液氧儲罐重大危險源風險評估

蘆金柱

(中海油工業(yè)氣體(寧波)有限公司，浙江 寧波 315800)

空分行業(yè)隨著國家經(jīng)濟快速發(fā)展的過程中，由于人的不安全行為、物的不安全狀態(tài)等因素，安全事故頻頻發(fā)生。1997年5月16日,遼寧撫順某化工廠6000 m3/h制氧機組的空分塔發(fā)生了一起爆炸事故，造成4人死亡、4人重傷，直接經(jīng)濟損失461.9萬元[1]；2019年7月19日河南三門峽市河南煤氣集團義馬氣化廠C套裝置空氣分離裝置發(fā)生爆炸事故，造成15人死亡、16人重傷的重大事故，直接經(jīng)濟損失8000多萬元。因此對公司工藝系統(tǒng)及儲罐進行重大危險源辨識及風險評估，及時發(fā)現(xiàn)存在的安全隱患，對預(yù)防重大事故的發(fā)生具有重要意義。

1 工藝介紹

公司采用中海油自主開發(fā)的LNG冷能空分專利技術(shù)，將LNG 氣化系統(tǒng)與空分系統(tǒng)相結(jié)合，充分利用LNG 氣化時所釋放的巨大冷量來生產(chǎn)出液氮液氧等空分液體產(chǎn)品的一種工藝，工藝流程主要包括空氣過濾及壓縮系統(tǒng)(含末級冷卻器系統(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)等幾部分，工藝流程見圖1。

圖1 生產(chǎn)工藝流程圖

2 重大危險源評估與分級

2.1 重大危險源評估

根據(jù)根據(jù)《危險化學品重大危險源辨識》GB18218-2018[2]，公司危險化學品重大危險源辨識的單元包括：

(1)儲存單元-液氧儲罐

液氧儲罐：氧[壓縮的或液化的]，其最大存在量為2052 t，其對應(yīng)的臨界量為200 t。

表1 儲存單元(液氧儲罐)危險化學品實際存在量和臨界量

由于Σq/Q=10.26>1，所以液氧儲罐已構(gòu)成危險化學品重大危險源。

(2)生產(chǎn)單元1-空分裝置

空分裝置：氧[液化的或壓縮的]，已知液氧生產(chǎn)能力300 t/d，24小時生產(chǎn)，在線量根據(jù)10 min的管道途徑量估算，大約有2.08 t，其對應(yīng)的臨界量為200 t。

表2 生產(chǎn)單元1(空分裝置)危險化學品實際存在量和臨界量

由于Σq/Q=0.0104<1，所以空分裝置不構(gòu)成危險化學品重大危險源。

(3)生產(chǎn)單元2- LNG乙二醇換熱器裝置(含管道)

LNG乙二醇換熱器裝置(含管道)：LNG(液化天然氣)，LNG冷箱換熱裝置(含LNG/NG管道)，液化天然氣在使用場所主要存在于LNG 冷箱中的換熱器中LNG 通道以及LNG/NG管道內(nèi)，已知LNG 用量為56 t/h，在線量根據(jù)10 min的管道途徑量估算，大約有9.33 t，其對應(yīng)的臨界量為50 t。

表3 生產(chǎn)單元2(LNG乙二醇換熱器裝置(含管道))危險化學品實際存在量和臨界量

由于Σq/Q=0.1866<1，所以LNG乙二醇換熱器裝置(含管道)不構(gòu)成危險化學品重大危險源。

2.2 重大危險源分級

(1)分級依據(jù)

根據(jù)《危險化學品重大危險源辨識》[2]，校正系數(shù)α、β取值見表4。

表4 校正系數(shù)取值表

(2)R計算

液氧儲罐的重大危險源分級指標為：

R=α(β1×q1/Q1+β2×q2/Q2+…βn×qn/Qn)

=2×(0.19×1.5+10.26×1.0)=21.1

分級結(jié)果50>R=21.1≥10，本公司液氧儲罐屬三級重大危險源。

3 重大危險源定量評價

3.1 危險化學品重大危險源單元危險度分析

根據(jù)《危險化學品生產(chǎn)裝置和儲存設(shè)施 外部安全防護距離確定方法》GB/T37243-2019[3]，對本公司危險化學品重大危險源單元(液氧儲罐)的進行危險程度評價，得出本項目液氧儲罐的危險度等級，其評價結(jié)果見表5。

表5 單元危險度評價表

通過危險度評價可知，本項目液氧儲罐單元的危險度等級為Ⅱ級(中度危險)。

3.2 危險化學品重大危險源事故后果模擬

危險化學品重大危險源(液氧儲罐)事故后果模擬(輸出距離是距離裝置邊緣的距離)。以下模擬計算以2000 m3液氧儲罐為計算對象。

液氧儲罐物理性爆炸事故后果模擬分析如下：

3.2.1 爆炸能量計算

液氧儲罐破裂時，低溫液體迅速沸騰劇烈蒸發(fā)，暴沸和爆炸在瞬間完成，低溫液體儲罐爆炸能量用下式計算[4]：

EL=[(i1-i2)-(S1-S2)Tb]W

(1)

式中：EL—過熱狀態(tài)下液體的爆破能量，kJ

i1—爆破前液化氣體的焓，kJ/kg

i2—在一個大氣壓下飽和液體的焓，kJ/kg

S1—爆破前液化氣體的熵，kJ/(kg·K)

S2—在一個大氣壓下飽和液體的熵，kJ/(kg·K)

