油库汽油泄漏应急预案人工回收的问题与建议

王文明，王子文

(1.中石化江苏盐城石油分公司，江苏盐城 224005 2.中建安装集团有限公司，江苏南京 210046)

石油库是收发、储存成品油及其他易燃和可燃液体化学品的独立设施[1]。其工艺系统的设备故障或人为操作失误容易导致油品泄漏，并因油品易燃、易爆、易蒸发、易产生静电、有毒等特性而存在火灾伤害和窒息中毒的危险。现场处置预案是针对事故风险较大的具体场所、装置或者设施所制定的应急处置措施；应急演练则是针对可能发生的事故情景，依据应急预案模拟开展的应急活动[2]。预案是否具有科学性、针对性和实用性，是对应急演练能否进行正确指导和事故真的发生时能否在保证应急人员人身安全前提下及时、有效实施初期处置的关键。但在一些油库组织对油罐闸阀、波纹管等或油罐车汽油泄漏的应急演练时，存在应急人员按应急预案持用简单刮舀工具进行汽油回收的认识误区。为此，以装油罐车因海底阀复位失效发生大面积泄漏为例，基于泄漏和池火模型，计算出不同时间内的泄漏、扩散状态及引发池火灾时对人体伤害的距离阈值，提出阈值净距半径倍率的概念，进而提出相关建议，将有助于预案编制人员和油库员工对油品泄漏形态、油气危害及油品火灾特性的进一步认识，切实提高预案编制和应急演练的科学性、针对性和实用性。

1 泄漏模型计算

在安全评价中，事故后果分析一般从泄漏分析开始，工业危险源理论将泄漏分为两种情况：一是物料经较小的孔洞长时间持续泄漏的小孔泄漏；二是物料经较大孔洞在很短时间内泄漏出大量液体的大面积泄漏[3]。在油库，小孔泄漏通常出现在油罐附件和设备本身存在孔隙或与管道连接密封失效等；而大面积泄漏则多表现为阀门未关闭或受外力撞击突然断离、阀芯复位失效，管线爆裂、折断或盲板误拆等。小孔泄漏单位时间内泄漏量较小，损失和风险也较小；大面积泄漏则事发突然，瞬间泄漏量较大，窒息中毒和火灾爆炸的危险也更大[4]。因此，本文仅以公路发油时油罐车发生大面积泄漏——即液体经管道泄漏模型为例，进行相关研究。

现假设一辆40 m3油罐汽车灌装95#汽油，汽油密度740 kg/m3，运动黏度0.76×10-6m2/s，沸点35 ℃，罐车安全容量液面离地高度3 m，DN100海底阀及进出管长度1 m，阀中心离地高度0.7 m。装油结束拆卸下装鹤管因海底阀复位失效，致出口全开发生汽油泄漏并引发火灾。为方便计算，设天气条件为常温，罐内气相空间表压为0，泄漏时长30 s，泄漏至清理完毕用时30 min。

1.1 油品泄漏的流淌扩散

当无人工边界阻碍时，泄漏油品会以泄漏点为中心呈扁圆柱形在光滑平面上扩散；当泄漏的油品被人工边界阻挡时，液池即为人工边界围成的面积。根据假设条件，可计算出油罐车经海底阀出口泄漏汽油的质量流量为22.52 kg/s，且在相邻两座发油台之间的地面向两端快速流淌扩散，绝大部分液面深度都在0.5～25 mm之间。若设地面油层厚度为10 mm，则面积流散速率约为3.0 m2/s，泄漏30 s扩散面积可达91.29 m2。

1.2 泄漏汽油的蒸发扩散

按蒸发机理液池内油品可分为闪蒸、热量蒸发和质量蒸发3种[5]。正常情况下，泄漏后的汽油因受表面风的对流而缓慢蒸发。对于工艺运行和作业条件均处于环境温度下发生的汽油泄漏，蒸发过程只存在热量蒸发和质量蒸发2种形式。

根据泄漏模型，热量蒸发时，汽油的蒸发速率可按公式(1)估算。

(1)

式中：Q1——热量蒸发速率，kg/s；

λ——表面热导系数，W/(m·K)，水泥地面通常取1.1；

S——液池面积，m2；

T0——环境温度，K；

Tb——泄漏液体沸点，K，汽油沸点为30～205 ℃；

H——液体气化热，J/kg，汽油取3.025×105；

αs——表面热扩散系数，m2/s，水泥地面通常取1.29×10-7；

t——蒸发时间，s。

质量蒸发时，汽油的蒸发速率可按公式(2)估算。

(2)

