ALOHA軟件和HAZOP分析法在典型化工企業安全評價中的應用

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（泰興市興安精細化工有限公司 江蘇 225400）

近些年來，我國的工業化水平日益提升，但伴隨的也有頻發的化工廠安全事故，這些事故給社會經濟和人員造成了重大損失和傷害，因此安全在工業中是一個必不可免所考慮的因素。如何找出工業中存在的安全隱患，預防安全事故的發生，同時預估事故發生時所造成的影響范圍及強度，已成為一個迫在眉睫的難題。

在當前的工業中，常利用各類安全評價方法來預期分析、發現所存在安全隱患，將危險消滅在最初階段。常用的安全評價方法有：安全檢查表分析（SCA）、預先危險分析（PHA）、故障類型及影響分析（FMEA）、危險可操作性研究（HAZOP）等。由于HAZOP分析法有著系統性、完善性、結構性好、易于掌握的優勢[1]，在工業中受到廣泛應用。

另外，為了定量的分析事故發生時所造成的范圍及強度，常利用SLAB、ALOHA等軟件來模擬在不同情況下發生的事故中，化學品的空間擴散模型。由于ALOHA軟件可以確定事故發生時化學品氣體的擴散過程，以及事故火災和爆炸等會產生的影響（毒性氣體、熱輻射、沖擊波等），因此在工業中同樣受到廣泛關注和應用。

在工業中，若需要建立完整的安全評價體系，需做到定性與定量評價相結合，因此將ALOHA和HAZOP分析法同時應用于化工企業安全評價中是非常有必要的。

1.HAZOP分析法簡介

HAZOP（Hazard and Operability Study，危險性和可操作性研究）是對化工設備、裝置等進行定性或定量分析的一種危險性評價。

HAZOP分析法的本質是采用系統的會議模式來逐步分析工藝圖紙以及操作規程。在分析過程中，由不同專業內（如管道）的技術人員組成的小組通過一系列的關鍵詞作為引導，并按照規定的方式對各單元（即分析節點）進行系統研究，通過假設運行工藝參數的變化和操作控制中可能導致的偏差，推斷出這些識別出的變化和偏差可能會導致的影響，并對其原因，以及可能造成的后果制定相應的措施。從而最大程度的減少安全事故的發生。由于此方法不受裝置本身的影響，故可以依據實際情況及需求用于工業應用中的各個階段（設計，建設，運行）。

2.ALOHA軟件

ALOHA[2]（Areal Locations of Hazardous Atmospheres，有害大氣空中定位軟件）是由美國環保署（EPA）化學制品突發事件和預備辦公室（CEPPO）和美國國家海洋和大氣管理（NOAA）響應和恢復辦公室共同開發的應用程序。

ALOHA是基于一些成熟數學模型[3]（高斯擴散模型、重氣模型、蒸氣云爆炸和閃火等大氣擴散模型），在使用軟件時，需要輸入一些參數（地點參數、時間參數、化學品參數、建筑物參數、氣象參數、泄露情況參數等）來模擬危險化學品火災、爆炸和中毒等事故后果，預測事故影響范圍[4]。

3.ALOHA和HAZOP分析法的實例應用

在某廠生產二元酸酯混合物（DBE）項目中，以混合二元酸（DBA）結片和甲醇為原料，經過酯化和分離生產DBE，其工藝流程簡圖如圖1所示，下面用ALOHA模擬軟件和HAZOP分析法對該項目進行安全評價。

圖1 工藝流程簡圖

(1)ALOHA事故模擬

在此工藝中，甲醇是反應的基本原料，而甲醇作為一種強烈的神經毒[5]，對人體的傷害是巨大的，而同時甲醇所具有的易燃性，可揮發性，使得甲醇在泄漏時可能會造成爆炸、火災以及毒氣擴散致周圍群眾中毒等事故。而ALOHA軟件適用于模擬化學品火災、爆炸和中毒等事故后果，因此在此使用ALOHA事故后果模擬軟件對甲醇儲罐泄漏進行模擬。

根據《危險化學品重大危險源辨識》（GB18218-2009）中所規定的易燃液體的臨界量，當甲醇的重量超過臨界值500t時，則此時甲醇被定為重大危險源。而在此項目中所使用的甲醇儲罐容積為1500m3，其中50%的泄漏量，甲醇的密度：0.99t/m3。經計算甲醇重量為1485t，遠遠超過了規定的臨界值，因此構成重大危險源。

由于甲醇在泄漏時可能會造成爆炸、火災以及中毒等事故，因此利用ALOHA軟件對甲醇儲罐泄漏進行模擬的內容有：①BLEVE事故；②池火災；③人員中毒事故。

本文模擬的事故情景是：2018年4月25日上午8時，某廠混合二元酸二甲酯分廠中，甲醇儲罐因某種原因導致筒體破壞，在儲罐高度一半處產生5m圓形孔，造成甲醇泄漏。該廠的地理位置為：山東省淄博市臨淄區，此處海拔高度為3m；地理坐標：北緯24°54″，東經118°37″；儲罐公稱容積為1500m3。氣象情況：風速為2m/s，風向為東北風，測量高度為3m，天空約25%有云，氣溫為22℃，相對濕度50%，多云等級7。以下為甲醇泄漏的ALOHA模擬結果。

