ALOHA在煉化企業罐區中的應用研究

李寧，楊衛鋒，丁紅巖

（1. 中國石油大學（華東）， 山東 青島 266580； 2. 中國化工集團正和集團股份有限公司， 山東 東營 257342）

ALOHA在煉化企業罐區中的應用研究

李寧1,2，楊衛鋒2，丁紅巖2

（1. 中國石油大學（華東）， 山東 青島 266580； 2. 中國化工集團正和集團股份有限公司， 山東 東營 257342）

危險化學品泄露和擴散，容易發生中毒或引起火災爆炸事故。模擬仿真軟件是研究危險化學品泄露和擴散的工具。通過研究ALOHA軟件在煉油化工企業中的應用中需要采集的參數，比較了泄露擴散會因外界因素如風速、泄露位置、泄露孔徑等的不同而產生不同的后果。通過不同狀況下的應用研究，探討了泄露擴散與各因素之間的關系，對ALOHA軟件在煉化企業儲運罐區中的應用具有一定的指導意義。

ALOHA；儲罐；煉化企業；應用研究

Abstract:Leakage and spread of dangerous chemicals may cause accidents such as poisoning, fire, and explosion and so on. Simulation software is a useful tool to study the leakage and diffusion of hazardous chemicals. Based on the research on acquisition parameters for application of ALOHA software in refining and chemical enterprises, different consequences of the leakage and diffusion affected by external factors such as wind speed, leakage location, circular opening diameter were compared. Through application research of different conditions, the relationship between leakage diffusion and various factors was discussed. The paper can provide a significance reference for application of ALOHA software in the storage tank in petrochemical enterprises.

Key words:ALOHA; Storage tank; Petrochemical enterprises; Application research

隨著國內安全生產形勢的日益嚴峻，對危險化學品生產經營企業來講，如果在危險化學品泄露后，容易發生中毒或引起火災爆炸事故。采用先進的模擬仿真軟件，能快速準確地預測其泄露和擴散影響范圍，為救援人員提供技術參考依據，成為模擬仿真軟件的發展趨勢。汽油也是一種常見的危險化學品，一般是各類汽油調合組分經過混合而形成的混合物，各種具有易燃易爆、有毒有害的特性，存儲過程中也會發生儲罐泄漏等安全隱患，容易引發中毒、燃燒或爆炸等后果［1］。

1 ALOHA軟件及應用范圍

1.1 軟件背景

ALOHA軟件(Areal Locations of Hazardous Atmospheres)是由美國國家環境保護局（U.S.Environmental Protection Agency，EPA or USEPA）化學制品突發事件和預備辦公室（Office of Emergency Management，CEPPO）和美國國家海洋和大氣管理局（National Oceanic and Atmospheric Administration，NOAA）響應和恢復辦公室（Office of Response and Restoration Emergency Response Division）聯合開發的應急操作計算機輔助管理軟件（Computer-Aided Management of Emergency Operations，CAMEO）。該軟件主要用來模擬危險化學品泄漏而產生的毒氣擴散、火災、爆炸等事故后果，能模擬多種泄漏模式，如中毒、閃火、蒸氣云爆炸、BLEVE、噴射火和池火災等事故后果，通過輸入所發生條件對危化品泄漏模擬，為事故發生制定準確措施提供有力的決策依據［2,3］。

1.2 應用范圍

文獻等通過ALOHA軟件對環氧乙烷［4］、液氨［5］苯［6,7］等儲罐泄漏事故后果進行模擬分析，為消防部門預測危害范圍和組織救援行動提供參考。

ALOHA軟件在煉化企業主要應用在：一是可以用在項目初期的規劃安全防護距離，對關鍵設備的重點部位進行模擬風險預測，確定總圖布局位置，在安全距離評估和環境影響評價上可以進行應用。二是針對在役裝置或罐區，應用于事故應急方案的編制和應急演練的編制，為應急救援和人員疏散提供科學依據。假如發生事故時，迅速計算得到影響區域內有毒氣體的擴散濃度與時間的影響變化，也可結合Google Earth等地圖軟件將污染源位置、污染區域面積等結果顯示在地圖上，為應急救援和地方消防提供重要支持。三是項目如果后期進行技術改造時，可以對改造過程中風險評價提供量化數據，為環保保護和風險管控提供理論依據。四是為安全科學研究提供量化數據，也為安全教育培訓提供可視化參考。

