苯储罐事故后果模拟计算与分析_赵英程

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蒸气云 爆炸的模 拟结 果见 图 2 。 由图 2 可 知 , 苯储 罐发 生泄漏事故 后 , 爆炸 伤害 半径为 29 m , 围 绕事 故源 呈环 形分 布 。 在 29 m 范围内 , 建筑物外 部可能产 生严重 损伤 ;在 53 m 范围内 , 建筑物的玻璃被震百度文库 。
根据苯储罐爆炸事故的影响划分 危险区 域 :29 m 范围内 为死亡区或重伤区(黑色 、灰色区域);29~ 52 m 范围为为轻伤 区(白色区域);52 m 以外为安全区 。 5.2 BLEVE 事故模拟
赵英程1 , 田玉敏2
(1 中国人民武装警察部队学 院研究生队 , 河北廊坊 065000 ; 2 中国 人民武装警察部队学院消防工程系 , 河北廊坊 065000)
摘 要 :苯储罐区是石油化工生产中事故后果危害较大的场所 。 基于 对苯储罐事故特性的分析 , 选择典型工程案例 , 利用 ALOHA 软件对苯 储罐的蒸气云爆炸 、BLEVE 事故 、蒸气云 闪火 、池火 灾 、中毒事 故以及 泄漏产生的池火的热辐射等的影响进行模拟计算 , 分析了不同场景下 事故后果的严重 程度 , 并 根据事 故后果 进行危 险区域 划分 。 结 果表 明 :对于爆炸和火 灾事故 , BLEVE 事 故造成 的危害 最大 , 其 次是 池火 灾 , 最后是闪火 ;对于中毒事故 , 56 m 范围内为 死亡区域 ;1601 号苯储 罐发生池火灾时 , 约 3 min 时对距离 5 m 的 1603 号罐产生 的热辐射达 37.5 kW/m2 , 该热辐射会严重损坏工艺设备 , 连续暴露 30 min 以上 , 很 可能造成钢结构断裂或坍塌 , 也可能导致热辐射效应类型的多米诺事 故。 关键词 :安全工程 ;苯储罐 ;事故场景 ;事故后果 ;模拟计算 中图分类号 :X932 文献标识码 :A DOI :10.3969/ j .issn .1009-6094.2013.02.041
浮盘 高度/m
1.8 1.8
浮盘质 量/kg 1 875 1 875
安全高 度/ m 11.5 11.5
单位高度质量/ (kg·m -1) 120 120
抽出口 高度/mm
550 550
加温 范围 不加温 不加温
1 92
图 1 罐区平面图 Fig .1 Plane chart of the tank area
0 引 言
石油化工生 产多 使用 易 燃 、易爆 、易 腐 蚀物 质和 接 触高 温 、高压 、高 速 、毒性 、腐蚀环境 , 工艺操作连续性强 , 工艺管线 及反应器内 易形成爆炸 混合物 , 燃烧 、爆炸 、泄漏 等事故 频频 发生 , 苯储罐就是其中一个典型例子[ 1] 。 苯常用于塑料 、合成 纤维 、石油精炼等 行业 。GB 18218— 2009《 危险化 学品重 大危 险源辨识》 规定 :苯储罐储量超过 50 t 即为重大危险源 。 在运 输 、储存和设备检修过 程中 , 苯储罐 及其管 道 、阀 门的意 外破 损 、爆裂将导致苯的大 量泄漏 , 若未 采取安 全措施 , 很容 易引 起火灾 、爆炸和中毒事故的发生 。 例如 , 2005 年上海某公司苯 储罐发生爆炸 , 现场 2 名工 人被 烧伤 , 相距 约 20 m 的办 公大 楼窗玻璃被震碎 , 部分施救人员出现了头痛 、恶心等症状 。 这 些事故造成 的严重后果表 明 , 企 业消防 人员缺 乏对装 置的了 解及处置此类火灾的对 策 , 对 个人缺 乏安全 防范意 识 。 这些 问题的根源主要有 :1)对 一些化 工装置危 险源的 确定缺 乏科 学的方法 , 主要通过经验来确定[ 2] ;2)对苯储罐火 灾事故可能 产生的后果 没有进行深入 的研究 , 如爆 炸或泄 漏产生 的死亡 半径 、辐射热危害距离等 ;3)对苯储罐缺少有针对 性的灭火救 援演练 。
