第十章 重大泄漏事故原因及灾害后果分析
XXXXXXXXX酒精有限公司生产过程中的产品乙醇及副产沼气均为甲类物质,且生产场所和产品储存区危险物质乙醇数量已构成重大危险源。污水处理部沼气储罐储存量虽未达重大危险源临界量,但沼气属甲类气体,一旦因操作失误、设备腐蚀减薄等因素,造成大量气体泄漏和扩散,遇明火引起火灾、爆炸等重大事故的发生。因此,在上述危险物质的储存、使用过程中,防止因泄漏引起的火灾、爆炸等事故显得尤为重要。本章将针对泄漏事故原因及灾害后果加以分析评价。
根据建国以来化工系统所发生的59起重大及典型泄漏事故的实际情况,从五方面对事故原因进行了分类,见表10-1。
表10-1 重大及典型泄漏事故原因分类
泄漏 原因 |
工艺 技术 |
设备、材料 本身原因 |
人为 因素 |
外来 因素 |
其他 |
事故次数 |
6 |
23 |
22 |
6 |
2 |
百分比(%) |
10.17 |
38.98 |
37.29 |
10.17 |
3.39 |
(1)工艺技术 工艺路线设计不合理,操作中关键参数控制要求不严格。 (2)设备、材料本身原因 设备本身缺陷,材料及安装质量未达到标准要求;生产、制造过程中不按照有关规定进行;材料选择不符合标准。 (3)人为因素 违章操作、误操作、缺少必要的安全生产和岗位技能知识;工作责任心不强。 (4)外来因素 外来物体的打击、碰撞。 (5)其他因素 不属于以上四种原因之一。 从以上统计可以看出,泄漏事故的发生主要是因为设备等产品的质量不过关,职工不按操作规程进行操作和安全生产意识不强等主要原因造成的。针对这些原因,企业应加强产品质量和验收,积极开展安全生产及岗位操作技能教育,真正做到岗前培训,持证上岗。
本节通过列举案例,分析类似事故,找出可能造成系统故障、物质损失和人员伤害的危险性,防患于未然。
[案例一]甲醇罐不清洗,用气焊开孔引起爆炸
(1)事故经过:1973年12月10日,某县磷肥厂锅炉间为了改用原油作燃料,决定建立从水路码头至锅炉间的输油系统和储油装置。10日上午的工程项目,主要是将输油管道与容积分别为28M3和33M3的两只储油罐连接起来,其中28M3的储油罐原为甲醇储罐,在改制前未对罐体内部进行清洗处理。当冷焊组长刘某和工人董某在其顶部用气焊割刀开孔时,引起罐内残留甲醇气体燃烧发生爆炸。刘某、董某和罐体被抛向天空后摔下,刘被摔在附近的废铁堆上死亡。董某重伤。爆炸过程中,在33 M3储油罐顶部工作的孔某,被气浪震跌地面受轻伤。
(2)原因分析:
①这次爆炸事故是由于甲醇储存罐未经清洗即用气焊割孔,气焊火焰引起罐内残留甲醇气体燃烧膨胀所致。
②安全措施不力。厂内无明确的责任分工,把甲醇储存罐改作储油罐是厂领导决定的,而对甲醇的性能以及储罐不经清洗进行“动火”的危险性认识不足。
③制度不严。参加这项工程的技术人员对甲醇的性能、危害和有关制度是了解的,但在事故发生的当天,厂内又将他临时调配去锅炉间处理其他技术问题而未能在场。这也是发生事故的一个因素。
(3)教训:
①对甲醇的性能、危害和有关制度不仅技术人员必须知道,而且厂内的职工都必须知道。
②必须制定和完善包括动火制度在内的各项制度,加强对职工的宣传、教育,在实际工作中严格执行制度。
③落实好各项防护措施是确保安全的前提,措施落实了,管理到位了,安全工作就有了保证。
[案例二]XXXXXXXXX南京助剂厂酒精蒸馏釜爆炸 死亡4人重伤3人
(1)事故经过和危害
1998年10月22日,南京助剂厂防老剂DBH车间酒精蒸馏锅因超压发生爆炸,造成4人死亡3人重伤。
10月22日夜班,10名工人提前15分左右分别到岗位与前班工人交接。酒精蒸馏工接班后开始将锅内料渣清出、投料生产,当班班长去各岗位巡查,5分钟后酒精蒸馏锅发生物理爆炸,大量酒精蒸气冲出与空气混合,瞬间发生化学爆炸。
(2)事故原因分析
酒精蒸馏锅上出料阀未打开,开启蒸汽加热后,酒精大量气化并使锅内压力急剧上升,使常压蒸馏锅处于受压状态,造成锅受不住意外的压力而爆炸;厂房不符合防爆要求,利用旧库房改装的厂房不是框架结构,没有足够的泄压面积;工人素质低,没有受过安全教育的临时工顶岗操作;企业管理混乱,没有严格的试车方案,没对操作人员进行工艺、安全考核。
(3)同类事故预防措施
①加强技术培训,提高职工技能。
