危險化學(xué)品企業(yè)外部安全防護(hù)距離分析與研究

甘平燕

（北京國石安康科技有限公司，北京 100029）

0 引言

2015 年“8·12”天津?yàn)I海新區(qū)爆炸事故發(fā)生以后，安全行業(yè)對危險化學(xué)品企業(yè)外部安全防護(hù)距離再次進(jìn)行了討論，廣大專家、學(xué)者都意識到了危險化學(xué)品企業(yè)外部安全防護(hù)距離的重要意義。根據(jù)《全國安全生產(chǎn)專項(xiàng)整治三年行動計(jì)劃》的要求，需預(yù)防和減緩危險化學(xué)品生產(chǎn)裝置和儲存設(shè)施潛在事故對廠外防護(hù)目標(biāo)的影響，本文將按照GB 36894—2018《危險化學(xué)品生產(chǎn)裝置和儲存設(shè)施風(fēng)險基準(zhǔn)》、GB/T 37243—2019《危險化學(xué)品生產(chǎn)裝置和儲存設(shè)施 外部安全防護(hù)距離確定方法》及海南省地方標(biāo)準(zhǔn)DB46/T 522—2021《危險化學(xué)品化工園區(qū)（集中區(qū)）和危險化學(xué)品生產(chǎn)裝置及儲存設(shè)施外部安全防護(hù)距離確定方法》等規(guī)范要求，結(jié)合實(shí)際案例，借用安全工程理論方法，分析研究危險化學(xué)品企業(yè)外部安全防護(hù)距離設(shè)置合理性，以期進(jìn)一步提高危險化學(xué)品企業(yè)本質(zhì)安全管理水平。

1 研究依據(jù)及方法

1.1 研究依據(jù)

目前國家及海南當(dāng)?shù)貙ξｋU化學(xué)品企業(yè)外部安全防護(hù)距離的要求主要參考《全國安全生產(chǎn)專項(xiàng)整治三年行動計(jì)劃》中危險化學(xué)品安全整治的專題、《海南省危險化學(xué)品安全提升行動方案（2020—2022）年》（瓊辦發(fā)〔2020〕20 號）、GB 50183—2004《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火設(shè)計(jì)規(guī)范》、DB46/T 522-2021《危險化學(xué)品化工園區(qū)（集中區(qū)）和危險化學(xué)品生產(chǎn)裝置及儲存設(shè)施外部安全防護(hù)距離確定方法》、GB/T 37243—2019《危險化學(xué)品生產(chǎn)裝置和儲存設(shè)施 外部安全防護(hù)距離確定方法》等。

1.2 研究方法

在上述法規(guī)中，前二者主要是從宏觀上提出了管理要求，保護(hù)危險化學(xué)品企業(yè)和化工園區(qū)外部安全防護(hù)距離，而GB 50183—2004《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火設(shè)計(jì)規(guī)范》中4.0.4 明確了部分防火間距，DB46/T 522—2021《危險化學(xué)品化工園區(qū)（集中區(qū)）和危險化學(xué)品生產(chǎn)裝置及儲存設(shè)施 外部安全防護(hù)距離確定方法》、GB/T 37243—2019《危險化學(xué)品生產(chǎn)裝置和儲存設(shè)施外部安全防護(hù)距離確定方法》中明確了危險化學(xué)品生產(chǎn)裝置和儲存設(shè)施外部安全防護(hù)距離的確定要求，尤其是定量計(jì)算部分，要求繪制個人風(fēng)險等值線和社會風(fēng)險F-N 曲線，但未規(guī)定企業(yè)員工宿舍應(yīng)參照一般防護(hù)目標(biāo)的住宅及相應(yīng)的防護(hù)設(shè)施的防護(hù)目標(biāo)類型[1-4]，其流程如圖1 所示。

通常進(jìn)行定量計(jì)算時會借用DNV（工藝危險源分析軟件工具）、CASSTQRA（重大危險源區(qū)域定量風(fēng)險評價軟件）等模擬軟件對設(shè)定的場景進(jìn)行計(jì)劃，泄漏場景中根據(jù)泄漏孔徑依據(jù)GB/T 37243—2019《危險化學(xué)品生產(chǎn)裝置和儲存設(shè)施 外部安全防護(hù)距離確定方法》中第6.4 選取典型泄漏場景，泄漏頻率分析可參考該規(guī)范附錄C.2 中的經(jīng)驗(yàn)值。

