蜡油加氢装置重大火灾和中毒事故情景构建

张武星

(中国石化洛阳分公司，河南洛阳 471012)

对于发生概率较低但后果极其严重的重大突发事件，采用“情景——应对”的理论与方法，提前开展战略性研究和应急准备工作，是国内外应急管理学界近年来提出的一种行之有效的科学手段。本文按照“情景分析——任务梳理——能力评估”的情景构建基本框架，对蜡油加氢装置高温蜡油泵泄漏发生火灾并引发硫化氢中毒的高风险情景开展情景构建，以提升企业应急能力。

1 蜡油加氢装置风险特点

某公司220×104t/a蜡油加氢装置，以减压蜡油、焦化蜡油和脱沥青油的混合油为原料，采用FFHT蜡油加氢处理工艺技术，生产硫含量低于1 700 μg/g的精制蜡油，为催化裂化装置提供优质的原料，同时副产少量石脑油和柴油，富氢气体经脱硫后去制氢装置作原料。蜡油加氢装置主要由反应部分、分馏部分、富氢气体脱硫部分、热回收和产汽部分、公用工程部分等组成。蜡油加氢工艺属危险工艺，该蜡油加氢装置为四级重大危险源。按照《中国石化在役生产装置(设施)安全生产重大风险识别与评估指南》评估，该蜡油加氢装置重大风险等级为E6级，为公司安全生产十大风险之一。装置涉及的主要危险化学品有：蜡油、石脑油、氢气、硫化氢、干气等；存在的主要风险为：火灾、爆炸和硫化氢中毒等。

2 情景构建的主要内容

2.1 成立情景构建工作组

成立由公司副总经理或安全总监为组长，生产、安全、环保、消防等部门专业人员和专业机构的安全专家为成员的情景构建工作组。

2.2 资料收集与情景筛选

收集的主要资料包括：蜡油加氢装置安全评价报告、HAZOP分析报告；情景发生区域及周边区域人员分布情况；工艺流程图、消防设施分布图、设备平面图；公司和情景发生单位的应急组织机构、应急队伍、应急装备与物资、应急预案及演练资料；本企业、本行业及国内外发生的同类典型事故案例等。

情景筛选的原则：事故具有一定的代表性和典型性；后果的严重性大、影响范围和处置难度大；具备发生的可能性(有事故案例支持、有模拟计算结果支持)。

结合蜡油加氢装置生产工艺特点和风险评估报告，对收集的13起同类或类似装置典型事故案例进行分析，初步筛选的事故情景如下。

a)产品分馏塔塔底高温蜡油泵P5106A泄漏引发火灾，导致泵上方油气管线开裂，换热框架倾斜，热高分气空冷器A5101法兰开裂，含有硫化氢的油气泄漏，进而引发硫化氢中毒事故。

b)反应加热炉F5101(或反应器R5101)油气泄漏导致火灾、爆炸事故。

c)热高分气空冷器A5101油气泄漏导致硫化氢中毒事故。

d)热高分V5102油气窜入热低分V5103导致超压爆炸，爆炸冲击波冲击脱硫化氢汽提塔T5101，造成硫化氢泄漏，发生中毒事故。

经工作组进一步分析和评估，最终筛选a)情景开展情景构建。

2.3 典型事故案例分析

选取与筛选情景相关的典型事故案例，梳理案例特点，总结事故规律，研究事故演化过程的关键节点，为情景构建提供依据。本例情景选取两起典型事故案例进行类比分析。具体见表1。

表1 典型事故案例类比分析

2.4 演化过程设计

a)事件孕育阶段：8月9日，蜡油加氢装置分馏塔塔底泵P5106A振动超标。

b)事件发生阶段：8月10日4时00分，蜡油加氢装置分馏塔塔底泵P5106A机封失效，高温蜡油泄漏、自燃着火。

4时02分，当班班长向公司消防部门报警并向应急指挥中心报告，同时启动炼油二部生产事故应急处置方案进行应急处置。

4时04分，公司应急指挥中心启动公司级生产安全事故应急预案。

4时05分，公司消防队到达现场按照灭火预案进行扑救。

4时10分，公司现场应急指挥部成立，开展救援。

4时20分，公司向集团公司和地方政府主管部门进行报告和求援。

c)事件扩大阶段：4时40分，蜡油泵P5106上方一条油气管线被烧裂，火势增大，发生爆燃，5名消防队员被烧伤。

4时50分～5时30分，地方消防部门和政府主管部门人员陆续到达事故现场，成立现场应急指挥部，制订应急救援方案实施救援，组织疏散周边1 000 m以内的人员。

5时30分，蜡油泵P5106旁边的换热框架钢立柱变形，换热框架倾斜，热高分气空冷器A5101法兰开裂，含有硫化氢的油气泄漏、扩散，下风向的10名消防队员硫化氢中毒。

d)事件控制与恢复阶段：5时32分，现场应急指挥部重新调整应急救援方案，扩大疏散范围，使含有硫化氢的油气燃烧。

7时30分，火势得到初步控制。

7时35分，组织把消防污水转向原油储罐。

9时00分，火势得到全面控制。

10时30分，在会议中心召开新闻发布会，向媒体通报事故情况。

15时00分，所有环境监测点位监测指标均达到环保标准要求。

17时00分，明火被扑灭。

17时30分，现场事故救援工作结束。

18时30分，突降暴雨，排洪(水)沟内部分消防水随雨水溢流出厂，立即启动防止水体污染应急预案。

20时50分，水体污染得到控制，应急中止。

2.5 模拟计算分析

利用ALOHA(Areal Location of Atmosphere)软件模拟计算事故状态下的火灾和硫化氢中毒事故影响范围，得到演化过程关键节点，并对结果进行分析。

