基于ALOHA 的环戊烷储罐泄漏事故模拟研究

高健民，高健华，周华北，周亚超，倪树楠

1.辽宁工程技术大学安全科学与工程学院，辽宁 葫芦岛 125000

2．内蒙古科技大学材料与冶金学院，内蒙古 包头 014000

随着我国科学技术的飞速革新，化工生产不断规模化，安全生产的压力与责任也越来越重。尤其是危险化学品生产企业，具有易燃、易爆及毒害等安全隐患，一旦出现操作失误，输送不合理等情况，将引发不同程度的安全事故。事故一旦发生，往往会造成群死群伤、中毒、泄漏、污染等灾害，严重危及人身安全和企业发展，同时必定会对生态环境也造成严重的危害[1]。因此，危险化学品泄漏影响研究的意义十分重大。为了明确危险化学品泄漏的过程，研究人员通过各种方法对事故的过程和规律进行了研究和探索[2-3]。其中，软件模拟法可以综合考虑影响因素，计算方便，结果直观清晰，在实践和研究中得到广泛应用[4]。近年来，越来越多危化品泄露扩散事故模拟软件被开发应用于工艺中。它们可以通过模拟危险化学品储罐发生泄漏后存储物质在空间的扩散路径，进而计算出事故后产生的影响范围和损害程度。这些软件采用不同的模型，各有利弊，其中ALOHA（Areal Locations of Hazardous Atmospheres）是由美国环保署（EPA）化学制品突发事件和预备办公室（CEPPO）和美国国家海洋和大气管理（NOAA）响应和恢复办公室共同开发的有害大气空中定位软件。经过不断开发与完善，ALOHA 功能日趋完备，可以用来模拟多种泄露模式，如蒸气云爆炸、BLEVE、喷射火、池火等，同时可在MARPLOT、谷歌地球等卫星云图上显示地理信息系统对有害物品的泄漏范围，以便于事故发生后以最快的速度为制定精准的决策提供强有力的依据。

1 事故情景分析

1.1 环戊烷主要性质及用途

环戊烷主要性质及用途如表1 所示，每年国内外化工行业因环戊烷泄露引起的事故频发，因此对人员和环境造成了十分恶劣的影响。

表1 环戊烷主要性质及用途

1.2 可能发生的事故分析

环戊烷泄漏后若没有立即燃烧，会气化成毒性蒸汽云扩散到周围。毒性蒸汽云若在较小空间内被点燃会导致爆炸；若在较大空间内被点燃会出现闪火。若环戊烷泄漏后被立即点燃，可能会产生BELEVE 火球和喷射火。

1.3 情景设置

某日，化工厂内一环戊烷储罐因外物撞击导致筒体被破坏，在距储罐底部3m 处产生直径为5cm 的小圆孔，造成环戊烷的泄漏。储罐公称容积为3000m3，储罐内化学品温度为16℃。风向东南偏东，现场风速为3m/s，测量点高度为10m，天气多云，大气温度为16℃，空气中的水汽含量为78%，以下是对蒸汽云爆炸事故、池火事故、BLEVE、中毒、蒸汽云燃烧事故的模拟结果。

1.4 事故后果模拟

蒸汽云爆炸模拟、池火事故模拟、BLEVE 事故模拟如图1 所示。中毒事故模拟、蒸汽云燃烧事故模拟如图2 所示。

图1 蒸汽云爆炸模拟、池火事故模拟、BLEVE 事故模拟

图2 中毒事故模拟、蒸汽云燃烧事故模拟

（1）蒸汽云爆炸事故模拟。从图1(a)可见，环戊烷储罐造成泄漏事故后，蒸汽一经引燃，爆炸会在直径为36m的环形区域内造成不同程度的破坏。其中在19m 范围内为重伤区，破坏力极强，建筑物外部表现出严重损伤；在19 ～36m 范围内为轻伤区，建筑物的玻璃被震碎；36m 以外为安全区，可以考虑规划其他设备或建筑。