2 實(shí)例應(yīng)用概況

本文以海南市某企業(yè)情況為案例進(jìn)行分析。該企業(yè)為氣站，北距A 鎮(zhèn)3 km，南距B 鎮(zhèn)20 km，距高鐵站約19 km，交通運(yùn)輸條件優(yōu)越，位于工業(yè)園區(qū)內(nèi)，周邊間距及與國家標(biāo)準(zhǔn)符合性評估情況詳見表1。

表1 區(qū)域布置防火間距表

該企業(yè)主要設(shè)計(jì)功能包括：接收氣站來氣，輸往電廠及其他用戶；天然氣過濾、計(jì)量、調(diào)壓、加臭；站場及上、下游管道事故時進(jìn)、出站天然氣緊急截斷及放空；事故狀態(tài)及維修時的放空和排污等。該企業(yè)接收上級氣站來氣經(jīng)過濾后分兩路，一路經(jīng)計(jì)量、調(diào)壓后輸送電廠，另一路經(jīng)計(jì)量、調(diào)壓、加臭后輸送給其他用戶。站內(nèi)設(shè)置清管器接收發(fā)送裝置，可在不停輸狀態(tài)下，向下游發(fā)送或者接收上游發(fā)送來的清管器。其工藝設(shè)備設(shè)施主要包括：清管裝置、濾分離器、過濾分離器、放空設(shè)施、排污設(shè)施、閥門等，主要輸送介質(zhì)為LNG 氣化天然氣。

3 危險有害因素辨識

3.1 主要危險有害物質(zhì)及分布

該企業(yè)站場輸送介質(zhì)的為天然氣，物質(zhì)的主要危險有害特性見表2。

表2 危險有害物質(zhì)的主要危險有害特性

天然氣具有易燃易爆的危險特性，主要成分為甲烷。甲烷氣體屬于甲類可燃?xì)怏w，當(dāng)天然氣的體積濃度為5%～16%時具有被引燃和引爆的風(fēng)險，爆炸波速可達(dá)3000 m/s，造成很大的破壞力。天然氣一旦發(fā)生泄漏，將主要分布在站場及站場內(nèi)的生產(chǎn)、輔助裝置附近。

3.2 站場工藝設(shè)備設(shè)施危險有害因素分析

站場主要功能為分離、調(diào)壓、計(jì)量。

常見的引起事故的原因：站內(nèi)管道破裂，設(shè)備故障，管道法蘭泄漏、電氣短路，管道及設(shè)備腐蝕，防腐層破損，材料選擇不當(dāng)。

有害因素分析：

1）操作壓力較高，各類閥門、法蘭、管道、計(jì)量儀表開裂泄漏。

2）由于溫度變化、天然氣壓力變化等原因可導(dǎo)致設(shè)備、管道疲勞破裂，發(fā)生泄漏。

3）各類閥門、法蘭密封件老化，發(fā)生泄漏。

4）管道、閥門等內(nèi)部雜物脫落，導(dǎo)致閥門關(guān)閉不嚴(yán)發(fā)生泄漏。

5）檢查、維護(hù)不力、排污不及時，導(dǎo)致積液回流或管道阻塞，發(fā)生泄漏。

6）沒有靜電接地或接地不良，導(dǎo)致天然氣在輸送過程中產(chǎn)生大量靜電積累，有可能產(chǎn)生火花，甚至發(fā)生火災(zāi)、爆炸事故。

7）各種計(jì)量、檢測控制電氣設(shè)備采用非防爆型電器，或未按規(guī)定安裝，可導(dǎo)致電氣事故，進(jìn)一步引發(fā)火災(zāi)爆炸事故。

8）清管器發(fā)球筒設(shè)有快開盲板，如安裝或操作不當(dāng)易發(fā)生泄漏。

天然氣泄漏到空氣中，達(dá)到一定的濃度就可能發(fā)生火災(zāi)、爆炸事故。

4 外部安全防護(hù)距離的計(jì)算

筆者結(jié)合“研究依據(jù)及方法”中提到的場景設(shè)定方法，采用安科院CASSTQRA 軟件對事故后果進(jìn)行模擬，選擇該站工藝裝置區(qū)匯管發(fā)生泄漏作為假定事故類型進(jìn)行事故后果計(jì)算分析。CASSTQRA 軟件能在總體上對安全策略進(jìn)行規(guī)劃，同時可進(jìn)行詳細(xì)的風(fēng)險評估。CASSTQRA 軟件的計(jì)算結(jié)果有兩種：一種是描述單個設(shè)備發(fā)生危險的時候，對周圍人員及設(shè)備造成影響的獨(dú)立設(shè)備風(fēng)險，由CASSTQRA 軟件將每個計(jì)算結(jié)果的影響區(qū)域標(biāo)注在底圖上，形成風(fēng)險輪廓圖，用于結(jié)果分析；另一種是描述個人風(fēng)險和社會風(fēng)險。

