吳 熠 徐金橋 中國五環(huán)工程有限公司 武漢 430223

氫氟酸沸點低，易揮發(fā)，具有滲透性和腐蝕性，泄露后具有高危害性。除直接接觸會使人體中毒外，還會迅速彌散到空氣中，致吸入性損傷，造成支氣管黏膜和肺組織緩慢進行性破壞，可使呼吸道嚴重損傷和急性肺水腫[1]。氫氟酸中的氫離子對人體組織有脫水和腐蝕作用，而氟是最活潑的非金屬元素之一，皮膚與氫氟酸接觸后，氟離子不斷解離而滲透到深層組織，溶解細胞膜，造成表皮、真皮、皮下組織乃至肌層液化壞死。

國內已多次發(fā)生氫氟酸泄露事故。如2011年浙江一化工企業(yè)20噸氫氟酸泄露，數(shù)百人被緊急疏散。2015年廣西玉林一輛裝載20噸化學品氫氟酸的大貨車發(fā)生側翻。2019年江西一氟化工公司發(fā)生氫氟酸泄露事故，該公司立即組織應急隊伍進行現(xiàn)場處置，并在第一時間通知并疏散了周邊群眾，經(jīng)過半個小時左右的處置，泄露才得到全面控制。因此，設置無水氫氟酸罐區(qū)泄露事故處理系統(tǒng)非常重要。

以某項目為例，無水氫氟酸罐區(qū)設有4個臥罐，單個臥罐規(guī)格為D=5m，L=10m。結合無水氫氟酸的易揮發(fā)性及高危害性，該項目采納安全專篇審查意見，無水氫氟酸罐區(qū)按封閉設計考慮。

下文就以該項目為例，對封閉式無水氫氟酸罐區(qū)發(fā)生事故泄露工況時，如何設置和考慮事故通風、事故尾氣處理系統(tǒng)和事故噴淋系統(tǒng)等方面進行討論。

1 事故通風

封閉的無水氫氟酸罐區(qū)應考慮機械通風，按正常通風系統(tǒng)和事故通風系統(tǒng)分別考慮。罐區(qū)設置有HF檢測器。正常工況HF檢測器未報警時，封閉無水氫氟酸罐區(qū)正常通風，可直接外排大氣。罐區(qū)出現(xiàn)HF泄露事故，HF檢測器報警時，需要切斷正常工況的通風系統(tǒng)，運行事故通風系統(tǒng)和事故尾氣處理系統(tǒng)。

《石油化工采暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》(SH/T 3004-2011)以及《化工采暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》(HG/T 20698-2009)中都明確提出正常通風和事故通風換氣次數(shù)不小于12次/h[2][3]。該封閉罐區(qū)內無壓縮機及泵，不用考慮換氣次數(shù)的疊加。

《石油化工采暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》(SH/T 3004-2011)附錄B(針對全面通風量)中列出HF在設備間的換氣次數(shù)為15～20次/h[2]。

根據(jù)上述規(guī)范要求，且認為事故工況換氣次數(shù)不應小于正常工況換氣次數(shù)。因此，封閉無水氫氟酸罐區(qū)的事故通風換氣次數(shù)按15次/h考慮。

整個無水氫氟酸罐區(qū)占地為：34m(長)×18m(寬)×8.5m(高)，考慮到事故通風系統(tǒng)和事故尾氣系統(tǒng)的負荷設置，把無水氫氟酸罐區(qū)一分為二，設計成兩個封閉房間(房間1和房間2)。只考慮單個封閉房間來考慮事故通風系統(tǒng)和事故尾氣處理系統(tǒng)(認為兩個房間不會同時發(fā)生事故工況)。

按照《化工采暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》(HG/T 20698-2009)，當房間高度小于或等于6m時，按房間實際容積計算；當房間高度大于6m時，按6m的空間體積計算[3]。

由于無水氫氟酸儲槽都布置在6m高度及以下，計算容積為：17×18×6=1836m3。

因此事故通風排風量為：1836×15=27540m3/h。

2 事故尾氣處理系統(tǒng)

在事故情況下，無水氫氟酸罐區(qū)突然釋放大量的HF，HF檢測器報警，通風系統(tǒng)從正常工況切換為事故工況，不能直接外排，必須設置事故尾氣處理系統(tǒng)以吸收尾氣中的HF，處理后達標排放。

如何考慮系統(tǒng)的事故泄露量，是合理設置事故尾氣處理系統(tǒng)能力的關鍵。既要保證發(fā)生事故時，事故尾氣處理系統(tǒng)的負荷能保證尾氣排放要求和安全，又要避免因過度設計，造成經(jīng)濟上的不合理。

該項目事故尾氣處理系統(tǒng)只考慮管道、管件(閥門等)法蘭連接處和設備口法蘭連接處出現(xiàn)孔泄漏的情況，設備本體上的泄漏問題不予考慮。

泄漏量以《危險化學品生產裝置和儲存設施外部安全防護距離確定方法》(GB/T 37243-2019)為計算依據(jù)。

無水氫氟酸儲槽的底部出酸口(N3 DN80)為焊接形式，N3口與出酸管道的連接處可不考慮孔泄漏的事故工況。無水氫氟酸罐區(qū)封閉房間內需要考慮孔泄漏事故工況的管道有：無水氫氟酸的卸車管道、無水氫氟酸儲槽泵的入口管道，回無水氫氟酸儲槽的回流管道以及無水氫氟酸儲槽上方的氣相管道。無水氫氟酸儲槽泵布置在封閉罐區(qū)外，因此該泵送下游用戶的輸送管道不在考慮范圍內。

