劉海軍

廣州市安益職業(yè)安全事務(wù)咨詢有限公司

淺析PHA及模擬分析法在環(huán)氧乙烷儲(chǔ)罐事故后果計(jì)算中的應(yīng)用

劉海軍

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環(huán)氧乙烷是化工企業(yè)中應(yīng)用較為廣泛的一種原材料，每年由于環(huán)氧乙烷泄漏導(dǎo)致的人員傷亡也時(shí)有發(fā)生。筆者結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)某化工企業(yè)環(huán)氧乙烷儲(chǔ)罐區(qū)域進(jìn)行了危險(xiǎn)性分析和重大危險(xiǎn)源辨識(shí)，并運(yùn)用PHA和事故后果模擬分析法，對(duì)其事故后果進(jìn)行了預(yù)測(cè)分析。研究結(jié)果表明，環(huán)氧乙烷儲(chǔ)罐最壞事故場(chǎng)景為蒸氣云爆炸事故，其事故死亡半徑為42.6m，重傷半徑為110.6m，輕傷半徑為198.4m。

環(huán)氧乙烷；模擬分析法；PHA；后果預(yù)測(cè)

1 緒論

化工企業(yè)涉及種類眾多的危險(xiǎn)化學(xué)品，在生產(chǎn)、儲(chǔ)存和運(yùn)輸過程中，往往會(huì)發(fā)生泄漏事故，向空氣中釋放大量易燃、易爆、有毒的物質(zhì)。環(huán)氧乙烷具有易燃性及毒性兩種危險(xiǎn)和危害特性，其蒸氣能與空氣形成范圍廣闊的爆炸性混合物，遇熱源和明火有燃燒爆炸的危險(xiǎn)。且蒸氣對(duì)眼有強(qiáng)烈刺激性，可能導(dǎo)致人員中毒事故[1]。為此，如何科學(xué)、有效、迅速的預(yù)測(cè)環(huán)氧乙烷儲(chǔ)罐的事故影響范圍、死亡半徑、濃度分布等，成為了當(dāng)前安全評(píng)價(jià)人員研究的難點(diǎn)及熱點(diǎn)。

本文結(jié)合某化工企業(yè)的實(shí)際情況，對(duì)其環(huán)氧乙烷儲(chǔ)罐區(qū)進(jìn)行了危險(xiǎn)性分析和重大危險(xiǎn)源辨識(shí)，并運(yùn)用事故后果模擬分析法，對(duì)其泄漏情況進(jìn)行了預(yù)測(cè)分析，為后續(xù)安全管理提供理論依據(jù)及定量數(shù)據(jù)參考。

2 環(huán)氧乙烷罐區(qū)評(píng)估對(duì)象情況

某化工企業(yè)使用的原料環(huán)氧乙烷等屬于危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識(shí)范圍內(nèi)物質(zhì)，按照實(shí)際情況，罐組中設(shè)有2個(gè)50m3環(huán)氧乙烷儲(chǔ)罐，當(dāng)天從廠家運(yùn)來當(dāng)天使用完畢。通過計(jì)算，該企業(yè)危險(xiǎn)化學(xué)品最大儲(chǔ)量與臨界量的比值之和大于1，該企業(yè)危險(xiǎn)化學(xué)品已構(gòu)成重大危險(xiǎn)源。

罐組四周設(shè)有防火堤，防火堤高1.1m，堤內(nèi)布置2排共4個(gè)臥式儲(chǔ)罐，北面一排由西向東一次是V303、V304，容積均為50m3，儲(chǔ)存環(huán)氧乙烷。環(huán)氧乙烷距離卸車點(diǎn)32.6m，罐組儲(chǔ)罐距離北面圍墻32.6m。

該企業(yè)廠區(qū)東南面270m處有居民區(qū)，常住人口超過100人，企業(yè)周邊500m范圍內(nèi)無范圍內(nèi)無重要公共建筑、風(fēng)景名勝區(qū)、國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)區(qū)。

3 環(huán)氧乙烷罐區(qū)PHA分析

結(jié)合參照《企業(yè)職工傷亡事故分類》（GB6441-1986），使用PHA（預(yù)先危險(xiǎn)分析）法，對(duì)該企業(yè)的環(huán)氧乙烷涉生產(chǎn)、加工、使用或儲(chǔ)存場(chǎng)所可能發(fā)生的事故類型以及場(chǎng)所、部位進(jìn)行分析，并通過預(yù)先危險(xiǎn)性分析法確定事故發(fā)生的可能性和危險(xiǎn)程度[2]。

（1）火災(zāi)爆炸，由于環(huán)氧乙烷泄漏導(dǎo)致的蒸氣云爆炸，可能發(fā)生的場(chǎng)所有裝置區(qū)和罐區(qū)。其觸發(fā)事件有：1）升溫過急過快，熱量不能及時(shí)帶走，或冷卻水系統(tǒng)故障，不能及時(shí)帶走熱量，導(dǎo)致反應(yīng)過程失控。2）系統(tǒng)內(nèi)混入空氣形成爆炸性混合氣體。3）危險(xiǎn)物料發(fā)生泄漏的原因包括，容器破裂發(fā)生泄漏；設(shè)備、管道、閥門等損壞發(fā)生泄漏；容器溢出。4）點(diǎn)火源有：明火、電氣火花、靜電放電、雷擊、其他。事故結(jié)果為：人員傷亡、設(shè)施破壞，事故的嚴(yán)重性為III級(jí)，事故可能性為D級(jí)。

