氟化氢储罐泄漏应急疏散距离的计算

氟化氢储罐泄漏应急疏散距离的计算
作者：景卫强
来源：《中国科技博览》2013年第33期
摘要：通过采用伤害（或破坏）范围评价法，对氟化氢储罐泄漏后不同浓度状态下的应急疏散距离分别进行了计算，为制定应急救援预案和划定氟化氢泄漏后的应急疏散范围提供了参考依据。

关键词：氟化氢泄漏应急疏散
中图分类号：R135
2009年，为消除原氟化氢（HF）储存罐区与生产厂房安全距离不足，氟化氢泄漏后可能造成厂房内工作人员中毒或灼伤的安全隐患，公司投入600多万元，将原氟化氢储存罐区搬迁至距厂区边界200m以外的空旷地带，建成了新的HF储存罐区。

新罐区位于厂房的下风向，周围是戈壁滩，无居住区。

新罐区内现建有6台55m3的HF储罐，并预留了4台120m3HF储罐的位置。

HF是一种高毒物质，能够危害人体健康，对人体呼吸道粘膜及皮肤有强烈的刺激和腐蚀作用，吸入高浓度的HF可引起支气管炎和肺炎，吸收后会产生全身的毒作用，还可导致氟骨症。

接触高浓度HF，可引起眼及呼吸道粘膜刺激症状，严重者可发生支气管炎、肺炎，甚至产生反射性窒息。

HF是公司工艺生产过程的主要原材料，无水氟化氢（AHF）利用压缩空气由无水氟化氢生产区120m3HF储罐压送至新罐区的55m3无水氟化氢储罐储存。

若HF储罐和输送管道密封不严、破坏或储罐设备缺陷、故障或操作不当导致HF外逸，将引起现场人员中毒，并对周围环境造成破坏。

液态无水氟化氢腐蚀性极强，如果发生泄漏，应急措施不利或处置不当，可造成现场人员化学性灼伤，对生产设备和建筑物造成腐蚀并严重危害环境。

尤其是HF对人的眼睛、口腔、齿龈发生腐蚀、炎症及溃疡，引起牙齿损害。

根据《危险化学品重大危险源辨识》GB18218-2009的规定，HF储存量大于临界量（1t）即为重大危险源。

依据标准，重大危险源辨识见下表：
由于工艺生产的需要，新建HF储存罐区至少储存有上百吨的HF，一旦泄漏，对临近的人、生产设备、建筑物等将造成严重危害。

特别是夏季，HF储罐的压力和液态氟化氢的温度将随环境温度的上升而逐渐升高，产生氟化氢泄漏的可能性将进一步加大。

氟化氢储罐由于自身或外界原因发生泄漏，大量的液态氟化氢将急剧汽化为氟化氢气体，并随风飘移到很远的地方，造成大面积的毒害区域。

为做好新建HF储存罐区的应急响应和HF泄漏的处置工作，确保在发生泄漏后现场人员能及时有序地疏散，避免对人体产生危害，下面采用伤害（或破坏）范围评价法对氟化氢泄漏后的应急疏散距离进行定量计算，为其安全管理和事故应急救援预案疏散距离的确定提供科学的参考依据。

1.基本假设
（1）假设在夏季的同一时刻只有1台氟化氢储罐发生泄漏，根据最大危险性原则，仅就此HF储罐泄漏扩散进行后果模拟；
（2）假设模拟储罐中的液态HF泄漏后将转化成气态，并形成有毒气体云团；
（3）根据TNO的绝热扩散模型，泄漏后的气态HF呈半圆形覆盖于近地面。

然后沿风向水平扩散和垂直扩散，假设t秒后，气团近似于长方体。

2.模拟分析程序
（1）气团半径rg计算
mL=ρL×VL=1140kg/m3×55m3×80%=50160 kg
mg=mL=50160 kg
Vg=mg/ρg=50160 kg/1.27 kg/m3=39496.1m3
式中，mL——液态氟化氢的质量；
ρL——液态氟化氢的密度，1.14g/ml=1.14t/ m3；
mg——气态氟化氢的质量；
Vg——气态氟化氢的体积；
ρg——气态氟化氢的密度，1.27 kg/m3。

则
rg= = = 26.62 m
（2）应急疏散距离计算
氟化氢泄漏后由于受气体浮力（浮力作用下的加速度为α）和风速（u）的双重作用
α=g×（ρ空气-ρg）/ ρg=9.8m/s2×（1.293kg/m3 -1.27 kg/m3） /1.27 kg/m3=0.178 m/s2
式中，g——重力加速度，9.8m/s2；
ρ空气——空气的密度，1.293kg/m3。

