重大危险源评价法在废弃有机溶剂储罐区危险性评价中的应用

李胜楠，吴伟龙，凌标灿,3

(1.华北科技学院，北京 东燕郊 065201；2.南京溶澄环保科技股份有限公司，江苏 南京 210000；3.中矿龙科能源科技(北京)股份有限公司，北京 100085)

0 引言

目前许多安全评价集中在化工行业，无数的事故案例证明，储罐区是火灾、爆炸事故的多发区域。其原因是储罐区内存储大量的易燃、易爆、有毒物质，由于物的不安全状态或者人的不安全行为，可能会导致储存的易燃、易爆、有毒物质的泄露，一旦遇到静电火花或者明火，将会引起泄露火灾、爆炸、中毒等事故。大型储罐一旦发生故障，所带来的损失就会更严重，甚至可能是灾难性的[1-3]。储罐区危险化学品的量较为集中，易构成重大危险源，重大危险源管理是企业安全管理工作的关键，因此，对化工储罐区进行重大危险源评价研究是十分必要的。

1 工程背景及评价方法简介

1.1 工程背景

废有机溶剂储罐区位于某环保公司化工厂区内，罐区共计13个危险化学品储罐，存在甲醇、乙腈等10种物质，可能构成重大危险源。罐区设置半固定式泡沫灭火系统、DCS控制系统、可燃气体浓度检测器以及温度、压力和液位关键工艺参数监控器及报警器等消防系统，氮气24小时不间断吹扫罐区。经计算确认，废有机溶剂储罐区构成重大危险源，见表1。故选取易燃、易爆、有毒重大危险源评价法对储罐区进行安全评价，以指导企业制定具有针对性的安全管理措施，提高企业安全管理水平。

表1 废有机溶剂储罐区重大危险源辨识及结果

1.2 评价方法简介

重大危险源安全评价是预防重大工业事故、建立重大危险源控制系统必不可少的组成部分。易燃、易爆、有毒重大危险源评价法是在大量重大火灾、爆炸、毒物泄漏中毒事故资料统计分析的基础上，从物质危险性和工艺危险性人手，分析重大事故发生的原因和条件，评价事故的影响范围、伤亡人数和经济损失，提出了工艺设备、人员素质以及安全管理三方面的107个指标组成的评价指标集。其评价模型结构如图1所示[4,5]。

评价的数学模型如下：

(1)

式中：(B111)i为第i种物质危险性的评价值；(B112)j为第j种工艺危险性的评价值；Wij为第j种工艺与第i种物质危险性的相关性；B12为事故严重度评价值；B21为工艺、设备、容器、建筑结构抵消因子；B22为人员素质抵消因子；B23为安全管理抵消因子。

图1 重大危险源评价模型层次结构

2 废有机溶剂储罐区的安全评价

2.1 储罐区的事故易发性B11评价

2.1.1 危险物质事故易发性评价B111

液体燃烧性：α=0.9；

正己烷、丙酮、四氢呋喃是一级易燃液体，取值80，物质事故易发性B111=0.9×80=72；

丁酮、甲醇、乙醇、异丙醇、乙酸乙酯、乙腈、甲苯是二级易燃液体，取值60，物质事故易发性B111=0.9×60=54。

2.1.2 工艺过程事故易发性评价B112

从21种工艺影响因素中找出储罐区工艺过程实际存在的危险，以正己烷为例，分析过程见表2，储罐区详细取值及结果表见表3。

表2 正己烷工艺过程事故易发性表

表3 废有机溶剂储罐区事故易发性B11相关数据取值及结果表

续表

2.2 储罐区的伤害模型及伤害/破坏半径

储罐区存在的废有机溶剂均为可燃液体，若发生泄漏，可能会出现以下两种情况：①在防火堤内形成液池，遇到点火源，有可能发生火灾；②泄漏后持续蒸发，在液池附近有可能达到爆炸极限，形成爆炸性蒸气云。故储罐区伤害模型有两种：蒸气云爆炸(VCE)模型和池火灾模型，前者为爆炸型，后者为燃烧型[6-8]。

2.2.1 蒸气云爆炸模型

(1) TNT当量：WTNT=E/QTNT=1.8αWfQf/QTNT

式中：α为蒸气云当量系数，取α=0.04；E为爆源总能量，kj；Wf为蒸气云中燃料的总质量，kg；Qf为燃料的燃烧热，kj/kg；QTNT为TNT爆热，取QTNT=4520kj/kg。

(2) 死亡半径R1：R1=13.6(WTNT/1000)0.37

(3)

(3) 重伤半径R2，由下列方程式求解：

(4)

(4) 轻伤半径R3，由下列方程式求解：

(5)

(5) 财产损失半径R4：

(6)

式中：KⅡ为二级破坏系数，取KⅡ=4.6。

废有机溶剂储罐区蒸气云爆炸模型的伤害/破坏半径如表5所示。

2.2.2 池火灾模型

(1) 液池等效半径r，根据防护堤所围池面积S(m2)计算液池半径r(m)：

r=(S/3.14)1/2

(7)

(8)

式中：mf为燃烧速率(可从相关手册查到)，kg/(m2·s)；ρ0为空气密度，取ρ0=1.293 kg/m3(标准大气压条件)；g为重力加速度，取g=9.8m/s2。

(3)总热辐射通量Q

(9)

