生產(chǎn)裝置重大泄漏事故原因分析及災(zāi)害后果模擬計算

1、生產(chǎn)裝置重大泄漏事故原因分析及災(zāi)害后果模擬計算1、泄漏事故原因統(tǒng)計分析根據(jù)建國以來化工系統(tǒng)所發(fā)生的 59起重大及典型泄漏事故的實際情況，從 五方面對事故原因進行了分類，見表1。表1重大及典型泄漏事故原因分類泄漏 原因工藝 技術(shù)設(shè)備、材料 本身原因人為因素外來 因素其他事故次數(shù)6232262百分比（%10.1738.9837.2910.173.39（1）工藝技術(shù)工藝路線設(shè)計不合理，操作中關(guān)鍵參數(shù)控制要求不嚴格。（2）設(shè)備、材料本身原因設(shè)備本身缺陷，材料及安裝質(zhì)量未達到標(biāo)準(zhǔn)要求；生產(chǎn)、制造過程中不按 照有關(guān)規(guī)定進行；材料選擇不符合標(biāo)準(zhǔn)。（3）人為因素違章操作、誤操作、缺少必要的安全生產(chǎn)和崗位技能知

2、識；工作責(zé)任心不強。（4）外來因素外來物體的打擊、碰撞。（5）其他因素不屬于以上四種原因之一。從以上統(tǒng)計可以看出，泄漏事故的發(fā)生主要是因為設(shè)備等產(chǎn)品的質(zhì)量不過 關(guān)，職工不按操作規(guī)程進行操作和安全生產(chǎn)意識不強等主要原因造成的。針對這些原因，企業(yè)應(yīng)加強產(chǎn)品質(zhì)量的檢查和驗收， 積極開展安全生產(chǎn)及崗位操作技能 教育，真正做到崗前培訓(xùn)，持證上崗2、典型事故案例分析本節(jié)通過列舉案例， 分析類似事故， 找出可能造成系統(tǒng)故障、 物質(zhì)損失和人 員傷害的危險因素，防患于未然?！景咐弧?1000m3 氣柜爆炸發(fā)生日期： 1979年 7 月 9 日 發(fā)生單元：河北省大城化肥廠 經(jīng)濟損失： 14 萬元(1) 事故經(jīng)過

3、：7 月 9 日中午 12 時許，全廠斷電，造氣停車。當(dāng)時造氣工段 1 號爐正作吹 風(fēng)，2號爐作下吹，氣柜存半水煤氣 400用。停車前作最后一次半水煤氣分析成 分合格。此時發(fā)現(xiàn) 1 號煤氣爐有倒氣現(xiàn)象， 為防止發(fā)生爐口爆炸， 于下午 2 時左 右，將氣柜出口水封放空閥打開， 將氣柜內(nèi)半水煤氣放掉， 下午 4 時氣柜鐘罩已 落底。這時操作工又將 1 號洗氣塔放空閥打開， 作進一步系統(tǒng)卸壓， 各工段均處 于停車狀態(tài)，各工段只留下12名工人值班，到下午6時55分氣柜突然發(fā)生爆 炸。氣柜周邊撕裂，頂蓋升至高空約 40m落至距氣柜中心14m遠處，將圍墻砸 塌10m多長。氣柜爆炸的同時，造氣工段 2號洗氣

4、塔頂蓋亦被炸壞，打出 33m 沒有造成人身傷亡。(2) 原因分析：可燃性氣體存在：雖然氣柜已放空，氣柜鐘罩已落底，但鐘罩球形頂部尚殘存60多M水煤氣，洗氣塔及煤氣管道中也殘存 40多M的 半水煤氣，在這100M半水煤氣中含有大量的co與 ”可燃性氣體；空氣的混 入：由于氣柜出口水封放空閥與洗氣塔放空閥均已打開， 使系統(tǒng)與空氣連通， 當(dāng) 系統(tǒng)內(nèi)有壓力時， 半水煤氣自系統(tǒng)排向大氣， 但自 9 日中午起就連續(xù)下大雨， 氣 溫下降很快，容器管道內(nèi)殘存的半水煤氣溫度也明顯下降，致使氣柜形成負壓， 由放空閥將空氣吸入氣柜， 釀成爆炸條件。 火源引入： 因 1 號洗氣塔排污閘閥 密封不嚴，較長時間的停車使水

