姜春雨

(中石化安全工程研究院有限公司，山東青島 266104)

0 前言

隨著社會、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，危險化學(xué)品生產(chǎn)安全事故越來越受到社會關(guān)注，我國化工產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)園區(qū)化、集成化、復(fù)雜化的趨勢，一旦發(fā)生火災(zāi)、爆炸、泄漏等事故，將嚴(yán)重影響人民的生命財產(chǎn)安全[1,2]，其中有毒氣體泄漏事故具有影響范圍廣、傷亡人數(shù)高、疏散難度大等特點(diǎn)，例如“12·3”印度博帕爾有毒氣體泄漏事故、“11·23”重慶開縣井噴事故等[3]，所以針對化工企業(yè)開展有毒氣體泄漏情景構(gòu)建研究是很有必要的。

情景構(gòu)建是一種針對重大事故的戰(zhàn)略性思想工具，在風(fēng)險分析和歷史事故案例研究的基礎(chǔ)上，“設(shè)計(jì)”一個“最壞可信”的情景，它不是對未來的必然預(yù)判，而是依據(jù)“情景-任務(wù)-能力”的工作思路，分析事故處置的關(guān)鍵要點(diǎn)，評估企業(yè)的現(xiàn)有能力是否滿足應(yīng)對該類事故的需求，從而指導(dǎo)企業(yè)在日常應(yīng)急管理工作中完善準(zhǔn)備工作[4,5]。

1 典型情景構(gòu)建

1.1 背景信息

A市B石化公司化工二部丙烯腈聯(lián)合裝置的區(qū)域位置如圖1所示，構(gòu)成本危險化學(xué)品重大危險源的生產(chǎn)裝置主要為Ⅰ丙烯腈單元、Ⅱ丙烯腈單元、新乙腈單元、原料罐組(丙烯球罐、液氨球罐)、丙烯腈中間罐組、丙烯腈產(chǎn)品罐組、乙腈罐組。

圖1 化工二部丙烯腈聯(lián)合裝置區(qū)域位置

1.2 丙烯腈裝置風(fēng)險辨識

將B石化化工二部丙烯腈裝置作為一個單獨(dú)的評估單元進(jìn)行風(fēng)險辨識，評估裝置的危險源等級，判斷開展情景構(gòu)建工作的必要性。

1.2.1 裝置主要危險化學(xué)品

分析丙烯腈裝置生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)，辨識裝置所涉及危險化學(xué)品名稱、物料量q，查閱國家標(biāo)準(zhǔn)GB18218—2018《危險化學(xué)品重大危險源辨識》得到各類化學(xué)品的臨界量Q和校正系數(shù)β，如表1所示。

表1 丙烯腈聯(lián)合裝置危險化學(xué)品參數(shù)

1.2.2 周邊人口分布

對丙烯腈裝置周邊500 m范圍內(nèi)其他車間、居民區(qū)、企業(yè)的人員分布情況進(jìn)行排查，結(jié)果見表2，得到校正系數(shù)α值為2.0。

表2 丙烯腈裝置周邊人口分布統(tǒng)計(jì)

1.2.3 辨識結(jié)果

基于危險介質(zhì)分析和周邊人口統(tǒng)計(jì)，根據(jù)公式

(1)

計(jì)算得出重大危險源分級指標(biāo)R=350.95>100，根據(jù)GB18218—2018該丙烯腈裝置屬于一級重大風(fēng)險源，有必要針對未來可能發(fā)生的“最壞可信”[6]重大有毒氣體泄漏事故開展情景構(gòu)建工作。

1.3 情景設(shè)計(jì)

對丙烯腈裝置有毒氣體泄漏情景的事故演化過程、人員傷亡、財產(chǎn)損失、基礎(chǔ)設(shè)施破壞、環(huán)境污染、疏散人口、次生衍生災(zāi)害進(jìn)行設(shè)計(jì)。

a) 情景節(jié)點(diǎn)一： 某年7月29日 3時30分，化工二部丙烯腈聯(lián)合裝置原料罐區(qū)丙烯球罐(V701A)罐根閥因腐蝕發(fā)生泄漏，漏出的丙烯迅速氣化。丙烯球罐(V701A)體積400 m3，事發(fā)時儲量50%，罐內(nèi)溫度25 ℃、壓力1.2 MPa。

b) 情景節(jié)點(diǎn)二：3時35分，空氣中丙烯濃度達(dá)到爆炸極限(1.0%～15.0%)，遇靜電火花(在泄漏過程中產(chǎn)生的靜電)發(fā)生空間閃爆，泄漏的丙烯被點(diǎn)燃，形成穩(wěn)定燃燒。

