危險(xiǎn)化學(xué)品罐車泄漏事故傷害后果研究

張 貝，徐 克，趙云勝，梁天瑞，宋思雨

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院，湖北 武漢 430074；2.湖北省安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局規(guī)劃科技處，湖北 武漢 430061)

近幾十年來(lái)，我國(guó)危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸罐車發(fā)生燃爆、中毒等事故的案例時(shí)有發(fā)生。危險(xiǎn)化學(xué)品罐車裝載的物質(zhì)一般兼具易燃易爆、有毒有害的危險(xiǎn)特性，一旦發(fā)生泄漏、火災(zāi)、爆炸等事故，將會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境污染等一系列的社會(huì)問(wèn)題。例如：2005年3月29日，京滬高速路段一輛裝運(yùn)40.44 t液氯的罐式半掛貨車發(fā)生泄漏事故，導(dǎo)致了29人中毒死亡、2 000余人受傷的特重大事故；2014年7月19日，滬昆高速路段一輛運(yùn)載乙醇的輕型貨車，由于與前車發(fā)生追尾碰撞，導(dǎo)致乙醇泄漏燃燒，事故造成54人死亡、6人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)5 300余萬(wàn)元。

已有學(xué)者對(duì)危險(xiǎn)化學(xué)品罐車運(yùn)輸事故的風(fēng)險(xiǎn)類型、危害程度以及防范措施等進(jìn)行了大量的研究。如尹洧等[1]分析了液氯罐車泄漏、水體污染、氰化鈉罐車翻車等多種道路運(yùn)輸事故的原因、影響因素及處置措施；張俊峰[2]運(yùn)用自由蒸氣云爆炸事故傷害模型，計(jì)算了鐵路液化石油氣罐車發(fā)生爆炸事故后果的死亡半徑、重傷半徑、輕傷半徑以及財(cái)產(chǎn)損失半徑，并提出了安全措施；丁建川[3]建立了汽油罐車池火災(zāi)的傷害模型，對(duì)汽油罐車發(fā)生池火時(shí)的傷害區(qū)域進(jìn)行了分析。基于上述研究，本文以裝載介質(zhì)為液化石油氣、煤油、甲胺、乙醛、丙酮5種具有燃燒危害與毒性傷害的危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸罐車為研究對(duì)象，運(yùn)用Thomas池火災(zāi)標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)驗(yàn)公式[4]，分析了不同載重的液化石油氣罐車和煤油罐車發(fā)生池火災(zāi)時(shí)熱輻射的危害距離，并通過(guò)ALOHA風(fēng)險(xiǎn)分析軟件，模擬了不同風(fēng)況下危險(xiǎn)化學(xué)品罐車分別裝載甲胺、乙醛、丙酮這三種兼具火災(zāi)與中毒危險(xiǎn)的液體介質(zhì)時(shí)，運(yùn)輸罐車內(nèi)部液體全部泄漏后對(duì)泄漏源鄰近區(qū)域造成的火災(zāi)熱輻射、蒸氣可燃和毒氣擴(kuò)散的危害影響范圍，以為油罐車泄漏事故的防范提供依據(jù)。

