应用重大事故情景构建技术推演冷能空分装置火灾爆炸事故应急处置
2021-03-29臧泉龙张传合李新松吴亮王耀禄
臧泉龙 张传合 李新松 吴亮 王耀禄
（中海石油环保服务（天津）有限公司，天津 300452 ）
0 引言
L N G 是指液化石油天然气（温度一般约为-162 ℃），通常来讲，LNG 需要重新气化为气态才能用于工业和生活中，在LNG 气化过程中伴随着相变会产生巨大的冷能（据估算理论上约为830 kJ/kg），其利用方式主要包括发电、冷能空分、制取液态CO2或干冰、冷库或制冰、轻烃分离、空调制冷、人造滑雪场、海水淡化和低温粉碎等[1]。
研究发现，空气分离所处的温区在-190℃～-150℃之间，因此LNG 气化所产生的冷能能够满足空气分离的能量需求。将LNG 的冷能用于空气分离是一种较为合理的利用方式，不仅能够有效利用来之不易的低温冷能，同时还大大减少了传统LNG 接收站利用海水气化LNG 而对周边海域产生的热污染。
1 LNG冷能空分装置简介
本文所述中海油某LNG 冷能空分装置是利用与四川空分集团联合研发的具备自主知识产权的LNG 冷能空分专利技术。该装置主要工艺单元包括空气过滤及压缩系统、空气纯化系统（含再生气加热系统）、氧氮精馏系统(含无氢制氩系统)、LNG 换热系统、低温液体贮存系统、乙二醇循环冷却系统、仪电控系统等几个部分[2]。
由于空分系统是氧气富集区，天然气作为碳氢化合物，对空分系统而言是极为敏感的有害物质。因此，对LNG 冷能的利用需要采用中间介质来实现，从而避免LNG 与空分系统的直接接触。本装置采用的中间介质为压力氮气，即从空分装置下塔中抽取压力氮气，与LNG 换热器中来的压力液氮换热并被液化后返回下塔顶部，将冷量由LNG 传递到空分系统，并由此获得液氧、液氩及液氮产品。
2 情景构建技术的内涵与方法
2.1 重大事故情景构建技术的定义
重大事故情景构建技术是指基于事故的发生发展规律以及历史事故案例，利用底线思维推演完成事故情景的描述。情景构建技术的核心三要素为情景分析、任务梳理和能力评估[3-6]。
情景构建通过情景筛选、情景开发、情景评审和情景改进等一系列措施完成事故场景的搭建，分析在事故潜伏期、显现期、爆发期、减弱期、消退期等不同阶段内的风险、事故特点，然后梳理消除或降低风险的任务列表，最后将能力需要与能力实际现状对比分析，寻找应急能力的不足与差距，并提出针对性的提升建议[7-9]。
3 情景构建过程
3.1 河南义马气化厂“7·19”重大爆炸事故简介
2019 年7 月发生的河南义马气化厂“7·19”重大爆炸事故，根据事后的事故调查报告指出，义马气化厂的事故直接原因是某空分装置冷箱阀门泄漏而没有及时处置，富氧液体泄漏至珠光砂中，低温液体造成冷箱支撑框架低温冷脆，在冷箱超压情况下发生剧烈喷砂而导致冷箱倒塌，砸裂液氧储槽，大量液氧泄漏，遇周边可燃物发生第一次爆炸，爆炸产生的能量使得富氧环境下的铝质材料发生二次爆炸，事故共计造成15 人死亡、16 人重伤，爆炸冲击波导致周围群众175人被玻璃划伤、重物砸伤，直接经济损失超过8 170万元。
3.2 假设条件
本次情景构建的假设条件如下：
1）气象条件假设：夏季，东南风向，风速2 m/s；气温25 ℃；当日无降水；大气中度稳定，天气晴，多风。
2）作业情况假设：装车区1 辆液氧槽车装车作业。
3）应急情况假设：空分装置因氧气泄漏发生结构低温脆断，砸中液氧储罐，储罐破裂大量氧气泄漏，遇易燃物发生爆炸；爆炸造成装车区人员重伤和死亡，办公楼员工轻伤；同时爆炸造成LNG 输送管线泄漏着火。
3.3 情景概述