式中：ΔHC为燃烧热，kj/kg；η为效率因子，介于0.13～0.35之间，取平均值0.24。

(4) 目标入射热辐射强度I：

I=Qtc/(4πx2)

(10)

式中：tc为热传导系数，在无相对理想的数据时，可取1；x为目标点到液池中心的距离，m。

(5) 热辐射对人员的伤害

目标入射热辐射强度公式表示入射热辐射通量与受害目标到池火中心距离之间的关系，当入射热通量一定时，可以计算出目标受害距离。当目标与池火中心距离一定的情况下，可计算出目标所受到的入射热通量。根据入射热通量的大小，可知道目标受到的危害程度。表4即为不同入射通量下造成人员伤亡和设备损坏的范围。

死亡半径R1：由表4取入射通量I=37.5 kW/m2；

重伤半径R2：由表4取入射通量I=25 kW/m2；

轻伤半径R3：由表4取入射通量I=12.5 kW/m2。

(6) 热辐射对建筑物的影响

热辐射对建筑物的破坏程度直接取决于热辐射轻度及作用时间长短[9,10]。

(11)

式中：W为可燃物质量，kg；MC为单位时间内烧掉的可燃物质量，kg/s。

破坏建筑物所需热通量q：

q=6730t-4/5+25400

(12)

财产损失半径R4：取q=I，代入公式10。

废有机溶剂储罐区池火灾模型的伤害/破坏半径如表5所示。

表4 不同入射通量对人和设备造成的伤害和破坏效应

表5 废有机溶剂储罐区伤害模型伤害/破坏半径

2.3 储罐区的事故严重度B12评价

事故严重度B12用符号S表示，反映事故后果的经济损失，包括人员伤害和财产损失两个方面，将人员伤害也折算为财产损失(万元)，则总损失值：

S=C+20(N1+0.5N2+105N3/6000)

(13)

式中：N1，N2，N3为事故中人员死亡、重伤、轻伤人数的评估值；C为财产破坏价值，蒸气云爆炸取C=5250，池火灾取C=262.5。

由于废有机溶剂储罐区的伤害模型有两个，蒸气云爆炸的可能性远小于池火灾，则储罐区事故严重度应为两种严重度加权求和：

S=AS1+(1-A)S2

(14)

式中：S1，S2为蒸气云爆炸、池火灾伤害模型计算的事故后果；A为蒸气云爆炸发生的概率，取A=0.1。

事故严重度计算结果为：

S1=5250+20×(20+0.5×40+105×30/6000)=6060.5(万元)

S2=262.5+20×(2+0.5×3+105×10/6000)=336(万元)

S=0.1×6060.5+0.9×336=908.46(万元)

2.4 固有危险性B1评价

废有机溶剂储罐区的固有危险性为：B1=B11B12=43605×908.46=39613398.3

危险性等级为：A=log10(B1/105)=2.598，2.5

2.5 危险性抵消因子B2评价

(1) 工艺设备、建筑物抵消因子B21

废有机溶剂储罐区为钢筋混凝土框架结构，地坪采用不发火混凝土和防腐蚀地面，具体取值见表6。

(2) 人员素质抵消因子B22

废有机溶剂储罐区有8名操作工人，均为持证上岗，岗位工龄为10年，无事故工作时间为8年，每天平均工作8h。

单个人员的可靠性：RS=R1R2R3R4=0.9881；指定岗位人员素质的可靠性：RP=0.9881；

单元人员素质的可靠性：Ru=0.9881。

(3) 安全管理抵消因子B23

安全管理抵消因子具体取值表见表6。

表6 工艺设备、建筑物抵消因子B21和安全管理抵消因子B23取值表

(4) 抵消因子的关联算法

V1为工艺设备、建筑物抵消因子评价值0.954，V2为人员素质抵消因子评价值0.9881，V3为安全管理抵消因子实际得分/总分，即V3=915/1000=0.915。

根据模糊集理论有：

实际抵消比率：

抵消因子：B21=B2AV1=0.8838；B22=B2BV2=0.9228；B23=B2CV3=0.8181

危险性抵消因子：B2=(1-B21)(1-B22)(1-B23)=0.001631，0.001

2.6 现实危险性A

废有机溶剂储罐区发生火灾爆炸事故的现实危险性为：

A=B1B2=39613398.3×0.001631=64609.45，现实危险性是固有危险性B1的0.16%，说明储罐区采取的安全措施切实有效。

3 结论

本文通过运用重大危险源评价法，以某化工厂区废有机溶剂储罐区为分析对象，得到以下结论：

(1) 废有机溶剂储罐区属于二级重大危险源，应由省和直辖市政府安全管理机构监控，在采取相关安全措施和安全管理的情况下，储罐区固有危险性大大降低，企业应特别重视重大危险源安全管理工作。

(2) 在仅考虑单一危险化学品泄露的情况下，储罐一旦发生爆炸，其冲击波可造成伤亡事故的半径在200 m以上，可能导致全厂绝大多数人员伤亡和大部分财产损失；若发生池火灾事故，由于各储罐均设置了防火堤，可有效限制泄漏后液池的面积，降低事故影响的范围，因此发生池火灾事故时影响不大。

(3) 易燃、易爆、有毒重大危险源评价法可以较精确地计算出事故后果的危险区域范围、人员伤亡和经济损失情况，有助于企业针对储罐区突发事故风险控制发展一套比较完整的理论和方法，从而有效改善安全管理状况，提高经济效益。

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