（2）中毒事故，由于環(huán)氧乙烷泄漏導(dǎo)致的中毒事故，可能發(fā)生的場(chǎng)所有裝置區(qū)和罐區(qū)。其觸發(fā)事件有：1）含有化學(xué)品的溶液、有毒物質(zhì)的容器管道受外力撞擊破裂；2）管道、閥門、設(shè)備等滲漏。3）違章操作或誤操作造成泄漏。4）操作人員處理泄漏點(diǎn)時(shí)沒有佩戴相應(yīng)的防護(hù)用具。5）防護(hù)用具失效。6）作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)通風(fēng)條件較差。事故結(jié)果為人員中毒，事故的嚴(yán)重性為II級(jí)，事故的可能性為D級(jí)。

4 環(huán)氧乙烷泄漏事故后果定量計(jì)算

4.1 環(huán)氧乙烷儲(chǔ)罐蒸氣云爆炸模型分析評(píng)價(jià)

根據(jù)人員因?yàn)楸ǘ劳龈怕实牟煌?，選取環(huán)氧乙烷儲(chǔ)罐為單元，將爆炸危險(xiǎn)源周圍由里向外依次劃分為死亡區(qū)、重傷區(qū)、輕傷區(qū)和安全區(qū)、財(cái)產(chǎn)損失半徑。運(yùn)用TNT當(dāng)量公式計(jì)算可得儲(chǔ)罐發(fā)生災(zāi)難泄漏時(shí)的蒸氣云TNT當(dāng)量為21944kg。

按照死亡區(qū)、重傷區(qū)、輕傷區(qū)的計(jì)算公式：

計(jì)算結(jié)果如下：在考慮地面反射作用的情況下，該企業(yè)的環(huán)氧乙烷罐泄漏發(fā)生蒸氣云爆炸的死亡半徑為42.6 m，重傷半徑為110.6 m，輕傷半徑為198.4 m，安全區(qū)半徑為大于198.4 m，財(cái)產(chǎn)損失半徑為128.3 m。

4.2 環(huán)氧乙烷儲(chǔ)罐破裂時(shí)的毒害區(qū)估算的事故危險(xiǎn)分析

C2H4O儲(chǔ)罐破裂時(shí)會(huì)發(fā)生蒸氣爆炸，而一旦發(fā)生泄漏卻沒有立即點(diǎn)燃時(shí)則會(huì)造成大面積的毒害區(qū)域。根據(jù)本地區(qū)的氣候特點(diǎn)，假設(shè)環(huán)氧乙烷儲(chǔ)罐破裂前溫度為25℃。當(dāng)儲(chǔ)罐破裂時(shí)，罐內(nèi)壓力降至大氣壓，處于過熱狀態(tài)的液態(tài)環(huán)氧乙烷溫度將迅速降至標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)，此時(shí)全部環(huán)氧乙烷所放出的熱量可表征為：Q=W′C(t-t0)[3]。假設(shè)這些熱量全部用于罐內(nèi)液態(tài)環(huán)氧乙烷的蒸發(fā)，計(jì)算可得環(huán)氧乙烷的質(zhì)量W′=32000kg，蒸發(fā)量W=15000kg。假設(shè)環(huán)氧乙烷儲(chǔ)罐破裂前溫度t=25℃，則有C2H4O蒸氣的體積Vg為3714 m3。

根據(jù)《工作場(chǎng)所有害因素職業(yè)接觸限值》知，環(huán)氧乙烷的危險(xiǎn)濃度為環(huán)氧乙烷在空氣中的濃度達(dá)到5mg/m3時(shí)，人吸入15分鐘達(dá)到短時(shí)間容許接觸限值，則可求得3714 m3的環(huán)氧乙烷可以產(chǎn)生的有毒空氣的體積為：V=Vg/0.5%=3714/0.005=742826（m3）

假設(shè)這些有毒氣體以半球形向地面擴(kuò)散，則可求出該有毒氣體擴(kuò)散半徑。假設(shè)單一罐發(fā)生破裂，此時(shí)R1=70.8m，假設(shè)發(fā)生最壞事故場(chǎng)景，即兩個(gè)罐同時(shí)發(fā)生破裂，此時(shí)毒氣擴(kuò)散半徑R2=89.1m。

5 結(jié)語

對(duì)某化工企業(yè)的環(huán)氧乙烷儲(chǔ)罐運(yùn)用模擬分析法進(jìn)行事故后果預(yù)測(cè)，通過事故后果模擬分析，在火災(zāi)、爆炸、中毒事故最不利情況發(fā)生下，主要是對(duì)距離該事故源點(diǎn)198.4m內(nèi)的該廠區(qū)及周邊造成影響。最壞事故場(chǎng)景為蒸氣云爆炸，此時(shí)死亡半徑為42.6m，安全區(qū)半徑為198.4m。

[1] 楊曉燕,王勇.環(huán)氧乙烷儲(chǔ)存球罐危險(xiǎn)危害性分析[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2013(15):253.

[2] 衛(wèi)維劍.淺談環(huán)氧乙烷的危害及安全防護(hù)[J].化工管理,2015(15):5～6.

[3] 柯洪楠,劉革.探討環(huán)氧乙烷的危害及其安全防護(hù)策略[J].化工管理,2016(9):169.