危險化學(xué)品生產(chǎn)裝置和儲存設(shè)施模擬事故影響分析

冀學(xué)剛(北京國信安科技術(shù)有限公司，北京 100160)

0 引言

氯乙烯是一種無色、易液化氣體，相對密度(水=1)0.91，相對蒸氣密度(空氣=1)2.15，有害燃燒產(chǎn)物：一氧化碳、二氧化碳和氯化氫，與空氣形成爆炸混合物，爆炸極限3.6%～31.0%(V/V)，滅火劑：霧狀水、泡沫和二氧化碳；氯乙烯可用作染料及香料的萃取劑，用作多種聚合物的共聚單體，塑料工業(yè)的重要原料，也可用作冷凍劑等；氯乙烯是有毒物質(zhì)，長期吸入和接觸氯乙烯可能引發(fā)肝癌。

乙炔俗稱電石氣，工業(yè)乙炔有一股大蒜的氣味，由電石(碳化鈣)與水反應(yīng)制得；相對密度(水=1)0.62，相對蒸氣密度(空氣=1)0.91，燃燒熱1298.4kJ/mol，滅火劑：霧狀水、泡沫、干粉、二氧化碳；乙炔極易燃燒爆炸，爆炸極限2.1%～80.0%(V/V)。

液氯為黃綠色液體，相對密度(水=1)1.47，相對蒸氣密度(空氣=1)2.48，有害燃燒產(chǎn)物：氯化氫，滅火劑：干粉、泡沫、霧狀水，氯在常壓下即汽化成氣體，吸入人體能嚴(yán)重中毒，有劇烈刺激作用和腐蝕性，在日光下與其它易燃?xì)怏w混合時發(fā)生燃燒和爆炸。

選取內(nèi)蒙古某危險化學(xué)品生產(chǎn)企業(yè)氯乙烯氣柜、乙炔氣柜、液氯儲罐為例，采用QRA 定量風(fēng)險評價法對其進(jìn)行事故模擬計算，輸入氣象參數(shù)、裝置參數(shù)和人口信息、確定事故類型，最終分析出各危險化學(xué)品生產(chǎn)裝置和儲存設(shè)施可能發(fā)生的事故后果影響范圍。

1 危險化學(xué)品生產(chǎn)裝置和儲存設(shè)施

氯乙烯氣柜參數(shù)：柜容2500m3、常溫、工作壓力4kPa、結(jié)構(gòu)形式為濕式水封型式；氯乙烯為中活性氣體、氣體密度2.15kg/m3、燃燒熱18568kJ/kg。

乙炔氣柜參數(shù)：柜容2500m3、常溫、工作壓力4kPa、結(jié)構(gòu)形式為濕式水封型式；乙炔為高活性氣體、氣體密度0.91kg/m3、燃燒熱49862kJ/kg。

液氯儲罐參數(shù)：容積101m3、工作溫度-25℃、工作壓力1.58MPa、臥式儲罐；氯氣直接致害濃度88mg/m3。

2 模擬事故影響分析

采用QRA 區(qū)域定量風(fēng)險評價軟件(南京安元安全評價與風(fēng)險分析系統(tǒng)V2.0)對該公司氯乙烯氣柜、乙炔氣柜、液氯儲罐等危險化學(xué)品儲存設(shè)施進(jìn)行模擬事故分析。

(1)氣象參數(shù)

所在區(qū)域：內(nèi)蒙古某市。

大氣穩(wěn)定度：B。

環(huán)境壓力(Pa)：88580。

環(huán)境平均風(fēng)速：4.6m/s。

環(huán)境大氣密度：1.293kg/m3。

環(huán)境溫度：298K。

(2)風(fēng)向玫瑰圖

該公司所在區(qū)域的風(fēng)向如圖1 所示。

(3)確定事故類型

在氯乙烯氣柜整體破裂條件下，氯乙烯大量泄漏發(fā)生蒸氣云爆炸事故進(jìn)行模擬計算。在乙炔氣柜整體破裂條件下，乙炔大量泄漏發(fā)生蒸氣云爆炸事故進(jìn)行模擬計算。在液氯儲罐整體破裂條件下，液氯大量泄漏迅速氣化成氯氣，導(dǎo)致發(fā)生壓力容器物理爆炸和有毒有害物質(zhì)泄漏擴散事故進(jìn)行模擬計算。

2.1 氯乙烯氣柜模擬事故影響分析

(1)裝置參數(shù)

