危险化学品生产装置和储存设施模拟事故影响分析
2020-10-03冀学刚北京国信安科技术有限公司北京100160
冀学刚(北京国信安科技术有限公司，北京 100160)
0 引言
氯乙烯是一种无色、易液化气体，相对密度(水=1)0.91，相对蒸气密度(空气=1)2.15，有害燃烧产物：一氧化碳、二氧化碳和氯化氢，与空气形成爆炸混合物，爆炸极限3.6%～31.0%(V/V)，灭火剂：雾状水、泡沫和二氧化碳；氯乙烯可用作染料及香料的萃取剂，用作多种聚合物的共聚单体，塑料工业的重要原料，也可用作冷冻剂等；氯乙烯是有毒物质，长期吸入和接触氯乙烯可能引发肝癌。
乙炔俗称电石气，工业乙炔有一股大蒜的气味，由电石(碳化钙)与水反应制得；相对密度(水=1)0.62，相对蒸气密度(空气=1)0.91，燃烧热1298.4kJ/mol，灭火剂：雾状水、泡沫、干粉、二氧化碳；乙炔极易燃烧爆炸，爆炸极限2.1%～80.0%(V/V)。
液氯为黄绿色液体，相对密度(水=1)1.47，相对蒸气密度(空气=1)2.48，有害燃烧产物：氯化氢，灭火剂：干粉、泡沫、雾状水，氯在常压下即汽化成气体，吸入人体能严重中毒，有剧烈刺激作用和腐蚀性，在日光下与其它易燃气体混合时发生燃烧和爆炸。
选取内蒙古某危险化学品生产企业氯乙烯气柜、乙炔气柜、液氯储罐为例，采用QRA 定量风险评价法对其进行事故模拟计算，输入气象参数、装置参数和人口信息、确定事故类型，最终分析出各危险化学品生产装置和储存设施可能发生的事故后果影响范围。
1 危险化学品生产装置和储存设施
氯乙烯气柜参数：柜容2500m³、常温、工作压力4kPa、结构形式为湿式水封型式；氯乙烯为中活性气体、气体密度2.15kg/m3、燃烧热18568kJ/kg。
乙炔气柜参数：柜容2500m3、常温、工作压力4kPa、结构形式为湿式水封型式；乙炔为高活性气体、气体密度0.91kg/m3、燃烧热49862kJ/kg。
液氯储罐参数：容积101m3、工作温度-25℃、工作压力1.58MPa、卧式储罐；氯气直接致害浓度88mg/m3。
2 模拟事故影响分析
采用QRA 区域定量风险评价软件(南京安元安全评价与风险分析系统V2.0)对该公司氯乙烯气柜、乙炔气柜、液氯储罐等危险化学品储存设施进行模拟事故分析。
(1)气象参数
所在区域：内蒙古某市。
大气稳定度：B。
环境压力(Pa)：88580。
环境平均风速：4.6m/s。
环境大气密度：1.293kg/m3。
环境温度：298K。
(2)风向玫瑰图
该公司所在区域的风向如图1 所示。
(3)确定事故类型
在氯乙烯气柜整体破裂条件下，氯乙烯大量泄漏发生蒸气云爆炸事故进行模拟计算。在乙炔气柜整体破裂条件下，乙炔大量泄漏发生蒸气云爆炸事故进行模拟计算。在液氯储罐整体破裂条件下，液氯大量泄漏迅速气化成氯气，导致发生压力容器物理爆炸和有毒有害物质泄漏扩散事故进行模拟计算。
2.1 氯乙烯气柜模拟事故影响分析
(1)装置参数
装置名称：气柜。
物料名称：氯乙烯。
装置类型：固定的常压容器。
泄漏模式：泄漏到大气中-完全破裂。
泄漏源强：连续泄漏源强＜10kg/s。
事故类型：蒸气云爆炸事故(UVCE)。
物料类型：中活性气体。
运行温度：298K。
运行压力：105325Pa。
气体密度：2.15 kg/m3。
充装系数(0～1)：1。
泄放总量占设备体积的百分数(0～1)：1。
燃料燃烧热：18568kJ/kg。
(2)计算结果
在氯乙烯气柜整体破裂的条件下，氯乙烯大量泄漏发生蒸气云爆炸事故影响范围见图2 所示。经QRA 定量风险计算模拟事故结果可知，在氯乙烯气柜整体破裂的条件下，氯乙烯大量泄漏发生蒸气云爆炸事故影响范围：死亡半径14.24m、重伤半径40m、轻伤半径77.81m。
(3)模拟事故影响范围
以氯乙烯气柜为中心死亡半径14.24m 范围内主要涉及氯乙烯气柜区域的作业人员、巡检人员、建(构)筑物和设备设施、气柜南侧及北侧通道上的过往人员。以氯乙烯气柜为中心重伤半径40m 范围内主要涉及氯乙烯气柜区域及南侧VCM 单体罐区的作业人员、巡检人员、建(构)筑物和设备设施、气柜南侧及北侧通道上的过往人员。以氯乙烯气柜为中心轻伤半径77.81m范围内主要涉及氯乙烯气柜区域及南侧VCM 单体罐区的作业人员、巡检人员、建(构)筑物和设备设施、气柜南侧及北侧通道上的过往人员、氯乙烯气柜东侧2854 助剂配置厂房内、气柜北侧次氯酸钠废水处理装置内以及气柜西侧823VCM 精馏装置的作业人员、巡检人员、建(构)筑物和设备设施。
