氨制冷的主要安全问题及防治措施

谷晓峰

摘 要：由于氨具有较强腐蚀性，所以氨制冷系统的安全十分重要，采用积极有效的安全和防护措施，保证制冷氨系统安全和无故障运行，保护人身和财产安全，保护环境，充分体现以人为本的安全理念。

关键词：泄漏；中毒；喷淋水；疏散通道

1.氨的危险性分析

1.1 氨的物理性质：氨是无色气体，有特异的刺激臭味。易于液化，在20 ℃、891kPa下即可液化，并放出大量的热。液氨在温度变化时，体积变化的系数很大。相对密度0.82。熔点-77.7℃。沸点-33.35℃。临界温度132.44℃。蒸气相对密度0.6。爆炸上限%（V/V）：27.4，爆炸下限%（V/V）：15.7。易溶于水，形成氢氧化铵。溶于乙醚等有机溶剂。与空气混合能形成爆炸性混合物，遇明火、受热后瓶内压力增大，有爆炸危险。

1.2 氨的毒性：氨主要对动物的上呼吸道有刺激和腐蚀作用，高浓度时可危及中枢神经系统，还可通三叉神经末梢的反射作用而引起心脏停博和呼吸停止。当氨的浓度在0.5～1mg/m3时，人的嗅觉感觉有异味；浓度在50 mg/m3以上鼻咽部有刺激感和眼部灼痛感；500 mg/m3以上短时间内即出现强烈刺激症状；1500 mg/m3以上可危及生命；3500 mg/m3以上可即时死亡。缺氧时氨的毒作用将加强。国家卫生标准为30 mg/m3。

2.事故等级划分及处置原则

2.1事故等级的划分

氨制冷企业与其他企业发生事故的区别在于中毒窒息、氨泄漏引起的火灾爆炸事故。

根据国家《生产安全事故报告和调查处理条例》的规定，事故划分为特别重大事故、重大事故、较大事故和一般事故4个等级。企业应将氨中毒窒息、氨泄漏引起的火灾爆炸事故作为应急预案的最高等级。

2.2处置原则

根本原则：杜绝较大以上事故发生，防范一般事故。

关键环节：首先，氨制冷企业人员较密集，多数人员都在车间作业，因此在液氨泄漏时，及时有效的疏散周围人群，是安全预防措施的关键环节。其次，当泄漏量较少时，如冷间低压系统的泄漏，可通过停止氨泵，切断阀门，堵漏、启动氨气压缩机来达到控制氨气的泄漏；第三，当泄漏量较大时，系统会出现危险，应开启紧急泄氨器，通过泄氨器将多余的氨释放到事故池里。第四，当泄漏量更大、速度更快时，如氨压机房和高压系统泄漏，其控制的措施有：迅速开启轴流风机，紧急停车，打开喷淋设施和室外消火栓开花水枪，并立即堵漏。如果堵漏不成功，则开启泄氨器，用大量水进行稀释。

3.制冷系统的主要安全问题

3.1 火灾爆炸

（1）液氨储罐及管路若遇高热，容器内压增大，有开裂和爆炸的危险。

（2）如果制冷系统的储氨设备及管路发生泄漏，氨气与空气混合能形成爆炸性混合物。爆炸性混合气体浓度达到爆炸极限时遇明火或高温，可发生火灾爆炸。

（3）中毒

液氨泄漏后，可能造成一定面积的毒害区域，会对环境造成破坏，致人中毒、死亡。根据不同的事故类型、氨气泄漏扩散模型，危险区域会有所不同。

4.危险区域的定量分析

以储罐泄漏作为事故模型进行危险区域分析。

4.1 毒害区域的计算方法

设液氨储罐的泄漏量为W（kg），泄漏前罐内的液氨温度为t（℃），液氨比热为C（kJ/kg·℃），当储罐破裂时，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t0（℃），此时全部液氨所放出的热量为：

（1）

设这些热量全部用于加热罐内液氨的蒸发，如果液氨的汽化热为q（kJ/kg），则其蒸发量：

（2）

4.2 毒害区域的计算

假设可能发生液氨泄漏的最大量W（kg）=1000kg，环境温度t =25℃，计算有毒气体的扩散半径：

液氨蒸发热： =1000×4.6〔25-（-33）〕=266800（kJ）

蒸发量：W=Q/q =266800/1.37×103 =194.75（kg）

氨气在致死的浓度c时的体积V和有毒气体的扩散半径R：

V= Vg×100/c=225.59×100/0.5=45118（m3）

R = （V/2.0944）1/3= （45118/2.0944）1/3=27.82m

根据以上的模拟计算：当有一吨液氨泄露后，氨气的蒸发量为194.75（kg），以泄漏点为中心，可在半径27.8 米范围内，氨气的浓度可致人死亡伤害。实际情况还要考虑当日的风向。

5.泄漏部位及其原因

（1）设备、管道、阀门等安全配件不按期检测，配件因腐蚀局部裂缝，安全阀失灵，不能自动起跳泄压和报警，造成液氨泄漏。

（2）制冷系统压力控制不严，储罐经常处于超压状态，产生局部泄漏。

（3）储罐超量储存，环境温度较高，未及时采取降温和遮阳，储罐内压上升，产生局部泄漏。

（4）在液氨充装过程中，车辆不慎撞坏液氨管道、阀门、液面计，引起的泄漏。

（5）冷冻系统控制泄放气压力过高，致使储罐压力升高。

（6）冷冻系统控制氨压机出口压力过高，致使储罐压力升高。

（7）储罐的进出口阀门、管道因腐蚀和超压，发生破裂。

（8）储罐使用玻璃管液面计、平板玻璃液面计，因耐压等级不高，长期使用发生破裂。

6.结论

依据《建筑设计防火规范》和《冷库设计规范》，液氨储存系统为乙类火灾危险，其厂房为二级耐火等级，与周边居民建筑物的安全距离为25m，现有的氨制冷企业基本能够满足此项要求。但是，根据以上事故模型分析，氨的主要危险性为氨气中毒事故，25m的距离远远达不到安全要求。依据《冷库设计规范》 要求，下风侧为300m，其他侧为150m，在此范围外为较安全距离。因此，控制氨的泄漏量，降低氨气蒸发，为厂区人员及周围人群逃生赢得宝贵时间，杜绝较大事故，才是根本所在。