焦?fàn)t煤氣柜重大危險(xiǎn)源評估技術(shù)方法及實(shí)例分析

趙 勇

(四川勞研科技有限公司，四川 攀枝花 617023)

·治理技術(shù)·

焦?fàn)t煤氣柜重大危險(xiǎn)源評估技術(shù)方法及實(shí)例分析

趙 勇

(四川勞研科技有限公司，四川 攀枝花 617023)

以《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源監(jiān)督管理暫行規(guī)定》為依據(jù)，通過實(shí)例對某15萬m3焦?fàn)t煤氣柜進(jìn)行了危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識并分析其存在的危險(xiǎn)有害因素，同時(shí)運(yùn)用危險(xiǎn)度分析、有毒物質(zhì)泄漏擴(kuò)散事故模擬分析、蒸汽云爆炸事故模擬分析等多種安全評價(jià)技術(shù)方法定性和定量描述煤氣泄漏、爆炸事故發(fā)生的可能性及其危害程度，從而實(shí)現(xiàn)了危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源定量風(fēng)險(xiǎn)評估的目標(biāo)。

焦?fàn)t煤氣柜; 重大危險(xiǎn)源; 有毒物質(zhì)泄漏擴(kuò)散; 蒸汽云爆炸

隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和技術(shù)水平的不斷提升，大容量干式煤氣柜由于具有占地小、工作重量輕、工作壓力穩(wěn)定、沒有大量污水排放、使用年限長等優(yōu)勢，在冶金、石化等行業(yè)得到越來越多的應(yīng)用。這類儲柜由于儲存量大且儲存介質(zhì)易燃易爆有毒，一旦發(fā)生火災(zāi)爆炸等事故后果十分嚴(yán)重。因此，如何針對大型煤氣柜的火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)性，尋求合適的方法開展安全評價(jià)，定量分析其事故發(fā)生的可能性和危害程度，顯得十分必要[1]。

由于煤氣柜重大危險(xiǎn)源定量風(fēng)險(xiǎn)評估技術(shù)復(fù)雜，評價(jià)方法多樣，見表1。為提高定量風(fēng)險(xiǎn)評估技術(shù)的可操作性，本文在全面分析 “安監(jiān)總局令第40號”規(guī)定的基礎(chǔ)上，以某鋼鐵企業(yè)焦?fàn)t15萬m3煤氣柜危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源評估為例，研究確定了危險(xiǎn)源分級、危險(xiǎn)度分析、有毒物質(zhì)泄漏擴(kuò)散事故模擬分析、蒸汽云爆炸事故模擬分析等多種定量評價(jià)方法和實(shí)施途徑，建立了實(shí)用性較強(qiáng)的危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源定量風(fēng)險(xiǎn)評估技術(shù)方案。

1 焦?fàn)t煤氣柜概況

某鋼鐵企業(yè)15萬m3焦?fàn)t煤氣柜為圓簡稀油密封型煤氣柜。其柜體與密封結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)為圓簡型的筒體，桁架式錐形柜頂，桁架式平面活塞，采用可靠的稀油密封，密封部件為補(bǔ)強(qiáng)丁睛橡膠，配重壓緊。

該煤氣柜的外形是圓簡形的焊接筒體，外殼由等距離的立柱和側(cè)板圍成，頂部換氣，周圍全密封，內(nèi)部裝一個(gè)罩形活塞，隨著煤氣出入量的多少，活塞上下沉浮，以達(dá)到平衡煤氣用量之目的。活塞采用稀油密封，即在活塞外圍設(shè)有活塞油溝，油溝內(nèi)裝液體密封油，通過保持油溝內(nèi)一定的油位高度產(chǎn)生的凈壓力來達(dá)到封存煤氣柜內(nèi)的煤氣。密封油在活塞油溝中通過柜體側(cè)板與密封滑板之間的極微小的間隙沿側(cè)板內(nèi)壁緩緩流下，匯聚于煤氣柜的底部油溝中，通過連接管道流入油泵站之油箱，經(jīng)油水分離后，將脫水后的密封油用油泵打上柜頂?shù)念A(yù)備油箱中，然后經(jīng)油箱的溢流孔流出，沿側(cè)板內(nèi)壁補(bǔ)充于活塞油溝內(nèi)，依此密封油就按一定的周期循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到密封效果。焦?fàn)t煤氣柜主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。

表1 定量風(fēng)險(xiǎn)評估技術(shù)方法比較Tab.1 Comparison of quantitative analysis methods of risk assessment

表2 15萬m3焦?fàn)t煤氣柜主要設(shè)計(jì)參數(shù)Tab.2 Main design parameters of 150 000 cubic meters of coke oven gas tank main design parameters

