道路运输过程中危化品泄漏事故调查及ALOHA后果模拟

2020-03-04于子航南京清流环保科技有限公司江苏南京210039

化工管理 2020年1期

于子航(南京清流环保科技有限公司，江苏南京 210039)

0 引言

近年来，随着我国化学工业的快速发展，为了满足日常生产及生活需要的化工原材料及化工产品数量日益增加。由于对石油、天然气等基础原料多是位于不发达的西部地区，在生产之后的销售路径和接受地大多又位于东部的长三角和珠三角，因此约95%以上需要异地运输[1]。运输环节是危险化学品监管6个环节中的重要一环，也是最容易发生事故的一环。经数据统计，全国近十年中危险化学品事故发生了2338起，其中在运输环节中事故发生了1026起，事故比例占据了所有环节的43.9%，死亡人数364人，占据了所有环节死亡总数的32%，具体如图1所示。在危化品运输过程中，由于设备的缺陷、碰撞、挤压等原因，可能导致大量化学品瞬时泄漏或少量连续性泄漏，进而引发火灾、爆炸、中毒等重大事故。

由于运输行业本身的高风险性和危化品品种的多样性、潜在的高危险性、事故高危害性，日益受到社会的高度关注[1，2]。如何减少危化品在运输过程中发生泄漏的概率，提高运输过程中危化品泄漏事故的应急处理能力，将事故风险降低到人民可接受水平范围之内，是危险化学品运输企业和行业主管部门亟待解决的课题，对提高区域防灾减灾能力具有重要的现实意义。

图1 不同生产环节事故起数及死亡人数占比

1 近年道路运输过程中危化品泄漏事故调查

1.1 数据来源及统计分析

我国目前还没有形成完善的危险化学品事故数据库，事故信息大部分以新闻媒体报道形式出现。本文的数据统计资料主要来源于中国化学品安全协会网站(http：//www.chemicalsafety.org.cn/index.php)。在数据收集整理过程中，以发生年份，涉及的化学品种类为关键词，提取每一个事故案例的关键信息，进行调查统计。

1.2 年际变化态势

以发生年份为关键词，统计了2008～2017年近十年危险化学品运输泄漏事故共984起，其中未提到日期的统计无效事故案例24起，统计有效事故960起。年际分布特征如图2所示。

图2 危化品道路运输泄漏事故起数年际变化趋势

由图2看出，我国危化品道路运输泄漏事故起数年际变化波动较大，2008年，2009年发生起数较多，分别109起、106起，随之在2010年有滑坡式降低，仅发生81起。随之又出现上升趋势，2011年达到99起，2012年，2013年趋势相对平稳，都在90～100起范围内；2014年又出现了一个高峰，事故起数达到106起，随之2015～2017年又维持在90～100起之间。因此整体上，我国危化品道路运输泄漏事故呈现变中有稳的变化态势。

随着道路运输条件的不断改善，运输工具的升级改造，我国危化品道路运输安全水平有望逐步提高。但值得注意的是，调查中发现2014年多起事故发生的导火索在于司机运输途中玩手机、微信聊天所致。因此，在网络化、信息化越来越发达的今天加强驾驶途中司机的安全意识教育和行为管理更应引起重视。

1.3 危化品种类

以化学品种类为关键词，调查统计发现984起事故中未明确化学品种类的无效案例94起，因此有效事故890起。

值得说明的是，由于一些事故案例涉及的危化品种类不止一种，因此本文统计过程中按储量最多的主要化学品进行分类统计；此外，由于涉及天然气的事故案例较多，因此本文将其与其他烷烃类物质分开，单独统计。调查结果显示，890起事故共涉及到60余种危化品，其中以汽油、醇、天然气、酸、柴油、烷烃、苯类出现频率最高，具体如图3所示。

图3 不同种类危化品事故起数

由图3可知，我国近年来在道路运输过程中发生事故最多的危化品分别是汽油、醇类、天然气，分别占到总事故起数的21.5%、16%、14.6%。从理化性质上看，这三类物质都具有一定的危险性，尤以天然气(主要成分CH4)为最。当空气中甲烷浓度大25%～30%时，可引起头痛、头晕、注意力不集中等现象，若不及时脱离，很可能导致窒息死亡。此外一旦发生泄漏，极易引发火灾、爆炸连锁事故。

2 基于ALOHA的典型危险品泄漏后果模拟

在上述调查分析基础上，我们以近年运输途中发生的一起天然气泄漏事故为例，运用ALOHA软件，对其后果进行模拟，以为提高安全管理水平和应急处置能力提供理论支持。

2.1 实际案例描述

2017年5月28日20时许，一辆满载天然气的冀籍大型罐车行驶在高速公路湖北省十堰市郧阳区辖区时突发泄漏。接警后，郧阳区公安、消防、安监、中燃气公司等部门迅速赶至、紧急制定周密救援方案，经7小时紧张抢险，成功予以处置，避免了一起重大事故发生。经查，该罐车满载19吨天然气，当日上午由陕西延安甘谷驿镇出发，准备运往湖北省荆门市，行驶至高速十堰市郧阳区辖区路段时，驾驶员发现车尾冒白烟疑似天然气泄漏，后发现因阀门损坏导致泄漏，泄漏孔径约为1.5cm，遂就近从郧阳区柳陂出口下高速，准备对车辆进行检查，高速出口工作人员发现车辆异常后报警。当时事故发生地环境状况为：晴，温度为20°，北风3～4级，事故地处东经115度2分，北纬30度12分，海拔高度为287m。