2.5.1收集有关基础数据资料

风向、风速、大气稳定度等气象条件；分馏塔T5102蜡油总量及蜡油成分；分馏塔上部三层管带各管线内物料性质；空冷A5101容积及气相组成；泄漏孔径、泄漏高度、泄漏时间等参数；周边人员分布等。

2.5.2火灾的影响范围

根据热辐射伤害后果及准则，可确定应急人员及应急过程中的安全区域及疏散区域，以及热辐射通量对设备和钢结构的影响，其中：无关人员疏散区辐射热强度需小于1.6 kW/m2；穿适当防护服的应急人员可活动的区域辐射热强度需小于4.73 kW/m2；着标准防护服的消防员最大的容忍极限辐射热强度为7 kW/m2；无保护的钢结构可承受的最大热辐射通量为20 kW/m2；操作设备完全损坏，结构塌陷的热辐射通量为37.5 kW/m2。

依据ALOHA软件计算结果，火灾时人员疏散范围如图1，火灾对钢结构损坏范围如图2。

图1 火灾时人员疏散范围

图2 火灾对钢结构损坏范围

由图1可知：人员的疏散半径为250 m；穿适当防护服的救援人员的作业半径为132 m；穿标准防护服的救援人员的作业半径为96 m。

由图2可知：当火灾发生时，着火点16 m范围内的钢结构存在损坏风险；10 m范围内的操作设备完全损坏，钢结构发生坍塌。

2.5.3硫化氢泄漏的影响范围

火灾发生1.5 h后，换热框架倾斜，热高分气空冷器A5101法兰开裂，含有硫化氢的油气泄漏、扩散，分别模拟在风速1.5 m/s(低风速)、3 m/s(中风速)、5 m/s(高风速)对下风向区域的影响，由计算可知，硫化氢在低风速时对下风向区域的影响最大。低风速模拟结果如图3。

硫化氢气体泄漏后果的评估标准：定义容许浓度为20×10-6(SY6137-2012)，高于此浓度的区域人群需要疏散；定义中毒浓度为100×10-6(SY6137-2012)，高于此浓度的硫化氢气体会对人员造成不可逆的中毒损伤；定义死亡浓度为1 000×10-6(AQ2018-2008)，高于此浓度的硫化氢会造成人员急性中毒死亡。

图3 低风速模拟结果

由图3可知，在1.5 m/s风速下，需要疏散1.4 km范围内的人员，事故点附近583 m内人员有中毒风险，129 m内会造成急性中毒死亡。

2.6 应急任务与能力分析

针对构建的事故情景，分析每个阶段需要开展的应急任务，评估承担该任务的有关部门的职责和完成该任务所需要的应急资源与能力，结合现有应急能力，查找存在的差距。经分析评估，存在的主要问题及建议如下。

a)应急预案方面：如何通知和组织下风向1.4 km范围内居民的疏散方式、方法、职责及程序未明确；地方消防力量到现场后如何组织协调尽快参与救援的事项未明确。建议配备应急广播等设备；在应急预案中明确应急疏散的有关要求和与地方消防力量协调的有关事宜。

b)设备设施方面：分馏塔底泵P5106(介质温度超过自燃点)布置在管廊和空冷器等设施下方，未采用不燃烧材料的隔板隔离保护；分馏塔底的快速切断阀及电缆没有耐火保护；分馏塔底泵附近缺少视频监控系统或火焰监测系统，不能及时发现火情。建议对上述隐患进行治理。

c)消防能力方面：公司消防供水能力不足，最大供水量为5 h，流量为1 500 t/h，而事故状态下需供水13 h，流量需3 000 t/h；储存泡沫数量不足，目前只储存40 t，只够灭火2 h；消防车油料供给不足，主战车辆仅能支持2 h。建议考虑远程供水问题，储备或快速调配足够的泡沫、油料等物资。

d)消防战术方面：重点对泵上方管线及框架实施冷却保护；在爆燃征兆发生前及时撤离消防队员；及时引燃含有硫化氢的油气。

e)污水储存能力方面：公司事故污水池容积1.6×104m3，而事故状态下污水约3.9×104t，向原油罐转存的泵、管线达不到要求。建议更新泵及管线，满足应急需要。

2.7 桌面演练与改进建议

针对构建的事故情景，开展公司级桌面演练，通过桌面演练查找问题，验证情景设定的合理性；根据桌面演练反映出来的问题，提出改进建议，对情景进行完善。

2.8 情景演示动画制作

制作情景演示动画,主要体现：情景的演化过程，应急响应流程，涉及的应急资源(队伍、装备和物资)等，以满足应急培训需要。

3 结语

重大事故情景构建可以将企业存在的大风险“实例化”、应急准备目标“显性化”，对优化企业应急预案、提升企业应急能力都有较大的促进作用，情景构建中要重点把握的内容是：重大风险评估、典型事故案例分析、事故模拟计算、事故演化过程分析和应急能力分析。