火力發(fā)電廠氨區(qū)安全保證措施淺析

吳鵬

【摘 要】隨著火力發(fā)電廠脫硝改造工程的逐步投入，氨區(qū)的安全管理問題也越來越突出，特別是今年連續(xù)發(fā)生多起因液氨泄漏導致的重特大人身死亡事故之后，如何保證氨區(qū)的人身、設備安全穩(wěn)定運行已經(jīng)引起火電系統(tǒng)安全管理人員的高度重視，本文重點對氨區(qū)的總體布置、接卸安全、儲罐及附屬設施的選擇以及消防、防靜電系統(tǒng)的設置進行了分析。

【關鍵詞】氨區(qū)；安全；中毒

按照國家環(huán)境保護“十二五”規(guī)劃中對電力系統(tǒng)煙氣脫硝工程的相關要求，在役及新建火力發(fā)電廠都進行了低氮燃燒器及脫硝工程改造，部分火力發(fā)電廠采用了液氨法作為提供氨氣的手段，并投資興建液氨儲存區(qū)及其配套設施。

近幾年發(fā)生了多起因液氨泄漏造成的重特大人身死亡事故，特別是今年6月3日吉林寶源豐禽業(yè)公司由于液氨泄漏引發(fā)爆炸及大火，共造成121人死亡以及上海翁牌冷藏實業(yè)公司液氨泄漏造成15人死亡，也為如何保證火力發(fā)電廠液氨儲存區(qū)安全提出了更高的要求。

托克托電廠從2011年開始進行機組脫硝工程改造，2012年底氨區(qū)正式投入運行，結合近一年的運行經(jīng)驗以及中國大唐集團對防止氨區(qū)液氨泄漏方面的管理規(guī)定對氨區(qū)的安全保證措施進行簡要分析。

一、 氨的理化特性

氨是一種無色氣體，有強烈的刺激性氣味，分子量17.03，標準狀況下密度0.7081kg/m3，沸點為-33.35℃，自燃點651.11℃，與空氣混合物爆炸極限15.7～27.4% （最易引燃濃度17%），按火災危險性分類規(guī)定，屬乙A類可燃氣體。氨極易溶于水，常溫常壓下1體積水可溶解700倍體積氨。

氨具有揮發(fā)性、毒性和強堿性（pH在10左右），對眼、呼吸道粘膜有強烈刺激和腐蝕作用，可導致人體呼吸困難、昏迷、休克甚至死亡，其短時間接觸容許濃度30mg/m3，半致死濃度1390mg/m3，即刻致死濃度3500mg/m3，根據(jù)相關資料及理論計算可知：加壓后的液氨泄漏強度很大，且迅速氣化并向四周擴散。按DN80管道5mm法蘭間隙圓周泄漏計算，20℃時泄漏速度約為1.8t/min；據(jù)計算，靜風條件下20噸液氨泄漏擴散后的致死濃度半徑約為80m，隨著氨快速蒸發(fā)并隨氣流擴散，其影響范圍可達近1000米。

氨氣密度比空氣輕，但是液氨泄漏時并不會迅速向上飄散，而是吸收空氣中的水，并會膨脹850 倍，形成“氨霧”，會在地面滯留。液氨在揮發(fā)過程中吸收大量熱量，使得泄漏點附近的氣溫急劇降低，達到冰點以下，事故搶險過程中如果防護不當，則有可能被凍傷

二、 液氨儲存區(qū)總體布置

按照要求氨區(qū)應集中布置在廠區(qū)全年風向的最小頻率的上風向，如受廠區(qū)地域限制必須布置在其他建筑物周邊的，必須滿足《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》第4.1.9條之規(guī)定，氨區(qū)與其他建筑物保持不少于100米的安全防爆距離。

氨區(qū)周邊絕對不應有住宅區(qū)、商業(yè)區(qū)等人員密集場所，包括飲用水源地等可能危及大量人員的重點部位。同時氨區(qū)也不應距離主要廠區(qū)過遠，氨區(qū)如果遠離生產區(qū)域，不利于日常運行值班、檢修維護等日常管理工作，同時不利于氨區(qū)的保衛(wèi)以及應急救援工作，氨區(qū)與主要廠區(qū)的距離應保證在消防車輛、救援車輛能夠在10分鐘左右能夠到達的區(qū)域為好。

