ALOHA在煉化企業(yè)罐區(qū)中的應(yīng)用研究

李寧，楊衛(wèi)鋒，丁紅巖

（1. 中國(guó)石油大學(xué)（華東）， 山東 青島 266580； 2. 中國(guó)化工集團(tuán)正和集團(tuán)股份有限公司， 山東 東營(yíng) 257342）

ALOHA在煉化企業(yè)罐區(qū)中的應(yīng)用研究

李寧1,2，楊衛(wèi)鋒2，丁紅巖2

（1. 中國(guó)石油大學(xué)（華東）， 山東 青島 266580； 2. 中國(guó)化工集團(tuán)正和集團(tuán)股份有限公司， 山東 東營(yíng) 257342）

危險(xiǎn)化學(xué)品泄露和擴(kuò)散，容易發(fā)生中毒或引起火災(zāi)爆炸事故。模擬仿真軟件是研究危險(xiǎn)化學(xué)品泄露和擴(kuò)散的工具。通過(guò)研究ALOHA軟件在煉油化工企業(yè)中的應(yīng)用中需要采集的參數(shù)，比較了泄露擴(kuò)散會(huì)因外界因素如風(fēng)速、泄露位置、泄露孔徑等的不同而產(chǎn)生不同的后果。通過(guò)不同狀況下的應(yīng)用研究，探討了泄露擴(kuò)散與各因素之間的關(guān)系，對(duì)ALOHA軟件在煉化企業(yè)儲(chǔ)運(yùn)罐區(qū)中的應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義。

ALOHA；儲(chǔ)罐；煉化企業(yè)；應(yīng)用研究

Abstract:Leakage and spread of dangerous chemicals may cause accidents such as poisoning, fire, and explosion and so on. Simulation software is a useful tool to study the leakage and diffusion of hazardous chemicals. Based on the research on acquisition parameters for application of ALOHA software in refining and chemical enterprises, different consequences of the leakage and diffusion affected by external factors such as wind speed, leakage location, circular opening diameter were compared. Through application research of different conditions, the relationship between leakage diffusion and various factors was discussed. The paper can provide a significance reference for application of ALOHA software in the storage tank in petrochemical enterprises.

Key words:ALOHA; Storage tank; Petrochemical enterprises; Application research

隨著國(guó)內(nèi)安全生產(chǎn)形勢(shì)的日益嚴(yán)峻，對(duì)危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)企業(yè)來(lái)講，如果在危險(xiǎn)化學(xué)品泄露后，容易發(fā)生中毒或引起火災(zāi)爆炸事故。采用先進(jìn)的模擬仿真軟件，能快速準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)其泄露和擴(kuò)散影響范圍，為救援人員提供技術(shù)參考依據(jù)，成為模擬仿真軟件的發(fā)展趨勢(shì)。汽油也是一種常見(jiàn)的危險(xiǎn)化學(xué)品，一般是各類汽油調(diào)合組分經(jīng)過(guò)混合而形成的混合物，各種具有易燃易爆、有毒有害的特性，存儲(chǔ)過(guò)程中也會(huì)發(fā)生儲(chǔ)罐泄漏等安全隱患，容易引發(fā)中毒、燃燒或爆炸等后果［1］。

1 ALOHA軟件及應(yīng)用范圍

1.1 軟件背景

ALOHA軟件(Areal Locations of Hazardous Atmospheres)是由美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局（U.S.Environmental Protection Agency，EPA or USEPA）化學(xué)制品突發(fā)事件和預(yù)備辦公室（Office of Emergency Management，CEPPO）和美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局（National Oceanic and Atmospheric Administration，NOAA）響應(yīng)和恢復(fù)辦公室（Office of Response and Restoration Emergency Response Division）聯(lián)合開(kāi)發(fā)的應(yīng)急操作計(jì)算機(jī)輔助管理軟件（Computer-Aided Management of Emergency Operations，CAMEO）。該軟件主要用來(lái)模擬危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏而產(chǎn)生的毒氣擴(kuò)散、火災(zāi)、爆炸等事故后果，能模擬多種泄漏模式，如中毒、閃火、蒸氣云爆炸、BLEVE、噴射火和池火災(zāi)等事故后果，通過(guò)輸入所發(fā)生條件對(duì)?；沸孤┠M，為事故發(fā)生制定準(zhǔn)確措施提供有力的決策依據(jù)［2,3］。

