基于定量風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算的光氣裝置安全措施效果分析

余辛 (上海安全生產(chǎn)科學(xué)研究所,上海 200233)

1 光氣及安全措施

1.1 光氣的應(yīng)用領(lǐng)域及特性

光氣在常溫下為無(wú)色氣體，劇毒，有腐爛水果的氣味。熔點(diǎn)-118℃，沸點(diǎn)8.3℃，相對(duì)密度（空氣=1）為3.5。不燃，化學(xué)反應(yīng)活性較高，遇水后具有很強(qiáng)的腐蝕能力。對(duì)人體有強(qiáng)烈的毒害作用，主要損害呼吸道，可導(dǎo)致化學(xué)性支氣管炎、肺炎、肺水腫。急性中毒導(dǎo)致患者出現(xiàn)咽部不適、咳嗽、胸悶等多種癥狀；中度和重度中毒時(shí)上述癥狀加重，并可出現(xiàn)呼吸困難、紫紺、肺水腫等癥狀，嚴(yán)重時(shí)昏迷以至死亡[1]。

1.2 光氣裝置的常用安全措施

2 定量風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算

2.1 定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及相關(guān)軟件

風(fēng)險(xiǎn)的定義由兩部分組成：危險(xiǎn)事件的危害后果，以及該事件發(fā)生的可能性[2]。定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生事故的概率和后果進(jìn)行描述的系統(tǒng)方法。它可以對(duì)事故后果進(jìn)行模擬，預(yù)測(cè)事故的影響范圍和嚴(yán)重程度；也可以結(jié)合事故發(fā)生的頻率，計(jì)算特定危險(xiǎn)源所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。

挪威DNV GL公司開發(fā)的SAFETI是比較權(quán)威的風(fēng)險(xiǎn)分析軟件之一，已得到較多的應(yīng)用。本文采用該軟件進(jìn)行事故后果模擬和定量風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算[3]。

SAFETI的分析結(jié)果可分為兩類：第一類是對(duì)事故后果進(jìn)行模擬，計(jì)算得出泄漏物在某一濃度邊界的形狀、隨時(shí)間的擴(kuò)散過(guò)程、可燃泄漏物發(fā)生各種燃燒模式的熱輻射強(qiáng)度、爆炸沖擊波壓力等數(shù)據(jù)；第二類是對(duì)于特定的危險(xiǎn)源或失效模式所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行計(jì)算，給出危險(xiǎn)源周邊的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)等值線圖、指定地點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)值，并可結(jié)合周邊人口分布等情況計(jì)算出社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)曲線。

2.2 定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型建立

光氣合成裝置中生產(chǎn)出來(lái)的光氣被液化后輸送至液態(tài)光氣緩存罐中，該緩存罐的最大存量為3500kg，液態(tài)光氣溫度為-20℃，壓力為0.2MPa。液態(tài)光氣緩存罐的一根管徑為100mm、長(zhǎng)度5m的出口管道發(fā)生泄漏，泄漏點(diǎn)位于液態(tài)光氣緩存罐所在的圍堰內(nèi)，圍堰面積20m2。液態(tài)光氣緩存罐所在的生產(chǎn)裝置為敞開式構(gòu)筑物，泄漏物可以擴(kuò)散至裝置外，因此泄漏場(chǎng)所設(shè)定為室外。

失效（泄漏）模式采用兩種：小孔泄漏和管道破裂。小孔泄漏指物料從當(dāng)量孔徑為1/4英寸（6.35mm）的小孔中發(fā)生泄漏；泄漏時(shí)間是根據(jù)生產(chǎn)裝置所在工廠的應(yīng)急響應(yīng)能力而定，工廠可在小孔泄漏發(fā)生泄漏后10min內(nèi)發(fā)現(xiàn)并采取措施阻止泄漏，故設(shè)最大泄漏量相當(dāng)于10min的管道泄漏量；而管道斷裂泄漏量更大，局部區(qū)域內(nèi)泄漏物濃度更高，也將更容易被檢測(cè)儀表發(fā)現(xiàn)，設(shè)定2min內(nèi)可以發(fā)現(xiàn)并切斷泄漏物料。

