蠟油加氫裝置重大火災(zāi)和中毒事故情景構(gòu)建

張武星

(中國石化洛陽分公司，河南洛陽 471012)

對于發(fā)生概率較低但后果極其嚴重的重大突發(fā)事件，采用“情景——應(yīng)對”的理論與方法，提前開展戰(zhàn)略性研究和應(yīng)急準(zhǔn)備工作，是國內(nèi)外應(yīng)急管理學(xué)界近年來提出的一種行之有效的科學(xué)手段。本文按照“情景分析——任務(wù)梳理——能力評估”的情景構(gòu)建基本框架，對蠟油加氫裝置高溫蠟油泵泄漏發(fā)生火災(zāi)并引發(fā)硫化氫中毒的高風(fēng)險情景開展情景構(gòu)建，以提升企業(yè)應(yīng)急能力。

1 蠟油加氫裝置風(fēng)險特點

某公司220×104t/a蠟油加氫裝置，以減壓蠟油、焦化蠟油和脫瀝青油的混合油為原料，采用FFHT蠟油加氫處理工藝技術(shù)，生產(chǎn)硫含量低于1 700 μg/g的精制蠟油，為催化裂化裝置提供優(yōu)質(zhì)的原料，同時副產(chǎn)少量石腦油和柴油，富氫氣體經(jīng)脫硫后去制氫裝置作原料。蠟油加氫裝置主要由反應(yīng)部分、分餾部分、富氫氣體脫硫部分、熱回收和產(chǎn)汽部分、公用工程部分等組成。蠟油加氫工藝屬危險工藝，該蠟油加氫裝置為四級重大危險源。按照《中國石化在役生產(chǎn)裝置(設(shè)施)安全生產(chǎn)重大風(fēng)險識別與評估指南》評估，該蠟油加氫裝置重大風(fēng)險等級為E6級，為公司安全生產(chǎn)十大風(fēng)險之一。裝置涉及的主要危險化學(xué)品有：蠟油、石腦油、氫氣、硫化氫、干氣等；存在的主要風(fēng)險為：火災(zāi)、爆炸和硫化氫中毒等。

2 情景構(gòu)建的主要內(nèi)容

2.1 成立情景構(gòu)建工作組

成立由公司副總經(jīng)理或安全總監(jiān)為組長，生產(chǎn)、安全、環(huán)保、消防等部門專業(yè)人員和專業(yè)機構(gòu)的安全專家為成員的情景構(gòu)建工作組。

2.2 資料收集與情景篩選

收集的主要資料包括：蠟油加氫裝置安全評價報告、HAZOP分析報告；情景發(fā)生區(qū)域及周邊區(qū)域人員分布情況；工藝流程圖、消防設(shè)施分布圖、設(shè)備平面圖；公司和情景發(fā)生單位的應(yīng)急組織機構(gòu)、應(yīng)急隊伍、應(yīng)急裝備與物資、應(yīng)急預(yù)案及演練資料；本企業(yè)、本行業(yè)及國內(nèi)外發(fā)生的同類典型事故案例等。

情景篩選的原則：事故具有一定的代表性和典型性；后果的嚴重性大、影響范圍和處置難度大；具備發(fā)生的可能性(有事故案例支持、有模擬計算結(jié)果支持)。

結(jié)合蠟油加氫裝置生產(chǎn)工藝特點和風(fēng)險評估報告，對收集的13起同類或類似裝置典型事故案例進行分析，初步篩選的事故情景如下。

a)產(chǎn)品分餾塔塔底高溫蠟油泵P5106A泄漏引發(fā)火災(zāi)，導(dǎo)致泵上方油氣管線開裂，換熱框架傾斜，熱高分氣空冷器A5101法蘭開裂，含有硫化氫的油氣泄漏，進而引發(fā)硫化氫中毒事故。

b)反應(yīng)加熱爐F5101(或反應(yīng)器R5101)油氣泄漏導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸事故。

c)熱高分氣空冷器A5101油氣泄漏導(dǎo)致硫化氫中毒事故。

d)熱高分V5102油氣竄入熱低分V5103導(dǎo)致超壓爆炸，爆炸沖擊波沖擊脫硫化氫汽提塔T5101，造成硫化氫泄漏，發(fā)生中毒事故。

經(jīng)工作組進一步分析和評估，最終篩選a)情景開展情景構(gòu)建。

2.3 典型事故案例分析

選取與篩選情景相關(guān)的典型事故案例，梳理案例特點，總結(jié)事故規(guī)律，研究事故演化過程的關(guān)鍵節(jié)點，為情景構(gòu)建提供依據(jù)。本例情景選取兩起典型事故案例進行類比分析。具體見表1。

