二硫化碳贮罐区事故后果定量模拟分析

文湖南有色冶金劳动保护研究院 黄莎 何琼

二硫化碳贮罐区事故后果定量模拟分析

文湖南有色冶金劳动保护研究院 黄莎 何琼

二硫化碳为无色或淡黄色透明液体，有刺激性气味，易挥发，闪点-30℃，沸点46.5℃，爆炸极限1.0～60%，极易燃，其蒸气比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇火源会着火回燃。由于其闪点低，二硫化碳属甲类危险性化学品。二硫化碳在室温下易挥发，因此容器内可用水封盖表面，远离火种、热源，库温不宜超过30℃，保持容器密封。由于腐蚀、制造缺陷、法兰未紧固等原因，在贮罐区非作业状态下，二硫化碳可能发生渗漏，若贮罐区水封失效，则二硫化碳遇明火燃烧。作业状态下，由于装卸二硫化碳的胶管破裂、密封垫破损、快速接头紧固栓松动等原因会造成二硫化碳泄漏。二硫化碳泄漏的主要事故后果是池火灾、蒸气云爆炸、沸腾液体扩展蒸气爆炸。

一、二硫化碳贮罐区的泄漏后果

二硫化碳在常温常压下泄漏，迅速扩散到周围区域形成液池，遇明火会引起池火灾，池火灾的破坏主要是热辐射。热辐射作用在容器和设备上，其内部压力会迅速升高，引起容器和设备的破裂。如果热辐射作用与可燃物，会引燃可燃物；如果热辐射作用与人员，会引起人员烧伤甚至死亡。

蒸气云爆炸，是指可燃气体或蒸气与空气的云状混合物在开阔地上空遇到点火源引发的爆炸。二硫化碳泄漏后，其蒸气与周围的空气预混，在延迟点火、空间局限化的情况下，遇明火、高热能就会引起燃烧爆炸。蒸气云爆炸发生后其破坏作用主要包括爆炸冲击波、爆炸火球热辐射对周围人员的伤害和对建筑物、储罐等设备的破坏。

二硫化碳贮罐区的沸腾液体扩展蒸气爆炸，是指储罐在外部火焰的烘烤下突然破裂，压力平衡破坏，罐内二硫化碳急剧气化，并随即被火焰点燃而产生的爆炸。沸腾液体扩展蒸气爆炸发生后，主要危害是爆炸产生的火球热辐射。

二、事故后果定量模拟分析计算公式

（一）泄漏

由于设备损坏或操作失误引起泄漏从而大量释放易燃、易爆、有毒有害物质，将会导致火灾、爆炸、中毒等重大事故发生。因此，后果分析由泄漏开始。

液体泄漏速度可用液体力学的柏努利方程计算。连续液体泄漏速度计算公式可参见《石化装置定量风险评估指南》第8.1.3节。

（二）池火灾危害后果的计算模型

池火计算模型可参见《石化装置定量风险评估指南》第8.7节。

（三）蒸气云爆炸事故后果计算模型

蒸气云爆炸可采用TNT当量法进行计算，即把蒸气云爆炸的破坏作用转化成TNT爆炸的破坏作用，从而把蒸气云的量转化成TNT当量。TNT当量法关键模型可参见《石化装置定量风险评估指南》第8.9节。

爆炸中心与给定超压间的距离可根据超压－冲量准则进行计算，并结合概率模型可得出死亡半径、重伤半径、轻伤半径等。计算公式可参见《安全评价师》（国家职业资格一级）第122页，冲击波毁伤准则。

（四）沸腾液体扩展蒸气云爆炸火球（BLEVE火球）计算模型

沸腾液体扩展蒸气爆炸的主要危害是火球产生的强烈热辐射伤害，因而采用瞬态火灾作用下的热强度和目标接受的热通量确定人员的伤亡和财产损失的区域。采用国际劳工组织建议的沸腾液体扩展为蒸气云爆炸热辐射模型进行计算，可参见《化工企业定量风险评价导则》（AQ/T 3046-2013）第 E.4.2 条。