液氨儲存區(qū)應被列為重點保衛(wèi)部位，設置專人進行值班，裝設足夠數(shù)量的攝像頭，防止人員進入氨區(qū)進行破獲行為，氨區(qū)圍墻應不低于2.2米。

三、 液氨的接卸安全

液氨在儲罐內以及轉換為氣氨輸送至反應區(qū)的管道相對是比較安全的，氨區(qū)發(fā)生泄漏可能性最大的還是在接卸環(huán)節(jié)，部分電廠的液氨接卸接口采用了金屬軟管的方式，事實證明金屬軟管破裂造成液氨泄漏主要原因，氨區(qū)液氨接卸必須采用萬向充裝接口，盡量減少充裝管道的應力，保證接卸的基本安全。

液氨的采購、運輸盡量能夠就近進行，縮短液氨的運輸路線長度，避免液氨在運輸途中可能發(fā)生的危險隱患，而且液氨作為危險化學品在運輸過程中受到的限制較多，夏季為防止罐車收到太陽暴曬而發(fā)生超壓，一般選擇早晚進行運輸，冬季特別是北方地區(qū)，可能會受到冰雪天氣的影響，液氨運輸?shù)木嚯x越長越容易發(fā)生意外。

接卸區(qū)也必須裝設消防噴淋系統(tǒng)，一旦接卸管道發(fā)生泄漏，應能夠迅速聯(lián)鎖投入消防噴淋進行稀釋、吸收。接卸管道上的觀察窗也是容易發(fā)生泄漏的危險部位，一旦破裂可能會造成大量液氨泄漏，因此液氨罐車必須設有緊急切斷裝置、流速高保護，以及能夠遠距離操作的閥門，液氨儲罐進口管道應裝設逆止閥，一旦在接卸過程中發(fā)生泄漏能夠迅速切斷。

液氨的接卸前應認真檢查接地裝置工作是否良好，接卸時要核對液氨運輸資質、手續(xù)，并對接卸人員進行安全交底簽字，液氨車輛進入廠區(qū)前，應通知本廠消防部門。檢查氨車是否裝有阻火器，氨車停穩(wěn)后應進行可靠制動，在后輪前后放置防溜車裝置，卸車結束后再次利用檢測進行檢測，確定無液氨殘留后再啟動車輛。

四、液氨儲罐及其附屬設備的材質選擇

液氨儲罐采用Q345R壓力容器專用鋼材制作，此種類型鋼材一般不低于-20℃，我國北方嚴寒地區(qū)冬季最冷月日最低平均溫度可能會低于-20℃，部分地區(qū)極端最低溫度可能會低于-40℃，Q345R型鋼材在低溫下可能會發(fā)生脆性轉變，一旦受到?jīng)_擊或其他外力作用，可能造成重大事故，因此在北方地區(qū)應根據(jù)本地最冷月日最低平均溫度決定鋼材選用型號，嚴寒地區(qū)應選用Q345RD型低溫鋼作為儲罐材料，對應已選用Q345R型鋼材的應要求廠家出具抗低溫沖擊試驗數(shù)據(jù)。

從統(tǒng)計以往氨泄漏事故發(fā)生原因的頻次看，卸車軟管破裂占大多數(shù)，其次是法蘭、閥門損壞。目前火電廠液氨區(qū)發(fā)生嚴重泄漏風險的部位在卸料接口、以及與液氨儲罐直接連接的第一道法蘭、閥門。一般液氨儲罐設計壓力不高于2.16Mpa，儲罐附屬法蘭、閥門、管道的壓力等級通常按照2.5Mpa選用，為保證液氨儲存的安全性，與儲罐相連接的第一道法蘭、閥門及其附件等按照提高一個壓力等級選用，即選用4.0Mpa，其他管道、閥門壓力等級不低于2.5Mpa。

與液氨儲罐本體連接的閥門（包括）排污閥應按照雙閥設置，第一道閥門為手動門并盡量靠近罐體，第二道閥門為故障安全性氣動閥門，能夠與相關保護進行聯(lián)鎖，在發(fā)生異常時能夠自動隔離液氨儲罐。

五、氨區(qū)消防噴淋系統(tǒng)的設置

由于氨極易溶于水，1體積的水可以溶解700倍體積的氨氣，所以要充分利用氨的特性，利用消防噴淋系統(tǒng)加強對泄漏液氨、氨氣的吸收，同時合理、完善的氨區(qū)消防噴淋系統(tǒng)設置也是確保氨區(qū)安全的重要保證。

