事故后果模拟在乙烯储罐定量评价中的应用

2019-08-01周亮

安全、健康和环境 2019年6期

周亮

(中国石化催化剂有限公司，北京 100029)

乙烯被列入《首批重点监管的危险化学品名录》(安监总管三〔2011〕95号)。乙烯极易燃，与空气混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高热或接触氧化剂，有引起燃烧爆炸的危险，火场温度下易发生危险的聚合反应。乙烯可能引起昏昏入睡或眩晕，有较强的麻醉作用，吸入高浓度乙烯可立即引起意识丧失，液态乙烯可致皮肤冻伤；长期接触，可引起头昏、全身不适、乏力、思维不集中。

乙烯在生产、使用、储存、运输等过程中，如管理不善，一旦发生事故，后果往往非常严重，易造成人员伤亡、环境污染及财产损失。乙烯储罐泄漏后可导致的事故后果包括：喷射火、闪火、池火、火球、蒸气云爆炸、中毒危害等。对乙烯泄漏进行火灾爆炸和毒性危害事故后果模拟预测，得出易燃易爆及有毒物质泄漏事故可能导致的危险后果、危险范围和程度，可以为乙烯储罐的安全管理、事故防范提供重要的参考。

1 评价分析方法

目前，定量评价方法比较多，本文主要采用事故后果模拟的方法进行分析[1]。

2 事故后果模拟

2.1 事故模拟参数选择

鉴于事故的危害程度、危害范围与泄漏源、泄漏物质的泄漏量、工艺状态、气候条件、事故模式等各项因素关系密切，上述任一条件变化都会导致事故的危害后果发生变化，因此要进行事故后果模拟，首先要对这些因素进行界定。

2.1.1气候条件

根据模拟装置所处的自然条件，大气压力、风速、大气温度、相对湿度等取当地年平均值作为模拟的基本参数，事故模拟的气候条件为：大气压力101.56 kPa，风速2.7 m/s，大气温度20 ℃，相对湿度60.5%，大气稳定度中等(D)，大气比热1.004 kJ/(kg·K)，表面粗糙度0.17，大气分子量28.97。

2.1.2事故模式

本文对乙烯储罐出口管线中等泄漏火灾爆炸事故进行模拟。模拟的乙烯储罐基本参数：储罐容积31.6 m3，工作压力2.45 MPa，工作温度-104 ℃，液相，乙烯数量12 t。泄漏孔径50 mm，泄漏时间600 s。事故后果模拟包括火灾、爆炸危害的区域和程度。

2.1.3泄漏物质

模拟泄漏对象为乙烯，其主要物性参数：LFL(体积分数)2.3%，UFL(体积分数)32.3%，燃烧热1.323E6 kJ/kmol，分子量28.05 kg/kmol，临界温度9.19 ℃，临界压力5.041 MPa，标准沸点-103.7 ℃，溶点-169.1 ℃。

2.2 模拟结果及分析

2.2.1模拟图形结果(图1～图4)

图1 乙烯扩散范围分布(2.7 m/s,D)

图2 乙烯闪火区域(2.7 m/s,D)

图3 乙烯喷射火危害区域(2.7 m/s,D)

图4 乙烯延迟爆炸危害区域(2.7 m/s,D)

2.2.2模拟数据结果

表1 乙烯泄漏事故后果汇总(2.7m/s,D)

2.2.3模拟结果分析

乙烯储罐出口管线发生泄漏时，随乙烯扩散导致的事故形态可能出现闪火、喷射火、延迟爆炸等进行分析。

a)在当地平均风速(2.7 m/s)条件下，泄漏的乙烯扩散至爆炸极限2.3%～32.3%(体积分数)的下风向距离范围为297.6～17.8 m；达到二分之一燃爆下限浓度(1.15%)的下风向影响距离为420.5 m。

b)乙烯闪火区域是以泄漏点为中心，从295 m到420 m的区间范围。

c)泄漏出的乙烯如果立即遭遇火源可能发生喷射火。发生喷射火的影响范围，轻度危害热辐射强度(4 kW/m2，人体接受辐射20 s以上感觉疼痛，可能烧伤，无人员伤亡[2])会达到下风距离179.9 m；中等危害热辐射强度(12.5 kW/m2，人体接受辐射1 min可导致1%人员死亡，人体接受辐射10 s可导致人员一度烧伤)会达到下风距离141.1 m；严重危害热辐射强度(37.5 kW/m2，人体接受辐射1 min可导致100%人员死亡，人体接受辐射10 s可导致l%人员死亡)会达到下风距离117.6 m。

d)泄漏乙烯在受限空间如果遇到延迟点火，可导致延迟点火爆炸，爆炸冲击波的危害范围将因点火源位置和泄漏出的乙烯扩散达到的距离不同而不同，延迟爆炸冲击波导致的最坏事故点将发生在泄漏点下风距离420 m处。以此最坏事故点为中心，选取了如下3种超压伤害情形：爆炸超压0.01 MPa(冲击波超压0.006～0.015 MPa情形下，对人体的伤害作用不大，对建筑物的破坏作用可导致受压面的门窗玻璃大部分破碎[3])会达到下风距离553.3 m；爆炸超压0.035 MPa(冲击波超压0.03～0.05 MPa情形下，对人体的伤害作用可导致听觉器官损伤或骨折，对建筑物的破坏作用可导致墙裂缝、屋瓦掉下)会达到下风距离480.7 m；爆炸超压0.075 MPa(冲击波超压0.05～0.1 MPa情形下，对人体的伤害作用可导致内脏严重损伤或死亡，对建筑物的破坏作用可导致屋瓦掉下、房架松动、砖墙倒塌)会达到下风距离459 m。随着距离逐渐减小，冲击波超压逐渐增大，对人体伤害和建筑物的破坏作用也逐渐增大。因此，对于人员集中场所以及重要的生产设施均应布置在危险范围以外。