本文選取兩種氣象條件，分別對(duì)事故進(jìn)行模擬，其中氣象條件1代表當(dāng)?shù)仄骄鶜庀髼l件，氣象條件2代表較不利情況下的氣象條件，見(jiàn)表1。

表1 設(shè)定氣象條件

2.3 事故后果模擬和風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算

根據(jù)設(shè)定的事故場(chǎng)景以及常用設(shè)備的失效概率，事故液態(tài)光氣管道發(fā)生小孔泄漏的概率為1×10-5/a，發(fā)生管道破裂的概率為1.5×10-6/a。采用夾套技術(shù)可以顯著降低管道發(fā)生泄漏事故的概率。由于無(wú)法直接查到夾套管的失效概率，現(xiàn)參照帶保護(hù)外殼（雙層）的儲(chǔ)罐的失效概率，定義光氣夾套管的小孔泄漏概率為5×10-7/a，管道破裂的概率為5×10-7/a。

蒸汽氨幕可以在光氣泄漏后一分鐘內(nèi)迅速啟動(dòng)，對(duì)泄漏蒸發(fā)的光氣進(jìn)行吸收。光氣裝置邊緣的氨幕吸收效率設(shè)為90%，在泄漏后60s有效啟動(dòng)。在未設(shè)置氨幕的情況下，進(jìn)入外部環(huán)境的光氣量即為液池蒸發(fā)量；在設(shè)置了氨幕的情況下，進(jìn)入外部環(huán)境的光氣量從60s后開始減少90%，即泄漏發(fā)生后的最初60s按液池蒸發(fā)量的100%計(jì)算，60s以后按蒸發(fā)量按10%計(jì)算。

使用SAFETI軟件對(duì)上述光氣泄漏模型進(jìn)行模擬，并對(duì)采取安全措施前后兩種情況分別進(jìn)行計(jì)算，得到泄漏速率、液池蒸發(fā)率、泄漏量等數(shù)據(jù)，并根據(jù)液池蒸發(fā)率計(jì)算出泄漏至外部環(huán)境的光氣量，見(jiàn)表2。

表2 采取特定安全措施前后的光氣泄漏模型

在距離光氣裝置50m處、100m處和500m處各設(shè)置一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估點(diǎn)，分別記作風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估點(diǎn)1、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估點(diǎn)2、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估點(diǎn)3，用以計(jì)算光氣泄漏事故給該點(diǎn)帶來(lái)的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)值。

采用上表中采取安全措施前后的概率與泄漏量數(shù)據(jù)，分別計(jì)算采取安全措施前后各評(píng)估點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)值，見(jiàn)表3。

表3 采取特定措施前后的光氣風(fēng)險(xiǎn)對(duì)比

可見(jiàn)，采取有針對(duì)性的對(duì)策措施后，光氣泄漏事故帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)有顯著下降，50m處的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)下降96.7%，100m處的風(fēng)險(xiǎn)下降98.4%，500m處的風(fēng)險(xiǎn)下降99.3%。

3 結(jié)語(yǔ)

定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估作為衡量實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)的一種有效工具，可以為化工裝置的安全設(shè)計(jì)、安全管理提供依據(jù)。本文使用SAFETI軟件進(jìn)行定量風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算，對(duì)光氣泄漏事故進(jìn)行了模擬，結(jié)果顯示生產(chǎn)裝置采取的有針對(duì)性的光氣安全措施可以顯著降低光氣泄漏事故帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)生產(chǎn)裝置的安全程度有切實(shí)的提升作用，因此在實(shí)際運(yùn)行中必須確保此類安全設(shè)施有效和可靠。

[1]周國(guó)泰,呂海燕,張海峰等.危險(xiǎn)化學(xué)品安全技術(shù)全書[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1997

[2]戴樹和等.工程風(fēng)險(xiǎn)分析技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006.7:2

[3]盧衛(wèi).定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)在石化項(xiàng)目安全評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].廣州化工,2012,40(8):217-218