道路運輸過程中危化品泄漏事故調(diào)查及ALOHA后果模擬

于子航(南京清流環(huán)?？萍加邢薰荆K 南京 210039)

0 引言

近年來，隨著我國化學(xué)工業(yè)的快速發(fā)展，為了滿足日常生產(chǎn)及生活需要的化工原材料及化工產(chǎn)品數(shù)量日益增加。由于對石油、天然氣等基礎(chǔ)原料多是位于不發(fā)達的西部地區(qū)，在生產(chǎn)之后的銷售路徑和接受地大多又位于東部的長三角和珠三角，因此約95%以上需要異地運輸[1]。運輸環(huán)節(jié)是危險化學(xué)品監(jiān)管6個環(huán)節(jié)中的重要一環(huán)，也是最容易發(fā)生事故的一環(huán)。經(jīng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，全國近十年中危險化學(xué)品事故發(fā)生了2338起，其中在運輸環(huán)節(jié)中事故發(fā)生了1026起，事故比例占據(jù)了所有環(huán)節(jié)的43.9%，死亡人數(shù)364人，占據(jù)了所有環(huán)節(jié)死亡總數(shù)的32%，具體如圖1所示。在?；愤\輸過程中，由于設(shè)備的缺陷、碰撞、擠壓等原因，可能導(dǎo)致大量化學(xué)品瞬時泄漏或少量連續(xù)性泄漏，進而引發(fā)火災(zāi)、爆炸、中毒等重大事故。

由于運輸行業(yè)本身的高風(fēng)險性和?；菲贩N的多樣性、潛在的高危險性、事故高危害性，日益受到社會的高度關(guān)注[1，2]。如何減少?；吩谶\輸過程中發(fā)生泄漏的概率，提高運輸過程中?；沸孤┦鹿实膽?yīng)急處理能力，將事故風(fēng)險降低到人民可接受水平范圍之內(nèi)，是危險化學(xué)品運輸企業(yè)和行業(yè)主管部門亟待解決的課題，對提高區(qū)域防災(zāi)減災(zāi)能力具有重要的現(xiàn)實意義。

圖1 不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)事故起數(shù)及死亡人數(shù)占比

1 近年道路運輸過程中?；沸孤┦鹿收{(diào)查

1.1 數(shù)據(jù)來源及統(tǒng)計分析

我國目前還沒有形成完善的危險化學(xué)品事故數(shù)據(jù)庫，事故信息大部分以新聞媒體報道形式出現(xiàn)。本文的數(shù)據(jù)統(tǒng)計資料主要來源于中國化學(xué)品安全協(xié)會網(wǎng)站(http：//www.chemicalsafety.org.cn/index.php)。在數(shù)據(jù)收集整理過程中，以發(fā)生年份，涉及的化學(xué)品種類為關(guān)鍵詞，提取每一個事故案例的關(guān)鍵信息，進行調(diào)查統(tǒng)計。

1.2 年際變化態(tài)勢

以發(fā)生年份為關(guān)鍵詞，統(tǒng)計了2008～2017年近十年危險化學(xué)品運輸泄漏事故共984起，其中未提到日期的統(tǒng)計無效事故案例24起，統(tǒng)計有效事故960起。年際分布特征如圖2所示。

圖2 ?；返缆愤\輸泄漏事故起數(shù)年際變化趨勢

由圖2看出，我國危化品道路運輸泄漏事故起數(shù)年際變化波動較大，2008年，2009年發(fā)生起數(shù)較多，分別109起、106起，隨之在2010年有滑坡式降低，僅發(fā)生81起。隨之又出現(xiàn)上升趨勢，2011年達到99起，2012年，2013年趨勢相對平穩(wěn)，都在90～100起范圍內(nèi)；2014年又出現(xiàn)了一個高峰，事故起數(shù)達到106起，隨之2015～2017年又維持在90～100起之間。因此整體上，我國危化品道路運輸泄漏事故呈現(xiàn)變中有穩(wěn)的變化態(tài)勢。