1.2 應(yīng)用范圍

文獻(xiàn)等通過(guò)ALOHA軟件對(duì)環(huán)氧乙烷［4］、液氨［5］苯［6,7］等儲(chǔ)罐泄漏事故后果進(jìn)行模擬分析，為消防部門預(yù)測(cè)危害范圍和組織救援行動(dòng)提供參考。

ALOHA軟件在煉化企業(yè)主要應(yīng)用在：一是可以用在項(xiàng)目初期的規(guī)劃安全防護(hù)距離，對(duì)關(guān)鍵設(shè)備的重點(diǎn)部位進(jìn)行模擬風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)，確定總圖布局位置，在安全距離評(píng)估和環(huán)境影響評(píng)價(jià)上可以進(jìn)行應(yīng)用。二是針對(duì)在役裝置或罐區(qū)，應(yīng)用于事故應(yīng)急方案的編制和應(yīng)急演練的編制，為應(yīng)急救援和人員疏散提供科學(xué)依據(jù)。假如發(fā)生事故時(shí)，迅速計(jì)算得到影響區(qū)域內(nèi)有毒氣體的擴(kuò)散濃度與時(shí)間的影響變化，也可結(jié)合Google Earth等地圖軟件將污染源位置、污染區(qū)域面積等結(jié)果顯示在地圖上，為應(yīng)急救援和地方消防提供重要支持。三是項(xiàng)目如果后期進(jìn)行技術(shù)改造時(shí)，可以對(duì)改造過(guò)程中風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供量化數(shù)據(jù)，為環(huán)保保護(hù)和風(fēng)險(xiǎn)管控提供理論依據(jù)。四是為安全科學(xué)研究提供量化數(shù)據(jù)，也為安全教育培訓(xùn)提供可視化參考。

軟件一般不考慮以下情況：非常低的風(fēng)速、非常穩(wěn)定大氣條件；風(fēng)向變化和地勢(shì)影響作用，還有濃度區(qū)域性，尤其是接近源頭。ALOHA采用的數(shù)學(xué)模型包括高斯、重氣擴(kuò)散、蒸氣云爆炸、BLEVE火球等模型。但不包含以下作用：化學(xué)反應(yīng)、微粒、化學(xué)混合、地形地勢(shì)、危險(xiǎn)片段等。

2 ALOHA軟件應(yīng)用

本文以汽油調(diào)合組分中的之一戊烷油為研究對(duì)象，化學(xué)名稱∶N-PENTANE，通過(guò) ALOHA軟件自帶化學(xué)品數(shù)據(jù)庫(kù)，如表1所示。

表1 戊烷化學(xué)性質(zhì)參數(shù)Table 1 The chemical parameters of N-pentane

戊烷儲(chǔ)罐泄漏時(shí)，蒸發(fā)擴(kuò)散形成有毒蒸汽云團(tuán)，對(duì)涉及區(qū)域的人員構(gòu)成傷害。表1中軟件數(shù)據(jù)庫(kù)提供了三個(gè)毒氣濃度PAC等級(jí)∶120 ppm、610 ppm、15000 ppm，分別代表會(huì)造成危及生命的嚴(yán)重毒性影響、對(duì)人身傷害的影響，對(duì)人體有輕微影響三個(gè)不同后果，區(qū)域圖中分別用不同符號(hào)表示。ALOHA軟件涉及本文研究項(xiàng)目和輸入?yún)?shù)見(jiàn)表2。

當(dāng)戊烷儲(chǔ)罐發(fā)生泄漏，蒸發(fā)擴(kuò)散形成有毒蒸汽云，圖1為泄露時(shí)的源強(qiáng)信息，泄露過(guò)程約60 min，其中最大的平均持續(xù)泄露速率為60 kg/min。