1 油罐車泄漏事故傷害后果分析

目前市場(chǎng)上運(yùn)載石油及其副產(chǎn)品的交通運(yùn)輸方式主要是公路運(yùn)輸和鐵路運(yùn)輸[5]。通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研與實(shí)地考察，我國(guó)油罐車的典型車型有：楚飛東風(fēng)多利卡加油車[額定裝載質(zhì)量(即載重)為5 t，罐體有效容積為7 m3]、江特歐曼前四后八國(guó)四加油車(額定載重為20 t，罐體有效容積為30 m3)、廈工楚勝三軸鋁合金半掛油罐車(額定載量為40 t，罐體有效容積為50 m3)、鐵路G60k型輕油罐車(額定載重為53 t,罐體有效容積為60 m3)、鐵路G70k型輕油罐車(額定載重為63 t,罐體有效容積為70.7 m3)。油罐車發(fā)生泄漏事故時(shí)，可燃液體流到地面形成液池，遇到點(diǎn)火源燃燒而發(fā)生池火災(zāi)事故[6]。假設(shè)無(wú)風(fēng)工況下油罐車發(fā)生泄漏時(shí)液體存在以下兩種流淌模式：一是由于沒(méi)有采取緊急救援措施，或因缺乏現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急經(jīng)驗(yàn)導(dǎo)致救援失敗，油罐車內(nèi)裝載的液體全部泄漏，并在地面任意流淌，形成液池；二是油罐車內(nèi)液體全部泄漏，但因地勢(shì)阻礙作用或采取了有效的補(bǔ)救措施，液體流淌范圍減小，最終形成直徑為10 m的火池。為了探究油罐車(以煤油、液化石油氣罐車為例)泄漏發(fā)生池火災(zāi)事故時(shí)的危害后果，本文采用如下Thomas池火災(zāi)標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)驗(yàn)公式確定池火模型，計(jì)算出不同載量油罐車泄漏發(fā)生池火時(shí)的熱輻射強(qiáng)度，并依據(jù)入射通量對(duì)比表，確定相應(yīng)危害程度的傷害半徑。

當(dāng)危險(xiǎn)源為油罐區(qū)時(shí)，可根據(jù)防護(hù)堤所圍的液池面積計(jì)算液池直徑[7]。液池直徑與液池面積的關(guān)系式如下：

D=(2S/π)1/2

(1)

式中:D為液池直徑(m)；S為液池面積(m2)。

當(dāng)危險(xiǎn)單元無(wú)防護(hù)堤時(shí)，假設(shè)泄漏液體不蒸發(fā)、并已充分蔓延、地面無(wú)滲透，根據(jù)可燃液體的泄漏量與地面性質(zhì)，可按下式計(jì)算最大的液池面積S：

S=W/ρH

(2)

式中:W為泄漏的可燃液體質(zhì)量(kg)；ρ為可燃液體的密度(kg/m3)；H為液池中液體的最小液層厚度(m),與地面性質(zhì)相關(guān)，粗糙地面的最小液層厚度取值為0.025 m[8]。

得出可能的最大液池面積后，將公式(2)代入公式(1)，可得到液池直徑D的計(jì)算公式為

D=(4W/πρH)1/2

(3)

液池的火焰高度計(jì)算公式為

(4)

式中:h為液池的火焰高度(m)；mf為可燃液體的燃燒速度[kg/(m2·s)]，根據(jù)文獻(xiàn)資料[9-12]，煤油的燃燒速度取值為55.11×10-3kg/(m2·s)，液化石油氣的燃燒速度取值為99×10-3kg/(m2·s)；ρ0為空氣密度(kg/m3)，取值為1.239 kg/m3；g為重力加速度(m2/s)，取值為9.8 m2/s。

液池燃燒時(shí)的總熱輻射通量Q按下式計(jì)算：

(5)

式中:Q為液池燃燒時(shí)的總熱輻射通量(kW)；r為液池半徑(m)；Hc為物質(zhì)的燃燒熱(MJ/kg)，根據(jù)《化學(xué)手冊(cè)》，煤油的燃燒熱取值為21.8 MJ/kg，液化石油氣的燃燒熱取值為47.3 MJ/kg；η為效率因子，取值范圍為0.13～0.35，本文取平均值η=0.24。

假設(shè)全部熱輻射通量由液池中心點(diǎn)的小球面輻射出來(lái)，則在距離液池中心某一距離x處的入射熱輻射強(qiáng)度I按下式計(jì)算：

I=Qtc/(4πx2)

(6)

式中:I為入射熱輻射強(qiáng)度(kW/m2)；tc為熱傳導(dǎo)系數(shù)，在無(wú)相對(duì)理想數(shù)據(jù)時(shí)，取值為1；x為目標(biāo)點(diǎn)到液池中心點(diǎn)的距離(m)。

