二硫化碳貯罐區事故后果定量模擬分析

文湖南有色冶金勞動保護研究院 黃莎 何瓊

二硫化碳貯罐區事故后果定量模擬分析

文湖南有色冶金勞動保護研究院 黃莎 何瓊

二硫化碳為無色或淡黃色透明液體，有刺激性氣味，易揮發，閃點-30℃，沸點46.5℃，爆炸極限1.0～60%，極易燃，其蒸氣比空氣重，能在較低處擴散到相當遠的地方，遇火源會著火回燃。由于其閃點低，二硫化碳屬甲類危險性化學品。二硫化碳在室溫下易揮發，因此容器內可用水封蓋表面，遠離火種、熱源，庫溫不宜超過30℃，保持容器密封。由于腐蝕、制造缺陷、法蘭未緊固等原因，在貯罐區非作業狀態下，二硫化碳可能發生滲漏，若貯罐區水封失效，則二硫化碳遇明火燃燒。作業狀態下，由于裝卸二硫化碳的膠管破裂、密封墊破損、快速接頭緊固栓松動等原因會造成二硫化碳泄漏。二硫化碳泄漏的主要事故后果是池火災、蒸氣云爆炸、沸騰液體擴展蒸氣爆炸。

一、二硫化碳貯罐區的泄漏后果

二硫化碳在常溫常壓下泄漏，迅速擴散到周圍區域形成液池，遇明火會引起池火災，池火災的破壞主要是熱輻射。熱輻射作用在容器和設備上，其內部壓力會迅速升高，引起容器和設備的破裂。如果熱輻射作用與可燃物，會引燃可燃物；如果熱輻射作用與人員，會引起人員燒傷甚至死亡。

蒸氣云爆炸，是指可燃氣體或蒸氣與空氣的云狀混合物在開闊地上空遇到點火源引發的爆炸。二硫化碳泄漏后，其蒸氣與周圍的空氣預混，在延遲點火、空間局限化的情況下，遇明火、高熱能就會引起燃燒爆炸。蒸氣云爆炸發生后其破壞作用主要包括爆炸沖擊波、爆炸火球熱輻射對周圍人員的傷害和對建筑物、儲罐等設備的破壞。

二硫化碳貯罐區的沸騰液體擴展蒸氣爆炸，是指儲罐在外部火焰的烘烤下突然破裂，壓力平衡破壞，罐內二硫化碳急劇氣化，并隨即被火焰點燃而產生的爆炸。沸騰液體擴展蒸氣爆炸發生后，主要危害是爆炸產生的火球熱輻射。

二、事故后果定量模擬分析計算公式

（一）泄漏

由于設備損壞或操作失誤引起泄漏從而大量釋放易燃、易爆、有毒有害物質，將會導致火災、爆炸、中毒等重大事故發生。因此，后果分析由泄漏開始。

液體泄漏速度可用液體力學的柏努利方程計算。連續液體泄漏速度計算公式可參見《石化裝置定量風險評估指南》第8.1.3節。

（二）池火災危害后果的計算模型

池火計算模型可參見《石化裝置定量風險評估指南》第8.7節。

（三）蒸氣云爆炸事故后果計算模型

蒸氣云爆炸可采用TNT當量法進行計算，即把蒸氣云爆炸的破壞作用轉化成TNT爆炸的破壞作用，從而把蒸氣云的量轉化成TNT當量。TNT當量法關鍵模型可參見《石化裝置定量風險評估指南》第8.9節。

爆炸中心與給定超壓間的距離可根據超壓－沖量準則進行計算，并結合概率模型可得出死亡半徑、重傷半徑、輕傷半徑等。計算公式可參見《安全評價師》（國家職業資格一級）第122頁，沖擊波毀傷準則。

（四）沸騰液體擴展蒸氣云爆炸火球（BLEVE火球）計算模型

沸騰液體擴展蒸氣爆炸的主要危害是火球產生的強烈熱輻射傷害，因而采用瞬態火災作用下的熱強度和目標接受的熱通量確定人員的傷亡和財產損失的區域。采用國際勞工組織建議的沸騰液體擴展為蒸氣云爆炸熱輻射模型進行計算，可參見《化工企業定量風險評價導則》（AQ/T 3046-2013）第 E.4.2 條。

