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÷17×2

2.4×1.725×107J/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227.131 g/mol 。

氨爆炸相当于梯恩梯（TNT ）的摩尔量为：

(6.75×1011J)/( 227.131 g/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：

1

0)1

2(-+>γγ

γP P 当有下式成立时，气体流动属于音速流动：

1

0)1

2(-+≤γγ

γP P 上述两式中O P ，P 的意义同前；γ为比热比，即定压比热P

C 定容

比热V C 之比。

V

P

C C =

γ

气体呈亚音速流动时，泄漏速度0Q 为：

1

1

0)1

2(-++=γγγργP A YC Q d

气体呈音速流动时，泄漏速度0Q 为：

1

1

0)1

2()12(-++=γγγγρT R A YC Q d

上诉两式中，d C 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，

])

(1[)()21)(11(1

02

011

γ

γγγγγγ--+-+-=P

P

P P Y

对于音速流动，Y=1

ρ—泄漏液体密度，㎏/m 3

；

R —气体常数，J/k mol ?； T —气体温度，K 。 计算如下： P 0=0.1013 P=0.1013+1.3

γ=1.313

10)1

2(-+≤γγ

γP P 成立， 氨气的泄漏速度为：1

1

0)1

2()12(

-++=γγγγρT R A YC Q d ])

(1[)()21)(11(1

02

011

γ

γγγγγγ--+-+-=P

P

P P Y

=54，

假设泄漏口为圆型，即C d=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-t 0）

=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+t 0）/273

=[22.4×2.77×105 /（17×1374）]×[（273-33）/273] =233.5m 3

（3）假设氨气以半球状向地面扩散，扩散半径为30944

.2/C

Vg R 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（W TNT/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=△P S/P0

式中：△P S-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=W TNT×Q TNT

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=△P S/P0

式中：△P S-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×W TNT1/3）/[1+（3175/ W TNT）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

W TNT=α× W f×Q f / Q TNT

式中：W TNT—蒸汽云的TNT当量，kg；

W f—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；

Q f—蒸汽的燃烧热，J/kg；

Q TNT—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

表4.2.5-2 危险物质有关特性数据表

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

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）