重大危险源定量风险评价方法研究

关键词： 液氨 罐区 辨识 危险源

1 重大危险源危险性的定性、定量分析评价过程

本文拟采用某公司新建项目的储存设施 (主要为甲醇罐区、液氨、油品罐区) 为研究对象。根据《危险化学品重大危险源辨识》 (GB 18218-2009) 进行辨识、计算后得知, 该公司罐区属于一级重大危险源。为确定该罐区周边的安全防护距离, 就需要进行危险性的定性定量评价与计算。我们首先采用预先危险性分析法对本重大危险源可能存在的危险有害因素进行分析、分级, 并提出相应的防范措施。

1.1 重大危险源危险性分析预评价过程

结合危险有害因素辨识和评价单元划分, 选取本系统单元可燃液体储罐子单元作为评价对象。预先危险性分析评价过程见附表1-1-1。

通过预先危险性分析可知, 甲醇、焦油、石脑油储罐和液氨球罐等发生火灾、爆炸事故是最主要的危险有害因素, 尤其是罐区储存易燃、易爆物质数量大, 一旦泄漏发生火灾造成的危害后果较为严重。此外, 罐区还存在中毒危害。

1.2 重大危险源灾害后果模拟分析评价过程

重大危险源中甲醇、焦油、石脑油储罐等泄漏遇火源可能发生池火灾, 液氨球罐泄漏可造成大面积的毒害范围。我们首先用灾害模型模拟、评估影响范围。

(1) 可燃液体储罐泄漏引发池火灾的影响范围计算过程选取甲醇、石脑油和焦油储罐区等作为评价目标。根据评估模型计算方法进行“池火灾”灾害评估。其中储罐体积参数、池面积等主要依据《可研报告》选取;物质密度、燃烧热等数据主要来自《危险化学品安全技术说明书》。数据处理计算过程及结果见附表1-2-1。

评估结果分析:

通过对本重大危险源的灾害事故初步模拟计算可知, 液体储罐一旦发生池火灾、爆炸, 造成的最大影响范围在220M左右。

(2) 液氨球罐泄漏中毒灾害的影响范围计算过程液氨球罐泄漏后将造成一定的毒害范围, 故针对本项目2个1000m3液氨球罐中一个储罐泄漏选取有毒、有害物质在大气中扩散模型分别进行模拟评价。

本项目储罐工艺条件:1000m3球罐, 温度常温20℃, 储存压力1.6MPa, 密度0.67, 装载系数取0.85, 质量W=569500kg

当球罐破裂时, 球罐内压力降至latm (0.1MPa) , 处于过热状态的液氨温度迅速降至标准沸点t0 (-33℃) , 此时全部液氨所放出的热量为:

式中:Q为液氨放出的热量 (k J) ;W为容器内液氨的质量 (kg) ;W=569500kg;C为液氨比热 (k J/kg℃) ;C=4.6k J/kg℃;t为液氨温度, t=20℃;t0为液氨沸点, t0=-33℃;

假设这些热量全部用于球罐内液氨的蒸发, 则其蒸发量为:

式中:q为液氨的汽化热, 1.37×103k J/kg。

则在沸点下蒸气氨气的体积Vg为:

式中:M为氨的分子量, M=17;

计算得:Vg=1.33×105m3

根据《职业性接触毒物危害程度分级》可知, 氨属于Ⅳ (轻度危害) , 车间允许浓度30mg/m3, 半数致死浓度1390mg/m3。

假设在静风条件下, 氨气初始云团按半球状在地面释放, 设释放后云团的浓度为30mg/m3, 则轻度危害半径为:

设释放后浓度为1390mg/m3, 则中度危害半径为:

由上述计算结果可知, 一旦液氨球罐发生泄漏, 在以球罐为圆心, 半径1172m的区域范围内氨气浓度高于国家卫生标准30mg/m3以上, 会造成轻度危害;在半径326m的区域范围内会导致重度危害。

2 重大危险源事故树分析评价过程

通过预先危险性分析评价和灾害评估可以看出, 重大危险源液氨球罐破裂发生泄漏造成人员中毒的危害区域较大。

选取“球罐超压爆裂泄漏事故”作为顶上事件, 以在同类工程进行实地调研的结果为依据, 进行事故预想分析, 列出“事故原因调查表”。画出事故树图。计算泄漏事故发生的最小割集、最小径集、基本事件的结构重要度等。根据事故树计算结果, 分析控制事故发生的途径和手段, 提出预防事故发生的对策和措施。