圖2是風(fēng)速1 m/s時(shí)，泄露孔徑5 cm，泄露位置7 m高處，擴(kuò)散模型為Heavy Gas，戊烷泄露后毒性擴(kuò)散的側(cè)風(fēng)方向距離與下風(fēng)方向距離坐標(biāo)圖，圖中原點(diǎn)處為泄露孔所處位置，橫縱坐標(biāo)為按照風(fēng)向分布，離開(kāi)泄露孔的距離。圖中可看出假設(shè)戊烷泄露后，在泄露孔下風(fēng)向55 m內(nèi)為毒性較大的危險(xiǎn)區(qū)域，55～235 m為對(duì)人體有較小傷害的黃色區(qū)域，235 m外為較安全的區(qū)域。

表2 ALOHA軟件項(xiàng)目及參數(shù)Table 2 The technical parameters of ALOHA

圖1 泄露擴(kuò)散的源強(qiáng)及擴(kuò)散速率Fig.1 The source strength and evaporation rate of release

圖2 泄露擴(kuò)散的毒性影響圖Fig.2 The toxic threat zone of release and diffusion

3 影響因素

3.1 風(fēng)速的影響

為研究風(fēng)速對(duì)泄露后毒性擴(kuò)散的影響，采用泄露孔徑5 cm，泄露位置7 m高處，固定除風(fēng)速以外的條件，僅對(duì)風(fēng)速變化。圖3為戊烷泄露后毒性擴(kuò)散影響。橫坐標(biāo)為風(fēng)速（m/s）。隨著風(fēng)速的增大，危險(xiǎn)距離會(huì)越小。

圖3 風(fēng)速對(duì)毒性擴(kuò)散的影響Fig.3 The effect of wind speed to toxic threat zone

3.2 泄露孔徑的影響

為研究泄露孔徑（或泄露當(dāng)量孔徑）對(duì)泄露后毒性擴(kuò)散的影響，采用泄露位置7 m高處，固定除泄露孔徑以外的條件，僅對(duì)泄露孔徑變化。圖4為戊烷泄露后毒性擴(kuò)散影響。橫坐標(biāo)為泄露孔徑（cm）。隨著泄露孔徑的增大，危險(xiǎn)距離會(huì)增大。

圖4 泄露孔徑對(duì)擴(kuò)散毒性的影響Fig.4 The effect of circular opening diameter to toxic threat zone

3.3 泄露位置的影響

為研究泄露位置（對(duì)儲(chǔ)罐，主要是泄露點(diǎn)距離儲(chǔ)罐底部的高度distance from tank bottom）對(duì)泄露后毒性擴(kuò)散的影響，采用泄露孔徑5 cm，固定除泄露位置以外的條件，僅對(duì)泄露高度變化。圖5為戊烷泄露后毒性擴(kuò)散影響。橫坐標(biāo)為泄露高度（m）。隨著泄露高度的增大，危險(xiǎn)距離逐漸降低，在降到一定程度后會(huì)維持平穩(wěn)。

3.4 泄露位置對(duì)池火熱輻射的影響

泄露也會(huì)產(chǎn)生池火，為研究泄露位置（泄露高度）對(duì)泄露后池火的產(chǎn)生的熱輻射發(fā)生池火的影響，采用泄露孔徑5 cm，固定除泄露位置以外的條件，僅對(duì)泄露高度變化。

圖5 泄露位置對(duì)擴(kuò)散毒性的影響Fig.5 The effect of location to toxic threat zone

圖6為戊烷泄露后發(fā)生池火時(shí)熱輻射的危險(xiǎn)距離。橫坐標(biāo)為泄露高度（m）。隨著泄露高度的增大，池火發(fā)生后熱輻射的危險(xiǎn)距離逐漸降低，在降到一定程度后會(huì)趨于平穩(wěn)。

圖6 泄露位置對(duì)池火熱輻射危險(xiǎn)距離的影響圖Fig.6 The effect of location to thermal radiation of pool fire

4 結(jié) 論

（1）ALOHA軟件在煉油化工企業(yè)中可以應(yīng)用在項(xiàng)目前期規(guī)劃、應(yīng)急方案編制、技改風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、安全技術(shù)研究和培訓(xùn)中。

（2）ALOHA軟件可以對(duì)危險(xiǎn)化學(xué)品泄露源強(qiáng)和蒸發(fā)速率以及泄漏后毒性擴(kuò)散距離進(jìn)行模擬，為危險(xiǎn)化學(xué)品應(yīng)急處置提供依據(jù)。