表1 典型事故案例類比分析

2.4 演化過程設(shè)計

a)事件孕育階段：8月9日，蠟油加氫裝置分餾塔塔底泵P5106A振動超標(biāo)。

b)事件發(fā)生階段：8月10日4時00分，蠟油加氫裝置分餾塔塔底泵P5106A機封失效，高溫蠟油泄漏、自燃著火。

4時02分，當(dāng)班班長向公司消防部門報警并向應(yīng)急指揮中心報告，同時啟動煉油二部生產(chǎn)事故應(yīng)急處置方案進行應(yīng)急處置。

4時04分，公司應(yīng)急指揮中心啟動公司級生產(chǎn)安全事故應(yīng)急預(yù)案。

4時05分，公司消防隊到達現(xiàn)場按照滅火預(yù)案進行撲救。

4時10分，公司現(xiàn)場應(yīng)急指揮部成立，開展救援。

4時20分，公司向集團公司和地方政府主管部門進行報告和求援。

c)事件擴大階段：4時40分，蠟油泵P5106上方一條油氣管線被燒裂，火勢增大，發(fā)生爆燃，5名消防隊員被燒傷。

4時50分～5時30分，地方消防部門和政府主管部門人員陸續(xù)到達事故現(xiàn)場，成立現(xiàn)場應(yīng)急指揮部，制訂應(yīng)急救援方案實施救援，組織疏散周邊1 000 m以內(nèi)的人員。

5時30分，蠟油泵P5106旁邊的換熱框架鋼立柱變形，換熱框架傾斜，熱高分氣空冷器A5101法蘭開裂，含有硫化氫的油氣泄漏、擴散，下風(fēng)向的10名消防隊員硫化氫中毒。

d)事件控制與恢復(fù)階段：5時32分，現(xiàn)場應(yīng)急指揮部重新調(diào)整應(yīng)急救援方案，擴大疏散范圍，使含有硫化氫的油氣燃燒。

7時30分，火勢得到初步控制。

7時35分，組織把消防污水轉(zhuǎn)向原油儲罐。

9時00分，火勢得到全面控制。

10時30分，在會議中心召開新聞發(fā)布會，向媒體通報事故情況。

15時00分，所有環(huán)境監(jiān)測點位監(jiān)測指標(biāo)均達到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求。

17時00分，明火被撲滅。

17時30分，現(xiàn)場事故救援工作結(jié)束。

18時30分，突降暴雨，排洪(水)溝內(nèi)部分消防水隨雨水溢流出廠，立即啟動防止水體污染應(yīng)急預(yù)案。

20時50分，水體污染得到控制，應(yīng)急中止。

2.5 模擬計算分析

利用ALOHA(Areal Location of Atmosphere)軟件模擬計算事故狀態(tài)下的火災(zāi)和硫化氫中毒事故影響范圍，得到演化過程關(guān)鍵節(jié)點，并對結(jié)果進行分析。

2.5.1收集有關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料

風(fēng)向、風(fēng)速、大氣穩(wěn)定度等氣象條件；分餾塔T5102蠟油總量及蠟油成分；分餾塔上部三層管帶各管線內(nèi)物料性質(zhì)；空冷A5101容積及氣相組成；泄漏孔徑、泄漏高度、泄漏時間等參數(shù)；周邊人員分布等。

2.5.2火災(zāi)的影響范圍

根據(jù)熱輻射傷害后果及準(zhǔn)則，可確定應(yīng)急人員及應(yīng)急過程中的安全區(qū)域及疏散區(qū)域，以及熱輻射通量對設(shè)備和鋼結(jié)構(gòu)的影響，其中：無關(guān)人員疏散區(qū)輻射熱強度需小于1.6 kW/m2；穿適當(dāng)防護服的應(yīng)急人員可活動的區(qū)域輻射熱強度需小于4.73 kW/m2；著標(biāo)準(zhǔn)防護服的消防員最大的容忍極限輻射熱強度為7 kW/m2；無保護的鋼結(jié)構(gòu)可承受的最大熱輻射通量為20 kW/m2；操作設(shè)備完全損壞，結(jié)構(gòu)塌陷的熱輻射通量為37.5 kW/m2。

依據(jù)ALOHA軟件計算結(jié)果，火災(zāi)時人員疏散范圍如圖1，火災(zāi)對鋼結(jié)構(gòu)損壞范圍如圖2。

圖1 火災(zāi)時人員疏散范圍

圖2 火災(zāi)對鋼結(jié)構(gòu)損壞范圍

由圖1可知：人員的疏散半徑為250 m；穿適當(dāng)防護服的救援人員的作業(yè)半徑為132 m；穿標(biāo)準(zhǔn)防護服的救援人員的作業(yè)半徑為96 m。

由圖2可知：當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時，著火點16 m范圍內(nèi)的鋼結(jié)構(gòu)存在損壞風(fēng)險；10 m范圍內(nèi)的操作設(shè)備完全損壞，鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生坍塌。

