應用重大事故情景構建技術推演冷能空分裝置火災爆炸事故應急處置

臧泉龍 張傳合 李新松 吳亮 王耀祿

（中海石油環(huán)保服務（天津）有限公司，天津 300452 ）

0 引言

L N G 是指液化石油天然氣（溫度一般約為-162 ℃），通常來講，LNG 需要重新氣化為氣態(tài)才能用于工業(yè)和生活中，在LNG 氣化過程中伴隨著相變會產生巨大的冷能（據(jù)估算理論上約為830 kJ/kg），其利用方式主要包括發(fā)電、冷能空分、制取液態(tài)CO2或干冰、冷庫或制冰、輕烴分離、空調制冷、人造滑雪場、海水淡化和低溫粉碎等[1]。

研究發(fā)現(xiàn)，空氣分離所處的溫區(qū)在-190℃～-150℃之間，因此LNG 氣化所產生的冷能能夠滿足空氣分離的能量需求。將LNG 的冷能用于空氣分離是一種較為合理的利用方式，不僅能夠有效利用來之不易的低溫冷能，同時還大大減少了傳統(tǒng)LNG 接收站利用海水氣化LNG 而對周邊海域產生的熱污染。

1 LNG冷能空分裝置簡介

本文所述中海油某LNG 冷能空分裝置是利用與四川空分集團聯(lián)合研發(fā)的具備自主知識產權的LNG 冷能空分專利技術。該裝置主要工藝單元包括空氣過濾及壓縮系統(tǒng)、空氣純化系統(tǒng)（含再生氣加熱系統(tǒng)）、氧氮精餾系統(tǒng)(含無氫制氬系統(tǒng))、LNG 換熱系統(tǒng)、低溫液體貯存系統(tǒng)、乙二醇循環(huán)冷卻系統(tǒng)、儀電控系統(tǒng)等幾個部分[2]。

由于空分系統(tǒng)是氧氣富集區(qū)，天然氣作為碳氫化合物，對空分系統(tǒng)而言是極為敏感的有害物質。因此，對LNG 冷能的利用需要采用中間介質來實現(xiàn)，從而避免LNG 與空分系統(tǒng)的直接接觸。本裝置采用的中間介質為壓力氮氣，即從空分裝置下塔中抽取壓力氮氣，與LNG 換熱器中來的壓力液氮換熱并被液化后返回下塔頂部，將冷量由LNG 傳遞到空分系統(tǒng)，并由此獲得液氧、液氬及液氮產品。

2 情景構建技術的內涵與方法

2.1 重大事故情景構建技術的定義

重大事故情景構建技術是指基于事故的發(fā)生發(fā)展規(guī)律以及歷史事故案例，利用底線思維推演完成事故情景的描述。情景構建技術的核心三要素為情景分析、任務梳理和能力評估[3-6]。

情景構建通過情景篩選、情景開發(fā)、情景評審和情景改進等一系列措施完成事故場景的搭建，分析在事故潛伏期、顯現(xiàn)期、爆發(fā)期、減弱期、消退期等不同階段內的風險、事故特點，然后梳理消除或降低風險的任務列表，最后將能力需要與能力實際現(xiàn)狀對比分析，尋找應急能力的不足與差距，并提出針對性的提升建議[7-9]。

3 情景構建過程

3.1 河南義馬氣化廠“7·19”重大爆炸事故簡介

2019 年7 月發(fā)生的河南義馬氣化廠“7·19”重大爆炸事故，根據(jù)事后的事故調查報告指出，義馬氣化廠的事故直接原因是某空分裝置冷箱閥門泄漏而沒有及時處置，富氧液體泄漏至珠光砂中，低溫液體造成冷箱支撐框架低溫冷脆，在冷箱超壓情況下發(fā)生劇烈噴砂而導致冷箱倒塌，砸裂液氧儲槽，大量液氧泄漏，遇周邊可燃物發(fā)生第一次爆炸，爆炸產生的能量使得富氧環(huán)境下的鋁質材料發(fā)生二次爆炸，事故共計造成15 人死亡、16 人重傷，爆炸沖擊波導致周圍群眾175人被玻璃劃傷、重物砸傷，直接經濟損失超過8 170萬元。

3.2 假設條件

本次情景構建的假設條件如下：

1）氣象條件假設：夏季，東南風向，風速2 m/s；氣溫25 ℃；當日無降水；大氣中度穩(wěn)定，天氣晴，多風。

2）作業(yè)情況假設：裝車區(qū)1 輛液氧槽車裝車作業(yè)。

3）應急情況假設：空分裝置因氧氣泄漏發(fā)生結構低溫脆斷，砸中液氧儲罐，儲罐破裂大量氧氣泄漏，遇易燃物發(fā)生爆炸；爆炸造成裝車區(qū)人員重傷和死亡，辦公樓員工輕傷；同時爆炸造成LNG 輸送管線泄漏著火。

