２０１４年第４５卷第１１期 渐；２化工 一３９一 某涉氨制冷企业液氨储罐泄漏事故的后果分析 周 峰 （无锡市滨湖区安全生产监督管理局，江苏 无锡２１４０７２） 摘 要：以某涉氨制冷企业液氨储罐为例，选用蒸气云爆炸、沸腾液体扩展蒸气爆炸和中 毒模型对液氨储罐泄漏事故进行后果分析，定量地得出各类伤害半径，为企业制定应急救援预 案和政府进行安全监管提供科学依据。 关键词：液氨储罐；爆炸；中毒；危害半径 文章编号：１００６—４１８４（２０１４）１１—００３９—０４ 近年来，涉氨制冷企业液氨泄漏事故多发， 教训十分深刻，２０１３年８月３１日，上海翁牌冷藏 实业有限公司液氨管道发生泄漏，造成ｌ５人死 蒸发，形成蒸气云，遇到火源则可能发生蒸气云 爆炸。蒸气云爆炸时，产生的大部分能量将形成 冲击波，多数情况下，冲击波的破坏作用主要与 波阵面上的超压△ｐ的大小有关，其值直接影响 波阵面内的设备、管路及人身安全。本文采用 ＴＮＴ当量法来预测其爆炸严重度，假定参与爆炸 亡、２５人受伤。液氨属乙类易燃、易爆有毒液体， 其危险性表现在两个方面，一是氨属高毒物品， 短时间（１５ ｍｉｎ）接触容许浓度为３０ ｍｇ／ｍ ，因此， 液氨一旦泄漏会导致人员中毒、窒息死亡，造成 的氨气释放的能量折合为能释放相同能力的 ＴＮＴ炸药的量，利用ＴＮＴ当量来表示氨气爆炸的 威力『１ｌ。 １．１．１ 蒸气云的ＴＮＴ当量 严重后果；二是氨气在空气中的爆炸极限为１５％ －２８％，遇明火极易燃烧、爆炸。企业在生产、运输、 储存、设备检修过程中，液氨储罐及其管道、阀门 意外破损、爆裂将导致液氨泄漏，液氨迅速蒸发， 呈气态大量扩散开来，形成蒸气云，若不采取安 全措施，极易引发火灾、爆炸和中毒事故。本文通 氨气的ＴＮＴ当量Ｗ 可由下面的公式计 算： ： 过建立液氨储罐破裂时的蒸气云爆炸模型、沸腾 液体扩展蒸气爆炸模型和中毒模型，定量地计算 出各类伤害半径，为企业制定应急救援预案和政 府进行安全监管提供科学依据。 丝 若为地面或者近地面爆炸，爆炸的总能量为 实际的１．８倍，上述公式转化为： ｗ一１ 爆炸与中毒模型 １．１蒸气云爆炸模型 １．８ａｒｙｅＱｆ Ｌ … 液氨储存在压力容器（钢瓶、储罐）内，一旦 发生破裂，会造成大面积的液氨泄漏，液氨迅速 式中，Ｅ为爆炸产生的总能量，Ｊ； 为蒸气云 当量系数，取 ＝０．０４； 为蒸气云中可燃气体的 收稿日期：２ｏ１４—０７—０８ 作者简介：周峰（１９８１－），男，硕士研究生，工程师，注册安全工程师，从事安全生产行政执法和危险化学品企业安全监管工作。 Ｅ—ｍａｉｌ：ｚ￣００８５０＠１６３．ｅｏｍ。 ——４０ ． ＺＨＥＪＩＡＮＧ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＩＮＤＵＳＴＲＹ Ｖｏ１．４５ Ｎｏ．１ １（２０１４） 质量，ｋｇ；Ｑｒ为可燃气体的燃烧热，ｋＪ／ｋｇ，取氨气 式中，Ｗ为火球中消耗的可燃物质的质量，ｋｇ。 １．２．２死亡、重伤和轻伤热通量 的Ｑｆ＝１８．５９ ＭＪ／ｋｇ；Ｑ邢为ＴＮＴ的爆热，ｋＪ／ｋｇ，取 Ｑ ＝４．５２ ＭＪ／ｋｇ。 １．１．２死亡区伤害半径 在热辐射作用下，目标有一定的几率会受到 伤害，不同的热通量对人和财产的伤害程度不同。 