米勒德制冷服务站氨水泄漏事故
米勒德制冷服务站氨水泄漏事故
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生源地助学贷款还款    编者按:2010年8月6日,美国阿拉巴马州米勒德制冷服务站发生氨水泄漏事故。此次事故泄漏氨量约为14.5 t,导致超过120人不同程度中毒,32人被送医救治,4人接受重症监护。本文将对此次事故原因进行深度剖析。
    事故简介
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    2010年8月23日,位于美国阿拉巴马州西奥多的米勒德制冷服务站(Millard Refrigerated Services)发生了一起液压冲击事故,导致房顶上一根直径为305 mm左右的入口管线发生爆裂,泄漏出大约14.5 t无水氨。此次液压冲击发生在一次停电后,重新启动氨制冷系统的过程中,除了管道爆裂外,液压冲击产生的压力还使站内蒸发器的盘管发生破裂。
    从爆裂管线里泄漏出的氨气云越过工厂附近的一条河,飘到了距工厂约400 m的下风处,该处人员在接触到氨气云后感到不适,其中有32人被送医救治,4人受到重症监护。
    事故描述
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    2010年8月23日9时左右,米勒德制冷服务站向两只国际船只上装载冻禽肉时,其制冷系统发生液压冲击,导致管道系统爆裂,泄漏了大约14.5 t无水氨。大部分的氨都是从屋顶上一根直径为350 mm左右的管道中泄漏出来的(图1)。氨泄漏后形成的蒸气云向南飘过距工厂400 m远的西奥多工业运河。一名米勒德制冷服务站员工和多名在室外作业的承包商员工暴露在蒸气云中,几乎同一时间,站内冷冻室的空气监测设备在探测到室内高浓度的氨之后发出了警报。事实上,此次警报是制冷系统速冻室蒸发器上盘管爆裂(图2)而出现二次泄漏后引发的。
    操作经理通过对讲机报告泄漏情况后,站内3名员工爬到房顶试图关闭向速冻室输送氨的手动阀。其余所有员工均疏散到泄漏点的上风处。13∶20分,在距初始爆炸发生4 h后,房顶上的阀门关闭,泄漏停止。此次事故导致3 600 t禽肉及包装材料被污染。当日,事后检测到速冻室内氨气浓度高达7 275×10-6。小学生读书的名言名句
    液压冲击
    液压冲击是管道和设备中的液体流动速度迅速变化,管道局部压力急剧上升的情况。它多发于民用和工业设施的水系统和蒸汽系统。在氨制冷过程中,液压冲击产生的高压可使
管道、阀门及其他设备出现严重故障。若管道中同时出现氨气和液氨,此时如果气体体积突然变化,就会产生极高的压力。对于轻微的液压冲击,我们可通过敲击管道,根据产生的声音,检测其存在。
    破坏性液压冲击事件通常出现在低温氨系统中,尤其是在用热的气态制冷剂对蒸发器进行除霜过程之中或之后,从高温高压向低温低压过渡的过程中。出现故障的系统组件一般会包括蒸发器、入口截止阀,蒸发器入口管道及蒸发器下游入口总管等相关管件。
    根据对故障组件和蒸发器除霜系统的检查,米勒德制冷服务站的氨泄漏事故很可能是由冷凝诱发的冲击、蒸气推动的液体、或由二者共同导致的,因为在同时存有液体和气体的管道中,这两种形式的冲击都会发生,并且在液压冲击过程中,这两种机理往往同时存在。
    氨制冷
    米勒德制冷服务站的氨制冷系统使用的氨量为65 t,为5个产品储藏冷冻室和3个速冻室提供制冷。该制冷系统处理液态氨的最低和最高设计温度分别为-4℃和43℃,系统正常操作压强的设计范围为29.8~1 400 kPa。
    当制冷系统中的氨从液态变成气态时,会吸收冷冻室中的热量。然后氨蒸气将再被压缩并冷凝回液态,不断地在系统中循环。制冷系统是封闭的,在整个循环中既不会产生也不会消耗氨(图3)。
    1.无水氨的特点
    无水氨(NH3)在常温、常压下为无气体,有独特刺激性气味。氨气比空气轻,极易溶于水。氨泄漏到大气中,会与空气中的水分生成雾,形成白云。氨气云密度较大,常会沿地表移动,因此对在周围区域作业的人员极其危险。氨对眼睛及呼吸系统都有刺激性,高浓度的氨有致命危险。此外,无水氨—空气混合物的浓度若在可燃范围内且位于点火源附近时,很可能会发生突燃。开学周记
    2.除霜循环
    在大的制冷系统中,低温液氨被泵送到冷藏或速冻室的蒸发器盘管中,对所在空间内的空气进行冷却。冷冻室中的空气热量传递给盘管中温度较低的制冷剂后,其温度就会下降。在冷却过程中,空气中的水分在蒸发器盘管的外表逐渐堆积成霜。如不定期清除,这
些霜将会逐渐影响盘管的热传递,使蒸发器的冷却作用大幅下降。热气除霜技术通过中断正常的冷却模式,然后将热的气态制冷剂从压缩机出口循环到盘管,对蒸发器表面加热,定期将蒸发器盘管表面积聚的霜融化掉。在此过程中,盘管表面的温度会大幅上升。
    当除霜作业开始后,系统关闭液体进料阀,停止向蒸发器内输送液氨,同时会保持蒸发器风机继续运行,从而将盘管中残留的液态制冷剂蒸发掉(图4)。之后,关闭入口阀门,将蒸发器盘管与系统的低温部分隔离,再打开支管上的热气阀将热氨气(43.3℃和0.69 MPa)通过压缩机引入到蒸发器盘管。热气的引入一般要分两步进行。首先,在打开主热气阀之前,用一个小一点的阀门慢慢地将压力较高的热的气态制冷剂引入到蒸发器盘管。然后,再打开较大的热气阀,将大量的热气流引入到盘管。大量的气流将蒸发器盘管表面温度升高后,盘管外部堆积的霜会融化,而高压制冷剂气体会在盘管内冷凝成液体。冷凝后的液态制冷剂(及部分未完全冷凝的气态制冷剂)通常会通过一个减压阀,使装置内压强回到中间压力水平。除霜结束后,热气阀关闭,打开压力平衡阀,慢慢地给盘管泄压。然后再打开入口截止阀,低温液体引入到盘管的阀门也会打开,重新对蒸发器进行冷却。最后,打开风机,继续进行正常的制冷循环。
    在热气除霜过程中,关闭入口截止阀后,蒸发器的盘管就与低温入口管线隔开。入口截止阀上游的蒸发器管道内压强增大,而下游低温入口管道有从蒸发器中返回的低压蒸气和液体。氨系统发生冲击的常见原因是高压和低压之间的阀门被迅速打开。如果盘管迅速降压,液态制冷剂和蒸气将通过入口截止阀快速进入到下游入口管道,此时气体会突然冷凝成液体,气体积聚的压力在迅速冷凝后形成真空,并最终导致冷凝诱发冲击(图5)。体积的缩减使系统中其他部分的流体冲入,此时液体加速极快,若当遇到阻挡物(如管端)就会突然停止,对管道产生作用力。这个力给管道和接头带来很大冲击,在严重的情况下,会导致组件发生故障。米勒德制冷服务站发生的事故很可能是因冷凝诱发冲击和蒸气推动液体共同引起。这两种机理在氨制冷系统的液压冲击事件中常会同时存在。

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