液體經(jīng)管道上的孔流出，質量流率可按下式計算(來自《GB/T 37243-2019》的附錄D.1式)[4]：

式中，Qm為質量流率，單位為千克每秒(kg/s)；A為泄露孔面積，單位為平方米(m2)；C0為液體泄露系數(shù)；P為管道內液體壓力，單位為帕斯卡(Pa)；ρ為泄露液體密度，單位為千克每立方米(kg/m3)。

項目情況如下：

(1)無水氫氟酸的卸車管道管徑為DN40，只用考慮小孔泄漏，泄漏孔徑取值5mm，根據(jù)GB/T 37243中附錄D中的公式D.1計算，泄漏的質量流量為1.39t/h。

(2)無水氫氟酸儲槽泵的入口管道管徑為DN80，需要考慮小孔泄漏和中孔泄漏，泄漏孔徑取值20mm，根據(jù)GB/T 37243中附錄D中的公式D.1計算，泄漏的質量流量為10.8t/h。

(3)回無水氫氟酸儲槽的回流管道管徑為DN50，只用考慮小孔泄漏，泄漏孔徑取值5mm，根據(jù)GB/T 37243中附錄D中的公式D.1計算，泄漏的質量流量為2.01t/h。

(4)無水氫氟酸儲槽上方的氣相管道最大管徑為DN100，需要考慮小孔泄漏和中孔泄漏，泄漏孔徑取值20mm，根據(jù)GB/T 37243中附錄D中的公式D.13、D.14、D.15和D.16計算，氣體泄漏的質量流量為10.43kg/h。

事故工況的泄漏量按上述(2)考慮，既事故工況下的HF的最大泄漏量為10.8t/h。

事故工況尾氣處理系統(tǒng)的處理氣量按27540m3/h考慮，入口HF濃度=10.8/27540=392g/m3，處理后HF排放濃度按環(huán)保批復要求執(zhí)行。

事故尾氣處理系統(tǒng)采用填料塔和NaOH溶液做吸收液來吸收尾氣中的HF。事故工況下，需要保證有足夠的吸收劑來中和泄露的HF。

無水氫氟酸罐區(qū)的封閉房間內設有HF檢測器，發(fā)生事故，HF檢測器報警，要求進行人為干預(關閉泄露點前閥門，切斷泄露源；堵漏等)通過人為干預，控制泄露時間。本項目考慮1h的泄露時間，認為泄露發(fā)生后，1h的時間完全足夠處理好泄露事故。因此，發(fā)生事故時，HF最大泄露量為=10.8×1=10.8t。

外購的NaOH規(guī)格大多為32%，按10.8t的泄露量，考慮10%裕量，得到中和需要的32%NaOH溶液量，據(jù)此設計緊急吸收溶劑槽即可。

3 事故噴淋系統(tǒng)

每個臥罐上方設置獨立的事故噴淋系統(tǒng)；根據(jù)臥罐規(guī)格(D=5m，L=10m)，每個臥罐上方按三行六列，平均分布，共設置18個噴頭。選擇噴射角為90°，流量為31.5L/min的噴頭。為保證噴淋液的不間斷性，選擇工藝水作為噴淋液。四根工藝水管單獨供四個臥罐噴淋使用，一一對應，相互獨立。四根工藝水管上分別設有開關閥。

若出現(xiàn)事故尾氣處理系統(tǒng)也無法處理突發(fā)的緊急工況，如儲槽出現(xiàn)罐體破損等情況，可開啟噴淋系統(tǒng)，水霧隔離無水氫氟酸儲槽，防止高濃度HF尾氣外溢，避免造成重大環(huán)境影響和引發(fā)社會事件。

單個臥罐的噴淋系統(tǒng)開啟由對應噴淋工藝水管線上的開關閥控制，操作人員根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，識別事故罐后，DCS開啟此事故罐的工藝水管線上開關閥，開啟事故噴淋，實現(xiàn)對事故罐的水霧隔離。為了保證噴淋系統(tǒng)的可靠性，四個無水氫氟酸儲槽噴淋系統(tǒng)的控制閥(開關閥)均布置在封閉罐區(qū)外，且都設置了旁路手閥。

無水氫氟酸罐區(qū)設有圍堰，啟用噴淋系統(tǒng)后，含氟廢水通過地槽收集，再由泵送至污水處理站的事故水池。首先采用化學沉淀法處理含氟廢水，事故水池上方設有螺旋輸送機，由螺旋輸送機往事故水池內投料大量石灰，中和生成CaF2沉淀。事故水池內設有攪拌器。含CaF2的事故水由泵送至壓濾機壓濾，壓濾后得到濾渣CaF2，作為一般固廢外送；濾液則采用吸附法進一步脫除F離子，處理達標后外排即可。

4 結語

(1)無水氫氟酸具有高危害性、易揮發(fā)性，罐區(qū)建議按封閉設計，分別考慮正常通風和事故通風，事故尾氣收集處理后達標排放。

(2)設計無水氫氟酸罐區(qū)時，建議可按小單罐、小封閉房間考慮，這樣能減小事故通風和事故尾氣處理系統(tǒng)的負荷。

(3)在封閉式無水氫氟酸罐區(qū)內，儲槽上方的噴淋系統(tǒng)不能隨意開啟，噴淋系統(tǒng)開啟后，水和環(huán)境中的HF接觸，會產生氫氟酸去腐蝕設備，可能會讓泄露情況更加嚴重。噴淋系統(tǒng)應在罐區(qū)已經(jīng)失控的狀態(tài)下去做水霧隔離才開啟。