情景构建主要设置关键环节包括冷箱泄漏、冷箱倒塌、液氧储罐破裂、爆炸、周边管道次生火灾。每一个关键环节的事故影响主要从人员是否受伤、是否造成次生灾害、环境是否受到污染、是否造成舆情或恐慌等4 方面影响考虑。
本次情景构建主要信息为：冷能空分冷箱泄漏，泄漏液体积聚，体积迅速膨胀导致冷箱变形开裂，冷箱内珠光砂外喷。冷箱构件发生低温脆断，在自重作用下失稳坍塌，砸中2 000 m3液氧储罐，导致液氧大量泄漏，遇周边可燃物发生爆炸。爆炸造成装车区1 名操作人员和1 名槽车司机死亡，3 名装车区人员重伤，办公楼玻璃受爆炸冲击波破环，造成10 名办公室员工受伤；同时爆炸造成LNG 输送管线泄漏着火。
相关事故信息如表1所示。
3.4 事故演化过程
3.4.1 孕育阶段
某年8 月某日， 8 时整，冷能空分正常生产作业，厂区生产设备、设施均正常运行，所有在线监测设备数据均显示正常；装车区正在有1 辆液氧槽车进行装车作业。
9 时整，空分装置发生液氧渗漏。
3.4.2 发生阶段
9 时55 分，宁波冷能空分冷箱泄漏，中控冷箱密封气压力报警。
表1 冷能空分装置火灾爆炸事故信息简表
9 时56 分，外操现场工作人员确认冷能空分冷箱泄漏，并将事故信息反馈给中控。
9 时57 分，中控上报给冷能空分单位应急办公室主任，应急办公室主任上报冷能空分单位总经理。
9 时58 分，冷能空分单位总经理宣布启动公司应急预案，具体处置措施包括启动停车处置方案；广播通知；通知上游LNG 接收站；停止装车作业及施工作业；厂区装车及施工人员撤离；应急办公室向上级单位报告等。
9 时59 分，冷能空分单位组织对主冷箱上塔底部泄压排液。
10 时整，冷能空分冷箱泄漏，泄漏液体积聚，体积迅速膨胀导致冷箱变形开裂，冷箱内珠光砂外喷。
3.4.3 发展阶段
10 时05 分，冷箱构件发生低温脆断，在自重作用下失稳坍塌，砸中2 000 m3液氧储罐，导致液氧储罐大量泄漏。
10 时06 分，氧气云团遇周边可燃物发生爆炸。爆炸造成装车区1 名操作人员和1 名槽车司机死亡，3 名装车区人员重伤，办公楼玻璃受爆炸冲击波破环，造成10 名办公室员工受伤；同时爆炸造成LNG 输送管线泄漏着火。
10 时07 分，冷能空分单位开展应急处置，具体措施如下：
1) 现场组织开展人员清点，搜救失联人员，拨打120 救护车请求救援；
2) 现场启动冷能空分消防系统，利用消防水枪对着火管线及周边设备降温，拨打119 请求支援；
3) 确认LNG 接收站停止外输，请求接收站消防队进行支援；
4) 对着火管线进行泄压并利用惰性气体进行置换，保证管线微正压，防止管线回火爆炸；
5) 通知槽车运输单位事故情况。
10 时09 分，冷能空分向属地应急管理局事故报告并请求支援；属地政府启动应急，调集应急管理局、生态环境局、公安局、医院、消防队等救援力量支援。
10 时10 分，冷能空分单位向上级单位报告事故并请求扩大应急救援。
10 时12 分， LNG 接收站消防队和医疗救助站抵达现场，开展救援支持。
10 时30 分，街道边防派出所抵达现场，对厂区周边道路实行交通管制。
10 时40 分，消防队抵达现场，接管现场消防救援指挥权。
10 时45 分，医院救护车抵达现场，开展人员救护。
10 时50 分，应急管理局等政府部门抵达现场，成立现场指挥部，接管现场指挥权。
11 时00 分，某网络大V 利用抖音等自媒体软件发布的关于本次事故的不实报道引发舆论关注及恐慌。
11 时01 分，冷能空分单位向上级单位报告救援进展、政府接管指挥权以及网络舆情等问题。
3.4.4 减弱阶段
