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摘 要：分别采用TNT当量法、ALOHA模拟法计算典型承压类化工机械设备液氨储罐爆炸后果危险性、液氨泄漏扩散影响范围，分析氨罐爆炸后对周边环境的影响和泄漏波及区域情况，提出事故应急对策措施，为承压类化工机械设备事故应急救援与处置提供理论和方法支持。
关键词：承压类;化工机械;氨罐;爆炸危险性;泄漏扩散
中图分类号：X937 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）18-0098-03
0 引言
液氨储罐承受着较高压力，属于承压类特种设备，作为一类化工机械设备因氨的用途广泛而在化工生产中得到经常性应用。对液氨储罐的危险有害分析，具有典型的现实意义，因为氨不仅具有火灾爆炸危险性还具有较强的毒性，液氨储罐泄漏遵循两相流模型，不仅有压缩后液体还有气化后的气体，为此本文试图通过计算液氨储罐爆炸后果危险性和氨泄漏扩散分析，深入发掘和辨识承压类化工机械设备危险有害因素，从而采取有针对性防范措施，将其风险控制到可接受程度，以做到防患于未然。
1 氨罐参数
选取1台单罐容积为80m3的卧式液氨储罐为计算对象，直径4m，长度6.37m，充装系数为85%，液氨密度为0.617t/m3。液氨储存量为80×85%×0.617=42t。
2 TNT当量法爆炸后果计算
2.1 TNT当量法爆炸模型
2.1.1 容器爆破能量计算
当压力容器中介质为压缩气体，即以气态形式存在而发生物理爆炸时，其释放的爆破能量为：
式中Eg：气体的爆破能量，kJ;
P：储罐内气体的绝对压力，MPa;
V：储罐容积，m3;
K：气体绝热指数，液氨为1.32。
2.1.2 爆炸冲击波的伤害、破坏作用
爆炸冲击波超压对人身伤害和对周边建筑损坏情况见表1和表2。
2.1.3 冲击波超压计算
冲击波的超压与爆炸中心距离的关系为：
Δp=∝R-n
式中：Δp—— 冲击波波阵面上的超压，MPa;
R—— 距爆炸中心的距离，m;
n—— 衰减系数。
研究表明，不同数量的同类炸药发生爆炸时，如果R与R0之比的三次方根相等，则所产生的冲击波超压相同，用公式表示为：
若
则Δp=Δp0
式中：R—— 目标与爆炸中心的距离，m;
R0—— 目标与基准爆炸中心的相当距离，m;
q0—— 基准炸药量，TNT，t;
q—— 爆炸时产生冲击波所消耗的炸药量，TNT，t;
Δp—— 目标处的超压，MPa;
Δp0—— 基准目标处的超压，MPa;
α—— 炸药爆炸试验的模拟比。
上式也可以写成：Δp（R）=Δp0（R/α）
表3是1t TNT炸药在空气中爆炸时所产生的冲击波超压。
2.2 爆炸后果计算
2.2.1 液氨储罐破裂
液氨储罐发生爆炸时的爆炸能量Eg：
≈450715kJ
TNT当量q=Eg/4500≈91.27kg
爆炸的模拟比α=0.1q1/3=0.1×91.27/3≈3.04
分别计算出超压Δp0为0.005MPa、0.006MPa、0.015MPa、0.02MPa、0.03MPa、0.05MPa、0.07MPa、0.10MPa、0.20MPa和0.30MPa时的1tTNT爆炸试验中的相当距离R0分别为106m、102m、68m、56m、43m、38m、27m、23m、17m、15m。
根据液氨储罐爆炸的模拟比α、表4中的R0值，以及公式R0=R/α，可计算液氨储罐爆炸所产生的沖击波超压Δp为0.005MPa、0.006MPa、0.015MPa、0.02MPa、0.03MPa、 0.05MPa、0.07MPa、0.10MPa、0.20MPa和0.30MPa时对应的距离R分别为26.5m、25.5m、17m、14m、10.75m、9.5m、6.75m、5.75m、4.25m、3.75m。结合表1和表2，可知液氨储罐发生爆炸时在不同范围内的人员或建筑受到伤害或破坏的程度，具体见表4、表5。
2.2.2 结果分析
液氨储罐爆炸可能发生的事故类型主要为火灾爆炸，危险等级为Ⅲ级。通过采用爆炸模型进行定量评价可知，在一个液氨储罐发生物理爆炸的情况下，由于冲击波的破坏作用，可能导致人员听觉器官损伤或骨折以上严重程度的伤害半径为10.75m;导致建筑物砖墙倒塌以上严重程度的破坏半径为5.75m。因此，在设计时除应确保储罐与其他建筑物之间的安全距离满足要求外，重点应从源头上采取措施，防止发生液氨罐爆炸事故。
3 ALOHA泄漏扩散模拟分析
3.1 参数设置
采用ALOHA软件对液氨泄漏后毒物扩散情况进行预测计算。选取某地区夏季和冬季两种天气分别计算。参数设置见表6。
3.2 计算结果
根据《工作场所有害因素职业接触限值》可知，环境中氨的时间加权平均容许浓度值为20mg/m3，短时间接触平均容许浓度值为30mg/m3。模拟结果如图1和2所示。
图中红线所示椭圆范围内的区域，氨的浓度>=30mg/m3;黄色区域氨的浓度介于20mg/m3和30mg/m3之间;黄色区域以外的区域，氨的浓度<20mg/m3。
当泄漏发生在夏季，风速取值2.8m/s时，时间加权平均容许浓度值>=20mg/m3的点最远达到距泄漏点下风侧2.5km处，短时间接触平均容许浓度值>=30mg/m3的点最远达到距泄漏点下风侧3.3km处;当泄漏发生在夏季，风速取值1m/s时（近似静风条件），时间加权平均容许浓度值>=20mg/m3的点最远达到距泄漏点下风侧2.9km处，短时间接触平均容许浓度值>=30mg/m3的点最远达到距泄漏点下风侧3.7km处;当泄漏发生在冬季，风速取值4.6m/s时，时间加权平均容许浓度值>=20mg/m3的点最远达到距泄漏点下风侧730m处，短时间接触平均容许浓度值>=30mg/m3的点最远达到距泄漏点下风侧907m处;当泄漏发生在冬季，风速取值1m/s时（近似静风条件），时间加权平均容许浓度值>=20mg/m3的点最远达到距泄漏点下风侧1.2km处，短时间接触平均容许浓度值>=30mg/m3的点最远达到距泄漏点下风侧1.5km处。模拟结果说明，发生液氨泄漏时，夏季比冬季影响范围大;静风天气比有风天气影响范围大，为此，在液氨储罐设计时均设有遮阳棚和水喷淋系统。
4 结语
综上，液氨不仅具有火灾爆炸危险性还具有毒性，其毒性受外界温度影响较大，当氨罐发生爆炸或者泄漏事故时，企业应加强应急处置，做好人员疏散和救援工作。此外，本文研究成果可供其他承压类化工机械设备危险有害因素分析参考。
参考文献
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