（2）池火事故模拟。由图1(b)可知，以液池为中心，20 ～29m 环形区域内为轻伤区，14 ～20m 环形区域内为中等伤害区域，人员在60s 内会受到二级烧伤，而14m 中心区域内，人员在60s 内可能导致死亡；距液池中心29m 之外为安全区。

（3）BLEVE 事故模拟。分析环戊烷储罐火灾及爆炸事故的后果可以看出，火灾发生时，产生的蒸气爆炸火球造成的影响范围最大且事故后果最为严重。火球的热辐射效应见图1（c）。

由图1（c）可知，火球直径为340m，燃烧时间为19s；1000 ～1600m 环形区域内为轻伤区，724 ～1000m 环形区域为中等伤害区域，人员在60s 内会受到二级烧伤，而724m 中心区域内，人员在60s 内可能导致死亡。

（4）中毒事故模拟。环戊烷储罐破裂泄露发生瞬时或者延迟泄漏时，形成液相堆积同时迅速气化，蒸气于空气中主要沿风向扩散，在没有被点燃的情况下形成有毒气体。

由图2（a）可得，由于近场效应使得短距离内的气体分散预测不可靠，11m 内死亡区，此范围内1h 环戊烷的浓度达到23‰。11 ～48m 内为重伤区，此范围内1h 环戊烷的浓度达到3.8‰。48 ～76m 范围为轻度受伤害区，此范围内1h 环戊烷的浓度达到1.8‰。

（5）蒸汽云燃烧事故模拟。由图2（b）可得，在顺风方向，27m 内区域内环戊烷浓度可能超过9‰，即60%LEL，在27 ～85m 区域内环戊烷浓度可能超过1.5‰，即10%LEL。

2 对策措施

根据模拟结果显示，储罐泄漏所导致的蒸汽云爆炸事故影响范围最广且最为严重，可能对半径500m 环形区域内工作人员造成不同程度的烧伤，因此必须制订相关对策及措施进行处理解决。

（1）定期对储罐进行质量检验，及时修复和更换有问题的储罐。

（2）不在有可能发生严重中毒事故后果的区域设置固定工位，同时在该区域配备应急用具以供紧急时刻使用。此外，在工厂规划的过程中，选择距离储罐更安全的位置供工人工作。

（3）如有液态环戊烷泄漏，应立即用木糠吸附，装入封闭金属桶。为防止中毒，操作过程中应佩戴空气净化的防毒面具，着防渗透的衣服、阻燃防静电防护服，穿靴，同时戴胶手套，装拆管道容器时戴眼镜。

（4）根据事故模拟的结果，制定合理的人员疏散和救援路线，做好预案和演练。同时严格管控动火作业，在禁止明火的情况下，蒸汽云爆炸事故发生的可能性将会很小。但是，化工厂储罐一旦发生泄漏，必将造成巨大的损失。因此，可以依据储罐泄漏模拟的结果来适当调整储罐之间的最小安全距离，确保不会因冲击波造成连锁事故和殉爆现象的产生。

3 结论

（1）环戊烷储罐发生泄漏事故后，引起的蒸汽云爆炸事故影响范围最广且破坏性最为严重，可能对半径500m 环形区域内的工作人员造成不同程度的烧伤，后果严重。

（2）该厂区应当根据泄漏模拟结果重新规划并且调整罐区内危险化学品储罐的间距，并将处于危险区域的人员工作岗位设置到安全位置，同时做好应急疏散、救援的规划预案。

（3）使用者只要输入较为准确的天气条件、介质参数、地理信息和泄漏情形，ALOHA 就会自行模拟计算并提供相应的事故结果，同时综合考虑各项影响因素，计算方便快捷，结果直观清晰，应当培训指导厂区安全管理技术人员认真学习，熟练操作，并将其真正应用到危险化学品的日常管控、预案编制和应急救援中，做到在平时的作业中对工作人员进行严要求，尽可能减少或避免安全事故。