12 时整，伤员均被转移至医院进行治疗，伤情稳定。
14 时整，现场火灾扑灭，无次生衍生事故发生的可能。
16 时整，集团公司联合属地政府新闻办公室组织召开新闻发布会，主动对外信息公开。
第2 天，舆情信息逐渐平息，冷能空分单位组织开展现场清理、消防废水处置、保险理赔及配合政府部门的事故调查工作。
一个月后，伤员恢复健康出院。
半年后，冷能空分单位组织恢复正常生产，事件平息。
3.5 事故影响
3.5.1 财产损失
该次事故造成的财务损失主要包括以下4方面：一是设备设施损失。事故直接造成空分装置、液氧储罐、生产流程、LNG 输送管线、办公楼等严重损坏。二是救援费用。主要包括事故发生后动用周边消防力量、应急设备设施进行人员救护及事故抢险的相关费用和政府罚款。三是赔偿费用。主要是指事故发生后，伤亡人员抚恤安置及日后恢复需要赔偿。四是间接财产损失。主要包括公司停产、减产造成的经济效益损失，伤亡人员的工作价值损失，补充新员工的培训费用等。
3.5.2 经济影响
1）由于公司面临巨额罚款、赔偿以及该事故对公司声誉造成的损害，未来发展不被投资者看好，有可能导致企业的资金链断裂，造成财务状况恶化。
2）企业受事故影响难以按计划完成企业的规划和目标，严重制约了企业的发展，而且对企业未来的盈利能力很难评估。
3.5.3 社会影响
事故发生后，由于谣言传播，导致大量公众恐慌，同时由于网络谣言的放大，事故所在区域大量公众产生心理问题。另外，在事故发生后，由于网络上出现不实传言，导致局部地区出现生活必需品抢购现象。
3.5.4 长期健康问题
1）人员心理健康影响。事故中的幸存者在面临死亡威胁时产生的心理崩溃、惊惧、恐慌等巨大心理冲击容易在日后演变成多种心理疾病，在较长一段时间内难以恢复。
2）人员身体健康影响。直接涉事人员在事故中因烧伤、机械伤害等重大伤害，对身体健康造成了包括毁容、残疾、脏器损害等巨大影响。
4 应急能力差距分析
通过对不同事故情景的应急任务梳理分析可以发现，企业在事故初期的先期处置措施包括：监测与预警、广播通知、工艺关断与隔离、现场人员疏散、事故上报；在事态扩大后的主要处置措施包括：人员救助、消防灭火、管道抢维修和舆情应对。
基于每项应急任务，对企业的应急现状水平与国内外良好作业实践对比分析可以得出，企业在应急准备工作的薄弱环节主要表现在以下4个方面：
1) 本质安全设计：由于冷箱支撑结构在泄漏情况下存在低温冷脆的风险，建议针对支撑框架采用低温钢材料，提升抗低温能力；研讨制定冷箱倾倒方向的预防性措施，如优化平面布置、增加辅助支撑等避免冷箱倒塌造成液氧储罐破裂。
2) 监测预警：目前空分装置冷箱密封气氧含量的分析与监测有待进一步加强，特别是针对于液氧泄漏的报警装置有待进一步提升。
3) 消防救援：企业消防依托周边LNG 接收站消防队和政府专业消防队，能够满足在5 min 抵达现场的要求，但企业针对液氧储罐重大危险源事故的消防联动演练较少，建议与周边单位和政府消防队定期开展联动实战演练；同时在消防员战斗服的基础上，建议现场适当增加消防隔热服的配备。
4) 管道抢维修：企业缺少专业的管道抢维修队伍的支持，可以依托LNG 接收站与专业救援力量签订协议，同时关注良好的低温应急堵漏设备的推广与应用，适量配置相关资源。
5 结语
情景构建技术基于事故发生发展规律，通过情景分析、任务梳理和能力评估等工作，系统完善事故衍化场景。通过冷能空分装置火灾爆炸事故的重大事故情景构建与推演，可使企业对于自身重大事故风险的认识更加清晰，通过有针对性培训、演练和措施整改，将大大有助于企业利用底线思维有效预防及应对重特大事故的发生。