軟件一般不考慮以下情況：非常低的風速、非常穩定大氣條件；風向變化和地勢影響作用，還有濃度區域性，尤其是接近源頭。ALOHA采用的數學模型包括高斯、重氣擴散、蒸氣云爆炸、BLEVE火球等模型。但不包含以下作用：化學反應、微粒、化學混合、地形地勢、危險片段等。

2 ALOHA軟件應用

本文以汽油調合組分中的之一戊烷油為研究對象，化學名稱∶N-PENTANE，通過 ALOHA軟件自帶化學品數據庫，如表1所示。

表1 戊烷化學性質參數Table 1 The chemical parameters of N-pentane

戊烷儲罐泄漏時，蒸發擴散形成有毒蒸汽云團，對涉及區域的人員構成傷害。表1中軟件數據庫提供了三個毒氣濃度PAC等級∶120 ppm、610 ppm、15000 ppm，分別代表會造成危及生命的嚴重毒性影響、對人身傷害的影響，對人體有輕微影響三個不同后果，區域圖中分別用不同符號表示。ALOHA軟件涉及本文研究項目和輸入參數見表2。

當戊烷儲罐發生泄漏，蒸發擴散形成有毒蒸汽云，圖1為泄露時的源強信息，泄露過程約60 min，其中最大的平均持續泄露速率為60 kg/min。

圖2是風速1 m/s時，泄露孔徑5 cm，泄露位置7 m高處，擴散模型為Heavy Gas，戊烷泄露后毒性擴散的側風方向距離與下風方向距離坐標圖，圖中原點處為泄露孔所處位置，橫縱坐標為按照風向分布，離開泄露孔的距離。圖中可看出假設戊烷泄露后，在泄露孔下風向55 m內為毒性較大的危險區域，55～235 m為對人體有較小傷害的黃色區域，235 m外為較安全的區域。

表2 ALOHA軟件項目及參數Table 2 The technical parameters of ALOHA

圖1 泄露擴散的源強及擴散速率Fig.1 The source strength and evaporation rate of release

圖2 泄露擴散的毒性影響圖Fig.2 The toxic threat zone of release and diffusion

3 影響因素

3.1 風速的影響

為研究風速對泄露后毒性擴散的影響，采用泄露孔徑5 cm，泄露位置7 m高處，固定除風速以外的條件，僅對風速變化。圖3為戊烷泄露后毒性擴散影響。橫坐標為風速（m/s）。隨著風速的增大，危險距離會越小。

圖3 風速對毒性擴散的影響Fig.3 The effect of wind speed to toxic threat zone

3.2 泄露孔徑的影響

為研究泄露孔徑（或泄露當量孔徑）對泄露后毒性擴散的影響，采用泄露位置7 m高處，固定除泄露孔徑以外的條件，僅對泄露孔徑變化。圖4為戊烷泄露后毒性擴散影響。橫坐標為泄露孔徑（cm）。隨著泄露孔徑的增大，危險距離會增大。

圖4 泄露孔徑對擴散毒性的影響Fig.4 The effect of circular opening diameter to toxic threat zone

3.3 泄露位置的影響

為研究泄露位置（對儲罐，主要是泄露點距離儲罐底部的高度distance from tank bottom）對泄露后毒性擴散的影響，采用泄露孔徑5 cm，固定除泄露位置以外的條件，僅對泄露高度變化。圖5為戊烷泄露后毒性擴散影響。橫坐標為泄露高度（m）。隨著泄露高度的增大，危險距離逐漸降低，在降到一定程度后會維持平穩。