三、事故后果定量计算实例

贮罐区情况：某厂设有二硫化碳库区，库区内设二硫化碳贮存罐（Ф2400×5800）6台，二硫化碳回流罐（Ф2400×5800）2台，二硫化碳压料罐（Ф1200×1800）2台，二硫化碳应急处置罐（Ф2400×5800）1台，贮罐区防火堤30m×8m。罐区储罐布置示意图见图1。

图1 二硫化碳贮罐布置示意图

假设罐区水封失效，其中一个二硫化碳贮罐泄漏进行事故后果模拟。

（一）池火灾事故后果模拟计算结果

1、二硫化碳液体的泄漏量

设罐区内其中一个储罐发生破裂，泄漏量为储罐的最大储量，按储存系数85%计算，则二硫化碳液体的泄漏质量为：

m=28087kg

二硫化碳罐区防火堤30m×8m，由液池面积可计算液池半径如下：

2、池火灾事故后果计算

（1）二硫化碳的燃烧速率

查安全评价指南得二硫化碳的mf值为0.059 kg/（m2.s）。

（2）液体燃烧时间

（3）火焰高度

L=23.2m

（4）总热辐射通量

（5）目标接受到的热辐射通量

由上式和热辐射的不同入射通量所造成的损失表，可以计算出导致人员不同程度伤害的目标点到液池中心的距离，见下表：

表1 不同热辐射强度所造成的损害

由上式和热辐射的不同入射通量所造成的损失表，可以计算出导致人员不同程度伤害的目标点到液池中心的距离，见下表：

（二）蒸气云爆炸（VCE）事故后果计算

二硫化碳的泄漏量由前面的计算可知，由于二硫化碳挥发，设有3%的二硫化碳蒸气混入空气中参与了蒸气云爆炸，根据计算公式可得：

Wf=28087×0.03=841.61kg

根据计算公式得表2：

表2 二硫化碳蒸气云爆炸（VCE）模型模拟结果

由上表可知，本例中发生二硫化碳蒸气云爆炸后，救灾人员离蒸气云中心的最小工作安全距离为36.4m。其影响范围示

意图见图2。

图2 二硫化碳贮罐蒸气云爆炸事故后果模拟图

（三）沸腾液体扩展蒸气爆炸（BLEVE）的定量计算

根据公式计算得出不同伤害、破坏时的热通量及伤害半径，如表3。

表3 沸腾液体扩展蒸气爆炸模拟结果

四、建议罐区采取的安全对策措施

1、二硫化碳贮罐区与周边生产装置的安全距离应符合国家相关规范的要求。

2、二硫化碳储罐内外应设置水浴设施。

3、二硫化碳储罐应采取符合国家规范要求的防火堤。

4、二硫化碳罐区应设置可燃气体浓度检测报警装置。

5、二硫化碳装卸应采取静电接地措施，严格控制液体输送的流速，防止静电的产生。

6、二硫化碳罐区爆炸危险区域内的金属设备，金属基础，金属管道，电缆桥架，穿线钢管，钢结构等采取防静电接地，管道与法兰之间应采用20×3的紫铜片进行跨接接地。贮罐因其壁厚大于4mm，采取罐体两点接地进行防雷保护。

7、二硫化碳属于重点监管的危险化学品，若罐区构成重大危险源，应按要求设置自动监控设施。

五、结论

本文通过对二硫化碳贮罐区的泄漏、池火灾、蒸气云爆炸和沸腾液体扩展蒸气爆炸四种危险特性进行了定量模拟分析和计算，将二硫化碳贮罐区主要事故的发生条件、特点及危害，分别给出了定量模拟分析这几种事故的严重程度及伤害范围的数学模型及计算方法，同时进行了实例模拟，并对计算结果进行分析，提出安全对策措施建议，对贮罐区危险性分析、贮罐区的安全管理及事故预防均有一定的指导意义。□