c) 情景節(jié)點(diǎn)三：3時50分，丙烯球罐(V-701A)發(fā)生爆炸，罐及其附屬管線被炸成碎片。爆炸造成4名消防員受傷，并造成丙烯球罐(V-701B)、Ⅱ丙烯腈中間罐(V2121B)損壞，丙烯、丙烯腈泄漏、著火，形成多處火災(zāi)。爆炸碎片擊中Ⅱ丙烯腈裝置的氫氰酸外輸管線，造成氫氰酸泄漏。氫氰酸外輸管線直徑40 mm，管線內(nèi)溫度0.5 ℃、壓力0.95 MPa。

d) 情景節(jié)點(diǎn)四：泄漏的氫氰酸在西北偏西風(fēng)作用下向廠區(qū)外擴(kuò)散，影響廠區(qū)外下風(fēng)向村莊、居民區(qū)的居民。4時20分，約300多人出現(xiàn)不同程度的中毒癥狀(呼吸短促、頭痛、頭暈等)。

e) 情景節(jié)點(diǎn)五：5時，一些網(wǎng)絡(luò)自媒體上出現(xiàn)大量不實(shí)報道，輿情開始發(fā)酵。

5時50分，氫氰酸云團(tuán)逐漸消散。

8時30分，部分中毒人員家屬聚集、圍堵公司大門，導(dǎo)致經(jīng)四號路交通堵塞。

15時30分，最后一處火災(zāi)被撲滅。

19時30分，天降大雨，未及處理的消防廢水外排，造成周邊湖泊環(huán)境污染。

2 事故后果模擬計(jì)算

利用數(shù)值模擬軟件對所設(shè)置的情景演化過程的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，驗(yàn)證所設(shè)置情景節(jié)點(diǎn)發(fā)生的可能性和合理性，對事故后果進(jìn)行定量描述，從而指導(dǎo)企業(yè)開展有針對性的應(yīng)急響應(yīng)行動。

2.1 丙烯球罐爆炸數(shù)值模擬

2.1.1 爆炸后果計(jì)算方法

已知液化氣體和高溫飽和水的爆炸能量計(jì)算公式如下：

E=[(H1-H2)-(S1-S2)T1]W

(2)

式中:E——過熱狀態(tài)下液體的爆炸能量，kJ；

H1——爆炸前液化氣體的焓，kJ/kg；

H2——在大氣壓力下飽和液體的焓，kJ/kg；

S1——爆炸前飽和液體的熵，kJ/(kg·K)；

S2——在大氣壓力下飽和液體的熵，kJ/(kg·K)；

T1——介質(zhì)在大氣壓力下的沸點(diǎn)，K；

W——飽和液體的質(zhì)量，kg。

壓力容器發(fā)生爆炸后，對周圍產(chǎn)生的超壓可由以下步驟計(jì)算：

a) 首先根據(jù)式(2)計(jì)算出其爆破能量E。

b) 將爆破能量轉(zhuǎn)換成TNT當(dāng)量，其中1 kgTNT爆破能(qTNT)取平均4 500 kJ/kg。

q=E/qTNT=E/4 500

(3)

c) 爆炸模擬比α由式(4)求出。

(4)

d) 利用公式R0=R/α求出在爆炸試驗(yàn)中，R0為1 000 kgTNT的當(dāng)量距離，找出距離為R0處的超壓ΔP0，即為R處的超壓。

2.1.2 丙烯腈球罐爆炸后果計(jì)算

已知，V701A球罐體積400 m3，工作溫度25 ℃，壓力1.2 MPa。罐內(nèi)丙烯存量占儲罐50%，大約200 t。大氣壓力下，丙烯焓值718 kJ/kg，熵值3.3 kJ/(kg·K)；爆炸前，丙烯焓值850 kJ/kg，熵值3.15 kJ/(kg·K)。丙烯沸點(diǎn)溫度-44.7 ℃。

根據(jù)公式(2)，儲罐內(nèi)丙烯可以產(chǎn)生的能量為：

E=((850-718)-(3.15-3.3))×

(273-44.7)×200 000=6.03×109kJ

根據(jù)公式(3)，爆炸能轉(zhuǎn)變成TNT當(dāng)量為6.03×109/4500=1 340 882 kg。

根據(jù)公式(4)，爆炸模擬比為α=(1 340 882/1 000)1/3≈11。

根據(jù)1 000 kgTNT的當(dāng)量計(jì)算：超壓200 kPa的影響范圍半徑為176 m，超壓50 kPa的影響范圍半徑為330 m，超壓20 kPa的影響范圍半徑為605 m，超壓13 kPa的影響范圍半徑為825 m。不同超壓影響區(qū)域如圖2所示。

圖2 不同爆炸超壓影響區(qū)域示意

2.1.3 丙烯腈球罐爆炸后果分析

不同爆炸沖擊波超壓對建筑物和人體的傷害程度見表3、表4。

護(hù)理前兩組血糖空腹指標(biāo)、餐后兩小時指標(biāo)的監(jiān)測結(jié)果接近（P＞0.05）；護(hù)理后全面化針對性護(hù)理干預(yù)組血糖空腹指標(biāo)、餐后2 h指標(biāo)的監(jiān)測結(jié)果的改善幅度更大（P＜0.05）。見表 2。