根據(jù)公式(6)，可推導(dǎo)出已知入射熱輻射強(qiáng)度時(shí)，受害目標(biāo)點(diǎn)到液池中心的距離。該距離與入射熱輻射強(qiáng)度的關(guān)系式如下：

x=(Qtc/4πI)1/2

(7)

在上述可燃液體全部泄漏后在粗糙地面任意流淌和液池直徑被限定為10 m的這兩種流淌假定條件下，本文運(yùn)用池火災(zāi)理論公式，計(jì)算了油罐車(以液化石油氣、煤油罐車為例)載重分別為5 t、20 t、40 t、53 t、63 t時(shí)，距離液池中心點(diǎn)一定距離處的入射熱輻射強(qiáng)度值，得到不同載重的油罐車泄漏發(fā)生池火災(zāi)時(shí)不同工況下某位置處的入射熱輻射強(qiáng)度值見(jiàn)表1、表2和圖1。

表1 不同載重的液化石油氣罐車泄漏發(fā)生池火災(zāi)時(shí)距離液池中心點(diǎn)一定距離處的入射熱輻射強(qiáng)度值Table 1 Incident thermal radiation intensity at a certain distance from the center point of the liquid pool in the events of pool fires in liquefied petroleum gas tanker leakage accidents with different loads

表2 不同載重的煤油罐車泄漏發(fā)生池火災(zāi)時(shí)距離液池中心點(diǎn)一定距離處的入射熱輻射強(qiáng)度值Table 2 Incident thermal radiation intensity at a certain distance from the center point of the liquid pool in the events of pool fires in kerosene tanker leakage accidents with different loads

圖1 不同載重的液化石油氣和煤油油罐車泄漏發(fā)生池火災(zāi)時(shí)不同工況下某位置處的入射熱輻射強(qiáng)度值Fig.1 Incident thermal radiation intensity at a certain position under different working conditions in the events of pool fires in liquefied petroleum gas tankers or kerosene tankers with different loads

由表1和表2可知，可燃液體在地面任意流淌，目標(biāo)點(diǎn)到液池中心的距離一定時(shí)，泄漏的液體質(zhì)量越大，熱輻射危害程度越大；當(dāng)液池的燃燒面積固定在一定范圍內(nèi)時(shí)，其入射熱輻射強(qiáng)度值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于不同載重罐車所裝液體泄漏后在地面任意流淌情況下的入射熱輻射強(qiáng)度值。由圖1可見(jiàn)，由于液化石油氣的燃燒熱值比煤油大，當(dāng)?shù)竭_(dá)液池中心點(diǎn)的距離和油罐車裝載液體的質(zhì)量為固定值時(shí)，液化石油氣池火燃燒產(chǎn)生的熱輻射危害較煤油更大；當(dāng)目標(biāo)點(diǎn)到液化石油氣液池和煤油液池中心點(diǎn)的距離分別大于25 m、20 m時(shí)，液化石油氣池火和煤油池火燃燒時(shí)的熱輻射傷害減小的趨勢(shì)逐漸變緩。

受害目標(biāo)點(diǎn)處的入射熱輻射強(qiáng)度，反映了總熱輻射通量與受害目標(biāo)點(diǎn)到液池中心距離之間的關(guān)系。根據(jù)公式(7)，可計(jì)算任意入射熱輻射強(qiáng)度所對(duì)應(yīng)的危害距離，從而確定不同危害后果情況下的傷亡半徑。火災(zāi)損失估算建立在入射熱輻射強(qiáng)度與損失等級(jí)對(duì)應(yīng)關(guān)系的基礎(chǔ)上[13]，不同入射熱輻射強(qiáng)度對(duì)設(shè)備和人員所造成的損害或傷害情況見(jiàn)表3。

