基于ALOHA 的環(huán)戊烷儲罐泄漏事故模擬研究

高健民，高健華，周華北，周亞超，倪樹楠

1.遼寧工程技術(shù)大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 葫蘆島 125000

2．內(nèi)蒙古科技大學(xué)材料與冶金學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014000

隨著我國科學(xué)技術(shù)的飛速革新，化工生產(chǎn)不斷規(guī)?；?，安全生產(chǎn)的壓力與責(zé)任也越來越重。尤其是危險化學(xué)品生產(chǎn)企業(yè)，具有易燃、易爆及毒害等安全隱患，一旦出現(xiàn)操作失誤，輸送不合理等情況，將引發(fā)不同程度的安全事故。事故一旦發(fā)生，往往會造成群死群傷、中毒、泄漏、污染等災(zāi)害，嚴重危及人身安全和企業(yè)發(fā)展，同時必定會對生態(tài)環(huán)境也造成嚴重的危害[1]。因此，危險化學(xué)品泄漏影響研究的意義十分重大。為了明確危險化學(xué)品泄漏的過程，研究人員通過各種方法對事故的過程和規(guī)律進行了研究和探索[2-3]。其中，軟件模擬法可以綜合考慮影響因素，計算方便，結(jié)果直觀清晰，在實踐和研究中得到廣泛應(yīng)用[4]。近年來，越來越多?；沸孤稊U散事故模擬軟件被開發(fā)應(yīng)用于工藝中。它們可以通過模擬危險化學(xué)品儲罐發(fā)生泄漏后存儲物質(zhì)在空間的擴散路徑，進而計算出事故后產(chǎn)生的影響范圍和損害程度。這些軟件采用不同的模型，各有利弊，其中ALOHA（Areal Locations of Hazardous Atmospheres）是由美國環(huán)保署（EPA）化學(xué)制品突發(fā)事件和預(yù)備辦公室（CEPPO）和美國國家海洋和大氣管理（NOAA）響應(yīng)和恢復(fù)辦公室共同開發(fā)的有害大氣空中定位軟件。經(jīng)過不斷開發(fā)與完善，ALOHA 功能日趨完備，可以用來模擬多種泄露模式，如蒸氣云爆炸、BLEVE、噴射火、池火等，同時可在MARPLOT、谷歌地球等衛(wèi)星云圖上顯示地理信息系統(tǒng)對有害物品的泄漏范圍，以便于事故發(fā)生后以最快的速度為制定精準(zhǔn)的決策提供強有力的依據(jù)。

1 事故情景分析

1.1 環(huán)戊烷主要性質(zhì)及用途

環(huán)戊烷主要性質(zhì)及用途如表1 所示，每年國內(nèi)外化工行業(yè)因環(huán)戊烷泄露引起的事故頻發(fā)，因此對人員和環(huán)境造成了十分惡劣的影響。

表1 環(huán)戊烷主要性質(zhì)及用途

1.2 可能發(fā)生的事故分析

環(huán)戊烷泄漏后若沒有立即燃燒，會氣化成毒性蒸汽云擴散到周圍。毒性蒸汽云若在較小空間內(nèi)被點燃會導(dǎo)致爆炸；若在較大空間內(nèi)被點燃會出現(xiàn)閃火。若環(huán)戊烷泄漏后被立即點燃，可能會產(chǎn)生BELEVE 火球和噴射火。

1.3 情景設(shè)置

某日，化工廠內(nèi)一環(huán)戊烷儲罐因外物撞擊導(dǎo)致筒體被破壞，在距儲罐底部3m 處產(chǎn)生直徑為5cm 的小圓孔，造成環(huán)戊烷的泄漏。儲罐公稱容積為3000m3，儲罐內(nèi)化學(xué)品溫度為16℃。風(fēng)向東南偏東，現(xiàn)場風(fēng)速為3m/s，測量點高度為10m，天氣多云，大氣溫度為16℃，空氣中的水汽含量為78%，以下是對蒸汽云爆炸事故、池火事故、BLEVE、中毒、蒸汽云燃燒事故的模擬結(jié)果。

1.4 事故后果模擬

蒸汽云爆炸模擬、池火事故模擬、BLEVE 事故模擬如圖1 所示。中毒事故模擬、蒸汽云燃燒事故模擬如圖2 所示。

圖1 蒸汽云爆炸模擬、池火事故模擬、BLEVE 事故模擬

圖2 中毒事故模擬、蒸汽云燃燒事故模擬

（1）蒸汽云爆炸事故模擬。從圖1(a)可見，環(huán)戊烷儲罐造成泄漏事故后，蒸汽一經(jīng)引燃，爆炸會在直徑為36m的環(huán)形區(qū)域內(nèi)造成不同程度的破壞。其中在19m 范圍內(nèi)為重傷區(qū)，破壞力極強，建筑物外部表現(xiàn)出嚴重損傷；在19 ～36m 范圍內(nèi)為輕傷區(qū)，建筑物的玻璃被震碎；36m 以外為安全區(qū)，可以考慮規(guī)劃其他設(shè)備或建筑。

