防城港电厂脱硝工程液氨储罐发生爆炸、中毒事故后果模拟分析

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【摘 要】广西防城港电厂脱硝工程采用选择性催化还原脱硝工艺（SCR），设置2台1103的液氨储罐，文章采用爆炸、中毒模型，对液氨储罐发生爆炸事故和泄漏引发中毒伤害后果进行模拟计算，估算影响范围，为企业采取相应的安全措施和应急预案的建立提供参考依据。

【关键词】脱硝工程；液氨；爆炸；泄漏；中毒；影响范围；防城港电厂

0.引言

广西防城港电厂位于防城港市港口区企沙镇西面约8km暗埠江口东岸赤沙村西南侧浅海滩涂，地处企沙临海工业区企沙片区，与防城港市区隔海相望，工程规划容量2520MW，并留有扩建余地。工程2×600MW超临界燃煤机组于2005年5月29日开工建设，两台机组分别于2007年9月、2008年1月投产发电。根据《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）要求，对防城港电厂进行脱硝技术改造。脱硝工程采用选择性催化还原脱硝工艺（SCR），设置2台1103的液氨储罐，根据《危险化学品名录》（国家安全生产监督管理总局公告2003年第1号）的分类，液氨属于第2.3类液化有毒气体且易燃，一旦发生储罐爆炸、泄漏事故，将危及企业内部职工以及周边居民生命安全，下面采用爆炸、中毒模型，对液氨储罐发生爆炸事故和液氨储罐泄漏引发中毒伤害后果进行模拟分析、预测。

1.脱硝工艺概述

防城港电厂烟气脱硝系统主要包括脱硝装置、锅炉预热器改造及相关的电气、热工控制等，采用液氨作为脱硝还原剂，采取选择性催化还原（SCR）法来达到去除烟气中NOX的目的。脱硝装置入口NOx浓度≤400mg/Nm3，脱硝效率80%，实施脱硝技改后，氮氧化物排放浓度小于100mg/Nm3，满足《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）。SCR反应器采用高含尘布置（即反应器布置在锅炉省煤器与空预器之间），本体内装有蜂窝状催化剂。

烟气在锅炉省煤器出口处被平均分为两路，每路烟气并行进入一个垂直布置的SCR反应器里，即每台锅炉配有2个反应器，烟气经过均流器后进入催化剂层，然后进入空气预热器、电除尘器、吸风机和脱硫装置后，排入烟囱。在进入烟气催化剂前设有氨注入的系统，烟气与氨气充分混合后进入催化剂发生反应，脱去NOx。

SCR脱硝工艺主要的化学方程式如下：

4NO+4NH3+O2=4N2+6H2O

2NO2+4NH3+O2=3N2+6H2O

2.液氨储罐爆炸事故后果模拟分析与预测

液氨的危险特性为易燃，有毒，具有刺激性，对环境有严重危害。与空气混合能形成爆炸性混合物。遇明火、高热可能引起燃烧爆炸。引燃温度（℃）：651；爆炸下限%（V/V）：15.7；爆炸上限%（V/V）：27.4；最大爆炸压力（MPa）：0.580。

2.1 计算

脱硝工程设置有2台1103的液氨储罐，从事故概率分析，2台储罐同时发生爆炸的可能性较小，因此，以下仅就其中1台1103液氨储罐发生爆炸造成的损害进行计算。

2.1.1爆炸能量

液氨储罐中饱和液氨占有容器介质质量的绝大部分，它的爆破能量比饱和气体大得多，一般计算时考虑气体膨胀做的功。爆破能量可按下式计算：

E=[（H1-H2）-（S1-S2）T1]W

式中 E――过热状态液体爆炸能量，kJ；

H1――爆炸前饱和液体的焓，kJ/kg。H1取639.01kJ/kg；

H2――在大气压力下饱和液体的焓，kJ/kg。H2取364.76kJ/kg；

S1――爆炸前饱和液体的熵，kJ/（kg・℃）。S1取2.4786kJ/kg・K；

S2――在大气压力下饱和液体的熵，kJ/（kg・℃）。S2取1.4775kJ/kg・K；

T1――介质在大气压力下的沸点，kJ/（kg・℃）。T1=273.15-33.5=239.65K；

W――饱和液体的质量，kg。W=ρV=680×110×0.85=63580kg

则：E=[（639.01-364.76）-（2.4786-1.4775）*239.65]*63580=2183337.2kJ

即：单台110m3液氨储罐发生爆炸的爆破总能量为2183337.2kJ；

2.1.2将爆破能量E换算成TNT当量q

q=E/qTNT

式中 q――TNT当量；

qTNT――lkg TNT爆炸所放出的爆破能量为4230～483610/kg，一般取平均爆破能量为4500kJ/kg。

则：q=E/qTNT=E/4500=2183337.2/4500=485.19kg

即：单台110m3液氨储罐发生爆炸的TNT当量为485.19kg；

2.1.3求出爆炸的模拟比α

α=0.1q1/3=0.1*485.191/3=0.792.

1.4计算冲击波的超压及相应的伤害、破坏半径

压力容器爆炸时，爆破能量在向外释放时以冲击波能量、碎片能量和容器残余变形能量3种形式表现出来。后两者所消耗的能量只占总爆破能量的3%～15%，也就是说大部分能量是产生空气冲击波。多数情况下，冲击波的伤害、破坏作用是由超压引起的，只要冲击波超压达到一定值，便会对目标造成一定的伤害或破坏。冲击波超压对人体的伤害和对建筑物的破坏作用见表1、表2。

由爆炸实验数据表明，不同数量的同类炸药发生爆炸时，如果R与Ro之比与q与qo之比的三次方相等，则产生的冲击波超压相同，用公式表示如下：

根据表3提供的1000kg TNT炸药在空气中爆炸时相当距离R0和对应所产生的冲击波超压P0，用插入法计算出1000kg TNT爆炸冲击波超压特征值P0所对应的距离R0，并通过R=R0×α计算出R，计算结果见表4。