根據(jù)表3所示的不同入射熱輻射強(qiáng)度對(duì)設(shè)備和人員所造成的損害或傷害情況，將泄漏源鄰近區(qū)域內(nèi)入射熱輻射強(qiáng)度值分別為37.5 kW/m2、25.0 kW/m2、12.5 kW/m2、4.0 kW/m2時(shí)的距離相應(yīng)定義為池火災(zāi)的死亡區(qū)半徑、重傷區(qū)半徑、輕傷區(qū)半徑、安全區(qū)半徑[14]。根據(jù)此定義，分別計(jì)算出不同載重的液化石油氣罐車和煤油罐車發(fā)生池火災(zāi)時(shí)的傷害區(qū)半徑，得到不同入射熱輻射強(qiáng)度下液化石油氣罐車和煤油油罐車發(fā)生池火災(zāi)時(shí)的熱輻射傷害區(qū)域，見(jiàn)表4和表5。

表3 不同入射熱輻射強(qiáng)度對(duì)設(shè)備和人員所造成的損害或傷害情況Table 3 Damage or injury caused by different incident thermal radiation intensity to equipment and personnel

表4 不同入射熱輻射強(qiáng)度下液化石油氣罐車泄漏發(fā)生池火災(zāi)時(shí)的熱輻射傷害區(qū)域Table 4 Damage area of pool fire in liquefied petroleum gas tank leakage accidents under different incident thermal radiation intensity

表5 不同入射熱輻射強(qiáng)度下煤油罐車泄漏發(fā)生池火災(zāi)時(shí)的熱輻射傷害區(qū)域Table 5 Damage area of pool fire in kerosene tank leakage accidents under different incident thermal radiation intensity

由表4和表5可知，當(dāng)石油產(chǎn)品因地勢(shì)阻礙作用或采取補(bǔ)救措施形成的池火災(zāi)液池的燃燒面積被固定在一定范圍內(nèi)時(shí)[15],熱輻射傷害區(qū)域遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于不同載重的油罐車裝載液體全部泄漏，在地面任意流淌時(shí)的危害范圍；同等直徑的液化石油氣液池與煤油液池，前者完全燃燒時(shí)的熱輻射破壞區(qū)域遠(yuǎn)大于后者。

2 易燃可燃、有毒有害危險(xiǎn)化學(xué)品罐車泄漏事故傷害后果分析

2.1 基于ALOHA軟件的泄漏事故類型分析

根據(jù)事故資料統(tǒng)計(jì)，危險(xiǎn)化學(xué)品罐車發(fā)生泄漏時(shí)易發(fā)生火災(zāi)和有害氣體中毒事故。易燃、可燃的危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏后遇到點(diǎn)火源而著火燃燒，燃燒方式主要有池火、噴射火、火球和閃火[16]。當(dāng)油罐車裝載的危險(xiǎn)化學(xué)品具有毒性時(shí)，泄漏發(fā)生后有毒物質(zhì)在大氣中生成有毒蒸氣云，在空氣中經(jīng)擴(kuò)散漂移后經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)人員的呼吸系統(tǒng)進(jìn)入組織器官，引發(fā)中毒事故[17]。本文運(yùn)用ALOHA風(fēng)險(xiǎn)建模軟件，模擬了25 t載重公路運(yùn)輸罐車分別裝載甲胺、乙醛、丙酮3種兼具有燃燒性和毒性的危險(xiǎn)化學(xué)品發(fā)生泄漏事故時(shí)，池火和噴射火的熱輻射危害、閃火的可燃危害以及有毒蒸氣云的毒性危害所造成的事故影響范圍。

2.2 模擬情景

假設(shè)在武漢市某郊區(qū)路段發(fā)生一起罐車連續(xù)泄漏事故，泄漏口位于罐車50%液面深度處，泄漏口孔徑近似圓形，孔徑為100 mm；風(fēng)速測(cè)量高度為地面以上3 m,風(fēng)速選取靜風(fēng)(1 m/s)和微風(fēng)(4 m/s)兩種情況，風(fēng)向選取當(dāng)?shù)爻Ｄ曛鲗?dǎo)風(fēng)向之一——南風(fēng)；氣溫選取武漢市全年平均溫度17℃，大氣穩(wěn)定度、光照、云層覆蓋等其他氣象條件以一般情況為準(zhǔn)；在事故罐車下風(fēng)方向100 m、側(cè)風(fēng)方向30 m處有一棟職工宿舍，房屋結(jié)構(gòu)為雙層建筑。

