乙烯儲(chǔ)罐的事故后果分析

PAGE25乙烯儲(chǔ)罐的事故后果分析乙烯儲(chǔ)罐的事故后果分析目錄乙烯儲(chǔ)罐的事故后果分析 1一、乙烯儲(chǔ)罐可能發(fā)生的主要事故分析 21、乙烯的危害性質(zhì) 22、乙烯儲(chǔ)罐可能發(fā)生的主要事故 3二、乙烯儲(chǔ)罐發(fā)生中毒事故的后果分析 41）有毒液化氣體容器破裂時(shí)的毒害區(qū)預(yù)測(cè) 42）乙烯儲(chǔ)罐破裂時(shí)的毒害區(qū)計(jì)算 43)泄漏原因分析 5三、乙烯儲(chǔ)罐發(fā)生蒸氣云爆炸事故后果分析 61、蒸氣云爆炸的事故模型 62、蒸氣云爆炸的TNT當(dāng)量 73蒸氣云爆炸的人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失距離 84乙烯蒸氣云爆炸后果定量計(jì)算 85．爆炸危險(xiǎn)度 9四、沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸爆炸的事故后果分析 101沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸的事故模型 102、乙烯儲(chǔ)罐發(fā)生沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸的后果計(jì)算 11五、乙烯儲(chǔ)罐事故后果分析 12六、典型事故案例 12七、結(jié)論和建議 131、結(jié)論 132、建議 13摘要：乙烯具有毒性和易燃易爆性，如果泄漏至空氣中，可能產(chǎn)生中毒或爆炸事故。本文以一個(gè)300M3乙烯球罐為例，對(duì)其事故后果進(jìn)行分析。其事故后果主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：即中毒、VCE和BLEVE爆炸。本文在假定條件下對(duì)這三個(gè)方面進(jìn)行了定定性和定量分析，并提出建議和對(duì)策。關(guān)鍵詞：事故；后果分析；乙烯；爆炸；蒸氣云爆炸(VCE)；沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸(BLEVE)預(yù)防措施一、乙烯儲(chǔ)罐可能發(fā)生的主要事故分析1、乙烯的危害性質(zhì)1)毒性：乙烯屬低性毒物，麻醉作用較強(qiáng),但對(duì)呼吸影響較小主要經(jīng)呼吸道吸入,經(jīng)肺泡擴(kuò)散,小部分溶解于血液中。吸收后乙烯的絕大部分以原形通過(guò)肺迅速隨呼氣排出,如停止麻醉2min后,即在血液內(nèi)消失。只有在極高濃度（80%～90%）時(shí)，乙烯在血液內(nèi)消失后，還能在組織中存留數(shù)小時(shí)。故乙烯麻醉迅速，蘇醒亦快。2)易燃易爆性：乙烯屬于易燃易爆物質(zhì)，標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體密度:1.2604kg/m3,液體的比重:0.5699g/cm3（-103.9℃/4℃),冰點(diǎn):-169.2℃,沸點(diǎn):-103.7℃。易燃,臨界溫度：9.9℃，臨界壓力：5.137MPa，爆炸極限:2.7%～36%(體積)。2、乙烯儲(chǔ)罐可能發(fā)生的主要事故1）中毒事故如果乙烯儲(chǔ)罐在機(jī)械作用(撞擊、打擊)、化學(xué)作用(腐蝕)、壓力作用下發(fā)生破壞，或者操作人員不正確的操作的情況下，會(huì)導(dǎo)致乙烯泄漏，并與空氣混合形成有毒氣體云團(tuán)，此氣團(tuán)具有毒性和易燃易爆的性質(zhì)，如果擴(kuò)散區(qū)域有工作人員，會(huì)使區(qū)域內(nèi)人員中毒。2）蒸氣云爆炸如果泄漏出來(lái)的乙烯所形成的混合氣體中氯乙烯的濃度在爆炸極限范圍內(nèi)，并遇到延遲點(diǎn)火的情況下就會(huì)導(dǎo)致蒸氣云爆炸的發(fā)生。