丁二烯儲罐泄漏事故定量風險評價

張瀚勻 呂建國教授 高玉格高級工程師

（1.中國地質大學（北京） 工程技術學院，北京 100083；2.中國安全生產科學研究院 重大危險源監(jiān)控及事故調查分析鑒定技術中心，北京 100012）

0 引言

丁二烯是很常見的共軛二烯烴，也是用途極其廣泛的聚合單體。由于丁二烯易燃、易爆、易自聚、自聚物易燃、易使人中毒、易使人凍傷等，所以在丁二烯的生產、貯存和運輸過程中存在著各種危險性[1-2]。在如今的化工生產中，尤其是聚合物的生產中，丁二烯的使用越來越廣泛，用量越來越大，與人們的生活聯系也越來越緊密，與此同時，有關事故也時有發(fā)生。2010年1月7日17時24分，蘭州石化分公司316號丁二烯罐區(qū)發(fā)生了火災爆炸事故，結果造成6人死亡、6人受傷（其中1人重傷）。2017年11月1日，美國賓夕法尼亞州哈里斯堡路一輛軌道車發(fā)生丁二烯泄漏，造成近50人被疏散。丁二烯已被列為首批重點監(jiān)管的危險化學品之一[3]。因此，針對丁二烯儲罐泄漏事故而進行事故后果模擬和定量風險評價顯得十分重要。CASST-QRA軟件基于設備設施失效概率、各種事故情景概率以及相應的事故后果，進行整體量化風險計算，模擬出個人風險和社會風險，是一種進行化工園區(qū)安全定量評價的方法[4]，可為制訂應急救援預案及安全防范措施提供參考。

1 丁二烯儲罐危險有害因素分析

丁二烯儲罐存在的主要危險有害因素有火災、爆炸、中毒窒息、容器爆炸等。

丁二烯為易燃液體，與空氣混合能形成爆炸性混合物，遇高熱、明火或氧化劑等易發(fā)生燃燒爆炸。

丁二烯為低毒類化合物，但是泄漏也有導致急性中毒的可能，也會給人體健康帶來慢性影響。

丁二烯儲罐如果本身設計、安裝存在缺陷；安全附件或安全防護裝置存在缺陷或不齊全；在使用過程中如發(fā)生侵蝕、疲勞等現象；人員誤操作等原因，均有可能發(fā)生容器爆炸事故。

2 丁二烯儲罐泄漏事故后果模擬

2.1 工程概況

以某企業(yè)兩個丁二烯儲罐為例：兩儲罐容積均為7m3，均為柱形儲罐，設計溫度為40℃，操作溫度為常溫，設計壓力為0.9MPa，操作壓力為0.5MPa，附屬管道內徑為25mm，儲罐尺寸為Φ2400mm（直徑）×10mm（厚度）×6100mm（高度），圍堰面積為70m2。

該公司西側為A廠四蒸餾裝置和硫磺庫房，南側為A廠柴油加氫裝置，東側為公路和罐區(qū)，西南側為A廠辦公室和門崗，西北側為質檢中心一站，北側為A廠運保中心。企業(yè)周邊人口密度分布情況，見表1。

2.2 采用CASST-QRA輸出事故后果

采用CASST-QRA軟件加載企業(yè)地圖、確定比例尺、畫出企業(yè)的邊界、錄入危險源信息、確定各危險源的位置、錄入氣象信息，對事故后果進行模擬。得到本企業(yè)丁二烯儲罐發(fā)生泄漏的事故后果，見表2。

表1 企業(yè)周邊人口密度分布表Tab.1 Population density distribution around the enterprises

表2 丁二烯儲罐泄漏事故影響范圍一覽表Tab.2 Assected areas of butadiene tank leakage accident

隨著泄漏模式和災害模式的變化，表現出不同的影響半徑。7m3丁二烯儲罐泄漏最嚴重的事故后果為死亡半徑42m，重傷半徑50m，輕傷半徑127m。死亡區(qū)域和重傷區(qū)域在本企業(yè)內，輕傷區(qū)域包括本企業(yè)、A廠柴油加氫裝置的一小部分和大片綠地，如圖1。