隨著道路運輸條件的不斷改善，運輸工具的升級改造，我國?；返缆愤\輸安全水平有望逐步提高。但值得注意的是，調(diào)查中發(fā)現(xiàn)2014年多起事故發(fā)生的導(dǎo)火索在于司機運輸途中玩手機、微信聊天所致。因此，在網(wǎng)絡(luò)化、信息化越來越發(fā)達的今天加強駕駛途中司機的安全意識教育和行為管理更應(yīng)引起重視。

1.3 ?；贩N類

以化學(xué)品種類為關(guān)鍵詞，調(diào)查統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)984起事故中未明確化學(xué)品種類的無效案例94起，因此有效事故890起。

值得說明的是，由于一些事故案例涉及的?；贩N類不止一種，因此本文統(tǒng)計過程中按儲量最多的主要化學(xué)品進行分類統(tǒng)計；此外，由于涉及天然氣的事故案例較多，因此本文將其與其他烷烴類物質(zhì)分開，單獨統(tǒng)計。調(diào)查結(jié)果顯示，890起事故共涉及到60余種危化品，其中以汽油、醇、天然氣、酸、柴油、烷烴、苯類出現(xiàn)頻率最高，具體如圖3所示。

圖3 不同種類?；肥鹿势饠?shù)

由圖3可知，我國近年來在道路運輸過程中發(fā)生事故最多的?；贩謩e是汽油、醇類、天然氣，分別占到總事故起數(shù)的21.5%、16%、14.6%。從理化性質(zhì)上看，這三類物質(zhì)都具有一定的危險性，尤以天然氣(主要成分CH4)為最。當(dāng)空氣中甲烷濃度大25%～30%時，可引起頭痛、頭暈、注意力不集中等現(xiàn)象，若不及時脫離，很可能導(dǎo)致窒息死亡。此外一旦發(fā)生泄漏，極易引發(fā)火災(zāi)、爆炸連鎖事故。

2 基于ALOHA的典型危險品泄漏后果模擬

在上述調(diào)查分析基礎(chǔ)上，我們以近年運輸途中發(fā)生的一起天然氣泄漏事故為例，運用ALOHA軟件，對其后果進行模擬，以為提高安全管理水平和應(yīng)急處置能力提供理論支持。

2.1 實際案例描述

2017年5月28日20時許，一輛滿載天然氣的冀籍大型罐車行駛在高速公路湖北省十堰市鄖陽區(qū)轄區(qū)時突發(fā)泄漏。接警后，鄖陽區(qū)公安、消防、安監(jiān)、中燃?xì)夤镜炔块T迅速趕至、緊急制定周密救援方案，經(jīng)7小時緊張搶險，成功予以處置，避免了一起重大事故發(fā)生。經(jīng)查，該罐車滿載19噸天然氣，當(dāng)日上午由陜西延安甘谷驛鎮(zhèn)出發(fā)，準(zhǔn)備運往湖北省荊門市，行駛至高速十堰市鄖陽區(qū)轄區(qū)路段時，駕駛員發(fā)現(xiàn)車尾冒白煙疑似天然氣泄漏，后發(fā)現(xiàn)因閥門損壞導(dǎo)致泄漏，泄漏孔徑約為1.5cm，遂就近從鄖陽區(qū)柳陂出口下高速，準(zhǔn)備對車輛進行檢查，高速出口工作人員發(fā)現(xiàn)車輛異常后報警。當(dāng)時事故發(fā)生地環(huán)境狀況為：晴，溫度為20°，北風(fēng)3～4級，事故地處東經(jīng)115度2分，北緯30度12分，海拔高度為287m。