蒸氣云爆炸發(fā)生后的破壞作用有爆炸沖擊波和爆炸火球輻射熱對(duì)周圍人員、建筑物、儲(chǔ)罐、設(shè)備的傷害和破壞作用，但以沖擊波的危害為主。3）沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸事故如果乙烯儲(chǔ)罐在外部火焰的烘烤下突然破裂，使儲(chǔ)罐內(nèi)氯乙烯的壓力平衡被破壞，造成氯乙烯急劇汽化，并隨即被火焰點(diǎn)燃時(shí)發(fā)生沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸。沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸的主要危害是火球熱輻射，同時(shí)爆炸產(chǎn)生的碎片和沖擊波超壓也有一定程度的危害。乙烯儲(chǔ)罐爆炸時(shí)，殼體可以破裂為很多大小不一的碎片向四周飛散拋擲，擊傷人員，損壞或穿透鄰近的建筑物、設(shè)備和管道。二、乙烯儲(chǔ)罐發(fā)生中毒事故的后果分析1）有毒液化氣體容器破裂時(shí)的毒害區(qū)預(yù)測(cè)毒性液化氣體在容器破裂時(shí)會(huì)泄漏出大量的氣體，在沒(méi)有遇到火源時(shí)會(huì)造成大面積的毒害區(qū)域。在容器破裂時(shí)，罐內(nèi)壓力降至標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下沸點(diǎn)t。，則其蒸發(fā)量W”為式中，——蒸發(fā)的氣體質(zhì)量，kg；w——液化氣體質(zhì)量，kg；c——液體平均比熱，kJ／(·℃)；￡——容器破裂前氣體溫度，℃；to——物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)，℃；q——液體的汽化熱，kJ／。蒸發(fā)后產(chǎn)生的蒸氣體積vg(m3)為Vg=(22．4W'／M)[(273+t)／273]若已知有毒物質(zhì)的危險(xiǎn)濃度，則可求出其在險(xiǎn)濃度下的有毒空氣體積為假設(shè)這些毒氣空氣以半球型向地面擴(kuò)散，可以求出該有毒氣體的擴(kuò)散半徑R(m)為2）乙烯儲(chǔ)罐破裂時(shí)的毒害區(qū)計(jì)算在某化工廠的合成工段有兩300m3的乙烯單體中間儲(chǔ)罐，每個(gè)儲(chǔ)罐約存乙烯120t。乙烯的沸點(diǎn)￡=-103.7℃，儲(chǔ)罐為常溫儲(chǔ)存，取t=37℃，平均比熱容C=1.233kJ／(·℃)，平均汽化熱q=479.79kJ／kg。當(dāng)一個(gè)乙烯儲(chǔ)罐破裂時(shí)，其蒸發(fā)量為=\479.79=43389.76kg蒸發(fā)后產(chǎn)生的蒸氣體積Vg為Vg=(22．4W'／M)[(273+t)／273]=(22．4×43389.76／28)[(273—103．7)／273]=21526.4立方米乙烯屬低性毒物，人吸入含37.5%乙烯的空氣,15min可引起明顯記憶障礙;含50%乙烯的空氣,使含氧量降至10%,引起人意識(shí)喪失。若吸入75%～90%乙烯與氧的混合氣體，可引起麻醉，但無(wú)明顯的興奮期，并迅速蘇醒。吸入上述混合氣體25%～45%可引起痛覺(jué)消失，意識(shí)不受影響。乙烯可以引起人意識(shí)喪失的有毒空氣體積=21526.4=57403.8立方米假設(shè)這些有毒空氣以半球形地面擴(kuò)散，則該有毒氣體的擴(kuò)散半徑R(m)為：==27.05米乙烯可以引起人麻醉的有毒空氣體積=21526.4=28701.87立方米假設(shè)這些有毒空氣以半球形地面擴(kuò)散，則該有毒氣體的擴(kuò)散半徑R(m)為：==21.47米表1乙烯儲(chǔ)罐破裂時(shí)毒害區(qū)的預(yù)測(cè)結(jié)果容量（t）乙烯濃度（%）毒害半徑（m）事故后果12037.527.05意識(shí)喪失1207521.47麻醉3)泄漏原因分析1、管線腐蝕穿孔

