危险化学品道路运输泄漏事故危险性分析

王玉竹

(安徽三联学院 智慧交通现代产业学院,安徽 合肥 230601)

随着人类社会文明的进步与发展,化学品已经成为人类生产和生活中必不可少的组成部分,对于化工产品的需求日益增加。多数化工原材料都位于西部地区,因此危险化学品通过道路运输方式运输至各个地区进行销售和使用。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。图1为2009—2018年危险化学品泄漏事故的统计分析。自2015年以来,我国危险化学品泄漏事故频率虽一直在下降,但特别重大事故时有发生[1],实现危化品道路运输闭环管理是亟待解决的重要课题。

图1 我国危险化学品泄漏事故统计图

运输过程中危险化学品发生泄漏,不但会向周围环境中扩散引发中毒现象,还对周围的人员和环境产生高温热辐射作用。危险化学品泄漏出的有毒有害气体将直接影响周围受灾人员及救援人员的生命健康,并且影响范围会随着泄漏条件发生变化,因此准确高效预测危化品泄漏的影响范围将极大提升应急救援效率,帮助受灾人群尽快疏散至安全区域,降低人员暴露于风险中的概率。

目前,在危险化学品泄漏的事故预测研究中发现ALOHA软件可以较好地实现火灾场景下危险化学品泄漏事故的仿真模拟[2-4],能够为事故应急救援提供技术支持。因此,研究危险化学品槽车因泄漏发生火灾爆炸事故,建立相应的评估方法结合事故模拟软件,用以预测泄漏扩散范围、人体的烧伤范围,判断事故周边建筑环境是否存在不安全状态,能够迅速准确将人员撤离到危险区域外,从而减少人员伤亡和财产损失,为事故应急救援提供技术支持,具有重要的实际意义。

1 危险化学品槽罐车泄漏事故成因及特点

1.1 事故成因

1.1.1 人的因素

导致交通事故人为因素主要包括两点:

1)危险驾驶行为:主要包含疲劳驾驶、超速驾驶、超载驾驶以及不良驾驶习惯;

2)处理不当:避让不当、车速过快及特殊天气处理。

以上两种人为因素均有可能导致交通事故发生,一旦运输危险化学品槽罐车发生交通事故,将导致罐车侧翻泄漏,继而引发火灾、爆炸以及中毒事故。

1.1.2 车辆及罐体的原因

由于审核机制不完善或执行力度不到位导致车辆存在违法改装的现象,车辆未按要求维护保养,出现问题未及时发现检修导致车辆或存储危险化学品的罐体存在安全隐患。此类情况都可能引发交通运输事故。研究表明危险化学品槽罐车泄漏事故主要设备原因在安全阀腐蚀且年久失修导致失效。

1.1.3 道路及环境的因素

道路因素主要包括道路宽度过窄、弯道过急、路面凹凸不平以及上下坡坡度大等原因。环境因素主要为恶劣天气影响驾驶人正常运行,例如雷雨或雾霾天气影响驾驶人对前方路况判断。道路缺陷及环境恶劣是造成交通事故的重要因素之一。

1.1.4 管理体系的因素

管理因素是一种跟上述三种因素都相关的综合性因素,管理因素涉及人、车辆及罐体以及道路环境,一旦管理不善,危险化学品槽罐车运输安全事故也就随之而来。运输企业的运输物质没有接受严格的审查,缺乏有效监管,没有完善法律法规,日常操作细则在实际中不能有效执行;企业存在违规操作和侥幸心理,没有明确详细的制度规范,责任分工模糊,这都是管理体系缺失的表现。

综上所述,结合事故致因理论不难得出在危化品道路运输事故中,人的不安全行为及物的不安全状态是导致事故发生的直接原因。

1.2 事故特点

危险化学品具有易燃易爆且有害的特性,一旦泄漏会造成严重损失。根据危化品特性在泄漏后与空气混合产生喷射火、蒸气云爆炸、毒气扩散等多重后果,如图2所示。通过调查危险化学品泄漏事故的发生发展情况,总结出该类事故有以下几种特点:

图2 危险化学品泄漏危害示意图

1.2.1 毒气扩散和燃烧蔓延迅速

车辆在快速行驶过程中形成一股迎面风,加速了开启的对流速度,当危险化学品槽罐车发生交通事故导致气体泄漏到环境中遇到风会迅速扩散到周围环境中,发生火灾后火势会迅速蔓延从最初的缓慢燃烧阶段发展到充分燃烧阶段,加压储罐泄漏极易造成喷射火事故。

1.2.2 造成的事故损失巨大,伤害范围大

危险化学品本身具有易燃易爆的性质,一旦罐体破损,危险化学品泄漏后遇点火源瞬间引燃,发生火灾爆炸产生巨大冲击波和热辐射,对来往行驶的车辆冲击极大,受影响区域会随着火势蔓延扩展到道路附近的山林及住家,可能会造成群死群伤事故。

1.2.3 受客观条件限制,救援相对困难

道路运输过程中一旦发生泄漏引发火灾事故,直接造成交通堵塞,救援车辆无法及时赶赴救灾现场进行及时救援,并且危险化学品引发的火灾事故极易衍生为池火灾或流淌火,灭火条件受限,极易延误救援时间。

1.2.4 容易出现火灾、次生灾害

未燃烧的有毒气体泄漏扩散后,事故附近的人员吸入大量有毒气体会出现中毒窒息情况。事故发生后容易造成交通堵塞,出现二次交通事故。此外,有毒有害气体还会造成土壤及水资源污染,不利于可持续发展。

2 危险化学品道路运输火灾事故后果模拟

ALOHA(Areal Locations of Hazardous Atmospheres)是由美国环境保护署和国家海洋和大气管理局联合开发的一款用于模拟危险化学品事故后果的软件。软件功能包含了对泄漏扩散的毒性气体影响范围预测以及对火灾热辐射影响范围预测。目前,ALOHA已广泛应用于风险评价和应急辅助决策等领域并且其预测结果精度已得到广泛认可[5-6]。

2.1 事故情景分析

假设一辆装载LPG的危险化学品储罐车在运输过程中发生侧翻,导致液化石油气泄漏,继而发生了火灾事故。经检测事故发生时地面风速为1 m/s,风向西南,天气夜间多云,环境湿度为50%,大气温度为18 ℃。调查报告显示LPG储罐车罐体长7 m,罐体直径3 m,泄漏原因为阀门破损,泄漏口近似圆形,经测量泄漏口当量直径为30 mm。事故现场相关数据如表1所示。

表1 事故相关基础数据

2.2 事故后果模拟

2.2.1 参数设置

根据事故情景参数进行模拟,模拟流程见图3。

图3 基于ALOHA的危险化学品泄漏事故模拟流程

ALOHA软件模拟选择相应参数,具体见图4。

图4 ALOHA软件模拟参数设置

2.2.2 事故后果影响范围划分

LPG槽罐泄漏后如果没有立即燃烧,会气化成毒性蒸气云扩散到周围。毒性蒸气云若在较小空间内被点燃会导致爆炸,如果在较大空间内被点燃会出现闪火。因此LPG泄漏后被点燃会产生蒸气云爆炸和喷射火,其中喷射火主要危害为热辐射伤害,蒸气云爆炸的危害是爆炸冲击波[7]。根据对人体及建筑物造成的伤害程度,对事故后果影响范围进行划分,评判标准见表2。

表2 事故后果影响范围划分

3 结果分析

通过ALOHA软件模拟喷射火、蒸气云爆炸、蒸气云燃烧以及毒气泄漏结果如图5所示。

图5 四类事故模拟结果

从图5(a)可知,LPG槽罐车泄漏后造成喷射火事故,在直径为62 m范围内以环形区域内造成的不同程度破坏 ,根据人员受到的热辐射伤害等级分为致命伤害、二度烧伤和产生疼痛。表3显示了喷射火事故造成人员在60 s内受到不同伤害等级的区域范围。

