基于ALOHA的液氨储罐泄漏事故的模拟

刘秀云(湖南省安全技术中心，湖南 长沙 410011)

0 引言

液氨为化工行业中的常见原料，常用于制冷。发生泄漏后液氨同空气混合形成可燃性扩散蒸汽云团，遇火源可发生火灾爆炸，极易造成重大人员伤亡及财产损失。液氨属于第2.3类有毒气体，具有毒性及刺激性。近年液氨泄漏事故多发，对人民生命财产及环境造成巨大潜在危害。如2013年6月3日，吉林省德惠某禽业公司因电气短路火灾，导致液氨管道发生火灾爆炸事故，造成121人死亡，76人受伤，直接经济损失高达1.82亿元；2013年8月31日，上海某冷藏公司因液氨管路系统管帽脱落，引发液氨泄漏，导致15人死亡、26人受伤，直接经济损失2510万元；2015年11月28日，河北省邯郸某化工厂发生液氨泄漏，造成3人死亡、8人受伤；2017年7月15日，河南漯河某工厂液氨储罐发生泄漏，造成500m范围内居民紧急疏散。

分析上述事故案例可知，液氨具备毒害性、腐蚀性及易燃易爆性，因此液氨事故发生后，若处置不当，会造成人员伤亡、财产损失及环境污染。本文以ALOHA软件为工具，在设定的情境下对液氨储罐泄漏事故后果进行模拟，明确事故后果影响范围，为事故应急救援提供参考依据。

1 事故情景分析

1.1 可能发生的事故分析

液氨泄漏后若没被立即点燃，会在空气中形成毒性蒸汽云扩散至周围；毒性蒸汽云若在较小空间内被点燃会导致蒸汽云爆炸，若在较大空间内被点燃会出现闪火。若液氨泄漏后被立即点燃，可能会产生BELEVE火球或喷射火。

1.2 情景假设

以长沙某化工厂液氨储罐泄漏事故为例开展事故情景模拟分析。模拟中所涉及的基础数据如表1所示。

表1 模拟计算中的基础数据

2 事故后果模拟

2.1 毒性

在ALOHA软件中，应用AEGL指标(acute exposure guideline level，急性暴露指导浓度)描述液氨毒性伤害区域范围。在假设情境下液氨毒性模拟扩散图如图1所示。分析图1，在3.2m/s风速下，液氨毒性区域致死区域(AEGL-3，60min内暴露浓度高于1100ppm)最远覆盖区域为710m，液氨毒性区域重伤区域(AEGL-2，60min内暴露浓度高于160ppm)最远覆盖区域为1670m，液氨毒性区域轻伤区域(AEGL-1，60min内暴露浓度高于30ppm)最远覆盖区域为3060m。对图1中的3060m处、1670m处、710m处三点进一步分析，分析其60min内的浓度变化值，如图2、图3、图4所示。

图1 液氨泄漏毒气扩散后果模拟图

图2 3060m处液氨瞬时浓度值

图3 1670m处液氨瞬时浓度值

图4 710m处液氨瞬时浓度值

2.2 蒸汽云扩散闪火区域

在ALOHA软件中，应用爆炸下限指标(LEL急性暴露指导浓度)描述液氨蒸汽云扩散闪火伤害区域范围。在假设情境下液氨火焰模拟扩散图如图5所示。分析图5，在3.2m/s风速下，液氨蒸汽云扩散闪火伤害致死区域(60%LEL，暴露浓度高于90000ppm)最远覆盖区域为167m，液氨蒸汽云扩散闪火伤害重伤区域(10%LEL，暴露浓度高于15000ppm)最远覆盖区域为56.9m。对图5中的56.9m处、167m处两点进一步分析，分析其60min内的浓度变化值，如图6、图7所示。

图5 液氨泄漏闪火伤害后果模拟图

图6 167m液氨瞬时浓度值

图7 56.9m处液氨瞬时浓度值

2.3 蒸汽云扩散爆炸区域

在ALOHA软件中，应用冲击波超压指标描述液氨蒸汽云扩散闪火伤害区域范围。在假设情境下液氨火焰模拟扩散图如图8所示。分析图8，在3.2m/s风速下，液氨蒸汽云扩散爆炸伤害造成周围玻璃损坏(压力值大于1.0psi)最远覆盖区域为49.6m。

图8 液氨泄漏蒸汽云扩散爆炸伤害后果模拟图

2.4 喷射火辐射伤害

图9 液氨泄漏喷射火伤害后果模拟图

在ALOHA软件中，应用热辐射指标描述液氨喷射火辐射伤害区域范围。图9是在假设情境下液氨火焰的模拟扩散图。分析图9，在3.2m/s风速下，液氨泄漏喷射火伤害致死区域(热辐射高于10.0kW/m2)最远覆盖区域为18.2m，液氨泄漏喷射火伤害致死区域(热辐射高于5.0kW/m2)最远覆盖区域为33.1m，液氨泄漏喷射火伤害致死区域(热辐射高于2.0kW/m2)最远覆盖区域为57.8m。

2.5 BLEVE火球辐射伤害

在ALOHA软件中，应用热辐射指标描述BLEVE火球辐射伤害区域范围。图10是在假设情境下液氨火焰模拟扩散图。分析图10，在3.2m/s风速下，液氨泄漏喷射火伤害致死区域(热辐射高于10.0kW/m2)最远覆盖区域为77.6m，液氨泄漏喷射火伤害致死区域(热辐射高于5.0kW/m2)最远覆盖区域为112m，液氨泄漏喷射火伤害致死区域(热辐射高于2.0kW/m2)最远覆盖区域为178m。

图10 液氨泄漏BLEVE火球伤害后果模拟图

3 结语

在温度25℃，风速3.2m/s，风向E的假设情境下，应用ALOHA软件对液氨储罐泄漏事故后果进行分项模拟。模拟结果表明，液氨储罐泄漏伤害区域覆盖最广的为毒性伤害，其次分别为BLEVE火球伤害、闪火、喷射火、蒸汽云爆炸伤害。应根据不同伤害类型及范围，编制不同的应急预案，采取不同的疏散及救援措施。