2.2 模擬參數(shù)的確定

(1)地理位置信息。日照條件是影響氣體擴散的重要因素，地理位置不同，日照角度和強度不同，因此模擬前要確定事故發(fā)生地的經(jīng)度、緯度和海拔高度。案例事故發(fā)生地為湖北省十堰市，經(jīng)谷歌地圖查詢事故發(fā)生地地處北緯30度12分，東經(jīng)115度2分，海拔高度287m。

(2)泄漏項選擇。該項包括容器尺寸，充裝量，介質(zhì)狀態(tài)，泄漏孔徑大小等等。經(jīng)調(diào)查該事故中泄漏源為罐體，泄漏孔在閥門上，泄漏孔徑為圓形孔徑，直徑15cm，可確定為大孔泄漏[3]。

事故中儲罐長為14.5m，直徑為2.5m，儲存的為液態(tài)天然氣，溫度為-162℃，儲罐裝了19噸天然氣。事故中罐泄漏未燃燒。泄漏狀況為直徑15cm的valve(閥門)泄漏，事故閥門位于罐一頭中部，因而選擇“50% of the way to the top of the tank”。

(3)氣體擴散模型選擇。根據(jù)重氣擴散和非重氣擴散判斷準(zhǔn)則[3]，可判定該擴散行為屬于非重氣擴散。因此，事故案例中氣體擴散模型應(yīng)選擇高斯擴散模型。

(4)大氣條件。氣象條件對氣體擴散方向、擴散速率以及氣體擴散過程中濃度變化有重要影響，因此要將設(shè)置風(fēng)速、風(fēng)向、地表情況，溫度、云層覆蓋量、濕度等參數(shù)。該事故中發(fā)生時間為20時，通過查詢大氣穩(wěn)定度表格[4]，確定其大氣穩(wěn)定度為D級；事故發(fā)生時風(fēng)速為北風(fēng)3～4級，通過查表[5]將風(fēng)速定為5m/s；本文取泄漏源高度距離地面3m處，云層覆蓋量根據(jù)當(dāng)時天氣確定，由于是晚上故取為云層100%覆蓋，查詢當(dāng)時事故溫度為20℃，空氣濕度通過查詢氣象信息取75%，無逆溫層。

2.3 評判標(biāo)準(zhǔn)

科學(xué)合理地選擇評判標(biāo)準(zhǔn)是確定典型危險化學(xué)品后果估算的前提和基礎(chǔ)，直接影響著事故發(fā)生后影響區(qū)域的劃分及采取相應(yīng)的應(yīng)急措施。當(dāng)前，毒性危害風(fēng)險標(biāo)準(zhǔn)體系有AEGL標(biāo)準(zhǔn)(Acute Exposure Guideline Levels)、ERPG標(biāo)準(zhǔn)(Emergency Response Planning Guideline)、IDLH標(biāo)準(zhǔn)(Immediately Dangerous to Life and Healthy)和TEEL標(biāo)準(zhǔn)(Temporary Emergency Exposure Limit)[4-6]。

TEEL(Temporary Emergency Exposure Limit)是由美國能源部( Department of Energy)應(yīng)急管理咨詢委員會(EMAC)后果分析和保護措施委員會(SCAPA)開發(fā)，被稱為保護措施準(zhǔn)則(Protective Action criteria，PAC)，TEEL 分為四個等級：TEEL-3、TEEL-2、TEEL-1和TELL-0。其中，TEEL-3—暴露于低于該濃度值，幾乎所有人都不會出現(xiàn)危及生命的影響；TELL-2—暴露于在低于該濃度值得幾乎所有人，不會出現(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)的或其他嚴(yán)重的健康影響，從而消弱他們采取保護行動的能力；TEEL-1—暴露在低于該濃度值的幾乎所有人，不會出現(xiàn)除輕微短暫不利的健康影響和明顯感覺到令人討厭的氣味以外的不利健康影響；TEEL-0—暴露于低于這一閾限濃度值的絕大數(shù)人不會產(chǎn)生對健康有影響的風(fēng)險。