5、泄漏較多，水封失去作用，使造氣爐與洗氣塔、 管道、氣柜成為連通體，爐體火源引入氣柜，引起爆炸。(3) 教訓(xùn)：停車時必須由造氣工段長負責(zé)檢查設(shè)備(包括各種閥門)、工 藝情況；放空閥卸壓后要及時關(guān)閉，避免空氣混入；防止停車后氣柜煤氣倒 回、爐口爆炸，可使氣柜進口水封加水和洗氣塔、洗氣箱水保持溢流?！景咐窟`章作業(yè)致使 1000m3 半水煤氣柜爆炸發(fā)生日期： 1977年 9 月 29日 發(fā)生單位：陜西省西安氮肥廠 經(jīng)濟損失： 10.4 萬元（1）事故經(jīng)過：9 月 29日零點 40 分左右，值班調(diào)度員按照主管生產(chǎn)領(lǐng)導(dǎo)的指示，向造氣車 間工長下達開 2 號爐的命令，并明確指出： “造氣開始先放空，待氣

6、體合格后方 能送入煤氣柜”。但操作工嚴重不負責(zé)任，違章作業(yè)。在開車前根本不作檢查就 謊報：“一切正?！?。并通知自動機崗位開車。在上、下行煤氣閥操縱桿處于錯誤 位置時，進入吹風(fēng)升溫，致使大量空氣走短路進入氣柜，氧含量由1.0%急劇增至 9.0%。在未明情況時又違章作業(yè)，從洗氣塔底部將不合格氣體排空，造成半 水煤氣倒流，引起洗氣塔爆炸和 1000m3 氣柜的連續(xù)爆炸事故。氣柜螺旋軌道滑 輪和鐘罩壁軌道損壞，鐘罩全部變形，中心管壓斷，水泥水封槽局部震漏，洗氣 塔頂蓋炸壞，內(nèi)部填料震掉。（2）原因分析： 工作不負責(zé)任，忽視安全生產(chǎn)，一再違章作業(yè)。上行煤氣閥應(yīng)開未開，下行 煤氣閥應(yīng)關(guān)未關(guān)， 致使空氣走短

7、路進入氣柜。 而且不查明情況又處理失誤。 違章 作業(yè)，從洗氣塔底部放空，造成煤氣倒流。由于煤氣中氧含量增高，在倒流時流 速高，產(chǎn)生靜電，引起洗氣塔和氣柜先后爆炸。（3）教訓(xùn)：操作工應(yīng)嚴格執(zhí)行操作規(guī)程， 造氣爐開車， 氣體成分不合格不能入氣柜， 只 能先放空。廠里應(yīng)加強對職工進行遵章守紀教育。 生產(chǎn)時一定要服從命令聽指揮， 不能自行其是， 提高重視安全生產(chǎn)的自覺性。 職工應(yīng)加強業(yè)務(wù)學(xué)習(xí)提高處理問題 的能力?！景咐繗夤裥孤┻`章指揮用空氣置換并動火引起爆炸發(fā)生日期： 1973年 3 月 6 日發(fā)生單位：四川省雅安地區(qū)氮肥廠經(jīng)濟損失： 11.9 萬元（1）事故經(jīng)過：氣柜使用中，鐘罩圓柱部位發(fā)現(xiàn)一個