①BLEVE事故模擬

利用ALOHA分析甲醇泄露所造成的火災和爆炸事故后果可知：甲醇造成的火災，其中所產生的BLEVE火球造成的影響范圍是最廣的，并且危害性也是最大的，其BLEVE事故影響的BLEVE模擬結果如圖2所示。

由圖2可以得到結論：A.火球的影響范圍達到600m左右；B.在火球＜0.25km、0.25km～0.3km、0.3km～0.4km、＞0.4km的范圍，分別為死亡區、重傷區、輕傷區以及安全區。

圖2 BLEVE事故模擬示意圖

②池火事故模擬

池火焰所達到的高度可使得整個甲醇儲罐處于被加熱的狀態，繼而導致儲罐的BLEVE爆炸事故，造成更大的影響。池火災火焰熱輻射影響的ALOHA模擬結果如圖3所示。

由圖3可得結論：A.池火熱輻射與距離成反比關系，且距離越大，熱輻射衰竭速度越慢；B.距液池中心5m～11m范圍內為死亡區，在此區域在一分鐘內人員的死亡率為100%；距液池中心7m～13m范圍內為重傷區，在此區域十秒內會造成人員二度燒傷，且范圍內的木材會燃燒；距液池中心13m～20m范圍內為輕傷區，在此區域十秒內會造成人員一度燒傷，且范圍內的塑料會熔化；距液池中心20m范圍外，為安全區。

圖3 池火模擬示意圖

③中毒事故模擬

甲醇罐發生泄漏時，會形成液池，在未導致火災發生的情況下，由于甲醇具有的揮發性，其蒸汽會在大氣中擴散，此時會導致中毒事故發生。

中毒的事故模擬結果如圖4所示。由圖可得結論：A.在泄露地點的20m～50m范圍內，一小時內甲醇聚集的濃度為0.08%（體積分數）；B.在泄露地點的20m～80m范圍內，一小時內甲醇聚集的濃度為0.0052%（體積分數）。

圖4 中毒范圍模擬示意圖

根據以上模擬結果，本廠區將辦公場所布置在上風區，且距離儲罐區大于80m，保證了本廠人員的人身安全。

值得注意的是，ALOHA模擬的結果主要取決于輸入的參數，因此若想使得模擬的結果更加準確，需要現場人員仔細勘察，使得提供的輸入參數更加準確。

(2)HAZOP分析法

HAZOP分析可以識別出整個系統中所存在的安全隱患，對安全管理方面具有重要作用，因此在此項目中使用HAZOP分析也非常必要。

此次對精對苯二甲酸生產裝置進行了工藝流程HAZOP分析，共分析PID圖紙26張，節點21個，分析問題319項，提出建議46條，不明確的項目以備注的形式在記錄表中提出。下列以酯化反應工段中的精餾塔的HAZOP分析為例，此部分主要作用是回收甲醇，其工藝流程圖如圖5所示。針對塔的塔釜液位、溫度、壓力、密封性等工藝參數進行HAZOP分析，其分析結果如表1所示。針對提出的安全措施，也修改于圖5中。

圖5 酯化反應工段精餾塔工藝流程圖

表1 酯化反應階段精餾塔的HAZOP分析

與此同時，將風險矩陣應用于HAZOP分析。結合事故的嚴重等級以及發生的頻率，在矩陣中得到事故的風險等級（如表2所示）。其中嚴重等級對人和設備的損害、對工廠和環境的影響以及造成外界的反應等方面進行評估，嚴重等級從低到高依次分為2R、3R、4R、1U、2U；而事故發生頻率可分為1次/1000年、1次/100年、1次/10年、1次/1年、1次/1月。

表2 風險矩陣

U-不可接受水平的風險，需重新設計；R-需要考慮減少風險的措施；C-風險水平的減少措施不需要較大的開支。

本次HAZOP評價結果，事故后果的風險等級為2R的有137個，3R的有40個，無風險等級為4R的事故。建議廠家在實際生產中，應采取相應的防范措施以降低事故發生的概率，來確保本項目生產過程中的安全。

4.總結

（1）本文在特定的事故場景下，當甲醇泄露時，利用ALOHA軟件模擬了可能所造成的BLEVE事故、火災事故以及中毒事故的影響范圍，為做出正確救援措施提供了直觀依據。

（2）本文也利用HAZOP分析法對精對苯二甲酸生產裝置進行了工藝流程HAZOP分析，對其中的酯化階段的精餾塔的分析結果進行了詳細闡述，并將改進措施描述于工藝圖中。

（3）HAZOP分析法不僅可以對整個生產工藝進行有效的風險分析，識別安全隱患，進而提出應對措施，解決大量的安全問題，還可以提高員工的安全管理意識以及應對風險的能力，促進企業健康的成長；而ALOHA模擬軟件可以在事故發生時，為救援人員根據不同類型的事故采取相應的救援措施提供了科學依據。兩者相互使用在工業安全上有較大的推廣應用前景。