下面用在火灾持续时间内辐射伤害概率来表示 人体所受的伤害。 死亡区内的人员如缺少防护则被认为将无 例外地受到严重伤害或死亡，其内径为零，外径 为Ｒ ，其计算公式［２１为： Ｒｌ＝１３．６（ＷＴＭＴ／１０００）啷 式中，Ｗ 为蒸气云的ＴＮＴ当量，ｋｇ。 １．１．３ 重伤区、轻伤区伤害半径 重伤区的人员如缺少防护，则绝大多数人员 将遭受严重伤害，极少数人可能死亡或受轻伤。 其内径就是死亡半径Ｒ ，外径为Ｒ：，其计算公式（２１ 为： △Ｐ／Ｐ ＝０．１３７Ｚ一 ＋０．１ １９Ｚ－２＋Ｏ．２６９Ｚ～一０．０１９ Ｚ＝ＲＪ（Ｅ／Ｐｏ） Ｅ：１．８ ０ ， 式中，Ｅ为爆炸产生的总能量，Ｊ；Ｐ０为环境压力， Ｐａ，取Ｐｏ＝１０１３００ Ｐａ，△Ｐ为引起重伤冲击波超 压峰值，Ｐａ，取／ｘＰ＝４４０００ Ｐａ。 轻伤区内的人员如缺少防护，则绝大多数人 员将受轻微伤害，少数人将受重伤或平安无事， 死亡的可能性极小。内径为Ｒ ，其外径为Ｒ ，其计 算公式与重伤区伤害半径计算公式相同，其中 ＡＰ为引起轻伤冲击波超压峰值，Ｐａ，取△Ｐ＝ １７０００ Ｐａ。 １．２沸腾液体扩展蒸气爆炸模型 液氨突然瞬间泄漏时，遇到火源就会立即发 生剧烈的燃烧，产生巨大的火球，形成强烈的热 辐射。本文采用火灾作用下的热剂量准则确定人 员伤亡的区域。 １．２．１火球当量半径Ｒ和持续时间ｔ 火球的特征可用国际劳工组织提出的模型 进行计算。 火球半径的计算公式： Ｒ Ｗ－．２．９Ｗ 火球持续时间的计算公式： Ｔ＝０．４５Ｗ 死亡热通量ｑ ： Ｐ，＝一３７．２３＋２．５６ ｌｎ（Ｔｑ１们） 重伤热通量ｑ：： Ｐｒ＝一４３．１４＋３．０１９ ｌｎ（Ｔｑ２￣３） 轻伤热通量ｑ ： Ｐｒ Ｗ－－－一３９．８３＋３．０１９ Ｉｎ（Ｔｑ３４／３１ 式中，Ｐｒ为伤害概率单位，取Ｐｒ＝５；Ｔ为人体暴露 于热辐射的时间，Ｓ。 １．２．３死亡、重伤、轻伤半径 热辐射的死亡、重伤、轻伤半径可用目标接受 的热通量公式计算，由下面的公式计算死亡、重 伤、轻伤半径： ｑ，＝ｑｏＲ￣ｒ（１－０．０５８ ｌｎｒ）／（Ｒ ＋ｒ２）驼 式中，ｑ。为火球表面辐射通量，ｋＷ／ｍ ，取ｑ。＝２７０ ｋＷ／ｍ ；ｒ为目标到火球中心的距离，ｍ；ｑ 为死亡、 重伤、轻伤热通量，Ｉｎ；Ｒ为火球的最大半径，Ｉｎ。 １．３中毒模型 １．３．１有毒气体泄漏扩散体积 液氨储罐破裂后，液氨大量泄漏，储罐内压力 降至大气压，处于过热状态的液氨温度迅速降至 标准沸点，此时全部液氨放出的热量可由下面的 公式计算： Ｑ＝ＷＣ（Ｔ－Ｔｏ） 式中，Ｑ为液氨放出的热量，ｋＪ；ｗ为储罐内液氨 的质量， ；Ｃ为液氨的比热，ｋＪ／ｋｇ％，取Ｃ＝４．６ ｋＪ／ ｋｇ℃；Ｔ为储罐内液氨温度，℃，Ｔ０为液氨的标准沸 点，℃，取Ｔｏ＝一３３ ｏＣ。 假设这些热量全部用于储罐内的液氨蒸发， 则其蒸发量可由下面的公式计算： Ｉ＿垒： ＝ ！ 鼋 ｇ ２０１４年第４５卷第１ １期 浙； 他．ｚ 一４１一 式中，ｗ’为储罐内液氨蒸发的质量ｋｇ；ｑ为液氨 ２．２沸腾液体扩展蒸气爆炸危害半径的计算 的气化热，ｋＪ／ｋｇ，取ｑ＝１．３７￣１０ ｋＪ／ｋｇ。 