表3 爆炸沖擊波超壓對建筑物傷害對照

表4 爆炸沖擊波超壓對人體的傷害對照

由上述可見，在爆炸超壓200 kPa影響的176 m半徑范圍內(nèi)，球罐周邊裝置、罐區(qū)的鋼架結(jié)構(gòu)均會遭到不同程度的破壞，爆炸碎片飛出擊中管廊是完全有可能發(fā)生的；另外在爆炸超壓20 kPa影響的605 m半徑范圍內(nèi)，人員有可能受沖擊波影響而死亡或受傷，所以在丙烯球罐著火的第一時間應(yīng)立刻疏散裝置周邊人員，現(xiàn)場指揮部也應(yīng)設(shè)置在距泄漏點(diǎn)605 m范圍之外。

2.2 氫氰酸泄漏數(shù)值模擬

2.2.1 氫氰酸毒性分析

氫氰酸為劇毒?；?，輕度中毒主要表現(xiàn)為胸悶、心悸、心率加快、頭痛、惡心、嘔吐、視物模糊。重度中毒主要表現(xiàn)呈深昏迷狀態(tài)，呼吸淺快，陣發(fā)性抽搐，甚至強(qiáng)直性痙攣。不同標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的氫氰酸接觸限值濃度見表5(ERPG(應(yīng)急響應(yīng)計(jì)劃指南)2為暴露1 h，產(chǎn)生輕微健康影響濃度；ERGP3為暴露1 h，產(chǎn)生嚴(yán)重健康影響濃度；IDLH為立即威脅生命和健康濃度)。

表5 氫氰酸接觸限值濃度

2.2.2 氫氰酸泄漏后果計(jì)算

丙烯儲罐爆炸后，產(chǎn)生大量碎片，擊中了附近的氫氰酸輸送管線，造成管線斷裂，氫氰酸發(fā)生泄漏。已知管道斷裂口徑40 mm，管線內(nèi)氫氰酸溫度0.5 ℃，管線內(nèi)壓力0.95 MPa。管線內(nèi)氫氰酸總量(最大估算)：按照1 000 m折算，密度0.69 kg/m3，總量866 kg。

經(jīng)計(jì)算，氰化氫(液態(tài))的泄漏速率為26.67 kg/s，發(fā)生泄漏2 min后，關(guān)閉緊急切斷閥，泄漏總量為26.67×120+866=4 066.4 kg。泄漏的氫氰酸在水泥地面上會形成液池，液體的最后厚度為0.005 m(不考慮液體黏度等因素，理想狀況下)，按照地面上液池最小厚度計(jì)算，泄漏的氰化氫可形成最大液池直徑為38.7 m。

假設(shè)事故時間為凌晨，環(huán)境溫度為當(dāng)天最低溫度27 ℃，氫氰酸泄漏會發(fā)生沸騰蒸發(fā)，經(jīng)計(jì)算蒸發(fā)速率為1.47 kg/s，全部蒸發(fā)完大約46 min。

表6 氫氰酸接觸限值濃度影響距離

在距泄漏點(diǎn)下風(fēng)向3 951 m范圍內(nèi)，居民無法長久居住，可以考慮關(guān)閉門窗就地避險；2 565 m范圍內(nèi)，居民會出現(xiàn)咳嗽、頭暈等不適癥狀，受到不可恢復(fù)的健康影響，需要組織有序疏散；1 787 m范圍內(nèi)，居民的生命健康受到嚴(yán)重威脅，存在立即死亡的可能，需要啟動企地聯(lián)動機(jī)制[7]立即疏散居民。

3 應(yīng)急任務(wù)分析

通過情景設(shè)計(jì)和模擬計(jì)算，詳細(xì)表述了丙烯腈裝置有毒氣體泄漏事故的演化過程和后果，為A市政府、B石化公司提供了具體的應(yīng)急準(zhǔn)備目標(biāo)。為開展科學(xué)救援、減少事故損失，需圍繞情景開展應(yīng)急任務(wù)分析，明確各單位、部門的應(yīng)急職責(zé)，分析問題，指導(dǎo)后續(xù)應(yīng)急能力提升工作。

a) 信息上報與通知。由于事故情景發(fā)生在夜間，A市應(yīng)急局、B石化公司、化工二部、裝置各層級應(yīng)急指揮人員均在家休息，事故發(fā)現(xiàn)人如何第一時間將事故信息告知主要領(lǐng)導(dǎo)并及時上報，是決定事故處置及時性的關(guān)鍵，隨著時間的延后，事故處置的難度和后果嚴(yán)重程度將很快上升。

