重大危險(xiǎn)源評(píng)價(jià)法在廢棄有機(jī)溶劑儲(chǔ)罐區(qū)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

李勝楠，吳偉龍，凌標(biāo)燦,3

(1.華北科技學(xué)院，北京 東燕郊 065201；2.南京溶澄環(huán)?？萍脊煞萦邢薰荆K 南京 210000；3.中礦龍科能源科技(北京)股份有限公司，北京 100085)

0 引言

目前許多安全評(píng)價(jià)集中在化工行業(yè)，無(wú)數(shù)的事故案例證明，儲(chǔ)罐區(qū)是火災(zāi)、爆炸事故的多發(fā)區(qū)域。其原因是儲(chǔ)罐區(qū)內(nèi)存儲(chǔ)大量的易燃、易爆、有毒物質(zhì)，由于物的不安全狀態(tài)或者人的不安全行為，可能會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)存的易燃、易爆、有毒物質(zhì)的泄露，一旦遇到靜電火花或者明火，將會(huì)引起泄露火災(zāi)、爆炸、中毒等事故。大型儲(chǔ)罐一旦發(fā)生故障，所帶來(lái)的損失就會(huì)更嚴(yán)重，甚至可能是災(zāi)難性的[1-3]。儲(chǔ)罐區(qū)危險(xiǎn)化學(xué)品的量較為集中，易構(gòu)成重大危險(xiǎn)源，重大危險(xiǎn)源管理是企業(yè)安全管理工作的關(guān)鍵，因此，對(duì)化工儲(chǔ)罐區(qū)進(jìn)行重大危險(xiǎn)源評(píng)價(jià)研究是十分必要的。

1 工程背景及評(píng)價(jià)方法簡(jiǎn)介

1.1 工程背景

廢有機(jī)溶劑儲(chǔ)罐區(qū)位于某環(huán)保公司化工廠區(qū)內(nèi)，罐區(qū)共計(jì)13個(gè)危險(xiǎn)化學(xué)品儲(chǔ)罐，存在甲醇、乙腈等10種物質(zhì)，可能構(gòu)成重大危險(xiǎn)源。罐區(qū)設(shè)置半固定式泡沫滅火系統(tǒng)、DCS控制系統(tǒng)、可燃?xì)怏w濃度檢測(cè)器以及溫度、壓力和液位關(guān)鍵工藝參數(shù)監(jiān)控器及報(bào)警器等消防系統(tǒng)，氮?dú)?4小時(shí)不間斷吹掃罐區(qū)。經(jīng)計(jì)算確認(rèn)，廢有機(jī)溶劑儲(chǔ)罐區(qū)構(gòu)成重大危險(xiǎn)源，見(jiàn)表1。故選取易燃、易爆、有毒重大危險(xiǎn)源評(píng)價(jià)法對(duì)儲(chǔ)罐區(qū)進(jìn)行安全評(píng)價(jià)，以指導(dǎo)企業(yè)制定具有針對(duì)性的安全管理措施，提高企業(yè)安全管理水平。

表1 廢有機(jī)溶劑儲(chǔ)罐區(qū)重大危險(xiǎn)源辨識(shí)及結(jié)果

1.2 評(píng)價(jià)方法簡(jiǎn)介

重大危險(xiǎn)源安全評(píng)價(jià)是預(yù)防重大工業(yè)事故、建立重大危險(xiǎn)源控制系統(tǒng)必不可少的組成部分。易燃、易爆、有毒重大危險(xiǎn)源評(píng)價(jià)法是在大量重大火災(zāi)、爆炸、毒物泄漏中毒事故資料統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，從物質(zhì)危險(xiǎn)性和工藝危險(xiǎn)性人手，分析重大事故發(fā)生的原因和條件，評(píng)價(jià)事故的影響范圍、傷亡人數(shù)和經(jīng)濟(jì)損失，提出了工藝設(shè)備、人員素質(zhì)以及安全管理三方面的107個(gè)指標(biāo)組成的評(píng)價(jià)指標(biāo)集。其評(píng)價(jià)模型結(jié)構(gòu)如圖1所示[4,5]。

評(píng)價(jià)的數(shù)學(xué)模型如下：

(1)