3.3 情景概述

情景構建主要設置關鍵環(huán)節(jié)包括冷箱泄漏、冷箱倒塌、液氧儲罐破裂、爆炸、周邊管道次生火災。每一個關鍵環(huán)節(jié)的事故影響主要從人員是否受傷、是否造成次生災害、環(huán)境是否受到污染、是否造成輿情或恐慌等4 方面影響考慮。

本次情景構建主要信息為：冷能空分冷箱泄漏，泄漏液體積聚，體積迅速膨脹導致冷箱變形開裂，冷箱內珠光砂外噴。冷箱構件發(fā)生低溫脆斷，在自重作用下失穩(wěn)坍塌，砸中2 000 m3液氧儲罐，導致液氧大量泄漏，遇周邊可燃物發(fā)生爆炸。爆炸造成裝車區(qū)1 名操作人員和1 名槽車司機死亡，3 名裝車區(qū)人員重傷，辦公樓玻璃受爆炸沖擊波破環(huán)，造成10 名辦公室員工受傷；同時爆炸造成LNG 輸送管線泄漏著火。

相關事故信息如表1所示。

3.4 事故演化過程

3.4.1 孕育階段

某年8 月某日， 8 時整，冷能空分正常生產作業(yè)，廠區(qū)生產設備、設施均正常運行，所有在線監(jiān)測設備數(shù)據(jù)均顯示正常；裝車區(qū)正在有1 輛液氧槽車進行裝車作業(yè)。

9 時整，空分裝置發(fā)生液氧滲漏。

3.4.2 發(fā)生階段

9 時55 分，寧波冷能空分冷箱泄漏，中控冷箱密封氣壓力報警。

表1 冷能空分裝置火災爆炸事故信息簡表

9 時56 分，外操現(xiàn)場工作人員確認冷能空分冷箱泄漏，并將事故信息反饋給中控。

9 時57 分，中控上報給冷能空分單位應急辦公室主任，應急辦公室主任上報冷能空分單位總經理。

9 時58 分，冷能空分單位總經理宣布啟動公司應急預案，具體處置措施包括啟動停車處置方案；廣播通知；通知上游LNG 接收站；停止裝車作業(yè)及施工作業(yè)；廠區(qū)裝車及施工人員撤離；應急辦公室向上級單位報告等。

9 時59 分，冷能空分單位組織對主冷箱上塔底部泄壓排液。

10 時整，冷能空分冷箱泄漏，泄漏液體積聚，體積迅速膨脹導致冷箱變形開裂，冷箱內珠光砂外噴。

3.4.3 發(fā)展階段

10 時05 分，冷箱構件發(fā)生低溫脆斷，在自重作用下失穩(wěn)坍塌，砸中2 000 m3液氧儲罐，導致液氧儲罐大量泄漏。

10 時06 分，氧氣云團遇周邊可燃物發(fā)生爆炸。爆炸造成裝車區(qū)1 名操作人員和1 名槽車司機死亡，3 名裝車區(qū)人員重傷，辦公樓玻璃受爆炸沖擊波破環(huán)，造成10 名辦公室員工受傷；同時爆炸造成LNG 輸送管線泄漏著火。

10 時07 分，冷能空分單位開展應急處置，具體措施如下：

1) 現(xiàn)場組織開展人員清點，搜救失聯(lián)人員，撥打120 救護車請求救援；

2) 現(xiàn)場啟動冷能空分消防系統(tǒng)，利用消防水槍對著火管線及周邊設備降溫，撥打119 請求支援；

3) 確認LNG 接收站停止外輸，請求接收站消防隊進行支援；

4) 對著火管線進行泄壓并利用惰性氣體進行置換，保證管線微正壓，防止管線回火爆炸；

5) 通知槽車運輸單位事故情況。

10 時09 分，冷能空分向屬地應急管理局事故報告并請求支援；屬地政府啟動應急，調集應急管理局、生態(tài)環(huán)境局、公安局、醫(yī)院、消防隊等救援力量支援。