8、砂眼漏氣，因此于 1973年3月 6日下 午停車，將鐘罩降低，進行補焊。補焊前，鐘罩內(nèi)的半水煤氣用空氣進行了置換， 但未經(jīng)化驗分析置換情況， 有關(guān)人員就盲目指揮焊工動火， 頓時就發(fā)生了劇烈爆 炸。氣柜的 3根導(dǎo)軌脫落，另 5 根導(dǎo)軌變形，鐘罩頂部凹下，圓殼體全部變形。 鐘罩落入水槽，并在下落時，被煤氣進口管抵穿。（2）原因分析： 不用惰性氣體，而用空氣置換半水煤氣，是違反安全規(guī)定的錯誤做法。 置換后不經(jīng)化驗分析， 就盲目指揮動火， 是一起典型的不科學(xué)的瞎指揮行 為。（3）教訓(xùn)： 必須用惰性氣體， 置換煤氣，再用空氣置換惰性氣體。 動火前必須分析， 焊工有權(quán)拒絕不符合安全規(guī)定的指令。領(lǐng)導(dǎo)必須尊重

9、科學(xué)，不能瞎指揮?！景咐摹?992年4月 8日，唐山市遷西縣津西鐵廠對長 12米，寬8米， 高 6 米的廠煤氣加壓風(fēng)機進行室內(nèi)維修時， 加壓站班長未詳細了維修情況， 就向 豎爐送氣，致使煤氣大量泄漏，造成死亡 1 人，重度中毒 6人，輕度中毒 3人的 急性一氧化碳中毒事故?！景咐濉空憬认蕪S氨氣中毒（1）事故概況及經(jīng)過1982年 1月 19日12時 40分，浙江省溪化肥廠冷凍崗位，因女工玩耍踩斷 氨管致 3 人氨氣中毒死亡。1月 19日 12時，該廠臨時停車期間，合成車間 4名女工在清掃完衛(wèi)生后到 冷凍崗位室外曬太陽時， 其中 1 名分析工雙腳踩氨油分離器進液管上上下下跳動 玩耍，不慎

10、將進液閥門連接管絲扣踩斷，致使大量氨從斷管處外泄，4 人中除 1人逃離外，其余 3 人均中昏倒，經(jīng)搶救無效而死亡。（2）事故原因分析管接頭選材不符合設(shè)計要求，以鑄造鐵件代替鋼件。 原設(shè)計該管道離地 1.9 米，因分離效果不好，經(jīng)兩次修改后，該管距地 260毫米，使用磚塊作支撐。 1981年12 月26 日在拆除液氨貯槽危棚時， 有人將 磚頭撤去，致使該管懸空。 踩斷管線的女分析工違反有關(guān)規(guī)定，在工作時間內(nèi)踩在生產(chǎn)管道上跳著 玩。 因當(dāng)時更換合成大槽， 冷凍系統(tǒng)的 4 個閥門（平衡閥、冷卻排管進出口閥、 液氨貯槽進口閥） 全部呈開啟狀態(tài)， 致在氨油分離器平衡管根部斷裂后， 大量液 氨從氨油分離器

11、、液氨貯槽和冷卻排管內(nèi)排出，而擴大了事故。 有關(guān)人員違反國務(wù)院頒布發(fā)的有關(guān)規(guī)定， 將位于冷凍崗位室外西側(cè)的安全 通道堆放大量電氣雜物，把通道堵死，致使 2 名分析工受阻而中毒死亡。（3）防止同類事故的措施 對氨系統(tǒng)進行全面檢查，更換材質(zhì)不符合要求的管閥件。 對各種管道支架進行檢查，沒有的均補裝鐵件或水泥件支架。 疏通廠內(nèi)應(yīng)設(shè)有安全通道。 停車檢修期間對貯存有毒、 易燃、易爆介質(zhì)的容器場所周圍設(shè)置防護欄并 懸掛醒目的安全標(biāo)志。3、火災(zāi)、爆炸傷害模型及傷害破壞半徑的計算3.1 火災(zāi)、爆炸傷害模型 易燃危險物質(zhì)貯存區(qū)最大的火災(zāi)爆炸風(fēng)險是燃燒、 爆炸，其傷害模型一般有 兩種：一種是蒸氣云爆炸（VCE模