式中：(B111)i為第i種物質(zhì)危險(xiǎn)性的評(píng)價(jià)值；(B112)j為第j種工藝危險(xiǎn)性的評(píng)價(jià)值；Wij為第j種工藝與第i種物質(zhì)危險(xiǎn)性的相關(guān)性；B12為事故嚴(yán)重度評(píng)價(jià)值；B21為工藝、設(shè)備、容器、建筑結(jié)構(gòu)抵消因子；B22為人員素質(zhì)抵消因子；B23為安全管理抵消因子。

圖1 重大危險(xiǎn)源評(píng)價(jià)模型層次結(jié)構(gòu)

2 廢有機(jī)溶劑儲(chǔ)罐區(qū)的安全評(píng)價(jià)

2.1 儲(chǔ)罐區(qū)的事故易發(fā)性B11評(píng)價(jià)

2.1.1 危險(xiǎn)物質(zhì)事故易發(fā)性評(píng)價(jià)B111

液體燃燒性：α=0.9；

正己烷、丙酮、四氫呋喃是一級(jí)易燃液體，取值80，物質(zhì)事故易發(fā)性B111=0.9×80=72；

丁酮、甲醇、乙醇、異丙醇、乙酸乙酯、乙腈、甲苯是二級(jí)易燃液體，取值60，物質(zhì)事故易發(fā)性B111=0.9×60=54。

2.1.2 工藝過(guò)程事故易發(fā)性評(píng)價(jià)B112

從21種工藝影響因素中找出儲(chǔ)罐區(qū)工藝過(guò)程實(shí)際存在的危險(xiǎn)，以正己烷為例，分析過(guò)程見(jiàn)表2，儲(chǔ)罐區(qū)詳細(xì)取值及結(jié)果表見(jiàn)表3。

表2 正己烷工藝過(guò)程事故易發(fā)性表

表3 廢有機(jī)溶劑儲(chǔ)罐區(qū)事故易發(fā)性B11相關(guān)數(shù)據(jù)取值及結(jié)果表

續(xù)表

2.2 儲(chǔ)罐區(qū)的傷害模型及傷害/破壞半徑

儲(chǔ)罐區(qū)存在的廢有機(jī)溶劑均為可燃液體，若發(fā)生泄漏，可能會(huì)出現(xiàn)以下兩種情況：①在防火堤內(nèi)形成液池，遇到點(diǎn)火源，有可能發(fā)生火災(zāi)；②泄漏后持續(xù)蒸發(fā)，在液池附近有可能達(dá)到爆炸極限，形成爆炸性蒸氣云。故儲(chǔ)罐區(qū)傷害模型有兩種：蒸氣云爆炸(VCE)模型和池火災(zāi)模型，前者為爆炸型，后者為燃燒型[6-8]。

2.2.1 蒸氣云爆炸模型

(1) TNT當(dāng)量：WTNT=E/QTNT=1.8αWfQf/QTNT

式中：α為蒸氣云當(dāng)量系數(shù)，取α=0.04；E為爆源總能量，kj；Wf為蒸氣云中燃料的總質(zhì)量，kg；Qf為燃料的燃燒熱，kj/kg；QTNT為T(mén)NT爆熱，取QTNT=4520kj/kg。

(2) 死亡半徑R1：R1=13.6(WTNT/1000)0.37

(3)

(3) 重傷半徑R2，由下列方程式求解：

(4)

(4) 輕傷半徑R3，由下列方程式求解：

(5)

(5) 財(cái)產(chǎn)損失半徑R4：

(6)

式中：KⅡ?yàn)槎?jí)破壞系數(shù)，取KⅡ=4.6。

廢有機(jī)溶劑儲(chǔ)罐區(qū)蒸氣云爆炸模型的傷害/破壞半徑如表5所示。

2.2.2 池火災(zāi)模型

(1) 液池等效半徑r，根據(jù)防護(hù)堤所圍池面積S(m2)計(jì)算液池半徑r(m)：

r=(S/3.14)1/2

(7)

(8)

