基于定量風險計算的光氣裝置安全措施效果分析

余辛 (上海安全生產科學研究所,上海 200233)

1 光氣及安全措施

1.1 光氣的應用領域及特性

光氣在常溫下為無色氣體，劇毒，有腐爛水果的氣味。熔點-118℃，沸點8.3℃，相對密度（空氣=1）為3.5。不燃，化學反應活性較高，遇水后具有很強的腐蝕能力。對人體有強烈的毒害作用，主要損害呼吸道，可導致化學性支氣管炎、肺炎、肺水腫。急性中毒導致患者出現咽部不適、咳嗽、胸悶等多種癥狀；中度和重度中毒時上述癥狀加重，并可出現呼吸困難、紫紺、肺水腫等癥狀，嚴重時昏迷以至死亡[1]。

1.2 光氣裝置的常用安全措施

2 定量風險計算

2.1 定量風險評估及相關軟件

風險的定義由兩部分組成：危險事件的危害后果，以及該事件發生的可能性[2]。定量風險評價是對生產過程中發生事故的概率和后果進行描述的系統方法。它可以對事故后果進行模擬，預測事故的影響范圍和嚴重程度；也可以結合事故發生的頻率，計算特定危險源所帶來的風險。

挪威DNV GL公司開發的SAFETI是比較權威的風險分析軟件之一，已得到較多的應用。本文采用該軟件進行事故后果模擬和定量風險計算[3]。

SAFETI的分析結果可分為兩類：第一類是對事故后果進行模擬，計算得出泄漏物在某一濃度邊界的形狀、隨時間的擴散過程、可燃泄漏物發生各種燃燒模式的熱輻射強度、爆炸沖擊波壓力等數據；第二類是對于特定的危險源或失效模式所帶來的風險進行計算，給出危險源周邊的個人風險等值線圖、指定地點的風險值，并可結合周邊人口分布等情況計算出社會風險曲線。

2.2 定量風險評估模型建立

光氣合成裝置中生產出來的光氣被液化后輸送至液態光氣緩存罐中，該緩存罐的最大存量為3500kg，液態光氣溫度為-20℃，壓力為0.2MPa。液態光氣緩存罐的一根管徑為100mm、長度5m的出口管道發生泄漏，泄漏點位于液態光氣緩存罐所在的圍堰內，圍堰面積20m2。液態光氣緩存罐所在的生產裝置為敞開式構筑物，泄漏物可以擴散至裝置外，因此泄漏場所設定為室外。

失效（泄漏）模式采用兩種：小孔泄漏和管道破裂。小孔泄漏指物料從當量孔徑為1/4英寸（6.35mm）的小孔中發生泄漏；泄漏時間是根據生產裝置所在工廠的應急響應能力而定，工廠可在小孔泄漏發生泄漏后10min內發現并采取措施阻止泄漏，故設最大泄漏量相當于10min的管道泄漏量；而管道斷裂泄漏量更大，局部區域內泄漏物濃度更高，也將更容易被檢測儀表發現，設定2min內可以發現并切斷泄漏物料。

本文選取兩種氣象條件，分別對事故進行模擬，其中氣象條件1代表當地平均氣象條件，氣象條件2代表較不利情況下的氣象條件，見表1。

表1 設定氣象條件

2.3 事故后果模擬和風險計算

根據設定的事故場景以及常用設備的失效概率，事故液態光氣管道發生小孔泄漏的概率為1×10-5/a，發生管道破裂的概率為1.5×10-6/a。采用夾套技術可以顯著降低管道發生泄漏事故的概率。由于無法直接查到夾套管的失效概率，現參照帶保護外殼（雙層）的儲罐的失效概率，定義光氣夾套管的小孔泄漏概率為5×10-7/a，管道破裂的概率為5×10-7/a。

蒸汽氨幕可以在光氣泄漏后一分鐘內迅速啟動，對泄漏蒸發的光氣進行吸收。光氣裝置邊緣的氨幕吸收效率設為90%，在泄漏后60s有效啟動。在未設置氨幕的情況下，進入外部環境的光氣量即為液池蒸發量；在設置了氨幕的情況下，進入外部環境的光氣量從60s后開始減少90%，即泄漏發生后的最初60s按液池蒸發量的100%計算，60s以后按蒸發量按10%計算。

使用SAFETI軟件對上述光氣泄漏模型進行模擬，并對采取安全措施前后兩種情況分別進行計算，得到泄漏速率、液池蒸發率、泄漏量等數據，并根據液池蒸發率計算出泄漏至外部環境的光氣量，見表2。

表2 采取特定安全措施前后的光氣泄漏模型

在距離光氣裝置50m處、100m處和500m處各設置一個風險評估點，分別記作風險評估點1、風險評估點2、風險評估點3，用以計算光氣泄漏事故給該點帶來的個人風險值。

采用上表中采取安全措施前后的概率與泄漏量數據，分別計算采取安全措施前后各評估點的風險值，見表3。

表3 采取特定措施前后的光氣風險對比

可見，采取有針對性的對策措施后，光氣泄漏事故帶來的風險有顯著下降，50m處的風險評估點風險下降96.7%，100m處的風險下降98.4%，500m處的風險下降99.3%。

3 結語

定量風險評估作為衡量實際風險的一種有效工具，可以為化工裝置的安全設計、安全管理提供依據。本文使用SAFETI軟件進行定量風險計算，對光氣泄漏事故進行了模擬，結果顯示生產裝置采取的有針對性的光氣安全措施可以顯著降低光氣泄漏事故帶來的風險，對生產裝置的安全程度有切實的提升作用，因此在實際運行中必須確保此類安全設施有效和可靠。

[1]周國泰,呂海燕,張海峰等.危險化學品安全技術全書[M].北京:化學工業出版社,1997

[2]戴樹和等.工程風險分析技術[M].北京:化學工業出版社,2006.7:2

[3]盧衛.定量風險評估技術在石化項目安全評價中的應用[J].廣州化工,2012,40(8):217-218