苯储罐泄 漏 的 模 拟 内 容 包 括 :1)蒸 气 云 爆 炸 事 故 ;2) BLEVE 事故 ;3)蒸气云闪火 ;4)池火灾 ;5)人 员中毒事 故 ;6)毗 邻储罐的热辐射事故 。
5 模拟结果及危险性分析
对于不同的事故场景 , 影响事故后果的物理参数也 不同 : 火灾事故主要是热辐射通量 , 爆炸事故主要是冲击波超 压 , 中 毒事故主要是毒物浓度 。 事故后果分析的目的就是计算热辐 射通量 、冲击波超压以及毒性物质浓度的空间分布 , 然后根据 这些数据进 一步确定人员 伤亡或财 产损失 情况 , 评估 事故后 果。 5.1 蒸气云爆炸事故模拟
ALOHA 的使用 对象为危险化学品泄漏 的应急响 应 、应急 管理和培训 。 ALOHA 可以 用来模 拟危 险化 学品 泄漏 后的 毒 气扩散、火 灾、爆炸 等产生 的毒 性、热辐射 和冲 击波等。 ALOHA的 优点有 :1)包含 近 1 000 种常 见危险 化学 品属性 数 据 ;2)在计算速度和 计算精 度上适 当折中 ;3)计 算结 果精确 , 可以应用于 实际 ;4)应 用 简单 , 可以 在 紧张 环境 下方 便地 使 用 ;5)使用友好 , 能够减 少输入错 误 。 6)在 线帮 助友好 , 提 供 软件特性和计算模型的 解释以及输出结果解释的背景信息 。 2.2 基本事故模型和事故情景
2013 年 4 月 赵英程 , 等 :苯储罐事故后果模拟计算与分析 Apr ., 2013
7)结果文档的复制 、保存 。 各类事故模拟场景及软件输入的初始参数见表 3。
4.2 模拟内容 苯泄漏会产 生爆 炸 、中 毒 、火灾(闪火 、池火 灾 、火 球)事
(日期和时间)及建筑物 ; 2)选择泄漏的危险化学品(从数据库中选择); 3)输入当时的气象条件 ; 4)描述危险化学品的泄漏情形 ; 5)显示危险区域(即毒性 、可燃性 、热辐射 、冲击波等 超过
某一临界值可能对 人或财 产产生危 险的区 域 , 一 般用 红 、橘 、 黄 3 种颜色表示 , 也可以在 电子地图上表示);
1)事故模型 。 目前有许多大气扩 散模型 , 简单 的模型 可以使 用手工 计 算 , 复杂 的 模 型 则 需 要 大 量 的 数 据 和 高 性 能 的 计 算 机[ 3] 。 ALOHA 中采用的数学模型有 高斯模 型 、DEGADIS 重气扩 散模 型 、蒸气云爆炸 、闪火 等 , 可 用于模 拟大气 扩散 、火灾 、爆炸 等 情景 。 2)泄漏源和事故情景 。 ALOHA 中能够 模拟的泄漏源有 4 种 , 其事故情景见表 1。
BLEV E
BLEVE(火球或池火)
不燃烧
燃烧区域(闪火)
燃烧(喷射火) 毒气蒸气云
喷射火
蒸气云爆炸
罐储存石脑油 。 罐区拥有地下消火栓 18 个 , 罐体内有半 固定 消防设施 。 该罐区平面图见图 1 , 2 个苯储罐的参数见表 2。
4 模拟步骤与内容
4.1 模拟步骤 1)输入危险化学品泄漏的地点(纬度 、经度和海拔)、时间
2 ALOHA 软件
2.1 ALOHA 软件的基本功能 ALOHA(Areal Locations of Hazardous Atmospheres)被称 为有
害大气空中 定位 软件 。 该软 件所 得结 果可 迭加 到电 子地 图 上 , 使预测结果更易理解 , 可以帮助实现毒 气泄漏事故的分析 和可视化决策[ 2] 。
6)用图或文字显示 特定地点(如 泄漏源 附近学 校 、医院) 的情况(预测泄漏后 1 h 内 室内和 室外 危险化 学品 的体积 分 数变化);