2 重大危險(xiǎn)源源辨識

重大危險(xiǎn)源是指長期或臨時(shí)的生產(chǎn)、加工、使用或貯存危險(xiǎn)物質(zhì)，且危險(xiǎn)物質(zhì)的數(shù)量等于或超過臨界量的單元[2]。這類單元一旦發(fā)生事故，將造成重多人員傷亡和重大財(cái)產(chǎn)損失。

15萬m3焦?fàn)t煤氣柜焦?fàn)t煤氣最大儲量為14.2萬m3，氣體密度約為0.48kg/m3，折算后最大儲量約為68.16t，遠(yuǎn)大于其20t的臨界量，構(gòu)成重大危險(xiǎn)源。

R=2×(2×68.16/20)=13.632

15萬m3焦?fàn)t煤氣柜危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識結(jié)果見表3。

表3 重大危險(xiǎn)源辨識結(jié)果匯總表Tab.3 Summary of major dangerous sources identification results

3 危險(xiǎn)有害因素辨識

15萬m3焦?fàn)t煤氣柜主要承擔(dān)煤氣輸送和緩沖平衡任務(wù)，整個(gè)生產(chǎn)工藝過程中，存在“易燃、易爆、易中毒”的危險(xiǎn)，一旦在生產(chǎn)過程中發(fā)生泄漏，易導(dǎo)致作業(yè)人員中毒；遇火源會引發(fā)燃燒；與空氣混合達(dá)到爆炸極限，遇到激發(fā)能源，會導(dǎo)致爆炸事故產(chǎn)生，造成嚴(yán)重的人員傷害，影響煤氣供出、停產(chǎn)、損壞設(shè)備；夏季柜體內(nèi)作業(yè)由于空氣不暢或煤氣、氮?dú)庑孤┮自斐勺鳂I(yè)人員中暑、中毒和窒息。

煤氣柜主要的危險(xiǎn)有害因素辨識如下：

(1)火災(zāi)爆炸

煤氣柜內(nèi)爆炸性物質(zhì)為煤氣。煤氣屬易燃易爆物質(zhì)，爆炸下限低，爆炸極限范圍大，以煤氣為例爆炸極限范圍可達(dá)4.5%～40%，能與泄漏處周圍空氣接觸而形成爆炸性混合物，構(gòu)成氣體爆炸危險(xiǎn)場所，在此環(huán)境中，如果存在或發(fā)生足以點(diǎn)燃爆炸性混合物的火源、高熱、靜電火花及其它激發(fā)能源，將會發(fā)生爆炸事故，導(dǎo)致人身傷亡和設(shè)備、設(shè)施受損的嚴(yán)重后果。

煤氣在輸出入過程中，如管道、閥門、閥蘭、排水器等發(fā)生泄漏遇明火以及激發(fā)能源而導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)。

(2)高處墜落

煤氣柜柜體設(shè)置多層平臺，存在立體作業(yè)，作業(yè)人員在進(jìn)行一些高處設(shè)備、設(shè)施的巡視、檢修等作業(yè)時(shí)，若作業(yè)場所的扶梯、平臺、圍欄等附屬設(shè)施不夠、不牢、腐蝕、檢修后未及時(shí)恢復(fù)其防護(hù)設(shè)施或踩滑，就有可能發(fā)生高處墜落等傷害事故。

(3)中毒窒息

在作業(yè)過程中如果發(fā)生煤氣柜及管道、閥門、閥蘭等煤氣泄漏或作業(yè)人員操作失誤，可能引起作業(yè)人員中毒或職業(yè)病的危害。

煤氣設(shè)施檢修時(shí)使用氮?dú)獯祾呷缡褂貌僮鞑划?dāng)(置換不徹底或未進(jìn)行有害氣體含量分析)及管道、閥門、閥蘭等泄漏均可造成作業(yè)人員窒息。

(4)雷擊

雷電是一種自燃放電的現(xiàn)象，雷擊在建、構(gòu)筑物、線路、電力設(shè)備等物體間，可產(chǎn)生雷電過電壓，導(dǎo)致雷擊。焦?fàn)t煤氣柜總高100m，在避雷設(shè)施失效、無避雷設(shè)施及其它一些原因，可引起雷擊事故。

4 重大危險(xiǎn)源定性、定量風(fēng)險(xiǎn)評估技術(shù)