氨區(qū)消防噴淋系統(tǒng)應設置有地下消火栓、特殊水消防系統(tǒng)以及罐體噴淋降溫系統(tǒng)，在發(fā)生氨系統(tǒng)泄露的情況下，一般地下消火栓以及消防噴淋系統(tǒng)回同時投入，為避免各系統(tǒng)之間水源充足供應，各系統(tǒng)有必要分開設置，即地下消火栓可取自廠區(qū)低壓消防水系統(tǒng)，特殊水消防系統(tǒng)可取自廠區(qū)特殊消防水泵房或者高壓消防水系統(tǒng)，罐體噴淋降溫系統(tǒng)可取自廠區(qū)工業(yè)水系統(tǒng)。

如果氨區(qū)場地允許的話，可以考慮在氨區(qū)旁單獨設置消防水泵池及消防水泵房，既可以由廠區(qū)消防水供水也可以由氨區(qū)消防泵房供水，避免了消防水泵故障造成的氨區(qū)消防水系統(tǒng)停運，進一步提高消防水系統(tǒng)的可靠性。

氨區(qū)消防水系統(tǒng)必須設置環(huán)路，在某部分管路發(fā)生滲漏需要進行檢修的情況下能夠部分隔離，充分保證氨區(qū)消防水系統(tǒng)的可靠性，如需要停用氨區(qū)消防水系統(tǒng)，必須進過嚴格審批，并限時恢復。

液氨儲罐區(qū)、轉換區(qū)、卸料區(qū)都應在消防噴淋系統(tǒng)的覆蓋范圍內，儲罐區(qū)一般露天布置，可以在儲罐區(qū)頂棚上設置環(huán)形水幕噴淋，用于全面吸收空氣中逃逸的氨氣，充分保證氨區(qū)值班、搶險救援以及周邊人員的人身安全。

冬季北方寒冷地區(qū)的水系統(tǒng)防凍也是影響氨區(qū)消防水系統(tǒng)可靠性的重要問題。北方氨區(qū)地下消防水管道必須有足夠的地埋深度，保證消防水管道在凍土層之下，地上管道及雨淋閥系統(tǒng)必須采用可靠的伴熱，如果采用電伴熱方式必須采用防爆型設計，避免伴熱電纜因絕緣破損造成接地，產生火花。

六、氨區(qū)防雷、防靜電措施

氨區(qū)入口外必須設置人體靜電釋放裝置，在值班、檢修人員進行入氨區(qū)前觸摸釋放人體靜電。

氨區(qū)及氨輸送管道法蘭必須全部采用金屬跨接線，保證管道電阻低于0.03Ω。由于氨可以與銅、錫等金屬發(fā)生反應，所以為避免金屬跨接線受到氨氣的腐蝕，可以采用鍍鋅扁鋼或者鍍鋅圓鋼。

由于卸料系統(tǒng)彎頭較多，流速較高，易產生靜電集聚，因此卸料區(qū)萬向充裝系統(tǒng)的卸料臂兩端必須可靠接地。

氨區(qū)所有電氣設備、執(zhí)行機構、熱控表計、盤柜等必須采用防爆設計，防爆結構選用隔爆（Ex-d），防爆等級不低于IIAT1。

在設計時應對氨區(qū)防雷設施保護范圍進行核算， 附近高大建筑物防雷設施的保護范圍不能覆蓋氨區(qū)時，應對氨區(qū)單獨設置防雷系統(tǒng)。必要時應由本省、自治區(qū)氣象主管部門下屬的防雷檢測中心對氨區(qū)防雷性能、接地電阻等進行檢測，并出具檢驗報告。

七、加強氨區(qū)安全管理的必要性

氨泄漏引起人員中毒是造成人員傷亡的主要原因，其次是火災和爆炸，目前國內與液氨有關的設計規(guī)范、管理標準主要針對防火和防爆，對氨泄漏中毒的防范與采取的措施沒有明確的規(guī)定和要求，鑒于目前國內頻頻發(fā)生的氨泄漏事故，應重點加強火電廠氨區(qū)的安全設計、氨裝卸、儲存及使用的安全管理，充分保證氨區(qū)人身及設備安全。