式中：mf為燃燒速率(可從相關(guān)手冊(cè)查到)，kg/(m2·s)；ρ0為空氣密度，取ρ0=1.293 kg/m3(標(biāo)準(zhǔn)大氣壓條件)；g為重力加速度，取g=9.8m/s2。

(3)總熱輻射通量Q

(9)

式中：ΔHC為燃燒熱，kj/kg；η為效率因子，介于0.13～0.35之間，取平均值0.24。

(4) 目標(biāo)入射熱輻射強(qiáng)度I：

I=Qtc/(4πx2)

(10)

式中：tc為熱傳導(dǎo)系數(shù)，在無(wú)相對(duì)理想的數(shù)據(jù)時(shí)，可取1；x為目標(biāo)點(diǎn)到液池中心的距離，m。

(5) 熱輻射對(duì)人員的傷害

目標(biāo)入射熱輻射強(qiáng)度公式表示入射熱輻射通量與受害目標(biāo)到池火中心距離之間的關(guān)系，當(dāng)入射熱通量一定時(shí)，可以計(jì)算出目標(biāo)受害距離。當(dāng)目標(biāo)與池火中心距離一定的情況下，可計(jì)算出目標(biāo)所受到的入射熱通量。根據(jù)入射熱通量的大小，可知道目標(biāo)受到的危害程度。表4即為不同入射通量下造成人員傷亡和設(shè)備損壞的范圍。

死亡半徑R1：由表4取入射通量I=37.5 kW/m2；

重傷半徑R2：由表4取入射通量I=25 kW/m2；

輕傷半徑R3：由表4取入射通量I=12.5 kW/m2。

(6) 熱輻射對(duì)建筑物的影響

熱輻射對(duì)建筑物的破壞程度直接取決于熱輻射輕度及作用時(shí)間長(zhǎng)短[9,10]。

(11)

式中：W為可燃物質(zhì)量，kg；MC為單位時(shí)間內(nèi)燒掉的可燃物質(zhì)量，kg/s。

破壞建筑物所需熱通量q：

q=6730t-4/5+25400

(12)

財(cái)產(chǎn)損失半徑R4：取q=I，代入公式10。

廢有機(jī)溶劑儲(chǔ)罐區(qū)池火災(zāi)模型的傷害/破壞半徑如表5所示。

表4 不同入射通量對(duì)人和設(shè)備造成的傷害和破壞效應(yīng)

表5 廢有機(jī)溶劑儲(chǔ)罐區(qū)傷害模型傷害/破壞半徑

2.3 儲(chǔ)罐區(qū)的事故嚴(yán)重度B12評(píng)價(jià)

事故嚴(yán)重度B12用符號(hào)S表示，反映事故后果的經(jīng)濟(jì)損失，包括人員傷害和財(cái)產(chǎn)損失兩個(gè)方面，將人員傷害也折算為財(cái)產(chǎn)損失(萬(wàn)元)，則總損失值：

S=C+20(N1+0.5N2+105N3/6000)

(13)

式中：N1，N2，N3為事故中人員死亡、重傷、輕傷人數(shù)的評(píng)估值；C為財(cái)產(chǎn)破壞價(jià)值，蒸氣云爆炸取C=5250，池火災(zāi)取C=262.5。

由于廢有機(jī)溶劑儲(chǔ)罐區(qū)的傷害模型有兩個(gè)，蒸氣云爆炸的可能性遠(yuǎn)小于池火災(zāi)，則儲(chǔ)罐區(qū)事故嚴(yán)重度應(yīng)為兩種嚴(yán)重度加權(quán)求和：

S=AS1+(1-A)S2

(14)

式中：S1，S2為蒸氣云爆炸、池火災(zāi)傷害模型計(jì)算的事故后果；A為蒸氣云爆炸發(fā)生的概率，取A=0.1。

事故嚴(yán)重度計(jì)算結(jié)果為：

S1=5250+20×(20+0.5×40+105×30/6000)=6060.5(萬(wàn)元)

S2=262.5+20×(2+0.5×3+105×10/6000)=336(萬(wàn)元)

S=0.1×6060.5+0.9×336=908.46(萬(wàn)元)

2.4 固有危險(xiǎn)性B1評(píng)價(jià)