则液氨在沸点下蒸发为氨气的体积可由下 面的公式计算： ２２．４Ｗ＇２７３＋Ｔｏ：————： Ｍ ２７３ Ｍｑ ２７３ 式中，Ｖ为液氨蒸发后形成氨气的体积，１ＴＩ。；Ｍ为 氨气的相对分子量，取Ｍ＝１７。 １．３．２有毒气体泄漏扩散半径 假设这些有毒空气以半球形向地面扩散，有 毒气体泄漏扩散半径可由下面的公式［３１计算： Ｒ＝ Ｊ ３ ｆ ３Ｗ 式中，Ｒ为有毒气体扩散半径，ｎｌ；Ｗ’为储罐内液 氨蒸发的质量，ｋｇ；Ｃ 为有毒气体在空气的危险 浓度值，％；Ｃ 为质量浓度，ｋｇ／ｍ 。 ２液氨储罐泄漏事故后果分析 应用实例：某涉氨制冷企业的液氨储罐容积 为６０ １ＴＩ ，实际储存量为３０００ ｋｇ，储存压力为１．０ ＭＰａ，储存温度为２２℃，液氨的标准沸点为一３３ ℃，比热为４．６ ｋＪ／ｋｇ ，气化热为１．３７ｘ１０ ｋＪ／ｋｇ， 氨的分子量为１７。 采用蒸气云爆炸模型、沸腾液体扩展蒸气爆 炸模型与中毒模型计算得出危害半径，是考虑液 氨全部泄漏后的情况，未考虑风向、风速、温度、 地形、湿度等因素的影响。 ２．１ 蒸气云爆炸危害半径计算 死亡区的半径 Ｒ，：１３．６×（１．８ｘ０．０４￣３０００ｘ１８．５９）０．３７：１３．０２ｍ ‘４５２０ 分别取△Ｐ＝４４０００ Ｐａ和ＡＰ＝１７０００ Ｐａ， △Ｐ厂Ｐｏ＝０．１３７Ｚ。＋Ｏ．１１９Ｚ。＋Ｏ．２６９Ｚ一－０。０１９ Ｚ＝Ｒ２／（Ｅ／Ｐｏ） Ｅ＝１．８ Ｑｆ 求解上述方程组，可得重伤区伤害半径Ｒ：＝ ３７．１３ ｍ，轻伤区伤害半径Ｒ３＝６６．７２ ｍ。 火球半径：Ｒ：２．９×３０００ ＝４１．８３ １ＴＩ 持续时问： ＝０．４５×３０００“ ＝６．４９３ Ｓ 通过公式ｅｒ＝一３７．２３＋２．５６ Ｉｎ（Ｔｑ１们），取Ｐ ＝ ５，解得死亡热通量ｑｌ＝５８．０７ ｋＷ／ｍ ； 通过公式Ｐｒ＝一４３．１４＋３．０１９ ｌｎ（Ｔｑ￣ ），取Ｐｒ＝ ５，解得重伤热通量ｑ ＝３８．４３ ｋＷ／ｍ ； 通过公式 ＝一３９．８３＋３．０１９ ｌｎ（Ｔｑ３们），取Ｐｒ ５，解得轻伤热通量ｑ３＝１６．８９ ｋＷ／ｍ ； 通过公式ｑ ＝ｑｏＲ２ｒ（１－０．０５８ ｌｎｒ）／（Ｒ －１．１＂２）３／２，取 ｑｏ＝２７０ ｋＷ／ｍ２，Ｒ＝１３．０２ ＩＴＩ，将死亡热通量ｑｌ＝５８．０７ ｋＷ／ｍ。，重伤热通量ｑ２＝３８．４３ ｋｗ／ｍ ，轻伤热通量 ｑ３＝１６．８９ ｋＷ／ｍ 带人公式，计算得出死亡半径Ｒ ＝ ５７．２５ １ＴＩ，重伤半径Ｒ２＝７９．８３ １ＴＩ，轻伤半径Ｒ３＝ １３１．７７ ｍ。 ２．３中毒危害半径的计算 有关液氨的毒性数据见表ｌ 。 表１氨气的危害浓度 专 氨 度（／ ｍｇ／ｍ ） 接触时间 ／ｍｉｎ 危害程度…… 为便于计算，将表中的浓度划分为３个等 级，取１００ ｍｇ／ｍ （Ｃ－）为轻度危害，５００ ｍｇ／ｍ （Ｃ２） 为中度危害，４０００ ｍｇ／ｍ。（Ｃ，）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面释放。 液氨蒸发量为： Ｉ－—ＷＣ （Ｔ－Ｔｏ）一＝—３００ ０ｘ４ ．６ｘ （２２＋３３）＝５５４．。ｌ ｋｇ １．