②建立操作票制度,坚持先开出料,后开蒸汽加热阀的操作程序。
③最好设备出料阀与蒸汽加热阀联锁。
[案例三]山东省临沂农药厂静电火花引爆甲醇桶 1人死亡3人重伤
(1)事故经过和危害
1991年9月17日15时30分,山东省临沂农药厂辛硫乳剂车间调制班作业人员刘某、曹某、林某、杨某接班后,向系统内进行移液作业,在不到20分钟时间内,抽完了8桶甲苯。15时50分,曹某将抽料管插入上班留交的半桶甲醇中进行抽料时,瞬间即发生爆炸着火,作业人员曹某当场死亡,林某、杨某及正在该班巡视工作的党总支副书记石某被火烧成重伤。16时左右,大火即被扑灭。
(2)事故原因分析
①由于抽料管前端采用的是2m长全塑绝缘软管,形成静电积聚释放火花。
②半桶甲醇空间过大,是甲醇与空气形成爆炸混合物达到爆炸极限,从而造成事故发生。
(3)同类事故预防措施
改抽料管为金属软管。
[案例四]天津煤气公司第二灌装站液化石油气瓶爆炸
(1)事故的概况:
1988年4月15日9时30分,天津市煤气公司,第二灌装站3000只(充装量10-15kg)液化石油气瓶和一个50m3的液化石油气卧罐在充装过程中爆炸。爆炸后,燃烧火球高达数十米,震碎附近门窗玻璃。为保护相邻卧罐不致因烘烤超压爆炸,放空燃烧储气,长达68小时。事故中,烧毁了厂房和由丹麦进口的液化石油气自动灌装线(价值370000美元),烧掉液化石油气118t,直接经济损失估计1000000元,7人受伤。
(2)事故原因分析:
①违章操作是这次事故的直接原因。该职工忘掉(天津注射器厂、玻璃器皿厂)自己操作灌装四只大瓶(液氯钢瓶改装液化石油气),其中一只瓶超装,忙乱中未关闭瓶阀就拔掉充气管,液化石油气从瓶中猛烈喷出,一时关不住瓶阀,4~5s后由于静电火花引燃着火,无法灭掉,高温烘烤引爆3000多只液化石油气瓶,最远的飞出206.2m。同时还引爆了一台50m3的卧式储罐。
②领导安全生产意识淡薄,安全教育工作抓不紧。
(3)防范措施:
①严格劳动纪律,操作人员必须认真执行安全生产的多项规章制度。
②企业领导要把安全生产作为一项重要工作来抓,不断强化“安全第一,预防为主”的思想意识,并切实落实到生产的每一环节。
10.4火灾、爆炸伤害模型及伤害—破坏半径的计算
10.4.1 火灾、爆炸伤害模型
易燃危险物质储罐区最大的火灾爆炸风险是燃烧、爆炸,其伤害模型一般有两种:一种是蒸气云爆炸(VCE)模型;一种是沸腾液体扩展蒸气爆炸(BLEVE)模型。前者为爆炸型,后者为火灾型。
10.4.2 蒸气云爆炸(VCE)模型分析计算
(1)蒸气云爆炸(VCE)模型
当爆炸性气体储存在储槽内,如果一旦泄漏后,遇到延迟点火则可能发生蒸气云爆炸,如果遇不到火源,则将扩散并消失掉。用TNT当量法来预测其爆炸严重度。其原理是这样的:假定一定百分比的蒸气云参与了爆炸,对形成冲击波有实际贡献,并以TNT当量来表示蒸气云爆炸的威力。其公式如下:
WTNT =βAWfQf / QTNT |
式中WTNT——蒸气云的TNT当量,kg;
β——地面爆炸系数,取β=1.8;
A——蒸气云的TNT当量系数,取值范围为0.02%~14.9%;
Wf——蒸气云中燃料的总质量:kg;
Qf——燃料的燃烧热,kJ/kg;
QTNT——TNT的爆热,QTNT=4120~4690kJ/kg。
(2)沼气储槽蒸气云爆炸(VCE)分析计算
由于生产装置产生的副产沼气具有低闪点、低沸点、爆炸极限较宽,且点火能量低等特点,且相对密度较空气重,一旦泄漏,最具蒸气云爆炸概率。
若污水部沼气储槽因泄漏遇明火发生蒸气云爆炸(VCE),因其最大储量为2500m3,则其TNT当量计算为:
取地面爆炸系数:β=1.8;
蒸气云爆炸TNT当量系数,A=4%;
蒸气云爆炸燃烧时燃烧掉的总质量,
Wf=2500×1.29×1.5=4838(kg);
沼气的爆热,取Qf=49000kJ/kg;
TNT的爆热,取QTNT=4500kJ/kg。
将以上数据代入公式,得
WTNT = 1.8×0.04×4838×49000 / 4500=3793(kg) |
=13.6(WTNT/1000) 0.37
=13.6×3.7930.37
=13.6×1.64=22.3(m)
重伤半径R2,由下列方程式求解:
△P2=0.137Z2-3+0.119 Z2-2+0.269 Z2-1-0.019