廢有機(jī)溶劑儲(chǔ)罐區(qū)的固有危險(xiǎn)性為：B1=B11B12=43605×908.46=39613398.3

危險(xiǎn)性等級(jí)為：A=log10(B1/105)=2.598，2.5

2.5 危險(xiǎn)性抵消因子B2評(píng)價(jià)

(1) 工藝設(shè)備、建筑物抵消因子B21

廢有機(jī)溶劑儲(chǔ)罐區(qū)為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，地坪采用不發(fā)火混凝土和防腐蝕地面，具體取值見(jiàn)表6。

(2) 人員素質(zhì)抵消因子B22

廢有機(jī)溶劑儲(chǔ)罐區(qū)有8名操作工人，均為持證上崗，崗位工齡為10年，無(wú)事故工作時(shí)間為8年，每天平均工作8h。

單個(gè)人員的可靠性：RS=R1R2R3R4=0.9881；指定崗位人員素質(zhì)的可靠性：RP=0.9881；

單元人員素質(zhì)的可靠性：Ru=0.9881。

(3) 安全管理抵消因子B23

安全管理抵消因子具體取值表見(jiàn)表6。

表6 工藝設(shè)備、建筑物抵消因子B21和安全管理抵消因子B23取值表

(4) 抵消因子的關(guān)聯(lián)算法

V1為工藝設(shè)備、建筑物抵消因子評(píng)價(jià)值0.954，V2為人員素質(zhì)抵消因子評(píng)價(jià)值0.9881，V3為安全管理抵消因子實(shí)際得分/總分，即V3=915/1000=0.915。

根據(jù)模糊集理論有：

實(shí)際抵消比率：

抵消因子：B21=B2AV1=0.8838；B22=B2BV2=0.9228；B23=B2CV3=0.8181

危險(xiǎn)性抵消因子：B2=(1-B21)(1-B22)(1-B23)=0.001631，0.001

2.6 現(xiàn)實(shí)危險(xiǎn)性A

廢有機(jī)溶劑儲(chǔ)罐區(qū)發(fā)生火災(zāi)爆炸事故的現(xiàn)實(shí)危險(xiǎn)性為：

A=B1B2=39613398.3×0.001631=64609.45，現(xiàn)實(shí)危險(xiǎn)性是固有危險(xiǎn)性B1的0.16%，說(shuō)明儲(chǔ)罐區(qū)采取的安全措施切實(shí)有效。

3 結(jié)論

本文通過(guò)運(yùn)用重大危險(xiǎn)源評(píng)價(jià)法，以某化工廠區(qū)廢有機(jī)溶劑儲(chǔ)罐區(qū)為分析對(duì)象，得到以下結(jié)論：

(1) 廢有機(jī)溶劑儲(chǔ)罐區(qū)屬于二級(jí)重大危險(xiǎn)源，應(yīng)由省和直轄市政府安全管理機(jī)構(gòu)監(jiān)控，在采取相關(guān)安全措施和安全管理的情況下，儲(chǔ)罐區(qū)固有危險(xiǎn)性大大降低，企業(yè)應(yīng)特別重視重大危險(xiǎn)源安全管理工作。

(2) 在僅考慮單一危險(xiǎn)化學(xué)品泄露的情況下，儲(chǔ)罐一旦發(fā)生爆炸，其沖擊波可造成傷亡事故的半徑在200 m以上，可能導(dǎo)致全廠絕大多數(shù)人員傷亡和大部分財(cái)產(chǎn)損失；若發(fā)生池火災(zāi)事故，由于各儲(chǔ)罐均設(shè)置了防火堤，可有效限制泄漏后液池的面積，降低事故影響的范圍，因此發(fā)生池火災(zāi)事故時(shí)影響不大。

(3) 易燃、易爆、有毒重大危險(xiǎn)源評(píng)價(jià)法可以較精確地計(jì)算出事故后果的危險(xiǎn)區(qū)域范圍、人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失情況，有助于企業(yè)針對(duì)儲(chǔ)罐區(qū)突發(fā)事故風(fēng)險(xiǎn)控制發(fā)展一套比較完整的理論和方法，從而有效改善安全管理狀況，提高經(jīng)濟(jì)效益。

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