3.4 泄露位置對池火熱輻射的影響

泄露也會產生池火，為研究泄露位置（泄露高度）對泄露后池火的產生的熱輻射發生池火的影響，采用泄露孔徑5 cm，固定除泄露位置以外的條件，僅對泄露高度變化。

圖5 泄露位置對擴散毒性的影響Fig.5 The effect of location to toxic threat zone

圖6為戊烷泄露后發生池火時熱輻射的危險距離。橫坐標為泄露高度（m）。隨著泄露高度的增大，池火發生后熱輻射的危險距離逐漸降低，在降到一定程度后會趨于平穩。

圖6 泄露位置對池火熱輻射危險距離的影響圖Fig.6 The effect of location to thermal radiation of pool fire

4 結 論

（1）ALOHA軟件在煉油化工企業中可以應用在項目前期規劃、應急方案編制、技改風險評價、安全技術研究和培訓中。

（2）ALOHA軟件可以對危險化學品泄露源強和蒸發速率以及泄漏后毒性擴散距離進行模擬，為危險化學品應急處置提供依據。

（3）危險化學品泄露擴散會因如風速、泄露孔徑、泄露位置等外界因素的不同而產生不同的后果。隨著風速的增大，危險距離會越小。隨著泄露孔徑的增大，危險距離會增大。隨著泄露高度的增大，危險距離先降低，在降到一定程度后會趨于平穩。根據各要素的不同，在處理危險化學品泄露時采取不同的應急措施。

［1］ Crowl D A, Louvar J F. Chemical process safety∶ Fundamentals with applications [M]. 3rd edition. Prentice Hall, 2011.

［2］U.S. Environmental Protection Agency，National Oceanic and Atmospheric Administration．ALOHA∶ Area locations of hazardous atmospheres users’ manual［M］．Washington∶ U.S. Environmental Protection Agency, National Oceanic and atmospheric Administration，2007.

［3］Robert Jones, William Lehr, Debra Simecek-Beatty, R. Michael Reynolds. ALOHA? (Areal Locations of Hazardous Atmospheres)5.4.4∶ Technical Documentation［M］．Washington∶ U．S．Seattle, U.S. Dept. of Commerce, NOAA Technical Memorandum NOS OR&R 43.Seattle, WA∶ Emergency Response Division, NOAA. 2013∶96.

［4］相艷景，劉茂，張永強,等．ALOHA軟件模擬分析環氧乙烷儲罐泄漏事故[J]. 中國公共安全∶學術版, 2008(Z1)∶51-55.

［5］焦姣，張靜，姬亞芹,等．ALOHA在突發性大氣污染事故中的應用[J]. 安全與環境學報, 2015(3)∶151-155.

［6］ 邵輝，候麗娟，段國寧,等．ALOHA在苯泄漏事故中的模擬分析[J]. 常州大學學報(自然科學版), 2012, 24(3)∶48-52.

［7］李向欣.基于ALOHA軟件的苯泄漏事故后果模擬分析[C].2011中國消防協會科學技術年會論文集,2011∶790-794.

丹麥塑料協會舉行塑料回收展旨在提高公眾意識

丹麥塑料協會近日發起了一個為期兩個月的展覽，旨在提高公眾對于塑料回收的意識。該展會包括產品價值鏈的兩端：那些由可回收塑料制成的產品以及適合被回收的材料。該協會表示，希望能夠改變消費者的習慣。

該展覽在哥本哈根舉行。超過250名塑料行業的代表以及媒體出席。

在開幕式上，丹麥塑料協會環境部經理Christina Busk表示：“政府采取措施促進塑料回收，并且指出塑料回收的相關工作是常識。只有制定相關法律法規明確規定消費者行為，才能讓他們進行回收，未來，我們需要鼓勵循環經濟，而不是去挑戰。”

Research on Application of ALOHA in the Storage Tank of Petrochemical Enterprises

LI Ning1,2,YANG Wei-feng2,DING Hong-yan2

(1. China University of Petroleum (East China) , Shandong Tsingtao 266580, China；2. ChemChina Zhenghe Group Co.,Ltd., Shandong Dongying 257342, China）

TE 88，TQ 086

A

1671-0460（2017）09-1876-03

2017-01-11

李寧（1982-），男，山東省東營市人，工程師，碩士，2010年碩士畢業于青島科技大學化學工程專業，中國石油大學（華東）化學工程領域化工安全方向復合型工程(專業)碩士在讀，從事石油化工安全管理和技術工作。E-mail：ningli1982@163.com。