裝置名稱：氣柜。

物料名稱：氯乙烯。

裝置類型：固定的常壓容器。

泄漏模式：泄漏到大氣中-完全破裂。

泄漏源強：連續(xù)泄漏源強＜10kg/s。

事故類型：蒸氣云爆炸事故(UVCE)。

物料類型：中活性氣體。

運行溫度：298K。

運行壓力：105325Pa。

氣體密度：2.15 kg/m3。

充裝系數(shù)(0～1)：1。

泄放總量占設(shè)備體積的百分?jǐn)?shù)(0～1)：1。

燃料燃燒熱：18568kJ/kg。

(2)計算結(jié)果

在氯乙烯氣柜整體破裂的條件下，氯乙烯大量泄漏發(fā)生蒸氣云爆炸事故影響范圍見圖2 所示。經(jīng)QRA 定量風(fēng)險計算模擬事故結(jié)果可知，在氯乙烯氣柜整體破裂的條件下，氯乙烯大量泄漏發(fā)生蒸氣云爆炸事故影響范圍：死亡半徑14.24m、重傷半徑40m、輕傷半徑77.81m。

(3)模擬事故影響范圍

以氯乙烯氣柜為中心死亡半徑14.24m 范圍內(nèi)主要涉及氯乙烯氣柜區(qū)域的作業(yè)人員、巡檢人員、建(構(gòu))筑物和設(shè)備設(shè)施、氣柜南側(cè)及北側(cè)通道上的過往人員。以氯乙烯氣柜為中心重傷半徑40m 范圍內(nèi)主要涉及氯乙烯氣柜區(qū)域及南側(cè)VCM 單體罐區(qū)的作業(yè)人員、巡檢人員、建(構(gòu))筑物和設(shè)備設(shè)施、氣柜南側(cè)及北側(cè)通道上的過往人員。以氯乙烯氣柜為中心輕傷半徑77.81m范圍內(nèi)主要涉及氯乙烯氣柜區(qū)域及南側(cè)VCM 單體罐區(qū)的作業(yè)人員、巡檢人員、建(構(gòu))筑物和設(shè)備設(shè)施、氣柜南側(cè)及北側(cè)通道上的過往人員、氯乙烯氣柜東側(cè)2854 助劑配置廠房內(nèi)、氣柜北側(cè)次氯酸鈉廢水處理裝置內(nèi)以及氣柜西側(cè)823VCM 精餾裝置的作業(yè)人員、巡檢人員、建(構(gòu))筑物和設(shè)備設(shè)施。

2.2 乙炔氣柜模擬事故影響分析

(1)裝置參數(shù)

裝置名稱：氣柜。

物料名稱：乙炔。

裝置類型：固定的常壓容器。

泄漏模式：泄漏到大氣中-完全破裂。

泄漏源強：連續(xù)泄漏源強＜10kg/s。

事故類型：蒸氣云爆炸事故(UVCE)。

物料類型：高活性氣體。

運行溫度：298K。

運行壓力：105325Pa。

氣體密度：0.91kg/m3。

充裝系數(shù)(0～1)：1。

泄放總量占設(shè)備體積的百分?jǐn)?shù)(0～1)：1。

燃料燃燒熱(kJ/kg)：49862。

(2)計算結(jié)果

在乙炔氣柜整體破裂條件下，乙炔大量泄漏發(fā)生蒸氣云爆炸事故影響范圍見圖3。

經(jīng)QRA 定量風(fēng)險計算模擬事故結(jié)果可知，在乙炔氣柜整體破裂的條件下，乙炔大量泄漏發(fā)生蒸氣云爆炸事故影響范圍：死亡半徑16.54m、重傷半徑44.74m、輕傷半徑87.02m。

(3)模擬事故影響范圍

以乙炔氣柜為中心死亡半徑16.54m 范圍內(nèi)主要涉及氣柜區(qū)域的作業(yè)人員、巡檢人員、建(構(gòu))筑物和設(shè)備設(shè)施、氣柜南側(cè)通道上的過往人員。以乙炔氣柜為中心重傷半徑44.74m 范圍內(nèi)主要涉及氣柜區(qū)域及南側(cè)VCM 單體罐區(qū)的作業(yè)人員、巡檢人員、建(構(gòu))筑物和設(shè)備設(shè)施、氣柜南側(cè)及北側(cè)通道上的過往人員。以乙炔氣柜為中心輕傷半徑87.02m 范圍內(nèi)主要涉及氣柜區(qū)域及南側(cè)VCM 單體罐區(qū)的作業(yè)人員、巡檢人員、建(構(gòu))筑物和設(shè)備設(shè)施、氣柜南側(cè)及北側(cè)通道上的過往人員、乙炔氣柜東側(cè)2854 助劑配置廠房內(nèi)、氣柜北側(cè)次氯酸鈉廢水處理裝置內(nèi)的作業(yè)人員、巡檢人員、建(構(gòu))筑物和設(shè)備設(shè)施。

