火力发电厂脱硝氨区水喷淋系统探讨

李文龙

摘 要：近年随着国家环保标准不断的提高，火力发电厂烟气脱硝工程在电力行业内大批量、集中展开。液氨作为火力发电厂脱硝系统的还原剂，被广泛使用。对火力发电企业在安全管理、运行管理、设备管理等方面，带来了新的挑战。依据现行国家设计规程、规范，结合氨区自身特点进行探讨，重点讨论水喷淋系统在氨区防泄漏、防扩散方面的设计模式和设计理念，促进氨区水喷淋系统设计模式的开发。

关键词：氨区;液氨;水喷淋

中图分类号： X701.7             文献标识码： A            文章编号： 1673-1069（2017）01-192-2

1  氨的特性

氨是一种无色气体，有强烈的刺激性气味，分子量17.03，标准状况下密度0.7081kg/m3，沸点为-33.35℃，自燃点651.11℃，与空气混合爆炸极限15.7%～27.4% （最易引燃浓度17%），最小点火能量680mJ。按火灾危险性分类规定，液氨属乙A类可燃液体。

氨具有挥发性、毒性和强碱性（pH在10左右），对眼、呼吸道粘膜有强烈刺激和腐蚀作用，可导致人体呼吸困难、昏迷、休克甚至死亡，其短时间接触容许浓度30mg/m3，半致死浓度1390mg/m3，即刻致死浓度3500mg/m3。氨极易溶于水，常温常压下1体积水可溶解700倍体积氨（氨水饱和浓度34%）。

2  液氨危险性

液氨，又称为无水氨，是一种无色液体，有强烈刺激性气味。为运输及储存便利，通常将氨气通过加压或冷却成液氨。液氨20℃时密度为610.26kg/m3，加压液氨气化时体积会膨胀850倍，并大量吸热，使周围物质的温度急剧下降。液氨气化后与空气混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸。低浓度氨对粘膜有刺激作用，高浓度可造成组织溶解坏死。液氨或高浓度氨可致眼灼伤;液氨可致皮肤灼伤[1]。

根据化学品分类等规范系列标准，液氨属于易燃气体，类别2;压力下气体，液化气体;急性毒性-吸入，类别3;皮肤腐蚀/刺激，类别1B;严重眼损伤/眼刺激，类别1;危害水生环境-急性危害，类别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

以上液氨发生泄漏事故为不完全统计，本文对液氨泄漏事故做定性分析。一是液氨泄露事故如果得不到有效控制和防护，通常会造成人员死亡，并且易造成较大事故。二是吉林宝源丰禽业有限公司的特别重大事故，由火灾导致液氨设备和管道高温发生物理爆炸，液氨发生爆喷性泄漏，在封闭厂房内发生气化和参与燃烧。三是从以上液氨泄漏事故分析，储存液氨设备发生泄漏较少，液氨泄漏多发生在输氨、用氨的设备和管道。

4  液氨储存系统水喷淋系统模式

根据液氨泄漏事故的定性分析，氨中毒是导致人员伤亡的主要原因，其次是火灾和爆炸，泄漏点多为法兰、阀门等连接点的泄漏。火力发电厂脱硝工程液氨系统应重点防止液氨泄漏和液氨泄漏后的防护。

火力发电厂液氨储存多使用压力式液氨储罐，目前国内与液氨有关的设计规范、管理标准主要在液氨泄漏后防火防爆的角度考虑防范措施，水喷淋系统的设计强度是针对防火防爆进行设置，未考虑水对氨的吸收作用。氨极易溶于水，常温常压下1体积水可溶解约700倍体积氨（氨水饱和浓度34%），因此水可以作为液氨泄漏后有效的吸收剂和保护剂。因此火力发电厂液氨储存系统水喷淋系统的给水强度，需从吸收和防止扩散角度考虑进行设计，而并非仅考虑防火防爆的需要。

5  液氨储存系统水喷淋系统给水强度探讨

根据《石油化工企业设计防火规范》8.10.13要求，消防喷淋供给强度不小于6L/min·m2;《水喷雾灭火系统设计规范》表3.1.2中防护冷却时乙类储存设施供给强度为6L/min·m2，闪点高于120度的液体火灾供给强度为13L/min·m2。《水喷雾灭火系统设计规范》条文解释说明：6L/（min·m2）供给强度是接近控制壁温，防止储罐壁强度下降的临界值，10L/（min·m2）供给强度可获得露天有风条件下保护储罐干壁的满意效果。考虑到液氨储罐同时设置单独的冷却喷淋系统，可在发生泄漏时同时开启，能有效保障对于事故状况下泄漏氨气的吸收。综上考虑，液氨储罐消防喷淋系统供给强度应不小于9L/min·m2。

本文调查统计了中国大唐集团公司下属火力发电企业液氨储罐的数据，储罐本体最大开孔孔径为80mm。按DN80管道5mm法兰间隙半周泄漏计算，20℃情况下液氨的最大泄漏速度为0.93t/min。氨水饱和浓度为34%，完全吸收情况下所需水流量约为2.0m3/min。按吸收效率为50%计，消防喷淋吸收水流量应不小于4m3/min。根据储罐容积大小、喷嘴的布置及吸收效率，确定不同容积储罐的消防喷淋水流量[2]。

6  液氨储存区域水喷淋系统设计建议

火力发电厂液氨储存区域水喷淋系统，应统筹考虑液氨储罐防火防爆防泄漏和冷却降温的需求，多水源多系统进行设计，提供以下建议供参考。

①每个液氨储罐的冷却喷淋系统应单独设置，水源为工业水，喷淋强度不小于4.5L/m2·min，以满足液氨储罐夏季高温时的降温需要，并可作为液氨泄漏的备用喷淋系统。

②液氨储存区域消防喷淋水应取自高压消防水系统，室外消火栓用水应取自低压消防水系统。当电厂消防给水系统为共用一套管路时，消防喷淋系统与室外消火栓用水应分别从全厂消防水母管接入，且其分支母管均应设置为带有隔离阀门分段的环型管路。

③氨区消防喷淋系统应采用水喷淋方式，喷头应采用实心锥型开式喷嘴，严禁采用管道开孔方式，喷淋系统的喷淋管道宜布置为环型布置。

7  结语

火力发电企业作为国家重要经济命脉，担负着重要的社会责任，构建节能环保、安全稳定生产的环境是所有企业的需要。我们只有深刻认识火力发电厂液氨储存系统泄漏的危险性和危害性，依靠真实的数据，制定科学的防控策略，才能真正做到安全生产，防患于未然。

参 考 文 献

[1] 火电厂烟气脱硝系统安全质量管理手册[M].中国电力出版社，2013（12）.

[2] 中国大唐集团科技工程有限公司.燃煤电站SCR烟气脱硝工程技术[M].北京：中国电力出版社，2009.