4.1 點(diǎn)火源分析

該站內(nèi)可能涉及的點(diǎn)火源主要包括：

1）點(diǎn)源：廠內(nèi)機(jī)動車輛（未安裝阻火器）、廠內(nèi)人員（抽煙、打手機(jī)、違規(guī)動火等）等；電氣設(shè)備（未采用防爆電氣設(shè)備、電氣設(shè)備防爆選型不當(dāng)、防爆電氣安裝不到位防爆失效、電氣老化、違規(guī)臨時用電等）等。

2）線源：廠外周邊道路上的機(jī)動車輛、社會人員、其他工廠員工等；廠外輸電線路等。

3）面源：廠外周邊罐廠、電廠。

4.2 事故后果分析

據(jù)該企業(yè)氣站的特點(diǎn)，選擇該站工藝裝置區(qū)匯管發(fā)生泄漏作為假定事故類型，按以下事故形態(tài)進(jìn)行事故后果模擬計(jì)算。根據(jù)下述事故模擬結(jié)果，該站工藝裝置區(qū)發(fā)生泄漏后，可能造成火災(zāi)、爆炸事故。匯管發(fā)生泄漏事故的概率見表3。

表3 匯管發(fā)生泄漏的概率表

表4 設(shè)備事故形態(tài)假定表

站場在設(shè)計(jì)壓力下，按以下事故形態(tài)進(jìn)行事故后果仿真評價。

通過CASSTQRA 計(jì)算得到結(jié)果，將結(jié)果匯總到表5 中。

根據(jù)表5 可知，工藝區(qū)的匯管等設(shè)備發(fā)生泄漏，遇到點(diǎn)火源可能發(fā)生閃火及云爆事故，其影響范圍較廣，人員傷亡較大。管道完全破裂發(fā)生閃火事故，其死亡半徑為86 m。管道大孔泄漏、管道完全破裂發(fā)生云爆事故，其死亡半徑為52 m，重傷半徑為89 m，輕傷半徑為150 m，多米諾半徑為72 m。

表5 事故后果計(jì)算表

根據(jù)GB 36894—2018《危險化學(xué)品生產(chǎn)裝置和儲存設(shè)施風(fēng)險基準(zhǔn)》關(guān)于個人風(fēng)險、社會風(fēng)險、防護(hù)目標(biāo)的相關(guān)定義以及個人風(fēng)險基準(zhǔn)和社會風(fēng)險基準(zhǔn)，該站屬于新建站，故個人風(fēng)險基準(zhǔn)按照危險化學(xué)品新建、改建、擴(kuò)建生產(chǎn)裝置和儲存設(shè)施取值。根據(jù)事故后果分析，計(jì)算個人風(fēng)險曲線，如圖2 所示。影響到東側(cè)圍墻外最遠(yuǎn)距離126 m，此范圍波及到部分電廠；影響到南側(cè)圍墻外最遠(yuǎn)距離71 m，此范圍波及到省道；影響到西側(cè)圍墻外最遠(yuǎn)距離104 m，此范圍波及到大部分的罐廠的包裝廠房；影響到北側(cè)圍墻外最遠(yuǎn)距離69 m，圍墻外為空地。

所波及到的電廠有60 名員工，工作時間按三班倒，一班工作人員取20 人；罐廠取最大值50 人；站外南側(cè)有零散居民房，人數(shù)取15 人。根據(jù)GB 36894—2018《危險化學(xué)品生產(chǎn)裝置和儲存設(shè)施風(fēng)險基準(zhǔn)》中定義：電廠及罐廠、南側(cè)的零散居民均屬于一般防護(hù)目標(biāo)的三類防護(hù)目標(biāo)。模擬計(jì)算得到的社會風(fēng)險如圖3 所示。

通過模擬計(jì)算，社會風(fēng)險曲線存在部分落于“盡可能降低區(qū)”、部分落于“可接受區(qū)”，在采取一定的安全措施后，該企業(yè)社會風(fēng)險可以接受。

4.3 外部安全防護(hù)距離的確定

根據(jù)GB/T 37243—2019《危險化學(xué)品生產(chǎn)裝置和儲存設(shè)施 外部安全防護(hù)距離確定方法》第6.8.1 條結(jié)合事故后果模擬結(jié)果和個人風(fēng)險曲線圖，該企業(yè)外部安全防護(hù)距離確定如下：