重大危險(xiǎn)源定性、定量風(fēng)險(xiǎn)評估技術(shù)方法較多，目前國內(nèi)普遍采用的有危險(xiǎn)度評價(jià)法、Dow化學(xué)火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)指數(shù)評價(jià)法、ICI/Mond火災(zāi)爆炸毒性指標(biāo)評價(jià)法、有毒物質(zhì)泄漏擴(kuò)散事故模擬分析法和蒸汽云爆炸事故模擬分析法等。本文在上述實(shí)例分析的基礎(chǔ)上，著重討論和運(yùn)用危險(xiǎn)度評價(jià)、有毒物質(zhì)泄漏擴(kuò)散事故模擬分析和蒸汽云爆炸事故模擬分析等三種評價(jià)分析方法進(jìn)行定量風(fēng)險(xiǎn)評估。

4.1 危險(xiǎn)度分析

焦?fàn)t煤氣主要成分氫氣、一氧化碳爆炸下限(V%) ：4.5、4.1(爆炸下限<10%的氣體，為甲類可燃?xì)怏w)

溫度：≦55℃

壓力：6.3±0.2kPa

貯存物質(zhì)狀態(tài)：氣態(tài)

貯罐數(shù)量：1個(gè)

最大貯存量：V=14.2萬m3

操作：系統(tǒng)進(jìn)入空氣或不純物質(zhì)，可能發(fā)生的危險(xiǎn)、操作,見表4。

表4 15萬m3焦?fàn)t煤氣儲柜危險(xiǎn)度評價(jià)表Tab.4 Dangerous degree assessment of 150 000 cubic meters of coke oven gas coffer

4.2 有毒物質(zhì)泄漏擴(kuò)散事故模擬分析

15萬m3焦?fàn)t煤氣柜為圓簡稀油密封型煤氣柜，主要用于有效回收剩余煤氣，穩(wěn)定煤氣管網(wǎng)壓力，提高煤氣利用率。生產(chǎn)工藝過程中如柜體缺陷、材料疲勞、腐蝕、熱應(yīng)力、壓應(yīng)力、操作不當(dāng)?shù)仍蛴幸l(fā)有毒物質(zhì)泄漏擴(kuò)散事故的可能，對周邊環(huán)境造成不良影響，采用南京安元科技有限公司的安全評價(jià)與風(fēng)險(xiǎn)分析系統(tǒng)軟件對其有毒物質(zhì)泄漏擴(kuò)散事故做如下模擬分析。

安全評價(jià)與風(fēng)險(xiǎn)分析系統(tǒng)軟件(定量風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)版)，是南京工業(yè)大學(xué)與南京安元科技有限公司總結(jié)了多位博士、碩士研究生多年來的研究成果，針對化工區(qū)域，精心研發(fā)的定量風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)專用軟件。該軟件能對石油、化工等涉及危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)、儲存的區(qū)域進(jìn)行火災(zāi)、爆炸、泄漏等多種災(zāi)難事故的疊加風(fēng)險(xiǎn)分析與定量計(jì)算，充分滿足不同用戶的需求。軟件包含的功能主要有：(1)重大危險(xiǎn)源辨識與分級系統(tǒng)；(2)重大事故概率風(fēng)險(xiǎn)定量評價(jià)；(3)重大事故后果模擬分析；(4)區(qū)域定量風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)[3]。

(1)焦?fàn)t煤氣組成及其危險(xiǎn)評價(jià)參數(shù)

焦?fàn)t煤氣涉及到的主要危險(xiǎn)有害物質(zhì)有一氧化碳、氮?dú)?、氫氣、甲烷、煤焦油等有害物質(zhì)，其主要成分見表5。

表5 焦?fàn)t煤氣主要成分Tab.5 Main ingredients of coke oven gas

(2)泄漏擴(kuò)散模擬評價(jià)

假設(shè)煤氣儲柜發(fā)生瞬時(shí)泄漏時(shí)裂口面積為0.02m2，泄漏時(shí)間和擴(kuò)散時(shí)間分別為300s的煤氣泄漏到大氣環(huán)境中，則其造成的影響范圍如圖1所示。

圖1 泄漏面積0.02m2、泄漏時(shí)間300s時(shí)近地面有害物質(zhì)濃度分布曲線Fig.1 Leakage area 0.02square meters、leakage time 300 seconds close to the ground harmful material concentration distribution curve

(1)泄漏模擬計(jì)算結(jié)果

泄漏速度=1.68 kg/s

氣體流動(dòng)情況分析：音速流動(dòng)

(2)擴(kuò)散模擬計(jì)算結(jié)果

下風(fēng)向中毒危害距離=202.6m

下風(fēng)向可燃爆距離=11.2m

橫風(fēng)向中毒危害距離=28.9m

橫風(fēng)向可燃爆距離=1.6 m

假設(shè)煤氣儲柜發(fā)生瞬時(shí)泄漏時(shí)開口面積為0.08m2，泄漏時(shí)間和擴(kuò)散時(shí)間分別為600s的煤氣泄漏到大氣環(huán)境中，則其造成的影響范圍如圖2所示。

