浅析PHA及模拟分析法在环氧乙烷储罐事故后果计算中的应用

刘海军

广州市安益职业安全事务咨询有限公司

浅析PHA及模拟分析法在环氧乙烷储罐事故后果计算中的应用

刘海军

广州市安益职业安全事务咨询有限公司

环氧乙烷是化工企业中应用较为广泛的一种原材料，每年由于环氧乙烷泄漏导致的人员伤亡也时有发生。笔者结合实际工作经验，对某化工企业环氧乙烷储罐区域进行了危险性分析和重大危险源辨识，并运用PHA和事故后果模拟分析法，对其事故后果进行了预测分析。研究结果表明，环氧乙烷储罐最坏事故场景为蒸气云爆炸事故，其事故死亡半径为42.6m，重伤半径为110.6m，轻伤半径为198.4m。

环氧乙烷；模拟分析法；PHA；后果预测

1 绪论

化工企业涉及种类众多的危险化学品，在生产、储存和运输过程中，往往会发生泄漏事故，向空气中释放大量易燃、易爆、有毒的物质。环氧乙烷具有易燃性及毒性两种危险和危害特性，其蒸气能与空气形成范围广阔的爆炸性混合物，遇热源和明火有燃烧爆炸的危险。且蒸气对眼有强烈刺激性，可能导致人员中毒事故[1]。为此，如何科学、有效、迅速的预测环氧乙烷储罐的事故影响范围、死亡半径、浓度分布等，成为了当前安全评价人员研究的难点及热点。

本文结合某化工企业的实际情况，对其环氧乙烷储罐区进行了危险性分析和重大危险源辨识，并运用事故后果模拟分析法，对其泄漏情况进行了预测分析，为后续安全管理提供理论依据及定量数据参考。

2 环氧乙烷罐区评估对象情况

某化工企业使用的原料环氧乙烷等属于危险化学品重大危险源辨识范围内物质，按照实际情况，罐组中设有2个50m3环氧乙烷储罐，当天从厂家运来当天使用完毕。通过计算，该企业危险化学品最大储量与临界量的比值之和大于1，该企业危险化学品已构成重大危险源。

罐组四周设有防火堤，防火堤高1.1m，堤内布置2排共4个卧式储罐，北面一排由西向东一次是V303、V304，容积均为50m3，储存环氧乙烷。环氧乙烷距离卸车点32.6m，罐组储罐距离北面围墙32.6m。

该企业厂区东南面270m处有居民区，常住人口超过100人，企业周边500m范围内无范围内无重要公共建筑、风景名胜区、国家重点保护区。

3 环氧乙烷罐区PHA分析

结合参照《企业职工伤亡事故分类》（GB6441-1986），使用PHA（预先危险分析）法，对该企业的环氧乙烷涉生产、加工、使用或储存场所可能发生的事故类型以及场所、部位进行分析，并通过预先危险性分析法确定事故发生的可能性和危险程度[2]。

（1）火灾爆炸，由于环氧乙烷泄漏导致的蒸气云爆炸，可能发生的场所有装置区和罐区。其触发事件有：1）升温过急过快，热量不能及时带走，或冷却水系统故障，不能及时带走热量，导致反应过程失控。2）系统内混入空气形成爆炸性混合气体。3）危险物料发生泄漏的原因包括，容器破裂发生泄漏；设备、管道、阀门等损坏发生泄漏；容器溢出。4）点火源有：明火、电气火花、静电放电、雷击、其他。事故结果为：人员伤亡、设施破坏，事故的严重性为III级，事故可能性为D级。

（2）中毒事故，由于环氧乙烷泄漏导致的中毒事故，可能发生的场所有装置区和罐区。其触发事件有：1）含有化学品的溶液、有毒物质的容器管道受外力撞击破裂；2）管道、阀门、设备等渗漏。3）违章操作或误操作造成泄漏。4）操作人员处理泄漏点时没有佩戴相应的防护用具。5）防护用具失效。6）作业现场通风条件较差。事故结果为人员中毒，事故的严重性为II级，事故的可能性为D级。

4 环氧乙烷泄漏事故后果定量计算

4.1 环氧乙烷储罐蒸气云爆炸模型分析评价

根据人员因为爆炸而死亡概率的不同，选取环氧乙烷储罐为单元，将爆炸危险源周围由里向外依次划分为死亡区、重伤区、轻伤区和安全区、财产损失半径。运用TNT当量公式计算可得储罐发生灾难泄漏时的蒸气云TNT当量为21944kg。

按照死亡区、重伤区、轻伤区的计算公式：

计算结果如下：在考虑地面反射作用的情况下，该企业的环氧乙烷罐泄漏发生蒸气云爆炸的死亡半径为42.6 m，重伤半径为110.6 m，轻伤半径为198.4 m，安全区半径为大于198.4 m，财产损失半径为128.3 m。

4.2 环氧乙烷储罐破裂时的毒害区估算的事故危险分析

C2H4O储罐破裂时会发生蒸气爆炸，而一旦发生泄漏却没有立即点燃时则会造成大面积的毒害区域。根据本地区的气候特点，假设环氧乙烷储罐破裂前温度为25℃。当储罐破裂时，罐内压力降至大气压，处于过热状态的液态环氧乙烷温度将迅速降至标准沸点，此时全部环氧乙烷所放出的热量可表征为：Q=W′C(t-t0)[3]。假设这些热量全部用于罐内液态环氧乙烷的蒸发，计算可得环氧乙烷的质量W′=32000kg，蒸发量W=15000kg。假设环氧乙烷储罐破裂前温度t=25℃，则有C2H4O蒸气的体积Vg为3714 m3。

根据《工作场所有害因素职业接触限值》知，环氧乙烷的危险浓度为环氧乙烷在空气中的浓度达到5mg/m3时，人吸入15分钟达到短时间容许接触限值，则可求得3714 m3的环氧乙烷可以产生的有毒空气的体积为：V=Vg/0.5%=3714/0.005=742826（m3）

假设这些有毒气体以半球形向地面扩散，则可求出该有毒气体扩散半径。假设单一罐发生破裂，此时R1=70.8m，假设发生最坏事故场景，即两个罐同时发生破裂，此时毒气扩散半径R2=89.1m。

5 结语

对某化工企业的环氧乙烷储罐运用模拟分析法进行事故后果预测，通过事故后果模拟分析，在火灾、爆炸、中毒事故最不利情况发生下，主要是对距离该事故源点198.4m内的该厂区及周边造成影响。最坏事故场景为蒸气云爆炸，此时死亡半径为42.6m，安全区半径为198.4m。

[1] 杨晓燕,王勇.环氧乙烷储存球罐危险危害性分析[J].中国石油和化工标准与质量,2013(15):253.

[2] 卫维剑.浅谈环氧乙烷的危害及安全防护[J].化工管理,2015(15):5～6.

[3] 柯洪楠,刘革.探讨环氧乙烷的危害及其安全防护策略[J].化工管理,2016(9):169.