管線腐蝕穿孔是石油液化氣罐區(qū)發(fā)生泄漏最常見(jiàn)、最危險(xiǎn)的情況之一，最常見(jiàn)是因?yàn)殇撝乒芫€外表都有保溫層，這些保溫材料通常是多孔易吸水的，保溫層中的水份與鋼管的長(zhǎng)期電化學(xué)作用，出現(xiàn)銹蝕。另外液化石油氣通常含有少量的硫和水，鋼管內(nèi)部也易腐蝕，常期的腐蝕使管壁減薄最終不能承受壓力而出現(xiàn)穿孔。管線穿孔因其時(shí)間和空間上的不確定性，給罐區(qū)的安全生產(chǎn)帶來(lái)危險(xiǎn)。

2、法蘭、墊片

液化石油氣生產(chǎn)裝置工藝連接，有許多是采用法蘭連接。由于施工的不規(guī)范在一些液化石油氣生產(chǎn)裝置上使用了平面法蘭，平面法蘭由于其結(jié)構(gòu)上的缺陷容易產(chǎn)生泄漏。需要特別指出的是，石油液化氣儲(chǔ)罐的第一道進(jìn)出口法蘭應(yīng)使用凹凸面法蘭。連接法蘭的螺栓應(yīng)采用高強(qiáng)度螺栓。

法蘭連接所采用的墊片通常是石棉橡膠板墊片或金屬纏繞墊片。石棉橡膠板墊片回彈力較差，在高溫、低溫、高壓等惡劣工況下容易老化，導(dǎo)致物料泄漏。

金屬纏繞墊有較好的回彈性和耐熱性，強(qiáng)度高。是液化石油氣工藝裝置法蘭連接較為理想的墊片。使用時(shí)要特別注意尺寸、選型和安裝質(zhì)量，否則將金屬纏繞絲壓斷就容易產(chǎn)生泄漏。

3、閥門

閥門是液化石油氣工藝裝置中最重要的控制部件。由于閥門頻繁的開(kāi)啟、關(guān)閉使閥門的密封填料磨損、老化，產(chǎn)生泄漏。液化石油氣中帶有的雜質(zhì)會(huì)卡在閥門的密封面上，造成閥門損壞。液化石油氣中的游離水會(huì)沉降在儲(chǔ)罐的底部，在冬季，如未及時(shí)脫水，就會(huì)凍壞閥門。