根据资料，四○四地区夏季（6、7、8三个月）的室外环境温度最高，平均气温为
22.8℃，最高气温为38.8℃。

夏季发生泄漏时，氟化氢储罐内液态氟化氢的温度（t）相当于夏季室外平均环境温度22.8℃，氟化氢的标准沸点t0=19.4℃，氟化氢泄漏时，氟化氢汽化使剩余的液态氟化氢温度降至标准沸点，其总的汽化热
=mg×C×（t-t0） =50160 kg×3.35/ kJ·℃×（22.8℃-19.4℃）=571322.4 kJ
式中，C——液态氟化氢的比热，3.35/ kJ·℃。

氟化氢的蒸发量即发生泄漏后汽化飘浮在空气中的氟化氢的质量m′
m′= = =585.97 kg
式中，q——氟化氢的汽化热，975kJ/ kg。

根据相关资料，空气中氟化氢的浓度为400～430mg/m3时，人会急性中毒致死；浓度达到100 mg/m3时，人仅能耐受不到1分钟；浓度为50 mg/m3时，人可感到皮肤刺痛、粘膜刺激。

而根据《工作场所有害因素职业接触限值第1部分：化学有害因素》GBZ2.2-2007的规定，工作场所空气中氟化氢的最高允许浓度为2 mg/m3。

假设t秒后有毒的氟化氢气团的浓度分别降至400mg/m3、100 mg/m3、50 mg/m3和2
mg/m3，此时的气团接近长方体，则体积为
V=2×rg×L×H
式中，L——气团在水平方向扩散的距离；
H——气团上升的高度。

四○四地区夏季主导风向为东风，最大平均风速（u）为27m/s，
L=ut=27t
H=0.5αt2=0.5×0.178 t2=0.089 t2
V=2×rg×L×H=2×26.62×27t×0.089 t2=127.984t3
下面分别计算有毒气团的浓度分别为400mg/m3、100 mg/m3、50 mg/m3和2 mg/m3时的应急疏散距离：
1）有毒气团的浓度为400mg/m3的应急疏散距离
有毒气团的体积V= m′/400×10-6=585.97/400×10-6=1465000 m3
因此
t= =22.54 s
此时，有毒气团的浓度为400mg/m3时在水平方向扩散的距离即浓度为400mg/m3的应急疏散距离L
L= ut=27t=27×22.54=608.58 m
2）有毒气团的浓度为100mg/m3的应急疏散距离
有毒气团的体积V= m′/100×10-6=585.97/100×10-6=5859700 m3
因此
t= =35.78 s
此时，有毒气团的浓度为100mg/m3时在水平方向扩散的距离即浓度为100mg/m3的应急疏散距离L
L= ut=27t=27×35.78=966.06 m
3）有毒气团的浓度为50mg/m3的应急疏散距离
有毒气团的体积V= m′/50×10-6=585.97/50×10-6=11719400 m3
因此
t= =45.07 s
此时，有毒气团的浓度为50mg/m3时在水平方向扩散的距离即浓度为50mg/m3的应急疏散距离L
L= ut=27t=27×45.07=1216.89 m
4）有毒气团的浓度为2mg/m3的应急疏散距离
有毒气团的体积V= m′/2×10-6=585.97/2×10-6=292985000 m3
因此
t= =131.79 s
此时，有毒气团的浓度为2mg/m3时在水平方向扩散的距离即浓度为2mg/m3的应急疏散距离L
L= ut=27t=27×131.79=3558.33 m
由以上计算可以看出，夏季氟化氢储罐发生泄漏后，下风向608.58m范围内的浓度将在22.54s内达到400mg/m3，此范围内的人员有造成急性中毒致死的危险；下风向966.06 m范围内的人员如不能在1分钟内撤离，将造成中毒；下风向1216.89 m范围内的浓度将在45.07s达到50mg/m3，此范围内的人员可感到皮肤刺痛、粘膜刺激；下风向3558.33m范围内浓度将会在131.79s达到我国规定的工作场所空气中氟化氢的最高允许浓度2mg/m3，对人的身体健康造成影响。

结论：
1、氟化氢储罐泄漏后人员的应急疏散距离受到当时的环境温度、风向、风速等环境因素的影响；
2、为确保氟化氢储罐泄漏后周围人员不受到伤害，下风向3558.33m处应划定为警戒区，应紧急疏散此区域内的所有人员，并禁止无关人员进入。

参考文献
[1]王起全、徐德蜀，安全评价操作实务：方法·实例·模板·标准，北京：气象出版社，2009.4
[2]中国新能核工业有限责任公司，中核四○四有限公司铀转化HF储存罐区整体搬迁工程职业安全专篇，3013.1
[3]GB18218-2009，危险化学品重大危险源辨识
[4]GBZ2.2-2007，工作场所有害因素职业接触限值第1部分：化学有害因素。