储存

介质
1601

1603

规格/ m3
2 000 2 000
检尺 口高/m 13.368 13.390
表 2 苯储罐参数 Table 2 Parameters of benzene tanks
表 1 ALOHA 的事故情景
Table 1 Scenarios in ALOHA
直接 液池
罐 气体 管道
泄漏源
中毒情景
火灾情景
爆炸情景
直接泄漏 毒气蒸气云 燃烧区域(闪火) 蒸气云爆炸
蒸发
燃烧区域(闪火)
毒气蒸气云
蒸气云爆炸
燃烧(池火)
池火
不燃烧
燃烧区域(闪火)
燃烧
毒气蒸气云 喷射火或闪火 蒸气云爆炸
191
Vol.13 No .2 安 全 与 环 境 学 报 第 13 卷第 2 期
3 模拟对象基本情况
某石化公司 16 号罐区隶属于油 品车间 , 东邻 15 号 罐区 , 南临调和车 间 , 西临 17 号 罐区 , 北临 汽油 加 氢 、糠醛 白 土车 间 。罐区 总 储 存能 力 为 2.5 万 t, 拥 有 5 000 m3 储 罐 1 个 , 2 000 m3 储罐 10 个 , 其中 1601 和 1603 号罐为苯储罐 , 其余储
故 , 这些事故的影响区 域取决 于泄漏 源的情 况 、气 象条件 等 。 ALOHA 软件能够根据危 险化 学品的 泄漏 情形 和气 象条 件对 事故进行模拟 , 并用图像 、文字的方式描述不同危害程度的范 围和区域 。
苯在运输 、储存和设备检修过程中均存在一定的危 险性 , 苯储罐及其 管道 、阀 门的 意外 破损 、爆 裂将 导致 苯的 大 量泄 漏 , 若未采取安全措施 , 均容 易引起 火灾 、爆炸和 中毒事 故的 发生 。
据事故后果进行危险 区域划 分 , 以 期为苯 储罐事 故的应 急处 置对策的制定 , 以及灭火救援技术的实施提供依据 。
1 苯储罐的事故特点
1)燃烧猛烈 , 放热量大 。 苯燃烧 速 度 快 , 燃 烧 猛 烈 , 放 热 量 大 。 苯 燃 烧 速 度 为 165.37 kg/ (m2·h), 比汽油的燃 烧速度(91.98 kg/ (m2·h))快得 多 ;苯 燃 烧 的 热 值 为 40 260 kJ/ kg , 和 汽 油 的 热 值(43 510 kJ/ kg)相当 。 2)现场毒性大 , 易造成 人员伤亡 。 苯沸点低(80.1 ℃), 密度小(0.88 g/ cm3), 气化速度快 , 气 化后毒性大 。 人吸入较 高浓度 的苯会 引起急 性中毒 , 对中 枢 神经系统有麻醉作 用 , 甚 至因中 枢系统 麻痹而 死亡 。 苯已 被 确定为致癌物 , 苯引起的白 血病是 我国法 定的职 业性肿 瘤之 一 。 此外 , 苯发生火灾时 , 通常为不完全燃烧 , 产生一氧化碳 、 二氧化碳 、碳等有毒有害物质 , 这 些物质都易造成人员伤亡 。 3)污水毒性大 , 易污染 环境 。 苯火灾事故处置时常用水冷 却 、泡沫灭火 , 产生的污水中 含大量有毒有害物质 。 污水经地 表流入江湖 、河流中 , 易造成 环境污染 。 4)爆炸危险性高 , 危害 大 。 苯气化速度 快 , 气化 后不 但毒 性大 , 而且 易引 发 化学 爆 炸 , 爆炸能量大 , 危害 大 。 苯的 爆炸 上限 体积 分数 为 8 %, 下 限为 1.2 %。 当苯蒸 气体 积分 数达 到爆 炸范 围时 , 遇 火源 会 发生爆炸 。 苯的引爆能量小 , 点火能仅为 0.2 mJ , 遇电器 设备 点火源 、静电火花放电 、雷电和 金属撞 击火花 等 , 都 可能发 生 爆炸 。
目前 , 国内一些学者 对该问 题进行 了一 些研究[ 3-4] , 但总 体上还不够 全面和深入 。 本文利 用 ALOHA 软件 对苯储 罐事 故后果进行模拟分析 , 重点研究不同场景下的事故后果 , 并根
* 收稿日期 :2013-01-31 作者简介 :赵英程 , 助理工程师 , 从事石油化工消防安全研究 , zy cailinan1984@163.com 。 基金项目 :推荐性消防标准项目(20074808-T-312)
第 13 卷第 2013 年 4
2期 月
安 全 Journal of
与环 境 学 报 Safety and Environment
VAolp.r1.3, 2N01o3.2
文章编号 :1009-6094(2013)02-0191-05
苯储罐事故后果 模拟计算与分析 *
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