12、型；一種是沸騰液體擴展蒸氣爆炸（BLEVE 模型。前者為爆炸型，后者為火災(zāi)型。3.1.1蒸氣云爆炸（VCE模型分析計算（1）蒸氣云爆炸（VCE模型當(dāng)爆炸性氣體儲存在貯槽內(nèi)， 一旦泄漏， 遇到延遲點火則可能發(fā)生蒸氣云爆 炸，如果遇不到火源，則將擴散并消失掉。用 TNT當(dāng)量法來預(yù)測其爆炸嚴重度。 其原理是這樣的： 假定一定百分比的蒸氣云參與了爆炸， 對形成沖擊波有實際貢 獻，并以TNT當(dāng)量來表示蒸氣云爆炸的威力。其公式如下：B AWfQfWNt = QTNT式中WN蒸氣云的TNT當(dāng)量，kg;B地面爆炸系數(shù)，取B =1.8 ；A 蒸氣云的TNT當(dāng)量系數(shù)，取值范圍為0.02%14.9%;W f蒸氣云中

13、燃料的總質(zhì)量：kg;Q f燃料的燃燒熱，kJ/kg ;Q tntTNT的爆熱，QTNT=4124690kJ/kg。(2) 水煤氣儲罐蒸氣云爆炸(VCE分析計算由于合成氨生產(chǎn)裝置使用的原料水煤氣為一氧化碳與氫氣混合物，具有低 閃點、低沸點、爆炸極限較寬、點火能量低等特點，一旦泄漏，極具蒸氣云爆炸 概率。若水煤氣儲罐因泄漏遇明火發(fā)生蒸氣云爆炸(VCE，設(shè)其貯量為70%寸，則為2.81噸，則其TNT當(dāng)量計算為：取地面爆炸系數(shù)：B =1.8 ;蒸氣云爆炸TNT當(dāng)量系數(shù)，A=4%蒸氣云爆炸燃燒時燃燒掉的總質(zhì)量，Wf=2.81 X 1000=2810 (kg);水煤氣的爆熱，以CO30% “ 43%+ (

14、氫為1427700kJ/kg, 一氧化碳為10193 kJ/kg )：取 Q=616970kJ/kg ；TNT的爆熱，取 QN=4500kJ/kg。將以上數(shù)據(jù)代入公式，得1.8X 0.04X 2810X 616970wnt =450J739(kg)0 37死亡半徑 R=13.6(Wtni/1000).= 13.6 X 27.740.37=13.6 x 3.42=46.5(m)重傷半徑由下列方程式求解：-3-2-1 P2=0.137Z2 +0.119 Z2 +0.269 Z2 -0.019VZ 2二R/(E/P 0)1/3 P2= FS/Po式中： Ps引起人員重傷沖擊波峰值，取 44000Pa

15、P 0環(huán)境壓力(101300Pa；E 爆炸總能量(J), E=VTNtX QTnto將以上數(shù)據(jù)代入方程式，解得： P2=0.4344Z 2=1.071/321.07 x( 27739X 4500X 1000/101300)=1.07 x 107=115(m)輕傷半徑R,由下列方程式求解： R=0.137Z3-3+0.119 Z+0.269 Z-0.0191/3 Z 3二R/(E/P 0)J P3= PS/P 0式中： Ps引起人員輕傷沖擊波峰值，取 17000Pa 將以上數(shù)據(jù)代入方程式，解得： R=0.168， Z 3=1.95輕傷半徑R=209 (m3.1.2沸騰液體擴展蒸氣爆炸(BLEVE