2.3 火災(zāi)熱輻射傷害后果分析

本文選取的3種危險(xiǎn)化學(xué)品(甲胺、乙醛、丙酮)遇火源發(fā)生火災(zāi)的燃燒類型主要為池火和噴射火。池火和噴射火通過(guò)輻射熱的方式影響周圍環(huán)境，ALOHA軟件采取通用的入射熱輻射強(qiáng)度指標(biāo)來(lái)衡量火災(zāi)的危害后果。加壓的甲胺泄漏時(shí)形成射流，如果在泄漏裂口處被點(diǎn)燃，則形成噴射火。采用包括氣流效應(yīng)在內(nèi)的噴射擴(kuò)散模型[13]，可計(jì)算出噴射火的入射熱輻射強(qiáng)度值。乙醛和丙酮泄漏后流到地面形成液池，遇到點(diǎn)火源燃燒而發(fā)生池火災(zāi)事故。池火模型由通用的Thomas池火災(zāi)標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)驗(yàn)公式確定，池火入射熱輻射強(qiáng)度可依照前述公式(1)～(6)進(jìn)行計(jì)算。

在靜風(fēng)(風(fēng)速為1 m/s)與微風(fēng)(風(fēng)速為4 m/s)兩種設(shè)定風(fēng)速情況下，甲胺、乙醛和丙酮罐車泄漏發(fā)生火災(zāi)事故時(shí)的熱輻射危害范圍，見(jiàn)表6和圖2。

表6 靜風(fēng)(1 m/s)和微風(fēng)(4 m/s)條件下甲按、乙醛和丙酮罐車泄漏發(fā)生火災(zāi)事故時(shí)的熱輻射傷害范圍Table 6 Range of thermal radiation damage in the events of fire accidents caused by leakage in methyla- mine,acetaldehyde or acetone tank truck under static wind (1 m/s) and breeze (4 m/s)

圖2 靜風(fēng)(1 m/s)和微風(fēng)(4 m/s)條件下乙醛罐車泄漏 發(fā)生火災(zāi)事故時(shí)的熱輻射傷害范圍Fig.2 Heat radiation hazard in the event of a fire accident caused by leakage in an acetaldehyde tank truck under static wind (1 m/s) and breeze (4 m/s)

人體在10 kW/m2的熱輻射強(qiáng)度作用下暴露60 s時(shí)可能會(huì)受到致命傷害，在5 kW/m2熱輻射強(qiáng)度作用下暴露60 s時(shí)會(huì)造成二級(jí)灼傷，在2 kW/m2熱輻射強(qiáng)度作用下暴露60 s時(shí)會(huì)有疼痛感。據(jù)此，ALOHA軟件將人體暴露于熱輻射強(qiáng)度分別為10 kW/m2、5 kW/m2、2 kW/m2且持續(xù)時(shí)間為60 s的火災(zāi)情景所對(duì)應(yīng)的距離分別定義為一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)熱輻射傷害半徑[18]。由表6和圖2可知，風(fēng)速越大，同等載重與介質(zhì)的危險(xiǎn)化學(xué)品罐車泄漏發(fā)生池火或噴射火的熱輻射傷害區(qū)域也隨之變大；在風(fēng)速相同且入射熱輻射強(qiáng)度值一定的條件下，火災(zāi)熱輻射傷害范圍由大到小的3種危險(xiǎn)化學(xué)品排序?yàn)椋杭装?丙酮>乙醛。

2.4 可燃蒸氣云擴(kuò)散傷害后果分析

危險(xiǎn)化學(xué)品蒸氣泄漏于環(huán)境中，與空氣混合后發(fā)生延遲著火現(xiàn)象，可燃物僅僅燃燒卻不發(fā)生爆炸的火災(zāi)過(guò)程，稱為閃火[19]。甲胺、乙醛和丙酮蒸發(fā)后的閃火影響區(qū)域，可運(yùn)用高斯模型[20]來(lái)模擬計(jì)算可燃物質(zhì)的氣體擴(kuò)散行為。運(yùn)用ALOHA軟件模擬兩種設(shè)定風(fēng)速條件下甲胺、乙醛和丙酮罐車泄漏產(chǎn)生可燃蒸氣云擴(kuò)散的傷害范圍，見(jiàn)圖3和表7。

