质质量W=4160kg。
因此 Vg=1019.34
假设这些有毒空气以半球行向地面扩散，则可求出该有毒气体扩散半径为
R---有毒气体的半径，m；
Vg—有毒介质的蒸气体积，m3;
C---有毒介质在空气中的危险浓度值，%。
按有毒气体的危险浓度，当氨气在空气中的浓度(C)达到0．5％时，人吸入5～10min即致死，若其扩散以半球形向地面扩散，则扩散半径为：
R=46m
经过模拟计算可知，如果氨发生泄露在空气中的浓度(C)达到0．5％时，以泄漏点为中心扩散半径在46米的区域内，人吸入5～10 min即致死。

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5、  安全对策措施
（1）目前在大中型冷库中,特别是在使用氨作制冷剂的冷库,多数没有设置专职的安全生产管理人员。建议设置冷库企业设置专职安全生产管理人员，并且持证上岗。
（2）冷库安全生产管理的规章制度不健全，建议制定建立健全的安全管理制度、责任制及操作规范。
（3）冷库应定期进行安全生产的自我检查和特种设备的专业检验。
（4）为指明氨泄漏后的扩散方向，便于操作人员现场工作方位选择及发生泄漏事故后人员疏散，建议在合适的位置设风向标。
（5）鉴于装置有较大的火灾、爆炸、中毒危险性，建议企业制定相应的事故应急预案，并经常演练，保证各种紧急设施在事故发生时好用。
（6）冷站的自动控制室或操作人员值班室应与机器间隔开，并应设固定密封观察窗。
（7）各种压力容器应按产品标准要求设安全阀。安全阀应设置泄压管。泄压管出口应高于周围50m内最高建筑物的屋脊5m。防止雷击、防止雨水、杂物进入泄压管。安全阀、压力表每年应由法定检验部门校验一次，并铅封。
（8）制冷系统宜装设紧急泄氨器，在紧急情况下，可将系统中的氨液溶于水中(每1kg／min的氨至少应提供17L／min的水)排至经有关部门批准的贮罐、水池。
（9）机器间和设备间应装事故排风设备，其风机排风量应不小于8次/小时换气次数的要求。事故排风用的风机按钮开关须设在机器间门口，并用事故电源供电。
（10）氨压缩机房宜安装氨气浓度自动测量报警装置，当氨气浓度接近爆炸下限的10％时，应能发出报警信号。
（11）氨压缩机房的事故排风机应采用防爆型电动机，当制冷系统发生意外事故而被切断供电电源时，应能保证事故排风机的可靠供电。
(12)氨压缩机房的照明灯具应选用防爆类型的灯具，设置应急照明。
(13)筑物、构筑物的防雷设施应满足(健筑物防雷设计规 的要求。应定期检测接地电阻，并有检测记录。
(14)各制冷设备(罐、容器等)应严格控制装氨量，避免过量超装引起液氨冲破安全阀等溢出的现象，建议对有关液氨系统安装较可靠的液面自动显示和报警联锁装置。
(15)当生产或贮存系统出现意外泄漏时，应及时采用水幕法进行封闭，稀释破坏(如采用消火栓等)，可起到阻止氨气扩散和捕集作用，对产生的含氨废水，必须收容至事故清静下水池。
(16)应配置氧气呼吸器、防毒衣、橡皮手套、木塞、管夹、柠檬酸等必须的防护用具和抢救药品，并设在便于取得的位置，专人管理，定期检查，确保使用。
(17)应当制定事故应急措施和救援预案。包含以下内容：对可能发生的火灾和爆炸危险事故的基本预测和危害分析；消防器材的设置及分布情况；现场抢救措施和条件保障，如：隔离、疏散方式，中毒、烧伤救护方法等；预案演练；事故处理后的善后洗消处理措施，如人员、场地、环境；对事故原因的调查、分析。
参考文献：
[1]崔政斌, 徐德蜀, 邱成. 安全生产基础新编[M]北京:化学工业出版社,2004.
[2]国家安全生产监督管理局编．安全评价．煤炭工业出版社．2002
[3]《冷库设计规范》GB50072-2001