事故后果模擬在乙烯儲罐定量評價中的應用

周 亮

(中國石化催化劑有限公司，北京 100029)

乙烯被列入《首批重點監(jiān)管的危險化學品名錄》(安監(jiān)總管三〔2011〕95號)。乙烯極易燃，與空氣混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高熱或接觸氧化劑，有引起燃燒爆炸的危險，火場溫度下易發(fā)生危險的聚合反應。乙烯可能引起昏昏入睡或眩暈，有較強的麻醉作用，吸入高濃度乙烯可立即引起意識喪失，液態(tài)乙烯可致皮膚凍傷；長期接觸，可引起頭昏、全身不適、乏力、思維不集中。

乙烯在生產(chǎn)、使用、儲存、運輸?shù)冗^程中，如管理不善，一旦發(fā)生事故，后果往往非常嚴重，易造成人員傷亡、環(huán)境污染及財產(chǎn)損失。乙烯儲罐泄漏后可導致的事故后果包括：噴射火、閃火、池火、火球、蒸氣云爆炸、中毒危害等。對乙烯泄漏進行火災爆炸和毒性危害事故后果模擬預測，得出易燃易爆及有毒物質(zhì)泄漏事故可能導致的危險后果、危險范圍和程度，可以為乙烯儲罐的安全管理、事故防范提供重要的參考。

1 評價分析方法

目前，定量評價方法比較多，本文主要采用事故后果模擬的方法進行分析[1]。

2 事故后果模擬

2.1 事故模擬參數(shù)選擇

鑒于事故的危害程度、危害范圍與泄漏源、泄漏物質(zhì)的泄漏量、工藝狀態(tài)、氣候條件、事故模式等各項因素關系密切，上述任一條件變化都會導致事故的危害后果發(fā)生變化，因此要進行事故后果模擬，首先要對這些因素進行界定。

2.1.1氣候條件

根據(jù)模擬裝置所處的自然條件，大氣壓力、風速、大氣溫度、相對濕度等取當?shù)啬昶骄底鳛槟M的基本參數(shù)，事故模擬的氣候條件為：大氣壓力101.56 kPa，風速2.7 m/s，大氣溫度20 ℃，相對濕度60.5%，大氣穩(wěn)定度中等(D)，大氣比熱1.004 kJ/(kg·K)，表面粗糙度0.17，大氣分子量28.97。

2.1.2事故模式

本文對乙烯儲罐出口管線中等泄漏火災爆炸事故進行模擬。模擬的乙烯儲罐基本參數(shù)：儲罐容積31.6 m3，工作壓力2.45 MPa，工作溫度-104 ℃，液相，乙烯數(shù)量12 t。泄漏孔徑50 mm，泄漏時間600 s。事故后果模擬包括火災、爆炸危害的區(qū)域和程度。

2.1.3泄漏物質(zhì)

模擬泄漏對象為乙烯，其主要物性參數(shù)：LFL(體積分數(shù))2.3%，UFL(體積分數(shù))32.3%，燃燒熱1.323E6 kJ/kmol，分子量28.05 kg/kmol，臨界溫度9.19 ℃，臨界壓力5.041 MPa，標準沸點-103.7 ℃，溶點-169.1 ℃。

2.2 模擬結果及分析

2.2.1模擬圖形結果(圖1～圖4)

圖1 乙烯擴散范圍分布(2.7 m/s,D)

圖2 乙烯閃火區(qū)域(2.7 m/s,D)

圖3 乙烯噴射火危害區(qū)域(2.7 m/s,D)

圖4 乙烯延遲爆炸危害區(qū)域(2.7 m/s,D)

2.2.2模擬數(shù)據(jù)結果

表1 乙烯泄漏事故后果匯總(2.7m/s,D)

2.2.3模擬結果分析

乙烯儲罐出口管線發(fā)生泄漏時，隨乙烯擴散導致的事故形態(tài)可能出現(xiàn)閃火、噴射火、延遲爆炸等進行分析。

a)在當?shù)仄骄L速(2.7 m/s)條件下，泄漏的乙烯擴散至爆炸極限2.3%～32.3%(體積分數(shù))的下風向距離范圍為297.6～17.8 m；達到二分之一燃爆下限濃度(1.15%)的下風向影響距離為420.5 m。

b)乙烯閃火區(qū)域是以泄漏點為中心，從295 m到420 m的區(qū)間范圍。

c)泄漏出的乙烯如果立即遭遇火源可能發(fā)生噴射火。發(fā)生噴射火的影響范圍，輕度危害熱輻射強度(4 kW/m2，人體接受輻射20 s以上感覺疼痛，可能燒傷，無人員傷亡[2])會達到下風距離179.9 m；中等危害熱輻射強度(12.5 kW/m2，人體接受輻射1 min可導致1%人員死亡，人體接受輻射10 s可導致人員一度燒傷)會達到下風距離141.1 m；嚴重危害熱輻射強度(37.5 kW/m2，人體接受輻射1 min可導致100%人員死亡，人體接受輻射10 s可導致l%人員死亡)會達到下風距離117.6 m。

d)泄漏乙烯在受限空間如果遇到延遲點火，可導致延遲點火爆炸，爆炸沖擊波的危害范圍將因點火源位置和泄漏出的乙烯擴散達到的距離不同而不同，延遲爆炸沖擊波導致的最壞事故點將發(fā)生在泄漏點下風距離420 m處。以此最壞事故點為中心，選取了如下3種超壓傷害情形：爆炸超壓0.01 MPa(沖擊波超壓0.006～0.015 MPa情形下，對人體的傷害作用不大，對建筑物的破壞作用可導致受壓面的門窗玻璃大部分破碎[3])會達到下風距離553.3 m；爆炸超壓0.035 MPa(沖擊波超壓0.03～0.05 MPa情形下，對人體的傷害作用可導致聽覺器官損傷或骨折，對建筑物的破壞作用可導致墻裂縫、屋瓦掉下)會達到下風距離480.7 m；爆炸超壓0.075 MPa(沖擊波超壓0.05～0.1 MPa情形下，對人體的傷害作用可導致內(nèi)臟嚴重損傷或死亡，對建筑物的破壞作用可導致屋瓦掉下、房架松動、磚墻倒塌)會達到下風距離459 m。隨著距離逐漸減小，沖擊波超壓逐漸增大，對人體傷害和建筑物的破壞作用也逐漸增大。因此，對于人員集中場所以及重要的生產(chǎn)設施均應布置在危險范圍以外。

3 結語

如果能夠提供比較詳細和全面的數(shù)據(jù)、選擇正確的事故模型，商用軟件就能夠計算出比較全面的數(shù)據(jù)和提供形象的圖示，對事故的后果進行定量評價。針對乙烯泄漏可能導致的乙烯擴散、閃火、噴射火、延遲爆炸等主要危險事件及其對人員傷害、建筑物破壞進行了定量評價，為裝置設計及事故應急救援提供重要依據(jù)。