圖3 靜風(fēng)(1 m/s)和微風(fēng)(4 m/s)條件下乙醛罐車泄漏產(chǎn)生可燃蒸氣云擴(kuò)散的傷害區(qū)域Fig.3 Combustible hazard of acetaldehyde vapor cloud in the event of a fire accident caused by leakage in an acetaldehyde tank truck under static wind (1 m/s) and breeze (4 m/s)

表7 靜風(fēng)(1 m/s)和微風(fēng)(4 m/s)條件下甲胺、乙醛和丙酮罐車泄漏產(chǎn)生可燃蒸氣云擴(kuò)散的傷害范圍Table 7 Range of combustible vapor damage in the events of fire accidents caused by leakage in methyla- mine,acetaldehyde or acetone tank truck under static wind (1 m/s) and breeze (4 m/s)

LEL為可燃?xì)怏w的爆炸下限，ALOHA軟件認(rèn)為閃火的可燃?xì)怏w危害可由LEL達(dá)到10%LEL邊界。在結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，該軟件將閃火可燃?xì)怏w云危害的濃度閾值取值為L(zhǎng)EL、60%LEL、10%LEL，并將這三個(gè)數(shù)值分別界定為可燃蒸氣云發(fā)生閃火的死亡濃度、重傷濃度、輕傷濃度[21]。由圖3和表7可知，甲胺蒸氣云的可燃范圍遠(yuǎn)高于乙醛和丙酮，閃火危害的影響程度最高；風(fēng)力等級(jí)變高時(shí)，可燃?xì)怏w向大氣中擴(kuò)散的速度加快，危險(xiǎn)源附近的可燃化學(xué)物濃度隨之變小。

2.5 毒氣擴(kuò)散傷害后果分析

可燃蒸氣在擴(kuò)散過(guò)程中若未遇到火源，生成有毒蒸氣云，在空氣中飄移、擴(kuò)散，可能會(huì)造成嚴(yán)重的人員傷亡和環(huán)境污染。運(yùn)用有毒液化氣體容器破裂時(shí)的毒害區(qū)估算方法[13]，假設(shè)有毒空氣以半球形狀向地面擴(kuò)散，可計(jì)算出有毒氣體在不同危害程度下的擴(kuò)散半徑。距離泄漏源某位置處的有毒氣體濃度隨時(shí)間的變化情況可由高斯模型[20]求得。運(yùn)用ALOHA軟件模擬兩種設(shè)定風(fēng)速條件下甲胺、乙醛和丙酮罐車泄漏產(chǎn)生毒蒸氣云擴(kuò)散的危害范圍，見(jiàn)表8和圖4。

表8 靜風(fēng)(1 m/s)和微風(fēng)(4 m/s)條件下甲胺、乙醛和丙酮罐車泄漏產(chǎn)生有毒蒸氣云擴(kuò)散的傷害范圍Table 8 Range of toxic vapor cloud damage in the events of fire accidents caused by leakage in methyla- mine,acetaldehyde or acetone tank truck under static wind (1 m/s) and breeze (4 m/s)

圖4 靜風(fēng)(1 m/s)和微風(fēng)(4 m/s)條件下乙醛罐車泄漏 產(chǎn)生有毒蒸氣云的傷害范圍Fig.4 Acetaldehyde vapor cloud toxicity hazard in the event of a fire accident caused by leakage in a acetaldehyde tank truck under static wind (1 m/s) and breeze (4 m/s)