2.1 事故原因分析

液氨球罐为第Ⅲ类压力容器, 其发生超压爆裂泄漏事故的可能原因列表如下 (附表2-1-1) , 绘出事故树附图2-1-2。

2.2 最小割 (径) 集计算

经对球罐超压爆裂泄漏事故树图进行分析计算, 求得最小径集3个, 即液氨等球罐不发生超压爆裂泄漏的可能性有3种:

2.3 事故树基本事件的结构重要度

根据判别结构重要度近似方法和结构重要系数计算公式, 得到球罐超压爆裂泄漏事故树基本事件的结构重要顺序。

2.4 球罐超压爆裂泄漏事故树评价结论

从计算结果可知, 基本事件×15、×16构成了最小径集P1, 且其结构重要度最大, 是球罐发生超压爆裂泄漏事故的最重要条件, 其次, 基本事件×1、×2、×3的结构重要度仅次于×15、×16, 也是控制事故发生的重要条件。

具体操作中, 应注意作到:

(1) 依照压力容器规范要求, 及时对球罐及附属管线的焊缝作射线探伤检查和缺陷修复。 (2) 及时调校安全阀, 确保其灵敏、可靠, 并保持根部阀全开; (3) 及时监控罐内液位和压力, 保证液位计、压力表指示正常; (4) 及时调校报警装置以及自控系统。

3 本重大危险源 (罐区) 的定性、定量危险性分析结果

本项目重大危险源是罐区 (甲醇罐区、液氨、油品罐区) , 通过上述定性定量危险性分析可以得出:

3.1 预先危险性分析评价结果

通过预先危险性分析可知, 甲醇、焦油、石脑油储罐和液氨球罐等发生的火灾、爆炸事故是最主要的危险有害因素。由于储存易燃易爆、有毒物质数量大, 一旦泄漏发生罐区火灾造成的危害后果较为严重。

3.2 灾害后果模拟分析、评价结果

(1) 可燃液体储罐泄漏引发池火灾的影响评价结果

1000m3甲醇储罐泄漏发生池火灾造成的死亡半径为20.8m, 重伤半径为27.7m, 轻伤半径为44m。

3000m3石脑油储罐泄漏发生池火灾造成的死亡半径为48.3m, 重伤半径为58.9m, 轻伤半径为92.1m。

5000m3焦油储罐泄漏发生池火灾造成的死亡半径为98.1m, 重伤半径为126.9m, 轻伤半径为222.8m。

(2) 液氨球罐泄漏灾害模拟评价结果

液氨球罐发生泄漏, 通过扩散模型评价得知:一旦液氨球罐发生泄漏, 在以球罐为圆心, 半径1172m的区域范围内氨气浓度高于国家卫生标准30mg/m3以上, 会造成轻度危害;在半径326m的区域范围内会导致重度危害。

液氨泄漏造成毒害范围除了和泄漏孔径有关外, 还与大气稳定度、风速等有密切关系。在实际中, 液氨泄漏事故发生后, 气体扩散范围较难精确预测, 不同地形、风速、风向、温度等都会对泄漏后的扩散形式、距离造成影响, 故需要尽可能的远离人员集中的居住区、工厂等场所。

4 危险性定量分析的应用和推广

随着国家对安全和环保工作重视程度的不断提升, 重大危险源作为容易引发重大安全事故的管控目标, 已越来越受到企业和安监局等监管部门的高度重视。发达国家已广汇应用的危险性定量计算和评价方法, 能够比较科学、准确地分析、评价生产储存系统或工艺装备的危险性, 确保人员和财产安全。随着, 国家安监总局[2014]13号公告的实施 (《危险化学品生产、储存装置个人可接受风险标准和社会可接受风险标准 (试行) 》) , 定量风险评价法必将得到更加广泛的应用。

摘要：随着化学工业的不断发展、壮大, 重大危险源的数量不断增多。由于缺乏合理建设规划, 一些危化品重大危险源被居民区或公共设施所包围。由此产生的火灾、爆炸和毒害品泄漏等重大灾害事故屡屡发生, 严重危及人员安全。在我国正在积极倡导的“以人为本、安全发展”和依法治国的大背景下, 本文通过对某化工企业重大危险源进行定量风险评价与计算, 来探讨、研究定量风险评价法在重大危险源安全管理中的应用。

关键词：重大危险源,定量,风险评价,方法