2.2 模拟参数的确定

(1)地理位置信息。日照条件是影响气体扩散的重要因素，地理位置不同，日照角度和强度不同，因此模拟前要确定事故发生地的经度、纬度和海拔高度。案例事故发生地为湖北省十堰市，经谷歌地图查询事故发生地地处北纬30度12分，东经115度2分，海拔高度287m。

(2)泄漏项选择。该项包括容器尺寸，充装量，介质状态，泄漏孔径大小等等。经调查该事故中泄漏源为罐体，泄漏孔在阀门上，泄漏孔径为圆形孔径，直径15cm，可确定为大孔泄漏[3]。

事故中储罐长为14.5m，直径为2.5m，储存的为液态天然气，温度为-162℃，储罐装了19吨天然气。事故中罐泄漏未燃烧。泄漏状况为直径15cm的valve(阀门)泄漏，事故阀门位于罐一头中部，因而选择“50% of the way to the top of the tank”。

(3)气体扩散模型选择。根据重气扩散和非重气扩散判断准则[3]，可判定该扩散行为属于非重气扩散。因此，事故案例中气体扩散模型应选择高斯扩散模型。

(4)大气条件。气象条件对气体扩散方向、扩散速率以及气体扩散过程中浓度变化有重要影响，因此要将设置风速、风向、地表情况，温度、云层覆盖量、湿度等参数。该事故中发生时间为20时，通过查询大气稳定度表格[4]，确定其大气稳定度为D级；事故发生时风速为北风3～4级，通过查表[5]将风速定为5m/s；本文取泄漏源高度距离地面3m处，云层覆盖量根据当时天气确定，由于是晚上故取为云层100%覆盖，查询当时事故温度为20℃，空气湿度通过查询气象信息取75%，无逆温层。

2.3 评判标准

科学合理地选择评判标准是确定典型危险化学品后果估算的前提和基础，直接影响着事故发生后影响区域的划分及采取相应的应急措施。当前，毒性危害风险标准体系有AEGL标准(Acute Exposure Guideline Levels)、ERPG标准(Emergency Response Planning Guideline)、IDLH标准(Immediately Dangerous to Life and Healthy)和TEEL标准(Temporary Emergency Exposure Limit)[4-6]。

TEEL(Temporary Emergency Exposure Limit)是由美国能源部( Department of Energy)应急管理咨询委员会(EMAC)后果分析和保护措施委员会(SCAPA)开发，被称为保护措施准则(Protective Action criteria，PAC)，TEEL 分为四个等级：TEEL-3、TEEL-2、TEEL-1和TELL-0。其中，TEEL-3—暴露于低于该浓度值，几乎所有人都不会出现危及生命的影响；TELL-2—暴露于在低于该浓度值得几乎所有人，不会出现不可逆转的或其他严重的健康影响，从而消弱他们采取保护行动的能力；TEEL-1—暴露在低于该浓度值的几乎所有人，不会出现除轻微短暂不利的健康影响和明显感觉到令人讨厌的气味以外的不利健康影响；TEEL-0—暴露于低于这一阈限浓度值的绝大数人不会产生对健康有影响的风险。

2.4 模拟结果分析

(1)泄漏源。根据上述模拟参数设置，基于ALOHA软件模拟得出天然气(CH4)的泄漏源强度如图4所示。

图4 天然气泄漏源强度(蒸发率)

毒气扩散浓度正比于泄漏源释放率，因此对源的强度的模拟对扩散范围的确定有重要影响。由图4看出，模拟结果显示整个泄漏过程持续时间大概为14min，过程中泄漏速率呈阶梯性下降趋势。在刚开始泄漏至1min左右，泄漏速率达到整个泄漏过程的最高，为480kg/min。随着时间推移，泄漏源的释放率越来越小，7min左右泄漏达到了整个泄漏过程的最低，泄漏速率为20kg/min。

(2)毒性范围。本文选择在TEEL准则为评判标准对天然气泄漏后的毒害范围进行评判，结果如图5所示。

图5 天然气泄漏毒性区域划分

由图5看出，以泄漏储罐为中心，天然气有毒区域，在其下风向约185m的范围内，侧风向约10m范围内，天然气浓度大于5000ppm，处于TEEL-2水平，可能出现对人造成不可逆转的或其他严重的健康影响，从而减弱他们采取保护行动的能力；在下风向约180～240m范围内，侧风向约10～15m范围内，天然气浓度在3000ppm至5000ppm，处于TEEL-1水平，可能会使人会出现除轻微短暂不利的健康影响和明显感觉到令人讨厌的气味以外的不利健康影响。

(3)火灾范围。根据Aloha模拟计算得出该事故中天然气可燃区域如图6所示。

图6 天然气泄漏可燃区域范围

结果显示以泄漏储罐为中心，在其下风向约90m的范围内，侧风向约5m范围内是预测可燃区，泄漏发生后泄在该区域如果存在点火源极有可能引起天然气燃烧，进而引发火灾、爆炸事故。因此，泄漏发生后，该区域范围内，公安消防人员应杜绝一切可能点火源，应急人员需穿防静电服，使用防静电火花工具作业。进一步看出，在下风向最远距离280m，侧风向10m范围内天然气浓度超过10%LEL，该浓度值常用来作为应急救援的响应浓度，其对应的范围为应急处置的警戒范围。