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火力發電廠脫硝氨區水噴淋系統探討?

近年隨著國家環保標準不斷的提高,火力發電廠煙氣脫硝工程在電力行業內大批量、集中展開。液氨作為火力發電廠脫硝系統的還原劑,被廣泛使用。對火力發電企業在安全管理、運行管理、設備管理等方面,帶來了新的挑戰。依據現行國家設計規程、規範,結合氨區自身特點進行探討,重點討論水噴淋系統在氨區防泄漏、防擴散方面的設計模式和設計理念,促進氨區水噴淋系統設計模式的開發。

1氨的特性

氨是壹種無色氣體,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℃,與空氣混合爆炸極限15.7%~27.4%(最易引燃濃度17%),最小點火能量680mJ。按火災危險性分類規定,液氨屬乙A類可燃液體。

氨具有揮發性、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。氨極易溶於水,常溫常壓下1體積水可溶解700倍體積氨(氨水飽和濃度34%)。

2液氨危險性

液氨,又稱為無水氨,是壹種無色液體,有強烈刺激性氣味。為運輸及儲存便利,通常將氨氣通過加壓或冷卻成液氨。液氨20℃時密度為610.26kg/m3,加壓液氨氣化時體積會膨脹850倍,並大量吸熱,使周圍物質的溫度急劇下降。液氨氣化後與空氣混合能形成爆炸性混合物,遇明火、高熱能引起燃燒爆炸。低濃度氨對粘膜有刺激作用,高濃度可造成組織溶解壞死。液氨或高濃度氨可致眼灼傷;液氨可致皮膚灼傷[1]。

根據化學品分類等規範系列標準,液氨屬於易燃氣體,類別2;壓力下氣體,液化氣體;急性毒性-吸入,類別3;皮膚腐蝕/刺激,類別1B;嚴重眼損傷/眼刺激,類別1;危害水生環境-急性危害,類別1。

3液氨事故案例及分析

3.1事故案例(表1)

3.2事故案例分析

以上液氨發生泄漏事故為不完全統計,本文對液氨泄漏事故做定性分析。壹是液氨泄露事故如果得不到有效控制和防護,通常會造成人員死亡,並且易造成較大事故。二是吉林寶源豐禽業有限公司的特別重大事故,由火災導致液氨設備和管道高溫發生物理爆炸,液氨發生爆噴性泄漏,在封閉廠房內發生氣化和參與燃燒。三是從以上液氨泄漏事故分析,儲存液氨設備發生泄漏較少,液氨泄漏多發生在輸氨、用氨的設備和管道。

4液氨儲存系統水噴淋系統模式

根據液氨泄漏事故的定性分析,氨中毒是導致人員傷亡的主要原因,其次是火災和爆炸,泄漏點多為法蘭、閥門等連接點的泄漏。火力發電廠脫硝工程液氨系統應重點防止液氨泄漏和液氨泄漏後的防護。

火力發電廠液氨儲存多使用壓力式液氨儲罐,目前國內與液氨有關的設計規範、管理標準主要在液氨泄漏後防火防爆的角度考慮防範措施,水噴淋系統的設計強度是針對防火防爆進行設置,未考慮水對氨的吸收作用。

氨極易溶於水,常溫常壓下1體積水可溶解約700倍體積氨(氨水飽和濃度34%),因此水可以作為液氨泄漏後有效的吸收劑和保護劑。因此火力發電廠液氨儲存系統水噴淋系統的給水強度,需從吸收和防止擴散角度考慮進行設計,而並非僅考慮防火防爆的需要。

5液氨儲存系統水噴淋系統給水強度探討

根據《石油化工企業設計防火規範》8.10.13要求,消防噴淋供給強度不小於6L/min˙m2;《水噴霧滅火系統設計規範》表3.1.2中防護冷卻時乙類儲存設施供給強度為6L/min˙m2,閃點高於120度的液體火災供給強度為13L/min˙m2。《水噴霧滅火系統設計規範》條文解釋說明:6L/(min˙m2)供給強度是接近控制壁溫,防止儲罐壁強度下降的臨界值,10L/(min˙m2)供給強度可獲得露天有風條件下保護儲罐幹壁的滿意效果。考慮到液氨儲罐同時設置單獨的冷卻噴淋系統,可在發生泄漏時同時開啟,能有效保障對於事故狀況下泄漏氨氣的吸收。綜上考慮,液氨儲罐消防噴淋系統供給強度應不小於9L/min˙m2。

本文調查統計了中國大唐集團公司下屬火力發電企業液氨儲罐的數據,儲罐本體最大開孔孔徑為80mm。按DN80管道5mm法蘭間隙半周泄漏計算,20℃情況下液氨的最大泄漏速度為0.93t/min。氨水飽和濃度為34%,完全吸收情況下所需水流量約為2.0m3/min。按吸收效率為50%計,消防噴淋吸收水流量應不小於4m3/min。根據儲罐容積大小、噴嘴的布置及吸收效率,確定不同容積儲罐的消防噴淋水流量[2]。

6液氨儲存區域水噴淋系統設計建議

火力發電廠液氨儲存區域水噴淋系統,應統籌考慮液氨儲罐防火防爆防泄漏和冷卻降溫的需求,多水源多系統進行設計,提供以下建議供參考。

①每個液氨儲罐的冷卻噴淋系統應單獨設置,水源為工業水,噴淋強度不小於4.5L/m2˙min,以滿足液氨儲罐夏季高溫時的降溫需要,並可作為液氨泄漏的備用噴淋系統。

②液氨儲存區域消防噴淋水應取自高壓消防水系統,室外消火栓用水應取自低壓消防水系統。當電廠消防給水系統為***用壹套管路時,消防噴淋系統與室外消火栓用水應分別從全廠消防水母管接入,且其分支母管均應設置為帶有隔離閥門分段的環型管路。

③氨區消防噴淋系統應采用水噴淋方式,噴頭應采用實心錐型開式噴嘴,嚴禁采用管道開孔方式,噴淋系統的噴淋管道宜布置為環型布置。

7結語

火力發電企業作為國家重要經濟命脈,擔負著重要的社會責任,構建節能環保、安全穩定生產的環境是所有企業的需要。我們只有深刻認識火力發電廠液氨儲存系統泄漏的危險性和危害性,依靠真實的數據,制定科學的防控策略,才能真正做到安全生產,防患於未然。

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