2.5.3硫化氫泄漏的影響范圍

火災(zāi)發(fā)生1.5 h后，換熱框架傾斜，熱高分氣空冷器A5101法蘭開裂，含有硫化氫的油氣泄漏、擴散，分別模擬在風(fēng)速1.5 m/s(低風(fēng)速)、3 m/s(中風(fēng)速)、5 m/s(高風(fēng)速)對下風(fēng)向區(qū)域的影響，由計算可知，硫化氫在低風(fēng)速時對下風(fēng)向區(qū)域的影響最大。低風(fēng)速模擬結(jié)果如圖3。

硫化氫氣體泄漏后果的評估標(biāo)準(zhǔn)：定義容許濃度為20×10-6(SY6137-2012)，高于此濃度的區(qū)域人群需要疏散；定義中毒濃度為100×10-6(SY6137-2012)，高于此濃度的硫化氫氣體會對人員造成不可逆的中毒損傷；定義死亡濃度為1 000×10-6(AQ2018-2008)，高于此濃度的硫化氫會造成人員急性中毒死亡。

圖3 低風(fēng)速模擬結(jié)果

由圖3可知，在1.5 m/s風(fēng)速下，需要疏散1.4 km范圍內(nèi)的人員，事故點附近583 m內(nèi)人員有中毒風(fēng)險，129 m內(nèi)會造成急性中毒死亡。

2.6 應(yīng)急任務(wù)與能力分析

針對構(gòu)建的事故情景，分析每個階段需要開展的應(yīng)急任務(wù)，評估承擔(dān)該任務(wù)的有關(guān)部門的職責(zé)和完成該任務(wù)所需要的應(yīng)急資源與能力，結(jié)合現(xiàn)有應(yīng)急能力，查找存在的差距。經(jīng)分析評估，存在的主要問題及建議如下。

a)應(yīng)急預(yù)案方面：如何通知和組織下風(fēng)向1.4 km范圍內(nèi)居民的疏散方式、方法、職責(zé)及程序未明確；地方消防力量到現(xiàn)場后如何組織協(xié)調(diào)盡快參與救援的事項未明確。建議配備應(yīng)急廣播等設(shè)備；在應(yīng)急預(yù)案中明確應(yīng)急疏散的有關(guān)要求和與地方消防力量協(xié)調(diào)的有關(guān)事宜。

b)設(shè)備設(shè)施方面：分餾塔底泵P5106(介質(zhì)溫度超過自燃點)布置在管廊和空冷器等設(shè)施下方，未采用不燃燒材料的隔板隔離保護；分餾塔底的快速切斷閥及電纜沒有耐火保護；分餾塔底泵附近缺少視頻監(jiān)控系統(tǒng)或火焰監(jiān)測系統(tǒng)，不能及時發(fā)現(xiàn)火情。建議對上述隱患進行治理。

c)消防能力方面：公司消防供水能力不足，最大供水量為5 h，流量為1 500 t/h，而事故狀態(tài)下需供水13 h，流量需3 000 t/h；儲存泡沫數(shù)量不足，目前只儲存40 t，只夠滅火2 h；消防車油料供給不足，主戰(zhàn)車輛僅能支持2 h。建議考慮遠程供水問題，儲備或快速調(diào)配足夠的泡沫、油料等物資。

d)消防戰(zhàn)術(shù)方面：重點對泵上方管線及框架實施冷卻保護；在爆燃征兆發(fā)生前及時撤離消防隊員；及時引燃含有硫化氫的油氣。

e)污水儲存能力方面：公司事故污水池容積1.6×104m3，而事故狀態(tài)下污水約3.9×104t，向原油罐轉(zhuǎn)存的泵、管線達不到要求。建議更新泵及管線，滿足應(yīng)急需要。

2.7 桌面演練與改進建議

針對構(gòu)建的事故情景，開展公司級桌面演練，通過桌面演練查找問題，驗證情景設(shè)定的合理性；根據(jù)桌面演練反映出來的問題，提出改進建議，對情景進行完善。

2.8 情景演示動畫制作

制作情景演示動畫,主要體現(xiàn)：情景的演化過程，應(yīng)急響應(yīng)流程，涉及的應(yīng)急資源(隊伍、裝備和物資)等，以滿足應(yīng)急培訓(xùn)需要。

3 結(jié)語

重大事故情景構(gòu)建可以將企業(yè)存在的大風(fēng)險“實例化”、應(yīng)急準(zhǔn)備目標(biāo)“顯性化”，對優(yōu)化企業(yè)應(yīng)急預(yù)案、提升企業(yè)應(yīng)急能力都有較大的促進作用，情景構(gòu)建中要重點把握的內(nèi)容是：重大風(fēng)險評估、典型事故案例分析、事故模擬計算、事故演化過程分析和應(yīng)急能力分析。