2.2 乙炔气柜模拟事故影响分析
(1)装置参数
装置名称：气柜。
物料名称：乙炔。
装置类型：固定的常压容器。
泄漏模式：泄漏到大气中-完全破裂。
泄漏源强：连续泄漏源强＜10kg/s。
事故类型：蒸气云爆炸事故(UVCE)。
物料类型：高活性气体。
运行温度：298K。
运行压力：105325Pa。
气体密度：0.91kg/m3。
充装系数(0～1)：1。
泄放总量占设备体积的百分数(0～1)：1。
燃料燃烧热(kJ/kg)：49862。
(2)计算结果
在乙炔气柜整体破裂条件下，乙炔大量泄漏发生蒸气云爆炸事故影响范围见图3。
经QRA 定量风险计算模拟事故结果可知，在乙炔气柜整体破裂的条件下，乙炔大量泄漏发生蒸气云爆炸事故影响范围：死亡半径16.54m、重伤半径44.74m、轻伤半径87.02m。
(3)模拟事故影响范围
以乙炔气柜为中心死亡半径16.54m 范围内主要涉及气柜区域的作业人员、巡检人员、建(构)筑物和设备设施、气柜南侧通道上的过往人员。以乙炔气柜为中心重伤半径44.74m 范围内主要涉及气柜区域及南侧VCM 单体罐区的作业人员、巡检人员、建(构)筑物和设备设施、气柜南侧及北侧通道上的过往人员。以乙炔气柜为中心轻伤半径87.02m 范围内主要涉及气柜区域及南侧VCM 单体罐区的作业人员、巡检人员、建(构)筑物和设备设施、气柜南侧及北侧通道上的过往人员、乙炔气柜东侧2854 助剂配置厂房内、气柜北侧次氯酸钠废水处理装置内的作业人员、巡检人员、建(构)筑物和设备设施。
2.3 液氯储罐模拟事故影响分析
(1)装置参数
装置名称：液氯储罐。
物料名称：液氯。
装置类型：固定的带压容器和储罐。
泄漏模式：完全破裂。
图2 该公司氯乙烯气柜发生蒸气云爆炸事故影响范围图
图3 该公司乙炔气柜发生蒸气云爆炸事故影响范围图
事故类型：压力容器物理爆炸(PVE),有毒有害物质泄漏扩散(LEAK)。
压力容器物理爆炸。
介质相态：液态。
容器容积：202m3；
液体绝对压力：1680000Pa。
液体压缩系数：0.11/Pa。
有毒有害物质泄漏扩散：
泄漏类型：连续泄漏。
泄漏物质温度：248K。
泄漏系数：0.9。
泄漏物质密度：2.48kg/m³。
毒性物质性质常数A：-6.35。
毒性物质性质常数B：0.5。
毒性物质性质常数N：2.75。
容器压力：1680000Pa。
中毒浓度：88 mg/m3。
气体绝热指数：1.35.
物质分子量：70.9.
是否采用HV 和CP 计算：否。
(2)计算结果
①在液氯储罐整体破裂条件下，液氯大量泄漏迅速气化成氯气，导致发生压力容器物理爆炸事故影响范围见图4。
经QRA 定量风险计算模拟事故结果可知，在液氯储罐整体破裂条件下，液氯大量泄漏迅速气化成氯气，导致发生压力容器物理爆炸事故影响范围：死亡半径12m、重伤半径15.5m、轻伤半径20m。
模拟事故影响范围：以液氯储罐为中心死亡半径12m、重伤半径15.5m、轻伤半径20m 范围内主要涉及液氯罐区区域及液氯罐区北侧液氯充装作业区域内的作业人员、巡检人员及建(构)筑物和设备设施。
②在液氯储罐整体破裂条件下，液氯大量泄漏迅速气化成氯气，导致发生有毒有害物质泄漏扩散事故影响范围见图5。
经QRA 定量风险计算模拟事故结果可知，在液氯储罐整体破裂条件下，液氯大量泄漏迅速气化成氯气，导致发生有毒有害物质泄漏扩散事故影响范围：下风向中毒危害距离2103m、横风向中毒危害距离267.19m、下风向中毒危害面积826546.61m2。
模拟事故影响范围：在主导风向下，液氯储罐发生氯气泄漏中毒事故范围涉及大部分VCM 装置、乙炔装置及其他生产装置的作业人员、巡检人员及建(构)筑物和设备设施；氯气泄漏中毒事故范围不涉及厂外周边企业。
图4 该公司液氯储罐发生压力容器物理爆炸事故影响范围图
图5 该公司液氯储罐发生有毒有害物质泄漏扩散事故影响范围图
3 结语
该危险化学品生产企业涉及大量的易燃气体、毒性物质等，如发生大量泄漏会发生较严重的事故后果，通过对危险化学品生产装置和储存设施进行模拟事故分析，预先模拟事故发生的影响范围及影响程度，对日常生产运行操作和应急操作提出建议措施，对应急预案的制定和应急演练具有指导意义。
