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【關鍵詞】脫硝工程;液氨;爆炸;泄漏;中毒;影響范圍;防城港電廠
0.引言
廣西防城港電廠位于防城港市港口區企沙鎮西面約8km暗埠江口東岸赤沙村西南側淺海灘涂,地處企沙臨海工業區企沙片區,與防城港市區隔海相望,工程規劃容量2520MW,并留有擴建余地。工程2×600MW超臨界燃煤機組于2005年5月29日開工建設,兩臺機組分別于2007年9月、2008年1月投產發電。根據《火電廠大氣污染物排放標準》(GB13223-2011)要求,對防城港電廠進行脫硝技術改造。脫硝工程采用選擇性催化還原脫硝工藝(SCR),設置2臺1103的液氨儲罐,根據《危險化學品名錄》(國家安全生產監督管理總局公告2003年第1號)的分類,液氨屬于第2.3類液化有毒氣體且易燃,一旦發生儲罐爆炸、泄漏事故,將危及企業內部職工以及周邊居民生命安全,下面采用爆炸、中毒模型,對液氨儲罐發生爆炸事故和液氨儲罐泄漏引發中毒傷害后果進行模擬分析、預測。
1.脫硝工藝概述
防城港電廠煙氣脫硝系統主要包括脫硝裝置、鍋爐預熱器改造及相關的電氣、熱工控制等,采用液氨作為脫硝還原劑,采取選擇性催化還原(SCR)法來達到去除煙氣中NOX的目的。脫硝裝置入口NOx濃度≤400mg/Nm3,脫硝效率80%,實施脫硝技改后,氮氧化物排放濃度小于100mg/Nm3,滿足《火電廠大氣污染物排放標準》(GB13223-2011)。SCR反應器采用高含塵布置(即反應器布置在鍋爐省煤器與空預器之間),本體內裝有蜂窩狀催化劑。
煙氣在鍋爐省煤器出口處被平均分為兩路,每路煙氣并行進入一個垂直布置的SCR反應器里,即每臺鍋爐配有2個反應器,煙氣經過均流器后進入催化劑層,然后進入空氣預熱器、電除塵器、吸風機和脫硫裝置后,排入煙囪。在進入煙氣催化劑前設有氨注入的系統,煙氣與氨氣充分混合后進入催化劑發生反應,脫去NOx。
SCR脫硝工藝主要的化學方程式如下:
4NO+4NH3+O2=4N2+6H2O
2NO2+4NH3+O2=3N2+6H2O
2.液氨儲罐爆炸事故后果模擬分析與預測
液氨的危險特性為易燃,有毒,具有刺激性,對環境有嚴重危害。與空氣混合能形成爆炸性混合物。遇明火、高熱可能引起燃燒爆炸。引燃溫度(℃):651;爆炸下限%(V/V):15.7;爆炸上限%(V/V):27.4;最大爆炸壓力(MPa):0.580。
2.1 計算
脫硝工程設置有2臺1103的液氨儲罐,從事故概率分析,2臺儲罐同時發生爆炸的可能性較小,因此,以下僅就其中1臺1103液氨儲罐發生爆炸造成的損害進行計算。
2.1.1爆炸能量
液氨儲罐中飽和液氨占有容器介質質量的絕大部分,它的爆破能量比飽和氣體大得多,一般計算時考慮氣體膨脹做的功。爆破能量可按下式計算:
E=[(H1-H2)-(S1-S2)T1]W
式中 E――過熱狀態液體爆炸能量,kJ;
H1――爆炸前飽和液體的焓,kJ/kg。H1取639.01kJ/kg;
H2――在大氣壓力下飽和液體的焓,kJ/kg。H2取364.76kJ/kg;
S1――爆炸前飽和液體的熵,kJ/(kg?℃)。S1取2.4786kJ/kg?K;
S2――在大氣壓力下飽和液體的熵,kJ/(kg?℃)。S2取1.4775kJ/kg?K;
T1――介質在大氣壓力下的沸點,kJ/(kg?℃)。T1=273.15-33.5=239.65K;
W――飽和液體的質量,kg。W=ρV=680×110×0.85=63580kg
則:E=[(639.01-364.76)-(2.4786-1.4775)*239.65]*63580=2183337.2kJ
即:單臺110m3液氨儲罐發生爆炸的爆破總能量為2183337.2kJ;
2.1.2將爆破能量E換算成TNT當量q
q=E/qTNT
式中 q――TNT當量;
qTNT――lkg TNT爆炸所放出的爆破能量為4230~483610/kg,一般取平均爆破能量為4500kJ/kg。
則:q=E/qTNT=E/4500=2183337.2/4500=485.19kg
即:單臺110m3液氨儲罐發生爆炸的TNT當量為485.19kg;
2.1.3求出爆炸的模擬比α
α=0.1q1/3=0.1*485.191/3=0.792.
1.4計算沖擊波的超壓及相應的傷害、破壞半徑
壓力容器爆炸時,爆破能量在向外釋放時以沖擊波能量、碎片能量和容器殘余變形能量3種形式表現出來。后兩者所消耗的能量只占總爆破能量的3%~15%,也就是說大部分能量是產生空氣沖擊波。多數情況下,沖擊波的傷害、破壞作用是由超壓引起的,只要沖擊波超壓達到一定值,便會對目標造成一定的傷害或破壞。沖擊波超壓對人體的傷害和對建筑物的破壞作用見表1、表2。