ｊ，×ｌＬｒ 扩散浓度为１００ ｍｇ／ｍ 的半径为： 一压＝ｇ ８ 扩散浓度为５００ ｍｇ／ｍ。的半径为： Ｒ＝： 、『 ２ｒｅ ４ × ０００ｘ １０ ＿ｏ ｍ 一４２一 ＺＨＥＪＩＡＮＧ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＩＮＤＵＳＴＲＹ Ｖｏ１．４５ Ｎｏ．１ １（２０ １４） 扩散浓度为４０００ ｍｇ／ｍ。的半径为： 肚 ｍ （２）通过计算，沸腾液体扩展蒸气爆炸事故和 中毒的后果相当严重，需要特别防范液氨储罐发 生此类事故。 （３）蒸气云爆炸、沸腾液体扩展蒸气爆炸型和 ２．４爆炸和中毒危害区域的说明 中毒模型不仅可以预测事故发生时事故后果的 影响范围，其计算结果还可以为企业制定事故应 急救援预案提供参考，为安全生产监督管理部门 在事故情况下采取应急救援措施提供参考和依 据。 中毒危害半径 ，ｍ 液氨储罐泄漏事故爆炸和中毒危害区域见 表２。 表２爆炸和中毒危害区域划分表 爆炸危害半径／ｍ 区域划分 蒸气云爆炸 沸腾液体扩展蒸 莱与 爆椎 ３．２建议 （１）企业应在液氨储罐区合理设置气体泄漏 死亡区域 Ｏ～１３．０２ ０—５７．２５ Ｏ～４０．４４ 检查系统，以便及时发现有害气体泄漏，并定期 进行维护，确保系统有效运行。 （２）企业应在液氨储罐区配备自动化控制系 统，自动调整工艺参数，确保其在安全范围内，防 止潜在的危险情况发展为事故。 （３）企业应制定相应的事故应急预案，并经常 演练，保证各类应急措施在事故发生时能有效实 施。 重伤区域 １３．０２￣３７．１３ 轻伤区域 ３７．１３～６６．７２ ５７．２５—７９．８３ ７９．８３～１３１．７７ ４０．４４～８０．８８ ８０．８８～１３８．３ 安全区域６６．７２以外区域１３１．７７以外区域１３８．３以外区域 因此，在该液氨储罐发生泄漏事故进行应急 救援时，应以１３８．３ ｍ这个半径值作为划定警戒 区的起始点，并设置“禁止人内”、“此处危险”的标 志，进行有效的事故救援工作，从而减少由事故 引起的人员伤亡和财产损失。 ３结论和建议 ３．１ 结论 参考文献： ［１］陈网桦，彭金华，胡毅亭．爆炸动力学讲义［Ｍ】．南京：南京 理工大学，２００５：ｌ １９—１２４． 通过对某涉氨制冷企业液氨储罐泄漏事故 的后果分析，可以得出如下结论： ［２】字德明，冯长根，曾庆轩，等．爆炸的破坏作用与伤害分区 ｌＪ】．中国安全科学学报，１９９５（５）：３５—３９． （１）液氨储罐发生蒸气云爆炸、沸腾液体扩 展蒸气爆炸和中毒等事故的后果是严重的，能在 比较大的区域内造成人员伤害。 ［３］ 国家安全生产监督管理局．安全评价［Ｍ】．北京：煤炭工业 出版社，２００２：２０７—２１１． ［４］王莹，顾祖维，张胜年，等．现代职业医学［Ｍ】．北京：人民卫 生出版社，１９９６：６４２—６４５． Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ａｎ Ａｍｍｏｎｉａ Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ Ｉｎｖｏｌｖｅｄ ｉｎ Ｌｉｑｕｉｄ Ａｍｍｏｎｉａ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｔａｎｋ Ｌｅａｋａｇｅ Ａｃｃｉｄｅｎｔ Ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｃｅ ＺＨＯＵ Ｆｅｎｇ ｒ ｕｘｉ Ｃｉｔｙ Ｂｉｎｈｕ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆＳａｆｅｔｙ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ Ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ， ，Ｊｉａｎｇｓｕ ２１４０７２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇ ｔｈｅ ｌｉｑｕｉｄ ａｍｍｏｎｉａ ｔａｎｋ ｏｆ ａ ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ ａｓ ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅ ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ｌｉｑｕｉｄ ａｍｍｏｎｉａ ｓｔｏｒａｇｅ ｔａｎｋ ｌｅａｋａｇｅ ａｃｃｉｄｅｎｔ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｕｓｉｎｇ ｖａｐｏｒ ｃｌｏｕｄ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｍｏｄｅｌ，ｂｏｉｌｉｎｇ ｌｉｑ— ｕｉｄ ｅｘｐａｎｄｉｎｇ ｖａｐｏｒ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｐｏｉｓｏｎｉｎｇ ｍｏｄｅ１．Ｔｈｅ ｖａｒｉｏｕｓ ｄａｍａｇｅ ｒａｄｉｕｓｅｓ ｗｅｒｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｉｔ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｔｈｅ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ ｔｏ ｆｏｒｍｕｌａｔｅ ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ ｒｅｓｃｕｅ ｐｌａｎｓ ａｎｄ ｆｏｒ ｓａｆｅｔｙ ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ ｏｆ ｇｏｖｅｒｎｍｅｎｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｉｑｕｉｄ ａｍｍｏｎｉａ ｔａｎｋ；ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ；ｐｏｉｓｏｎｉｎｇ；ｈａｚａｒｄ ｒａｄｉｕｓ