式中：Q2——质量蒸发速率，kg/s；

p——液体表面蒸气压，Pa，汽油取平均值80 kPa；

M——汽油的摩尔质量，kg/mol，汽油可取估算值86.18 kg/kmol；

R——气体常数，J/(mol·K)，取8.314 J/(mol·K)；

u——风速，m/s；

r——液池半径，m；

α、n——大气稳定系数，按中性取α=4.685×10-3、n=0.25。

液体蒸发总量按公式(3)计算。

Wp=Q1t1+Q2t2

(3)

式中：Wp——液体蒸发总量，kg；

t1——热量蒸发时间，s；

t2——从液体泄漏到全部清理完毕时间，s。

若设泄漏前3 min为热量蒸发，其余均为质量蒸发，2.5 m/s轻风，可计算自泄漏至清理结束30 min内，每2 s间隔的相关参数计算结果如表1所列。

表1 30 s内汽油泄漏量、扩散面积及30 min内蒸发情况

汽油的挥发性较强，环境温度不同时，因自然蒸发而形成的油气浓度也有所不同。油品泄漏初期，在现场生成的蒸气云团聚集在泄漏源点周围，随后因环境温度、风力和湍流等诸多因素的影响，使气团飘移、扩散。由于油品具有一定的毒性，尤其是裂化汽油中的不饱和烃和芳香烃比饱和烃的毒性更大，且油气主要由呼吸道进入人体，极容易发生窒息中毒事故。因此，GB/T 37243—2019[6]附录G，规定了人员暴露在油气环境中1 h，不会产生危及生命健康的汽油浓度影响阈值为4 000×10-6，超过此阈值，则可能会造成健康损害。

1.3 结果分析及建议

a) 装油罐车因海底阀复位失效发生大面积泄漏，车内汽油将以22.52 kg/s的质量流量泄漏，并同时以3.0 m2/s(10 mm油层厚度)的面积速度扩散，30 s内675.6 kg的泄漏量可扩散成10 mm厚油层面积91.29 m2。可见，在发油场地上发生汽油泄漏，很难形成一定厚度的油层，更不可能形成可用刮舀工具进行人工回收的油层厚度。

b) 假设条件下，2～30 s内泄漏的汽油可先后在18.8～21.4 min内全部挥发完毕。若不考虑环境风力对油气扩散的影响，1 kg汽油可挥发成4‰生命健康影响浓度阈值的空气混合物约65 m3(相当于一个4 m边长立方体或5 m直径球体的空间)。当泄漏量较大时，泄漏现场很大空间会被油气弥漫，极易发生人员窒息中毒事故，危及生命健康。

c) 在编制油库油品泄漏应急预案时，应将汽、柴油泄漏区别对待：在汽油泄漏的现场处置预案中，对可能发生汽油泄漏的作业现场，应增加空气呼吸器的配置；当发生汽油泄漏时，无论在储罐区还是装卸区，无论是否具备人工回收条件，均不得进行人工回收(更不得在无可靠安全措施下进入泄漏汽油的隔堤内实施紧急抢修)，而应优先采用消防泡沫枪对泄漏的汽油进行全覆盖，再采用消防水枪冲洗，通过污水管网收纳至事故池做出合理的后期处理；将现行的应急处置卡中“停、呼、关、警、疏(堵)、控、收”七字处置法的“控”前加一“护”字，将“收”改为“冲”(消防水枪冲洗)，将“控”的操作要点增加泡沫覆盖的内容。这不仅是新《安全生产法》首次提出“坚持生命至上”安全理念的具体体现，更是汽油泄漏应急处置本应遵循的最基本要求。因为只有应急人员做好个人防护，生命安全得到切实保证，才能对泄漏油品进行“控”和“冲”，继而实施泄漏油品一旦被引燃时初期的“灭”。

2 池火模型计算

池火是指可燃液体(如汽油、柴油)泄漏后流到地面形成液池，或流到水面并覆盖水面遇到点火源而形成的火灾。池火灾产生的火焰能够向周围发出强烈的热辐射，一般汽油的火焰温度在800～1 200 ℃之间，不仅使附近的人员受到伤害，还可能引燃周围的可燃物。因此，火焰产生的热辐射是火灾的主要危害[3]。

汽油被引燃时火焰传播速度极快，实验中观察到的火焰水平传播速度可达10 m/s，燃烧质量速度(dm/dt)则为81～92 kg/(m2·h)[5]。

2.1 火焰高度

假定池火火焰为圆柱形，火焰直径等于池直径。若不考虑风力的影响，火焰高度按经验公式(4)计算。

(4)