ALOHA軟件采用應(yīng)急響應(yīng)規(guī)劃指南(EPRG)和臨時(shí)應(yīng)急暴露限值(TEEL)兩套有毒氣體暴露限值濃度標(biāo)準(zhǔn)，將毒性氣體毒性危害的濃度閾值劃分為三個(gè)等級(jí)。三個(gè)等級(jí)的EPRG值和TEEL值反映了人員在有毒化學(xué)物環(huán)境中的暴露時(shí)間為1h或暴露時(shí)間為給定值時(shí)生命健康受到的不同影響[22]，其大小順序?yàn)?ERPG-3>ERPG-2>ERPG-1，TEEL-3>TEEL-2>TEEL-1。由圖4和表8可知，相同介質(zhì)的罐車發(fā)生泄漏產(chǎn)生毒氣擴(kuò)散事故時(shí)，風(fēng)力越大，毒性蒸氣的影響程度越??；當(dāng)外界風(fēng)力等級(jí)為靜風(fēng)，25 t載重罐車裝載的甲胺液體全部泄漏時(shí)，有毒甲胺蒸氣擴(kuò)散不會(huì)對(duì)周圍民眾造成毒性傷害的安全范圍約為7 800 m；裝載物質(zhì)為乙醛時(shí)其安全范圍約為4 500 m，裝載物質(zhì)為丙酮時(shí)其安全范圍約為568 m。

此外，ALOHA軟件還可預(yù)測(cè)危害區(qū)域內(nèi)敏感點(diǎn)處有毒氣體在60 min內(nèi)的濃度變化趨勢(shì)。在不同工況下，事故罐車的介質(zhì)分別為甲胺、乙醛和丙酮時(shí)，位于泄漏源下風(fēng)向100 m、側(cè)風(fēng)向30 m處職工宿舍的室內(nèi)、室外有毒氣體濃度的變化情況和有毒氣體的最大濃度，見(jiàn)圖5、圖6、圖7和表9。

圖5 靜風(fēng)(1 m/s)和微風(fēng)(4 m/s)條件下危害區(qū)域內(nèi) 敏感點(diǎn)處甲胺氣體濃度的變化情況Fig.5 Variation of methylamine gas concentration at sensitive points in the hazardous area under static wind (1 m/s) and breeze (4 m/s)

圖6 靜風(fēng)(1 m/s)和微風(fēng)(4 m/s)條件下危害區(qū)域內(nèi)敏感點(diǎn)處乙醛氣體濃度的變化情況Fig.6 Variation of acetaldehyde gas concentration at sensitive points in hazardous area under astatic wind (1 m/s) and breeze (4 m/s)

圖7 靜風(fēng)(1 m/s)和微風(fēng)(4 m/s)條件下危害區(qū)域內(nèi)敏感點(diǎn)處丙酮?dú)怏w濃度的變化情況Fig.7 Variation of acetone gas concentration at sensitive points in hazardous area under static wind (1 m/s) and breeze (4 m/s)

表9 靜風(fēng)(1 m/s)和微風(fēng)(4 m/s)條件下危害區(qū)域內(nèi)敏感點(diǎn)處有毒氣體的最大濃度Table 9 Maximum concentration of toxic gas at sensitive points in the hazardous area under static wind (1 m/s) and breeze (4 m/s)

由圖5和圖7可知，60 min時(shí)間段內(nèi)，靜風(fēng)、微風(fēng)兩種工況下的危害區(qū)域內(nèi)敏感點(diǎn)處的室內(nèi)、外甲醛氣體濃度一直處于致死濃度范圍內(nèi)；而同樣工況下的室內(nèi)、外丙酮蒸氣濃度始終低于致死濃度閾值。