W—儲罐內(nèi)液體質(zhì)量

Tb—標準沸點，K

液氧物性數(shù)據(jù)：沸點-183.1 ℃；臨界溫度-118.4 ℃；臨界壓力5.08 MPa，飽和蒸氣壓506.62 kPa，定壓比熱取1.67 kJ/kg。液體氧密度取1140 kg/m3，液氧儲存溫度取-150 ℃。

本項目液氧儲罐容量2000 m3，充裝量90%，W=2052000 kg。

EL=[-79.84-(-133.69)-(3.44-2.94)×90.05]=18108900 kJ

3.2.2 TNT當量計算[5]

1 kg TNT爆炸所發(fā)出的爆炸能量為4230～4836 kJ，取平均爆破4500 kJ/kg計算。

相當于TNT當量為：WTNT=4024.2 kg。

3.2.3 爆炸的人員傷害分區(qū)[6-7]

為了估計爆炸所造成的人員傷亡情況，將危險源周圍劃分為死亡區(qū)、重傷區(qū)、輕傷區(qū)。根據(jù)人員因爆炸而傷亡的概率不同，將爆炸危險區(qū)域由內(nèi)向外依次劃分。

(1)死亡區(qū)

死亡區(qū)內(nèi)的人員如果缺少防護，則被認為將無例外的蒙受嚴重傷害或死亡，其內(nèi)徑為零，外徑記為 R0.5，表示外圓周處人員因沖擊波作用導致死亡概率為 0.5，它與爆炸量間的關(guān)系由下式確定：

R0.5=13.6(WTNT/1000)0.37

(2)

該公式在使用時有如下假設(shè)：即認為該圓周內(nèi)沒有死亡的人數(shù)正好等于圓周外死亡的人數(shù)，則可以說死亡區(qū)的人員將全部死亡，而死亡區(qū)外的人員將無一死亡。這一假設(shè)能夠極大的簡化危險源評估的計算而不會帶來顯著的誤差，因為在破壞效應(yīng)隨距離急劇衰減的情況下，該假設(shè)是近似成立的。需要說明的另一個假設(shè)是，在考慮這些區(qū)域時，已假設(shè)沖擊波在這些區(qū)域傳播時沒有受到任何障礙。將 WTNT代入公式，可得死亡半徑為 22.75 m。

(2)重傷區(qū)

重傷區(qū)內(nèi)的人員如果缺少防護，則絕大多數(shù)人員將遭受嚴重傷害，極少數(shù)人可能死 亡或受輕傷。根據(jù)沖擊波超壓準則，該處要求的沖擊波超壓為 44000 Pa，沖擊波超壓Δp可按式(5)計算：

Δp=0.137Z-3+0.119Z-2+0.269Z-1-0.019

(3)

其中：Z=R(P0/E)1/3

式中:Δp——沖擊波超壓，105 Pa

R——目標到爆源的距離，m

P0——環(huán)境壓力，101300 Pa

E——爆炸總能量，J

將各數(shù)值代入公式，可得重傷半徑為 60.51 m。

(3)輕傷區(qū)

輕傷區(qū)的人員如果缺少防護，則絕大多數(shù)人員將遭受輕微傷害，少數(shù)人員將遭受重 傷或平安無事。根據(jù)沖擊波超壓準則，該處要求的沖擊波超壓為 17000 Pa，計算公式(5)。 將各數(shù)值代入公式，可得輕傷半徑為 108.67 m。

綜上所述，若液氧儲罐泄漏發(fā)生物理爆炸事故，則死亡半徑、重傷半徑、輕傷半徑 分別為 22.75 m、60.51 m、108.67 m。由于場內(nèi)占地面積的限制，一旦儲罐發(fā)生意外，對周圍設(shè)備設(shè)施均有較大影響。由于液氧的氣化膨脹倍數(shù)為800倍，2000 m3液氧在常溫狀態(tài)下將氣化為 1600000 m3氧氣，形成富氧氣團，則可能引起更加嚴重的事故后果。

4 重大危險源的管控措施

通過對公司生產(chǎn)單元、液氧儲罐進行重大危險源辨識，液氧儲罐為三級重大危險源，危險度為中度危險，如果液氧儲罐由于腐蝕、施加外力、誤操作等因素導致低溫氣體逸出，發(fā)生火災(zāi)爆炸事故，死亡半徑、重傷半徑、輕傷半徑分別為 22.75 m、60.51 m、108.67 m。為了更好的對公司重大危險源進行管控，將采取以下管控措施：

(1) 建立健全重大危險源安全管理規(guī)章制度, 制定重大危險源安全管理與監(jiān)控的實施方案，明確重大危險源的責任人，落實企業(yè)主體責任。

(2) 對重大危險源進行登記建檔, 建立重大危險源管理檔案；將重大危險源可能發(fā)生事故時的危害后果、應(yīng)急措施等信息告知周邊單位和人員。在重大危險源現(xiàn)場設(shè)置明顯的安全警示標志,并加強重大危險源的現(xiàn)場檢測監(jiān)控和有關(guān)設(shè)備、設(shè)施的安全管理。

(3) 對從業(yè)人員進行安全生產(chǎn)教育和培訓, 使其熟悉重大危險源安全管理制度和安全操作規(guī)程, 掌握本崗位的安全操作技能等。

(4)對重大危險源的安全狀況以及重要的設(shè)備設(shè)施進行定期檢查、檢測、檢驗, 并做好記錄。 對存在事故隱患的重大危險源, 必須立即整改。要制定整改方案, 落實整改資金、責任人、期限等。整改期間要采取切實可行的安全措施, 防止事故發(fā)生。

(5)根據(jù)重大危險源事故模擬后果，制定針對性重大危險源應(yīng)急救援預(yù)案, 配備必要的救援器材、裝備, 并進行事故應(yīng)急救援演練。