（2）池火事故模擬。由圖1(b)可知，以液池為中心，20 ～29m 環(huán)形區(qū)域內(nèi)為輕傷區(qū)，14 ～20m 環(huán)形區(qū)域內(nèi)為中等傷害區(qū)域，人員在60s 內(nèi)會受到二級燒傷，而14m 中心區(qū)域內(nèi)，人員在60s 內(nèi)可能導(dǎo)致死亡；距液池中心29m 之外為安全區(qū)。

（3）BLEVE 事故模擬。分析環(huán)戊烷儲罐火災(zāi)及爆炸事故的后果可以看出，火災(zāi)發(fā)生時，產(chǎn)生的蒸氣爆炸火球造成的影響范圍最大且事故后果最為嚴重?；鹎虻臒彷椛湫?yīng)見圖1（c）。

由圖1（c）可知，火球直徑為340m，燃燒時間為19s；1000 ～1600m 環(huán)形區(qū)域內(nèi)為輕傷區(qū)，724 ～1000m 環(huán)形區(qū)域為中等傷害區(qū)域，人員在60s 內(nèi)會受到二級燒傷，而724m 中心區(qū)域內(nèi)，人員在60s 內(nèi)可能導(dǎo)致死亡。

（4）中毒事故模擬。環(huán)戊烷儲罐破裂泄露發(fā)生瞬時或者延遲泄漏時，形成液相堆積同時迅速氣化，蒸氣于空氣中主要沿風(fēng)向擴散，在沒有被點燃的情況下形成有毒氣體。

由圖2（a）可得，由于近場效應(yīng)使得短距離內(nèi)的氣體分散預(yù)測不可靠，11m 內(nèi)死亡區(qū)，此范圍內(nèi)1h 環(huán)戊烷的濃度達到23‰。11 ～48m 內(nèi)為重傷區(qū)，此范圍內(nèi)1h 環(huán)戊烷的濃度達到3.8‰。48 ～76m 范圍為輕度受傷害區(qū)，此范圍內(nèi)1h 環(huán)戊烷的濃度達到1.8‰。

（5）蒸汽云燃燒事故模擬。由圖2（b）可得，在順風(fēng)方向，27m 內(nèi)區(qū)域內(nèi)環(huán)戊烷濃度可能超過9‰，即60%LEL，在27 ～85m 區(qū)域內(nèi)環(huán)戊烷濃度可能超過1.5‰，即10%LEL。

2 對策措施

根據(jù)模擬結(jié)果顯示，儲罐泄漏所導(dǎo)致的蒸汽云爆炸事故影響范圍最廣且最為嚴重，可能對半徑500m 環(huán)形區(qū)域內(nèi)工作人員造成不同程度的燒傷，因此必須制訂相關(guān)對策及措施進行處理解決。

（1）定期對儲罐進行質(zhì)量檢驗，及時修復(fù)和更換有問題的儲罐。

（2）不在有可能發(fā)生嚴重中毒事故后果的區(qū)域設(shè)置固定工位，同時在該區(qū)域配備應(yīng)急用具以供緊急時刻使用。此外，在工廠規(guī)劃的過程中，選擇距離儲罐更安全的位置供工人工作。

（3）如有液態(tài)環(huán)戊烷泄漏，應(yīng)立即用木糠吸附，裝入封閉金屬桶。為防止中毒，操作過程中應(yīng)佩戴空氣凈化的防毒面具，著防滲透的衣服、阻燃防靜電防護服，穿靴，同時戴膠手套，裝拆管道容器時戴眼鏡。

（4）根據(jù)事故模擬的結(jié)果，制定合理的人員疏散和救援路線，做好預(yù)案和演練。同時嚴格管控動火作業(yè)，在禁止明火的情況下，蒸汽云爆炸事故發(fā)生的可能性將會很小。但是，化工廠儲罐一旦發(fā)生泄漏，必將造成巨大的損失。因此，可以依據(jù)儲罐泄漏模擬的結(jié)果來適當(dāng)調(diào)整儲罐之間的最小安全距離，確保不會因沖擊波造成連鎖事故和殉爆現(xiàn)象的產(chǎn)生。

3 結(jié)論

（1）環(huán)戊烷儲罐發(fā)生泄漏事故后，引起的蒸汽云爆炸事故影響范圍最廣且破壞性最為嚴重，可能對半徑500m 環(huán)形區(qū)域內(nèi)的工作人員造成不同程度的燒傷，后果嚴重。

（2）該廠區(qū)應(yīng)當(dāng)根據(jù)泄漏模擬結(jié)果重新規(guī)劃并且調(diào)整罐區(qū)內(nèi)危險化學(xué)品儲罐的間距，并將處于危險區(qū)域的人員工作崗位設(shè)置到安全位置，同時做好應(yīng)急疏散、救援的規(guī)劃預(yù)案。

（3）使用者只要輸入較為準(zhǔn)確的天氣條件、介質(zhì)參數(shù)、地理信息和泄漏情形，ALOHA 就會自行模擬計算并提供相應(yīng)的事故結(jié)果，同時綜合考慮各項影響因素，計算方便快捷，結(jié)果直觀清晰，應(yīng)當(dāng)培訓(xùn)指導(dǎo)廠區(qū)安全管理技術(shù)人員認真學(xué)習(xí)，熟練操作，并將其真正應(yīng)用到危險化學(xué)品的日常管控、預(yù)案編制和應(yīng)急救援中，做到在平時的作業(yè)中對工作人員進行嚴要求，盡可能減少或避免安全事故。