2.3 液氯儲罐模擬事故影響分析

(1)裝置參數(shù)

裝置名稱：液氯儲罐。

物料名稱：液氯。

裝置類型：固定的帶壓容器和儲罐。

泄漏模式：完全破裂。

圖2 該公司氯乙烯氣柜發(fā)生蒸氣云爆炸事故影響范圍圖

圖3 該公司乙炔氣柜發(fā)生蒸氣云爆炸事故影響范圍圖

事故類型：壓力容器物理爆炸(PVE),有毒有害物質(zhì)泄漏擴散(LEAK)。

壓力容器物理爆炸。

介質(zhì)相態(tài)：液態(tài)。

容器容積：202m3；

液體絕對壓力：1680000Pa。

液體壓縮系數(shù)：0.11/Pa。

有毒有害物質(zhì)泄漏擴散：

泄漏類型：連續(xù)泄漏。

泄漏物質(zhì)溫度：248K。

泄漏系數(shù)：0.9。

泄漏物質(zhì)密度：2.48kg/m3。

毒性物質(zhì)性質(zhì)常數(shù)A：-6.35。

毒性物質(zhì)性質(zhì)常數(shù)B：0.5。

毒性物質(zhì)性質(zhì)常數(shù)N：2.75。

容器壓力：1680000Pa。

中毒濃度：88 mg/m3。

氣體絕熱指數(shù)：1.35.

物質(zhì)分子量：70.9.

是否采用HV 和CP 計算：否。

(2)計算結(jié)果

①在液氯儲罐整體破裂條件下，液氯大量泄漏迅速氣化成氯氣，導(dǎo)致發(fā)生壓力容器物理爆炸事故影響范圍見圖4。

經(jīng)QRA 定量風(fēng)險計算模擬事故結(jié)果可知，在液氯儲罐整體破裂條件下，液氯大量泄漏迅速氣化成氯氣，導(dǎo)致發(fā)生壓力容器物理爆炸事故影響范圍：死亡半徑12m、重傷半徑15.5m、輕傷半徑20m。

模擬事故影響范圍：以液氯儲罐為中心死亡半徑12m、重傷半徑15.5m、輕傷半徑20m 范圍內(nèi)主要涉及液氯罐區(qū)區(qū)域及液氯罐區(qū)北側(cè)液氯充裝作業(yè)區(qū)域內(nèi)的作業(yè)人員、巡檢人員及建(構(gòu))筑物和設(shè)備設(shè)施。

②在液氯儲罐整體破裂條件下，液氯大量泄漏迅速氣化成氯氣，導(dǎo)致發(fā)生有毒有害物質(zhì)泄漏擴散事故影響范圍見圖5。

經(jīng)QRA 定量風(fēng)險計算模擬事故結(jié)果可知，在液氯儲罐整體破裂條件下，液氯大量泄漏迅速氣化成氯氣，導(dǎo)致發(fā)生有毒有害物質(zhì)泄漏擴散事故影響范圍：下風(fēng)向中毒危害距離2103m、橫風(fēng)向中毒危害距離267.19m、下風(fēng)向中毒危害面積826546.61m2。

模擬事故影響范圍：在主導(dǎo)風(fēng)向下，液氯儲罐發(fā)生氯氣泄漏中毒事故范圍涉及大部分VCM 裝置、乙炔裝置及其他生產(chǎn)裝置的作業(yè)人員、巡檢人員及建(構(gòu))筑物和設(shè)備設(shè)施；氯氣泄漏中毒事故范圍不涉及廠外周邊企業(yè)。

圖4 該公司液氯儲罐發(fā)生壓力容器物理爆炸事故影響范圍圖

圖5 該公司液氯儲罐發(fā)生有毒有害物質(zhì)泄漏擴散事故影響范圍圖

3 結(jié)語

該危險化學(xué)品生產(chǎn)企業(yè)涉及大量的易燃?xì)怏w、毒性物質(zhì)等，如發(fā)生大量泄漏會發(fā)生較嚴(yán)重的事故后果，通過對危險化學(xué)品生產(chǎn)裝置和儲存設(shè)施進(jìn)行模擬事故分析，預(yù)先模擬事故發(fā)生的影響范圍及影響程度，對日常生產(chǎn)運行操作和應(yīng)急操作提出建議措施，對應(yīng)急預(yù)案的制定和應(yīng)急演練具有指導(dǎo)意義。