1）紅色代表3×10-7的個人風(fēng)險等值線，該曲線波及的范圍為：影響到東側(cè)圍墻外最遠(yuǎn)距離126 m，此范圍波及到部分電廠；影響到南側(cè)圍墻外最遠(yuǎn)距離71 m，此范圍波及到省道；影響到西側(cè)圍墻外最遠(yuǎn)距離104 m，此范圍波及到大部分的罐廠包裝廠房；影響到北側(cè)圍墻外最遠(yuǎn)距離69 m，圍墻外為空地。紅色代表3×10-7的個人風(fēng)險等值線范圍內(nèi)不存在敏感防護(hù)目標(biāo)、重要防護(hù)目標(biāo)以及一般防護(hù)目標(biāo)中的一類防護(hù)目標(biāo)。

2）黃色代表3×10-6的個人風(fēng)險等值線，該曲線波及的范圍為：影響到東側(cè)圍墻外最遠(yuǎn)距離70 m，此范圍波及到站區(qū)圍墻外園區(qū)道路及電廠的圍墻，未波及到廠區(qū)內(nèi)的任何建構(gòu)筑物；影響到南側(cè)圍墻外最遠(yuǎn)距離20 m，此范圍波及到站場大門外與省道連接的道路；影響到西側(cè)圍墻外最遠(yuǎn)距離51 m，此范圍波及到罐廠的包裝廠房；影響到北側(cè)圍墻外最遠(yuǎn)距離8 m，圍墻外為空地。黃色代表3×10-6的個人風(fēng)險等值線范圍不存在一般防護(hù)目標(biāo)中的二類防護(hù)目標(biāo)。

3）藍(lán)色代表1×10-5的個人風(fēng)險曲線等值線，該曲線波及的范圍為：影響到東側(cè)圍墻外最遠(yuǎn)距離47 m，此范圍波及到圍墻外的園區(qū)道路；影響到西側(cè)圍墻外最遠(yuǎn)距離27 m，此范圍波及到罐廠的部分包裝廠房，其他方向的影響未超區(qū)站場范圍。藍(lán)色代表1×10-5的個人風(fēng)險曲線等值線范圍內(nèi)存在一般防護(hù)目標(biāo)的三類防護(hù)目標(biāo)。

綜上，外部安全防護(hù)距離內(nèi)不存在敏感防護(hù)目標(biāo)、重要防護(hù)目標(biāo)以及一般防護(hù)目標(biāo)中的一類防護(hù)目標(biāo)、二類防護(hù)目標(biāo)；存在一般防護(hù)目標(biāo)的三類防護(hù)目標(biāo)，即罐廠，波及范圍為距離站場圍墻外最遠(yuǎn)距離27 m，此范圍內(nèi)波及罐廠。

5 結(jié)論及建議

根據(jù)法律、法規(guī)、相關(guān)文件的要求，本文以某企業(yè)氣站為例，研究了外部安全防護(hù)距離計(jì)算方法，通過實(shí)例計(jì)算發(fā)現(xiàn)，該企業(yè)工藝區(qū)的匯管設(shè)備發(fā)生泄漏，管道完全破裂發(fā)生閃火事故，其死亡半徑為86 m，管道大孔泄漏、管道完全破裂發(fā)生云爆事故，其死亡半徑為52 m。重傷半徑為89 m，輕傷半徑為150 m，多米諾半徑為72 m，其外部安全防護(hù)距離范圍內(nèi)不存在敏感防護(hù)目標(biāo)、重要防護(hù)目標(biāo)以及一般防護(hù)目標(biāo)中的一類防護(hù)目標(biāo)、二類防護(hù)目標(biāo)；存在一般防護(hù)目標(biāo)的三類防護(hù)目標(biāo)，波及范圍為距離站場圍墻外最遠(yuǎn)距離27 m。

通過分析外部安全防護(hù)距離，建議企業(yè)應(yīng)與罐廠、相關(guān)政府部門進(jìn)行溝通協(xié)商，外部安全防護(hù)距離波及到的罐廠，向西側(cè)搬遷出1×10-5的個人風(fēng)險曲線等值線范圍，或者與罐廠之間設(shè)置防爆墻，防爆墻與工藝區(qū)距離應(yīng)滿足GB 50183—2004《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》的間距要求，防爆墻結(jié)構(gòu)應(yīng)由具備設(shè)計(jì)資質(zhì)的設(shè)計(jì)院進(jìn)行設(shè)計(jì)。同時，與罐廠應(yīng)簽訂安全管理協(xié)議及應(yīng)急救援協(xié)議，定期組織雙方開展事故應(yīng)急聯(lián)動演練。