圖2 泄漏面積0.08m2、泄漏時(shí)間600s時(shí)近地面有害物質(zhì)濃度分布曲線Fig.2 Leakage area 0.08square meters、leakage time 600 seconds close to the ground harmful material concentration distribution curve

(1)泄漏模擬計(jì)算結(jié)果

泄漏速度=6.73 kg/s

氣體流動(dòng)情況分析：音速流動(dòng)

(2)擴(kuò)散模擬計(jì)算結(jié)果

下風(fēng)向中毒危害距離=434.7m

下風(fēng)向可燃爆距離=23.2m

橫風(fēng)向中毒危害距離=62.1m

橫風(fēng)向可燃爆距離=3.3m

4.3 蒸汽云爆炸事故模擬分析

假設(shè)15萬m3焦?fàn)t煤氣儲柜發(fā)生蒸汽云爆炸事故，采用南京安元科技有限公司的安全評價(jià)與風(fēng)險(xiǎn)分析系統(tǒng)軟件對其進(jìn)行模擬分析，焦?fàn)t煤氣柜蒸汽云爆炸事故模擬見圖3。

圖3 焦?fàn)t煤氣柜蒸汽云爆炸事故模擬圖Fig.3 Mimic diagram of vapor cloud explosion accident of coke oven gas tank

15萬m3焦?fàn)t煤氣儲柜蒸汽云爆炸事故危害半徑近似結(jié)果統(tǒng)計(jì)如表6。

表6 焦?fàn)t煤氣柜蒸汽云爆炸事故危害半徑近似計(jì)算結(jié)果Tab.6 Approximate calculation of hazardous radius of coke oven gas tank vapor cloud explosion

5 結(jié) 論

(1)危險(xiǎn)化學(xué)品事故定量風(fēng)險(xiǎn)評估具有復(fù)雜的理論和計(jì)算體系，僅靠人工進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算的困難較大，目前多借助于國際上公認(rèn)的歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)化數(shù)學(xué)模型來完成，但是對定量風(fēng)險(xiǎn)評估技術(shù)的理解和掌握是正確運(yùn)用這些數(shù)據(jù)和模型，確保定量風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果科學(xué)性、可靠性的基礎(chǔ)。

(2)本文采用有毒物質(zhì)泄漏擴(kuò)散事故模擬分析、蒸汽云爆炸事故模擬分析對構(gòu)成危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源的焦?fàn)t煤氣柜進(jìn)行定量分析、評價(jià)，計(jì)算方法簡便、計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確，在安全評價(jià)定量評價(jià)計(jì)算過程中可廣泛應(yīng)用。

(3)焦?fàn)t煤氣儲柜有毒物質(zhì)泄漏擴(kuò)散事故、蒸汽云爆炸事故后果嚴(yán)重，一旦發(fā)生將導(dǎo)致多數(shù)人員死亡或重傷，應(yīng)嚴(yán)格按照重大危險(xiǎn)源要求進(jìn)行管理和監(jiān)控。

[1] 唐曉文，王國忠，金康定.干式煤氣柜火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)性評價(jià)與對策[ J].工業(yè)安全與環(huán)保，2008,12(12):33-35.

[2] GB 18218—2000，重大危險(xiǎn)源辨識[S].

[3] 南京安元科技有限公司.安全評價(jià)與風(fēng)險(xiǎn)分析系統(tǒng)軟件技術(shù)說明文檔[Z].2004.

Major Hazards Assessment Method of Coke Oven Gas Tank and Case Study

ZHAO Yong

(SichuanLaoyanScience&TechnologyCo,Ltd.,Panzhihua,Sichuan617023,China)

On the basis of “Provisional Stipulation of Supervision and Management for the Major Dangerous Source of Dangerous Chemicals”, taking the example of a 150 000 m3coke oven gas tank, major dangerous sources of dangerous chemicals are identified and the dangerous and harmful factors are analyzed. Meanwhile qualitatively and quantitatively described the possibility and harmful degree of gas leakage and explosion by risk analysis method toxic substances leakage and diffusion simulation model analysis method and vapor cloud explosion simulation model analysis method , which realize the target of quantitative risk assessment of major hazards of dangerous chemicals.

Coke oven gas tank; major hazards; leakage and diffusion of toxic substances; vapor cloud explosion

2016-10-14

趙 勇(1982-)，男，遼寧營口人，2005年畢業(yè)于哈爾濱工程大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)和國際經(jīng)濟(jì)與貿(mào)易專業(yè)(輔修)，高級工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境影響評價(jià)、環(huán)境工程設(shè)計(jì)、環(huán)保管理和安全評價(jià)、安全管理等。

X701

A

1001-3644(2017)01-0100-05