2.4 模擬結(jié)果分析

(1)泄漏源。根據(jù)上述模擬參數(shù)設(shè)置，基于ALOHA軟件模擬得出天然氣(CH4)的泄漏源強度如圖4所示。

圖4 天然氣泄漏源強度(蒸發(fā)率)

毒氣擴散濃度正比于泄漏源釋放率，因此對源的強度的模擬對擴散范圍的確定有重要影響。由圖4看出，模擬結(jié)果顯示整個泄漏過程持續(xù)時間大概為14min，過程中泄漏速率呈階梯性下降趨勢。在剛開始泄漏至1min左右，泄漏速率達到整個泄漏過程的最高，為480kg/min。隨著時間推移，泄漏源的釋放率越來越小，7min左右泄漏達到了整個泄漏過程的最低，泄漏速率為20kg/min。

(2)毒性范圍。本文選擇在TEEL準(zhǔn)則為評判標(biāo)準(zhǔn)對天然氣泄漏后的毒害范圍進行評判，結(jié)果如圖5所示。

圖5 天然氣泄漏毒性區(qū)域劃分

由圖5看出，以泄漏儲罐為中心，天然氣有毒區(qū)域，在其下風(fēng)向約185m的范圍內(nèi)，側(cè)風(fēng)向約10m范圍內(nèi)，天然氣濃度大于5000ppm，處于TEEL-2水平，可能出現(xiàn)對人造成不可逆轉(zhuǎn)的或其他嚴(yán)重的健康影響，從而減弱他們采取保護行動的能力；在下風(fēng)向約180～240m范圍內(nèi)，側(cè)風(fēng)向約10～15m范圍內(nèi)，天然氣濃度在3000ppm至5000ppm，處于TEEL-1水平，可能會使人會出現(xiàn)除輕微短暫不利的健康影響和明顯感覺到令人討厭的氣味以外的不利健康影響。

(3)火災(zāi)范圍。根據(jù)Aloha模擬計算得出該事故中天然氣可燃區(qū)域如圖6所示。

圖6 天然氣泄漏可燃區(qū)域范圍

結(jié)果顯示以泄漏儲罐為中心，在其下風(fēng)向約90m的范圍內(nèi)，側(cè)風(fēng)向約5m范圍內(nèi)是預(yù)測可燃區(qū)，泄漏發(fā)生后泄在該區(qū)域如果存在點火源極有可能引起天然氣燃燒，進而引發(fā)火災(zāi)、爆炸事故。因此，泄漏發(fā)生后，該區(qū)域范圍內(nèi)，公安消防人員應(yīng)杜絕一切可能點火源，應(yīng)急人員需穿防靜電服，使用防靜電火花工具作業(yè)。進一步看出，在下風(fēng)向最遠(yuǎn)距離280m，側(cè)風(fēng)向10m范圍內(nèi)天然氣濃度超過10%LEL，該濃度值常用來作為應(yīng)急救援的響應(yīng)濃度，其對應(yīng)的范圍為應(yīng)急處置的警戒范圍。

3 結(jié)語

本文針對近年來?；返缆愤\輸事故情況進行調(diào)查統(tǒng)計分析基礎(chǔ)上，以一起天然氣泄漏事故案例為實例，運用Aloha軟件對天然氣泄漏后的源強、毒性范圍、火災(zāi)范圍進行了定量化模擬。天然氣泄漏發(fā)生后影響范圍較大，加之極易燃特性，給應(yīng)急救援工作提出了更高要求。

因此，針對當(dāng)前?；返缆愤\輸泄漏事故態(tài)勢及典型危化品泄漏后果模擬，我們從以下幾方面給出了建議措施：一是加強對危化品運輸企業(yè)和從業(yè)人員的安全管理、監(jiān)督教育，嚴(yán)格落實資質(zhì)檢查；二是結(jié)合GPS定位、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立?；返缆愤\輸實時信息大數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)；三是建立健全應(yīng)急救援體系，配備專職救援隊及救援設(shè)備。