b) 道路警戒與交通協(xié)調(diào)。在重大事故發(fā)生后，一方面，各方救援力量將持續(xù)增援事故現(xiàn)場，大量的應(yīng)急救援車輛將在廠區(qū)內(nèi)部及周邊聚集，如何有效地管理各方車輛，形成統(tǒng)一的指揮，并將關(guān)鍵的核心救援力量派赴現(xiàn)場施救，將考驗(yàn)企業(yè)和政府的道路警戒與交通協(xié)調(diào)能力；另一方面，管制無關(guān)車輛和居民進(jìn)入事故現(xiàn)場，下風(fēng)向居民大量疏散撤離同樣考驗(yàn)這項(xiàng)能力。

c) 大規(guī)模人員疏散與避險。在丙烯腈裝置下風(fēng)向分布著十?dāng)?shù)個居民區(qū)，約上萬名居民，需要第一時間通知并組織還在家中熟睡的居民盡快撤離事故影響區(qū)域，同時對撤離出來的居民有足夠的場所收容安置，并解決這些居民在事故完全處置完成前的生活起居問題，A市政府需要提前準(zhǔn)備和規(guī)劃應(yīng)急能力[8]。

d) 中毒人員救治。所設(shè)有毒氣體泄漏情景的泄漏介質(zhì)為氫氰酸，該物質(zhì)具有很強(qiáng)的毒性和腐蝕性，且不是常見有毒物質(zhì)，需要特效解毒劑進(jìn)行醫(yī)治，政府是否儲備足夠的特效解毒劑，醫(yī)院是否能建立有效應(yīng)急機(jī)制，第一時間提供足夠多的床位和醫(yī)療資源尤為關(guān)鍵。

e) 次生環(huán)境事件處置。B石化附近區(qū)域有湖泊、河流，事故處置產(chǎn)生的消防有毒廢水極有可能隨市政污水管網(wǎng)造成環(huán)境污染，甚至影響主干河流，將考驗(yàn)政府、企業(yè)的環(huán)境監(jiān)測和污染治理能力。

f) 輿情應(yīng)對能力。有毒氣體泄漏事故由于影響范圍很大，必然造成極壞的社會影響，可能出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)不實(shí)謠言、群眾聚集上訪等事件的發(fā)生，考驗(yàn)政府、企業(yè)的危機(jī)公關(guān)和新聞發(fā)布等能力[9]。

g) 同時處置?；沸孤?、火災(zāi)爆炸事故。所設(shè)有毒氣體泄漏事故情景由丙烯球罐爆炸引發(fā)，在對氫氰酸管線造成破壞的同時，還可能對周邊罐區(qū)、裝置造成類似的破壞，極有可能造成多災(zāi)種的耦合疊加使事故進(jìn)一步升級，這將考驗(yàn)企業(yè)是否能夠第一時間有效布置消防力量、優(yōu)化戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法，并及時向兄弟企業(yè)、地方政府求援，將事故造成的損失降到最低。

h) 政企、企企聯(lián)動。重大危化品事故往往僅憑事故企業(yè)的應(yīng)急力量是無法處理的，這要求企業(yè)在日常的應(yīng)急管理工作中建立起成熟的企地、企企聯(lián)動長效機(jī)制，在應(yīng)急預(yù)案修訂過程中找到對應(yīng)接口，打通信息渠道，簽訂聯(lián)動協(xié)議，加強(qiáng)日常交流與演練，做到在面對重大事故災(zāi)難時，能夠協(xié)同配合、統(tǒng)籌協(xié)調(diào)[2]。

4 結(jié)語

本文通過情景構(gòu)建的方法，開展了針對B石化丙烯腈聯(lián)合裝置的應(yīng)急準(zhǔn)備完善和應(yīng)急建設(shè)規(guī)劃。情景構(gòu)建是推進(jìn)應(yīng)急體系建設(shè)、提升應(yīng)急準(zhǔn)備能力的抓手性工具，首先對丙烯腈裝置的生產(chǎn)狀況和風(fēng)險特點(diǎn)開展調(diào)查分析，深入辨識主要危險物質(zhì)和風(fēng)險點(diǎn)，確認(rèn)開展情景構(gòu)建的必要性，然后結(jié)合歷史事故案例和周邊環(huán)境情況設(shè)計(jì)情景節(jié)點(diǎn)，科學(xué)表述了典型突發(fā)事件的演化規(guī)律與特點(diǎn)，并通過事故后果模擬計(jì)算，一方面驗(yàn)證情景設(shè)計(jì)的客觀性，另一方面實(shí)現(xiàn)對事故后果的定量展示，最后針對情景開展應(yīng)急任務(wù)分析，明確了下一步應(yīng)急體系建設(shè)規(guī)劃的重點(diǎn)建設(shè)方向。