16、模型分析計算(1)沸騰液體擴展蒸氣爆炸(BLEVE模型液態(tài)存貯的易燃液化氣體突然瞬間泄漏時， 立即遇到火源就會發(fā)生劇烈的燃 燒，產(chǎn)生巨大的火球，形成強烈的熱輻射， 此種現(xiàn)象稱為沸騰液體擴展蒸氣爆炸， 簡稱 BLEVE。沸騰液體擴展蒸氣爆炸的主要危險是強烈的熱輻射， 近場以外的壓力效應(yīng)不 重要。其火球的特征可用國際勞工組織(ILO )建議的蒸氣爆炸模型來估算?；鹎虬霃降挠嬎愎綖椋篟=2.9W 1/3式中R火球半徑，mW 火球中消耗的可燃物質(zhì)量， kg。對單罐儲存，W取罐容量的50%雙罐儲存；W取罐容量的70%多罐儲存, 取W為罐容量的90%(2)液氨儲罐沸騰液體擴展蒸氣爆炸(BLEVE模型分析

17、計算 由于生產(chǎn)裝置液氨貯罐區(qū)的液氨罐為多罐貯存， (共六只貯罐，其中三只50M,三只100M)最大庫存量為250T。氨比重約0.6，取100M罐，貝U由 W=10Q 0.6 X 1000X 90%=54000( kg)代入式中，得到：火球半徑 R=2.9(54000) 1/3=109(m)火球持續(xù)時間按下式計算 :1/3t=0.45W 1/3式中:火球持續(xù)時間 , 單位為 S.將數(shù)據(jù)代入式中 , 得到 :t=0.45 X(54000) 1/3=17(s)目標(biāo)接收到熱輻射通量的計算，按下式計算：q(r) =q0R2r(1-0.058 Inr)/(R2+r2) 3/2式中： r 目標(biāo)到火球中心的水

18、平距離，m；q 0火球表面的輻射通量， W/rn。對柱形罐取270kW/m,球形罐取 200kW/m2?；鹎虬霃剑?m。 R=109m。有了熱輻射q （r）,即可求不同傷害、破壞時的熱通量及其半徑。下面求不 同傷害時的熱通量：死亡可根據(jù)下式計算：R=-36.38+2.56 ln（tq 嚴）式中：Pr=5t火球持續(xù)時間，取t=17s。解得 q i=21985W/rH重傷可根據(jù)下式計算：P=-43.143+3.0188 In （tq 嚴）解得 q 2=18693W/rf。輕傷可根據(jù)下式計算：P=-39.83+3.0188 ln（tq 3、解得 q 3=8207W/m。通過q1、q2、qa可以求得對

19、應(yīng)的死亡半徑 R、重傷半徑F2及輕傷半徑F3。（由 于此方程式難以手算解出，故省略）。（3）小結(jié)通過計算，如果貯存區(qū)液氨儲罐發(fā)生擴展蒸氣爆炸，火球半徑為109m將可能造成其他貯罐的連鎖火災(zāi)和爆炸，造成災(zāi)難性的破壞。3.2泄漏中毒事故的危害3.2.1液氨泄漏中毒事故的模擬計算液氨貯存區(qū)最大貯存量為250T，假設(shè)有1T泄漏量，對蒸發(fā)成蒸氣擴散造成 的危害進行模擬計算。（1）液態(tài)氣體蒸氣體積膨脹計算在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（0C, 1013Mpa, 1摩爾氣體占有22.4升體積。根據(jù)液態(tài)氣 體的相對密度，由下式可計算出它們氣化后膨脹的體積：VVoD。1000 22.4MV膨脹后的體積（升）V0液態(tài)氣體的體積（升）Do液態(tài)氣體的相對密度（水=1）M液態(tài)氣體的的分子量將液氨有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式，由Db=0.597, M=17.03得到V Vo D0 1000 22.4MV0 0.59717.031000 22.4785V0即液態(tài)氨若發(fā)生泄漏迅速氣化，其膨脹體積為原液態(tài)體積的785倍。（2）液態(tài)氣體擴散半徑模擬計算液態(tài)氣體泄漏后在高溫下迅速氣化并擴散， 在一定泄漏量范圍內(nèi)，且液態(tài)氣 體比重大于空氣，沿地面能擴散