三、事故后果定量計算實例

貯罐區情況：某廠設有二硫化碳庫區，庫區內設二硫化碳貯存罐（Ф2400×5800）6臺，二硫化碳回流罐（Ф2400×5800）2臺，二硫化碳壓料罐（Ф1200×1800）2臺，二硫化碳應急處置罐（Ф2400×5800）1臺，貯罐區防火堤30m×8m。罐區儲罐布置示意圖見圖1。

圖1 二硫化碳貯罐布置示意圖

假設罐區水封失效，其中一個二硫化碳貯罐泄漏進行事故后果模擬。

（一）池火災事故后果模擬計算結果

1、二硫化碳液體的泄漏量

設罐區內其中一個儲罐發生破裂，泄漏量為儲罐的最大儲量，按儲存系數85%計算，則二硫化碳液體的泄漏質量為：

m=28087kg

二硫化碳罐區防火堤30m×8m，由液池面積可計算液池半徑如下：

2、池火災事故后果計算

（1）二硫化碳的燃燒速率

查安全評價指南得二硫化碳的mf值為0.059 kg/（m2.s）。

（2）液體燃燒時間

（3）火焰高度

L=23.2m

（4）總熱輻射通量

（5）目標接受到的熱輻射通量

由上式和熱輻射的不同入射通量所造成的損失表，可以計算出導致人員不同程度傷害的目標點到液池中心的距離，見下表：

表1 不同熱輻射強度所造成的損害

由上式和熱輻射的不同入射通量所造成的損失表，可以計算出導致人員不同程度傷害的目標點到液池中心的距離，見下表：

（二）蒸氣云爆炸（VCE）事故后果計算

二硫化碳的泄漏量由前面的計算可知，由于二硫化碳揮發，設有3%的二硫化碳蒸氣混入空氣中參與了蒸氣云爆炸，根據計算公式可得：

Wf=28087×0.03=841.61kg

根據計算公式得表2：

表2 二硫化碳蒸氣云爆炸（VCE）模型模擬結果

由上表可知，本例中發生二硫化碳蒸氣云爆炸后，救災人員離蒸氣云中心的最小工作安全距離為36.4m。其影響范圍示

意圖見圖2。

圖2 二硫化碳貯罐蒸氣云爆炸事故后果模擬圖

（三）沸騰液體擴展蒸氣爆炸（BLEVE）的定量計算

根據公式計算得出不同傷害、破壞時的熱通量及傷害半徑，如表3。

表3 沸騰液體擴展蒸氣爆炸模擬結果

四、建議罐區采取的安全對策措施

1、二硫化碳貯罐區與周邊生產裝置的安全距離應符合國家相關規范的要求。

2、二硫化碳儲罐內外應設置水浴設施。

3、二硫化碳儲罐應采取符合國家規范要求的防火堤。

4、二硫化碳罐區應設置可燃氣體濃度檢測報警裝置。

5、二硫化碳裝卸應采取靜電接地措施，嚴格控制液體輸送的流速，防止靜電的產生。

6、二硫化碳罐區爆炸危險區域內的金屬設備，金屬基礎，金屬管道，電纜橋架，穿線鋼管，鋼結構等采取防靜電接地，管道與法蘭之間應采用20×3的紫銅片進行跨接接地。貯罐因其壁厚大于4mm，采取罐體兩點接地進行防雷保護。

7、二硫化碳屬于重點監管的危險化學品，若罐區構成重大危險源，應按要求設置自動監控設施。

五、結論

本文通過對二硫化碳貯罐區的泄漏、池火災、蒸氣云爆炸和沸騰液體擴展蒸氣爆炸四種危險特性進行了定量模擬分析和計算，將二硫化碳貯罐區主要事故的發生條件、特點及危害，分別給出了定量模擬分析這幾種事故的嚴重程度及傷害范圍的數學模型及計算方法，同時進行了實例模擬，并對計算結果進行分析，提出安全對策措施建議，對貯罐區危險性分析、貯罐區的安全管理及事故預防均有一定的指導意義。□