由圖6和表9可知，在靜風(fēng)條件下，室外乙醛氣體濃度在第2 min時(shí)開(kāi)始顯著上升，并在第24 min時(shí)達(dá)到濃度峰值12 600 ppm，第33 min時(shí)濃度開(kāi)始下降；60 min時(shí)間段內(nèi)，室內(nèi)的乙醛氣體濃度一直呈緩慢上升趨勢(shì)，并在第35 min時(shí)達(dá)到致死濃度邊界，因此室內(nèi)人員應(yīng)在應(yīng)急救援力量協(xié)助下，在事故發(fā)生后35 min內(nèi)迅速撤離有毒氣體的危害區(qū)域；在微風(fēng)條件下，室外乙醛氣體濃度在第47 min時(shí)已降至為0，但由于室外氣體向室內(nèi)的擴(kuò)散飄移作用，此時(shí)室內(nèi)乙醛氣體濃度仍高于重傷濃度閾值，此時(shí)室內(nèi)人員應(yīng)打開(kāi)門窗，讓室內(nèi)充分通風(fēng)，并迅速轉(zhuǎn)移到室外；外界風(fēng)力越大，氣團(tuán)的飄移、擴(kuò)散作用加強(qiáng)，室內(nèi)、室外的有毒氣體濃度明顯下降。

3 結(jié) 論

(1) 針對(duì)市場(chǎng)上常見(jiàn)車型的石油運(yùn)輸罐車，運(yùn)用Thomas經(jīng)典理論計(jì)算公式研究了不同載重的液化石油氣罐車和煤油罐車泄漏發(fā)生池火災(zāi)時(shí)的熱輻射傷害區(qū)域；使用ALOHA風(fēng)險(xiǎn)建模程序，模擬了靜風(fēng)和微風(fēng)兩種條件下甲胺、乙醛和丙酮罐車泄漏發(fā)生火災(zāi)和中毒事故時(shí)的危害程度。

(2) 在無(wú)風(fēng)情況下，5 t、20 t、40 t、53 t、63 t載重的液化石油氣罐車泄漏的池火熱輻射傷害死亡半徑分別為18.45 m、33.68 m、45.56 m、51.51 m、55.55 m；同等泄漏場(chǎng)景下以上5種載重的煤油罐車泄漏的池火熱輻射傷害死亡半徑分別為7.95 m、14.57 m、19.75 m、22.35 m、24.12 m。對(duì)比以上兩組數(shù)據(jù)可知，模擬工況完全相同時(shí)，液化石油氣罐車泄漏發(fā)生池火災(zāi)的危害后果比煤油罐車大。

(3) 當(dāng)石油產(chǎn)品運(yùn)輸罐車裝載液體全部泄漏并在地面任意流淌時(shí)，其池火危害范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于液池面積被固定在一定范圍內(nèi)的情況。

(4) 外界風(fēng)速增大時(shí)，甲胺、乙醛和丙酮3種危險(xiǎn)化學(xué)品的火災(zāi)熱輻射傷害區(qū)域變大，但可燃蒸氣和有毒云團(tuán)擴(kuò)散的影響范圍隨之減小。

(5) 同等模擬工況下，甲胺、乙醛和丙酮的火災(zāi)熱輻射危害程度排序?yàn)榧装?丙酮>乙醛，易燃蒸氣的可燃危害程度排序?yàn)榧装?乙醛>丙酮，有毒云團(tuán)的毒性危害程度排序?yàn)榧装?乙醛>丙酮。由以上排序可知，甲胺的火災(zāi)熱輻射危害程度與毒性傷害范圍都要高于乙醛和丙酮。

(6) 通過(guò)對(duì)危害區(qū)域內(nèi)敏感點(diǎn)處有毒氣體濃度變化趨勢(shì)圖分析可知，在1 m/s和4 m/s兩種風(fēng)況下，危害區(qū)域內(nèi)敏感點(diǎn)處室內(nèi)、外甲胺有毒氣體濃度一直處于致死濃度范圍內(nèi)；而室內(nèi)、外的丙酮有毒氣體濃度始終低于致死濃度閾值。該模擬結(jié)果也驗(yàn)證了前述的甲胺氣體毒性大于丙烷氣體這一結(jié)果。

(7) 通過(guò)模擬危險(xiǎn)化學(xué)品罐車火災(zāi)熱輻射、蒸氣可燃、毒氣擴(kuò)散3種事故后果的影響區(qū)域，可為事故救援小組合理劃分危險(xiǎn)隔離區(qū)提供科學(xué)依據(jù)，從而最大限度地減少人員傷亡和有效降低財(cái)產(chǎn)損失。