表3 伤害等级划分

因此,为避免人员受到热辐射伤害,建议在救援过程中将受灾人员疏散至距泄漏口62 m以外范围进行避难。

由图5(b)可知,LPG槽罐车泄漏后若发生蒸气云爆炸事故,爆炸会产生三种不同程度的爆炸冲击波,其中在距离泄漏爆炸源半径389 m范围内造成的伤害最为严重,公路或隧道及其他建筑物外部出现严重损坏;在距离泄漏爆炸源半径389～549 m范围内对人员产生一定生命威胁;在距离泄漏爆炸源半径549～856 m范围内会造成建筑物玻璃震碎情况;当区域范围大于856 m时,属于安全区,人员及建筑受到爆炸冲击波的影响较小。

由图5(c)所示为LPG槽罐车泄漏造成蒸气云燃烧事故模拟结果,在顺风方向,288 m内LPG浓度可能超过60%LEL,在288～671 m区域内LPG浓度可能超过10%LEL(LEL:Lower Explosive Limited)。ALOHA软件认为闪火的可燃气体危害可由LEL达到10%LE边界,因此LEL、60%LEL、10%LEL分别定义为可燃蒸气云发生闪火的死亡浓度、重伤浓度以及轻伤浓度。

图5(d)为毒气泄漏事故模拟,LPG槽罐破裂泄漏后发生瞬时或延迟泄漏时,形成液相堆积同时迅速气化,受到风速和风向影响扩散到空气中,在未被点燃的情况下形成有毒气体。TEEL表示临时应急暴露限值,数值反映了人员在有毒化学环境中的暴露时间为60 min时生命健康受到的影响程度。一般情况下默认为:TEEL-3>TEEL-2>TEEL-1,因此由图5(d)可知毒气泄漏后的安全范围约为416 m。

此外,研究发现相同介质的罐车发生泄漏产生毒气扩散事故时,风力越大,毒性气体的影响程度越小,如图6和表4所示,随着风速增大LPG的中毒区域在明显缩小,即风速越大对泄漏的危险化学品浓度稀释作用也越强,因此中毒区域越小。

表4 不同风速环境下LPG槽罐车泄漏产生有毒气体扩散范围

图6 不同风速对毒气扩散范围的影响

在应急救援过程中除了要预测事故影响范围,还需要观测扩散气体浓度变化情况,如图7所示,为了分析泄漏事故过程对某一局部地点的气体浓度变化情况,选取环境风速为1 m/s情况下,距离泄漏源170 m处位置进行浓度监测,得到的该位置处室内外有毒气体浓度变化情况,在5 min内室外浓度急剧增大至TEEL-3,即将达到致死浓度点,在22 min时浓度开始降低,此时室内的浓度还在缓慢提升,当事故发生45 min后室外浓度降低至TEEL-1,此时室内浓度也趋于平缓。通过有毒气体浓度变化趋势可以有针对性地为应急救援提供理论及技术支撑[8-9]。

图7 下风向170 m毒气浓度变化

4 结论

通过分析道路运输过程中危险化学品泄漏发生火灾爆炸事故的成因和特点,得到危险化学品道路运输交通事故的严重性,产生的高温热辐射和毒气直接威胁人员健康安全,降低救援概率。利用 ALOHA软件分别预测不同条件下危险化学品泄漏事故造成的喷射火事故、蒸气云爆炸、蒸气云燃烧以及毒气泄漏事故的伤害程度及影响范围,模拟研究表明环境风速与毒气扩散范围呈负相关,同时通过模拟软件可以预测各个监测点的危险化学品浓度随时间变化趋势,以此作为制定人员应急疏散和救援决策的理论基础和技术支撑,能够极大降低事故造成的人员伤亡和经济损失。