10 時10 分，冷能空分單位向上級單位報告事故并請求擴大應急救援。

10 時12 分， LNG 接收站消防隊和醫(yī)療救助站抵達現(xiàn)場，開展救援支持。

10 時30 分，街道邊防派出所抵達現(xiàn)場，對廠區(qū)周邊道路實行交通管制。

10 時40 分，消防隊抵達現(xiàn)場，接管現(xiàn)場消防救援指揮權。

10 時45 分，醫(yī)院救護車抵達現(xiàn)場，開展人員救護。

10 時50 分，應急管理局等政府部門抵達現(xiàn)場，成立現(xiàn)場指揮部，接管現(xiàn)場指揮權。

11 時00 分，某網絡大V 利用抖音等自媒體軟件發(fā)布的關于本次事故的不實報道引發(fā)輿論關注及恐慌。

11 時01 分，冷能空分單位向上級單位報告救援進展、政府接管指揮權以及網絡輿情等問題。

3.4.4 減弱階段

12 時整，傷員均被轉移至醫(yī)院進行治療，傷情穩(wěn)定。

14 時整，現(xiàn)場火災撲滅，無次生衍生事故發(fā)生的可能。

16 時整，集團公司聯(lián)合屬地政府新聞辦公室組織召開新聞發(fā)布會，主動對外信息公開。

第2 天，輿情信息逐漸平息，冷能空分單位組織開展現(xiàn)場清理、消防廢水處置、保險理賠及配合政府部門的事故調查工作。

一個月后，傷員恢復健康出院。

半年后，冷能空分單位組織恢復正常生產，事件平息。

3.5 事故影響

3.5.1 財產損失

該次事故造成的財務損失主要包括以下4方面：一是設備設施損失。事故直接造成空分裝置、液氧儲罐、生產流程、LNG 輸送管線、辦公樓等嚴重損壞。二是救援費用。主要包括事故發(fā)生后動用周邊消防力量、應急設備設施進行人員救護及事故搶險的相關費用和政府罰款。三是賠償費用。主要是指事故發(fā)生后，傷亡人員撫恤安置及日后恢復需要賠償。四是間接財產損失。主要包括公司停產、減產造成的經濟效益損失，傷亡人員的工作價值損失，補充新員工的培訓費用等。

3.5.2 經濟影響

1）由于公司面臨巨額罰款、賠償以及該事故對公司聲譽造成的損害，未來發(fā)展不被投資者看好，有可能導致企業(yè)的資金鏈斷裂，造成財務狀況惡化。

2）企業(yè)受事故影響難以按計劃完成企業(yè)的規(guī)劃和目標，嚴重制約了企業(yè)的發(fā)展，而且對企業(yè)未來的盈利能力很難評估。

3.5.3 社會影響

事故發(fā)生后，由于謠言傳播，導致大量公眾恐慌，同時由于網絡謠言的放大，事故所在區(qū)域大量公眾產生心理問題。另外，在事故發(fā)生后，由于網絡上出現(xiàn)不實傳言，導致局部地區(qū)出現(xiàn)生活必需品搶購現(xiàn)象。

3.5.4 長期健康問題

1）人員心理健康影響。事故中的幸存者在面臨死亡威脅時產生的心理崩潰、驚懼、恐慌等巨大心理沖擊容易在日后演變成多種心理疾病，在較長一段時間內難以恢復。

2）人員身體健康影響。直接涉事人員在事故中因燒傷、機械傷害等重大傷害，對身體健康造成了包括毀容、殘疾、臟器損害等巨大影響。

4 應急能力差距分析

通過對不同事故情景的應急任務梳理分析可以發(fā)現(xiàn)，企業(yè)在事故初期的先期處置措施包括：監(jiān)測與預警、廣播通知、工藝關斷與隔離、現(xiàn)場人員疏散、事故上報；在事態(tài)擴大后的主要處置措施包括：人員救助、消防滅火、管道搶維修和輿情應對。

基于每項應急任務，對企業(yè)的應急現(xiàn)狀水平與國內外良好作業(yè)實踐對比分析可以得出，企業(yè)在應急準備工作的薄弱環(huán)節(jié)主要表現(xiàn)在以下4個方面：

1) 本質安全設計：由于冷箱支撐結構在泄漏情況下存在低溫冷脆的風險，建議針對支撐框架采用低溫鋼材料，提升抗低溫能力；研討制定冷箱傾倒方向的預防性措施，如優(yōu)化平面布置、增加輔助支撐等避免冷箱倒塌造成液氧儲罐破裂。

2) 監(jiān)測預警：目前空分裝置冷箱密封氣氧含量的分析與監(jiān)測有待進一步加強，特別是針對于液氧泄漏的報警裝置有待進一步提升。

3) 消防救援：企業(yè)消防依托周邊LNG 接收站消防隊和政府專業(yè)消防隊，能夠滿足在5 min 抵達現(xiàn)場的要求，但企業(yè)針對液氧儲罐重大危險源事故的消防聯(lián)動演練較少，建議與周邊單位和政府消防隊定期開展聯(lián)動實戰(zhàn)演練；同時在消防員戰(zhàn)斗服的基礎上，建議現(xiàn)場適當增加消防隔熱服的配備。

4) 管道搶維修：企業(yè)缺少專業(yè)的管道搶維修隊伍的支持，可以依托LNG 接收站與專業(yè)救援力量簽訂協(xié)議，同時關注良好的低溫應急堵漏設備的推廣與應用，適量配置相關資源。

5 結語

情景構建技術基于事故發(fā)生發(fā)展規(guī)律，通過情景分析、任務梳理和能力評估等工作，系統(tǒng)完善事故衍化場景。通過冷能空分裝置火災爆炸事故的重大事故情景構建與推演，可使企業(yè)對于自身重大事故風險的認識更加清晰，通過有針對性培訓、演練和措施整改，將大大有助于企業(yè)利用底線思維有效預防及應對重特大事故的發(fā)生。