（3）危險(xiǎn)化學(xué)品泄露擴(kuò)散會(huì)因如風(fēng)速、泄露孔徑、泄露位置等外界因素的不同而產(chǎn)生不同的后果。隨著風(fēng)速的增大，危險(xiǎn)距離會(huì)越小。隨著泄露孔徑的增大，危險(xiǎn)距離會(huì)增大。隨著泄露高度的增大，危險(xiǎn)距離先降低，在降到一定程度后會(huì)趨于平穩(wěn)。根據(jù)各要素的不同，在處理危險(xiǎn)化學(xué)品泄露時(shí)采取不同的應(yīng)急措施。

［1］ Crowl D A, Louvar J F. Chemical process safety∶ Fundamentals with applications [M]. 3rd edition. Prentice Hall, 2011.

［2］U.S. Environmental Protection Agency，National Oceanic and Atmospheric Administration．ALOHA∶ Area locations of hazardous atmospheres users’ manual［M］．Washington∶ U.S. Environmental Protection Agency, National Oceanic and atmospheric Administration，2007.

［3］Robert Jones, William Lehr, Debra Simecek-Beatty, R. Michael Reynolds. ALOHA? (Areal Locations of Hazardous Atmospheres)5.4.4∶ Technical Documentation［M］．Washington∶ U．S．Seattle, U.S. Dept. of Commerce, NOAA Technical Memorandum NOS OR&R 43.Seattle, WA∶ Emergency Response Division, NOAA. 2013∶96.

［4］相艷景，劉茂，張永強(qiáng),等．ALOHA軟件模擬分析環(huán)氧乙烷儲(chǔ)罐泄漏事故[J]. 中國(guó)公共安全∶學(xué)術(shù)版, 2008(Z1)∶51-55.

［5］焦姣，張靜，姬亞芹,等．ALOHA在突發(fā)性大氣污染事故中的應(yīng)用[J]. 安全與環(huán)境學(xué)報(bào), 2015(3)∶151-155.

［6］ 邵輝，候麗娟，段國(guó)寧,等．ALOHA在苯泄漏事故中的模擬分析[J]. 常州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2012, 24(3)∶48-52.

［7］李向欣.基于ALOHA軟件的苯泄漏事故后果模擬分析[C].2011中國(guó)消防協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)年會(huì)論文集,2011∶790-794.

丹麥塑料協(xié)會(huì)舉行塑料回收展旨在提高公眾意識(shí)

丹麥塑料協(xié)會(huì)近日發(fā)起了一個(gè)為期兩個(gè)月的展覽，旨在提高公眾對(duì)于塑料回收的意識(shí)。該展會(huì)包括產(chǎn)品價(jià)值鏈的兩端：那些由可回收塑料制成的產(chǎn)品以及適合被回收的材料。該協(xié)會(huì)表示，希望能夠改變消費(fèi)者的習(xí)慣。

該展覽在哥本哈根舉行。超過(guò)250名塑料行業(yè)的代表以及媒體出席。

在開(kāi)幕式上，丹麥塑料協(xié)會(huì)環(huán)境部經(jīng)理Christina Busk表示：“政府采取措施促進(jìn)塑料回收，并且指出塑料回收的相關(guān)工作是常識(shí)。只有制定相關(guān)法律法規(guī)明確規(guī)定消費(fèi)者行為，才能讓他們進(jìn)行回收，未來(lái)，我們需要鼓勵(lì)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，而不是去挑戰(zhàn)?！?/p>

Research on Application of ALOHA in the Storage Tank of Petrochemical Enterprises

LI Ning1,2,YANG Wei-feng2,DING Hong-yan2

(1. China University of Petroleum (East China) , Shandong Tsingtao 266580, China；2. ChemChina Zhenghe Group Co.,Ltd., Shandong Dongying 257342, China）

TE 88，TQ 086

A

1671-0460（2017）09-1876-03

2017-01-11

李寧（1982-），男，山東省東營(yíng)市人，工程師，碩士，2010年碩士畢業(yè)于青島科技大學(xué)化學(xué)工程專業(yè)，中國(guó)石油大學(xué)（華東）化學(xué)工程領(lǐng)域化工安全方向復(fù)合型工程(專業(yè))碩士在讀，從事石油化工安全管理和技術(shù)工作。E-mail：ningli1982@163.com。