式中：h——火焰高度，m；

dm/dt——单位面积燃烧速度，kg/(m2·s)；

ρ0——空气密度，kg/m3，取标准状态下1.293 kg/m3；

g——重力加速度。

则可得到汽油泄漏30 s时当量圆液池火焰高度可达h=9.6 m。

2.2 目标入射热辐射强度

若不考虑风力的影响，液池燃烧时放出的总热辐射通量按公式(5)计算。

(5)

式中：Q——总热辐射通量，W；

η——效率因子，可取0.13～0.35；

Hc——为汽油燃烧热，kJ/kg，汽油为43 700 kJ/kg。

假设全部辐射热量由液池中心点的小球面辐射出来，则在距离液池中心某一距离(X)处的入射热辐射强度，按公式(6)计算。

(6)

式中：I——入射热辐射强度，kW/m2；

tc——热传导系数，在无相对理想数据时可取1；

X——目标到液池中心距离，m。

可得汽油泄漏30 s时液池起火，距液池中心5.15，6.30，8.91，15.76，24.91 m所对应的入射热辐射强度分别为37.5，25.0，12.5，4.0，1.6 kW/m2。

2.3 热通量准则

火灾通过热辐射的方式影响周围环境，当火灾产生的热辐射强度足够大时，可使周围的物体燃烧或变形，强烈的热辐射可能烧毁设备甚至造成人员伤亡。火灾损失估算建立在辐射强度与损失等级对应关系的基础上，如表2所示。

表2 热通量准则的伤害阈值[3]

依据热通量准则，若将25.0 kW/m2入射热辐射强度下对人的伤害阈值设定为死亡半径，12.5 kW/m2为重伤半径，4.0 kW/m2为轻伤半径，显然一旦发生油品泄漏并引起火灾事故，最不可接受的伤害是死亡和重伤[4]，其次是轻伤。

2.4 阈值净距半径倍率

阈值净距半径倍率是指泄漏汽油发生池火时的伤害距离阈值与池火当量圆半径之差相对于当量圆半径的比值。用数学计算式可表示为：

(7)

式中：N——阈值净距半径倍率。

为讨论不同泄漏量引发池火灾时，阈值净距半径倍率及相关参数的变化情况，同样进行2 s间隔的递进计算，得到表3所列的以轻伤为最高伤害限度的计算结果。

表3 泄漏30 s及蒸发30 min的4 kW/m2入射热辐射强度下人员轻伤距离阈值

2.5 结果分析及建议

a) 汽油被引燃时火焰传播速度极快，当泄漏的汽油被点火源引燃成一定当量圆半径池火时，火焰高度、热辐射通量和伤害距离阈值都随半径的增大而增大；火焰高度与池火半径的比值却呈减小趋势，说明火焰高度并不随池火半径的增大而无限增高，半径越大，范围越大，气压、风力、空气吸收及其他环境因素对火焰高度的减弱作用也越大，由此必然存在火焰高度的极值；阈值净距半径倍率也呈减小趋势，说明空气对热辐射的吸收作用，也使阈值净距半径倍率存在极值。

b) 当汽油泄漏采取人工回收时，回收人员必然与汽油近距离接触，一旦地面汽油被意外引燃，人员很难快速脱身而陷于火焰包围之中。因此，在汽油泄漏应急预案编制、应急演练乃至真的火灾发生时初期应急处置中，不宜近距离进行人工回收，应急人员有效避免火灾伤害的阈值净距半径倍率应至少达到2～2.5倍。

3 结论

a) 当油库发生汽油泄漏时，只要硬化场地平坦且一定范围内无人工边界包围，泄漏点地面的汽油就不可能达到可用刮舀工具进行人工回收的油层厚度；同时由于汽油具有易挥发、易扩散、有毒等特性，油品泄漏应急预案应按汽、柴油分类编制，并将现行应急处置卡的“七字处置法”调整为“八字处置法”，禁止汽油泄漏时任何形式的人工回收，避免油气对人员的伤害。

b) 当泄漏的汽油被引燃成一定当量圆半径池火时，火焰高度、热辐射通量、伤害距离阈值均与池火半径成正比关系；而火焰的高径比、阈值净距半径倍率则与池火半径成反比关系。提出的阈值净距半径倍率，能够定量地表征泄漏汽油引发火灾时人员不被伤害的最小安全间距，故在汽油泄漏应急处置中，应遵循2～2.5倍的阈值净距半径倍率的距离，确保泄漏汽油被引燃时应急人员的人身安全。