Z2=R2/(E/P0)1/3
△P2=△PS/P0
式中:
△PS——引起人员重伤冲击波峰值,取44000Pa;
P0——环境压力(101300Pa);
E——爆炸总能量(J),E=WTNT×QTNT。
将以上数据代入方程式,解得:
△P2=0.4344
Z2=1.07
R2=1.07×(3793×4500×1000/101300)1/3
=1.07×55.2=59.1(m)
轻伤半径R3,由下列方程式求解:
△P3=0.137Z3-3+0.119 Z3-2+0.269 Z3-1-0.019
Z3=R3/(E/P0)1/3
△P3=△PS/P0
式中:△PS——引起人员轻伤冲击波峰值,取17000Pa。
将以上数据代入方程式,解得:
△P3=0.168, Z3=1.95
轻伤半径R3=107.6(m)
(3)小结
通过计算,如果沼气储槽因泄漏引发蒸气云爆炸,相当于3.8T TNT爆炸威力。其死亡半径22.3m,重伤半径59.1m,轻伤半径107.6m,将给所在区域人员及财产带来巨大伤害和损失。
10.4.3沸腾液体扩展蒸气爆炸(BLEVE)模型分析计算
(1)沸腾液体扩展蒸气爆炸(BLEVE)模型
液态存储的易燃液体突然瞬间泄漏时,立即遇到火源就会发生剧烈的燃烧,产生巨大的火球,形成强烈的热辐射,此种现象称为沸腾液体扩展蒸气爆炸,简称BLEVE。
沸腾液体扩展蒸气爆炸的主要危险是强烈的热辐射,近场以外的压力效应不重要。其火球的特征可用国际劳工组织(ILO)建议的蒸气爆炸模型来估算。
火球半径的计算公式为:
R=2.9W1/3
式中R——火球半径,m;
W——火球中消耗的可燃物质量,kg。
对单罐储存,W取罐容量的50%;双罐储存;W取罐容量的70%;多罐储存,取W为罐容量的90%。
(2)乙醇储罐漏蒸气爆炸(BLEVE)模型分析计算
由于生产装置乙醇产品储罐区的乙醇为多罐储存,其中:500m3两只,300m3两只,其余为较小计量罐,装料系数一般为80%。
以500m3储罐为例,对其发生沸腾液体扩展蒸气爆炸计算如下:
取装料系数80%,乙醇相对密度(水=1)0.79代入公式:
由W=90%×500×80%×0.79×1000=284000(kg)
代入式中,得到:
火球半径R=2.9(284000)1/3=191(m)
火球持续时间按下式计算:
t=0.45W1/3
式中:火球持续时间,单位为S.
将数据代入式中,得到:
t=0.45×(284000)1/3=29.6(s)
目标接收到热辐射通量的计算,按下式计算:
q(r)=q0R2r(1-0.058 Inr)/(R2+r2)3/2
式中:r——目标到火球中心的水平距离,m;
q0——火球表面的辐射通量,W/m2。对柱形罐取270kW/m2,球形罐取200kW/m2。
R——火球半径,m。R=191m。
有了热辐射q(r),即可求不同伤害、破坏时的热通量及其半径。下面求不同伤害时的热通量:
死亡 可根据下式计算:
Pr=-36.38+2.56 In(tq14/3)
式中:Pr=5
t——火球持续时间,取t=10s。
解得 q1=32732W/m2。
重伤 可根据下式计算:
Pr=-43.143+3.0188 In(tq24/3)
解得 q2=27830W/m2。
轻伤 可根据下式计算:
Pr=-39.83+3.0188 In(tq34/3)
解得 q3=12219W/m2。
通过q1、q2、q3可以求得对应的死亡半径R1、重伤半径R2及轻伤半径R3。(由于此方程式难以手算解出,故省略)。
(3)小结
通过计算,如果产品区500m3乙醇储罐发生扩展蒸气爆炸,火球半径为191m。将可能造成其他储罐的连锁火灾和爆炸,造成灾难性的破坏。
10.4.4结论
根据典型案例的分析和危险物质沼气及乙醇泄漏的模拟计算。可以看出:沼气与乙醇均属极其易燃、易爆的化学危险物质,由于其爆炸极限宽,闪点、沸点低,生产装置最大储存量乙醇高达2000T,沼气也达4.8T。一旦发生泄漏,瞬间的气体扩散及火灾、爆炸,除了现场人员来不及躲避外,还会给附近区域带来极大危险,后果将是极其严重的,企业应当对此有足够的重视,加强安全管理。防患于未然。并制定防止其发生火灾、爆炸的重大危险源应急救援预案,报当地安全监察部门备案。