圖1 7m3丁二烯儲罐發(fā)生容器整體破裂BLEVE事故后果圖Fig.1 BLEVE accident consequence diagram of 7m3 butadiene storage tank with overall vessel rupture

根據事故后果圖對需疏散區(qū)域進行片區(qū)劃分，如圖2，共分為兩個片區(qū)，分別為1片區(qū)和2片區(qū)，以便人員疏散按劃片管理。掌握各片區(qū)密度分布情況以及片區(qū)內負責人及聯系方式，片區(qū)負責人應掌握管轄片區(qū)內的老幼病殘人員情況，做好統(tǒng)計工作和應急演練，在發(fā)生事故后確保老幼病殘人員的撤離得到應有的幫助，可以大大提高應急救援的效率 。

圖2 片區(qū)劃分圖Fig.2 Area division diagram

3 丁二烯儲罐定量風險評價

3.1 個人和社會可接受風險標準

定量風險評價的指標分為個人風險和社會風險[5-10]。個人風險是指危險源造成某一固定位置人員死亡的概率，體現為風險等值線。社會風險為危險源引起大于等于N人死亡的所有事故的累積頻率F，用社會風險曲線（F-N曲線）表示[11]。

依據《危險化學品重大危險源監(jiān)督管理暫行規(guī)定》（國家安全生產監(jiān)督管理局第40號令）和《危險化學品生產、儲存裝置個人可接受風險標準和社會可接受風險標準（試行）》（國家安全生產監(jiān)督管理局第13號公告），確定個人可接受風險標準和社會可接受風險標準[12]。

3.2 區(qū)域定量風險計算

應用CASST-QRA模擬出個人風險和社會風險。模擬的具體條件見危險源描述，如圖3，和氣象條件描述，如圖4。

圖3 危險源描述Fig.3 Hazard descriptions

圖4 氣象條件Fig.4 Meteorological conditions

3.3 個人可接受風險分析

個人可接受風險等值線，如圖5。

圖5 個人可接受風險等值線Fig.5 Acceptable risk contours for individuals

從圖5可見，1×10-5個人風險等值線1的影響區(qū)域主要涉及本企業(yè)冰機、蒸發(fā)冷凝器、過冷器；3×10-6個人風險等值線2的影響區(qū)域主要涉及本企業(yè)內部及荒地，不涉及高敏感場所、重要目標和特殊高密度場所。綜上分析，該公司的事故主要影響本企業(yè)的工藝裝置、廠區(qū)內的作業(yè)人員，該企業(yè)個人風險可以接受。

借助谷歌地球，由上圖個人風險等值線圖可知，等值線2僅包括本企業(yè)和周邊無人荒地，因此，該企業(yè)現役裝置安全防護距離符合要求。

3.4 社會可接受風險分析

社會可接受風險等值線，如圖6。

如圖6顯示該企業(yè)社會風險與我國可接受風險標準圖進行對比，均落在可接受風險區(qū)域內，該企業(yè)社會風險可以接受。

圖6 社會可接受風險等值線Fig.6 Socially acceptable risk contours

4 結論

根據各類事故的事故后果可以看出，丁二烯的不同泄漏事故均會對企業(yè)的財產和人員造成重大的損失和傷亡事故。個人風險等值線主要影響區(qū)域為本企業(yè)，不涉及高敏感場所、重要目標、特殊高密度場所、居住類高密度場所、公眾聚集類高密度場所，個人風險可以接受。社會風險等值線均落在可接受區(qū)域，依據相關規(guī)定，社會風險可接受。

（1）CASST-QRA軟件模擬事故后果考慮重大危險源所在地的氣象條件和區(qū)域人口分布情況，可以在地圖上直接顯示事故影響范圍和個人風險，使決策者可以一目了然地了解事故情況。

（2）CASST-QRA軟件可以對大范圍、多危險源的企業(yè)進行事故模擬，對整體量化一個企業(yè)風險的大小有重大意義。

（3）運用CASST-QRA軟件進行事故后果模擬與定量風險評估，大大減少了計算量，對安全評價、應急預案編制、土地使用安全規(guī)劃等方面具有重大的價值。同時，研究成果可能對公司的安全管理和相關行政部門的安全監(jiān)督提供指導與依據，也為其他丁二烯儲罐的管理和運行提供借鑒。