4、容器

液化石油氣通常儲(chǔ)存在球形壓力容器（俗稱球罐）中。球罐長(zhǎng)期工作在高壓、溫差變化、和帶有腐蝕性的工作介質(zhì)中。工作環(huán)境十分惡劣。三、乙烯儲(chǔ)罐發(fā)生蒸氣云爆炸事故后果分析1、蒸氣云爆炸的事故模型可燃液化氣體泄漏后汽化并與空氣形成混合氣體云，可燃混合氣體遇火源突然燃燒，并在受限空間或無(wú)限空間轉(zhuǎn)變?yōu)榛旌蠚怏w爆炸，即蒸氣云爆炸。蒸氣云爆炸的主要破壞是爆炸沖擊波和爆炸火球輻射熱，但以沖擊波危害為主。因而按超壓沖量準(zhǔn)則確定人員傷亡區(qū)域及財(cái)產(chǎn)損失區(qū)域。沖擊波對(duì)人員的死亡半徑及財(cái)產(chǎn)損失采用"INT當(dāng)量法，按照相同能量的TNI"(三硝基甲苯)爆炸所產(chǎn)生的超壓來(lái)確定。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別如表2和表3所示，雖然存在一定的誤差，但在稍遠(yuǎn)的距離上，相同能量的乙烯爆炸與"INI"爆炸所產(chǎn)生的超壓還是相近似的。表21000kg的炸藥在空氣中爆炸所產(chǎn)生的沖擊波超壓距離(m)超壓(MPa)距離(m)超壓(MPa)530250.81621300.59717350.44813400.3499.7450.28107.8500.24125.1550.21143.4600.184162.4650.164181.74700.146201.29750.132表3沖擊波超壓對(duì)建筑物和人員的破壞與傷害情況超壓(MPa)破壞與傷害情況0.05-0.06門窗玻璃部分破碎0.06-0.10受壓面的門窗玻璃大部分破碎0.15-0.20窗框損壞0.20-0.30墻裂縫，人員輕傷0.40-0.50墻大裂縫，屋瓦掉下，人員中等傷0.60-0.70木建筑廠房房柱折斷，房架松動(dòng)，人員重傷或死亡0.70-1.00磚墻倒塌，人員重傷或死亡1.00-2.00防震鋼筋混凝土破壞，小房屋倒塌，人員大部分死亡2.00-3.00大型鋼筋結(jié)構(gòu)破壞，絕大部分人員死亡2、蒸氣云爆炸的TNT當(dāng)量通常以TNT當(dāng)量法來(lái)預(yù)測(cè)蒸氣云爆炸的嚴(yán)重程度。蒸氣云的TNT當(dāng)量WTNT計(jì)算式如下=1.8a/式中WTNT——蒸氣云的TNT當(dāng)量，kga——蒸氣云的TNT當(dāng)量系數(shù)，取4%Wf——蒸氣云爆炸中燃燒的總質(zhì)量，kgQF——乙烯的燃燒熱，QTNT——TNT的爆熱，取平均爆破能量值計(jì)算出蒸氣云爆炸的TNT當(dāng)量后，可以用TNT當(dāng)量法來(lái)估算其破壞的嚴(yán)重度。3蒸氣云爆炸的人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失距離1)蒸氣云爆炸死亡半徑R的計(jì)算方法為：R1=13.62)蒸氣云爆炸重傷、輕傷以及財(cái)產(chǎn)損失半徑的的計(jì)算方法：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，不同數(shù)量的同類炸藥發(fā)生爆炸時(shí)，如果離爆炸中心的距離R之比與炸藥量Q3次方根之比相等，則所產(chǎn)生的沖擊波超壓相同，用公式表示如下：R／R0=，則△P=△式中，R——目標(biāo)與爆炸中心距離，m；R0——目標(biāo)與基準(zhǔn)爆炸中心距離，m；Q0——基準(zhǔn)爆炸能量，TNI"當(dāng)量，；——曝炸時(shí)產(chǎn)生沖擊波所消耗的能量，"TNT當(dāng)量，kg；△P——目標(biāo)處的超壓，MPa；△——基準(zhǔn)目標(biāo)處的超壓，MPa。由表3取造成人員重傷、輕傷以及財(cái)產(chǎn)損失的超壓△P值，又由表2取超壓為△P處的R0(即當(dāng)1000I的曝炸時(shí)，在與基準(zhǔn)中心距離為R0處的超壓為△P)。再由式：R／R0=可求得損失半徑。4乙烯蒸氣云爆炸后果定量計(jì)算1)乙烯蒸氣云爆炸的TNT當(dāng)量：假設(shè)一120t乙烯儲(chǔ)罐泄漏，有20％的氣體參加蒸氣云爆炸，其質(zhì)量為24000kg乙烯的燃燒熱為Q=47144.8。代入=1.8a/得乙烯儲(chǔ)罐20％的氣體泄漏后發(fā)生蒸氣云爆炸的TNT當(dāng)量為18023.50kg2)20％泄漏量的蒸氣云爆炸死亡半徑R為R1=13.6==9.65米3)10％泄漏量的蒸氣云爆炸重傷半徑R，：由表3取造成人員重傷的△P2=0．6×lO5Pa，又由表2得R0=30m處的超壓為0．6×Pa。由式==30=78.66米4)20％泄漏量的蒸氣云爆炸財(cái)產(chǎn)損失半徑R：由于罐區(qū)周圍建筑多是鋼筋混凝土構(gòu)造，因此，取鋼筋混凝土破壞時(shí)的沖擊波超壓值。由表3得△P3=1．0×Pa又由表2取R0=23m。由==23=60.30米5)同理，假設(shè)120t的乙烯儲(chǔ)罐泄漏后，有50％的氣體參加蒸氣云爆炸。其計(jì)算結(jié)果列于表4。表4乙烯蒸氣云爆炸人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失半徑120t儲(chǔ)罐泄漏百分比%死亡半徑m重傷半徑m財(cái)產(chǎn)損失半徑m鋼筋混凝土破壞2039.6578.6660.305055.65106.7581.845．爆炸危險(xiǎn)度

D=（L上-L下）/L下

式中

D——爆炸危險(xiǎn)度；

L上——物質(zhì)致爆濃度上限；

L下——物質(zhì)致爆濃度下限。D=（L上-L下）/L下=（36—2.7）\2.7=12.33四、沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸爆炸的事故后果分析1沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸的事故模型可燃液化氣體儲(chǔ)罐由于過(guò)熱，容器內(nèi)壓力增大，容器爆炸，內(nèi)容物質(zhì)釋放并被點(diǎn)燃，發(fā)生沸騰液體擴(kuò)展爆炸。沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸的危害有輻射、沖擊波和碎片等，但主要危害是火球產(chǎn)生的強(qiáng)烈熱輻射傷害，因而采用火災(zāi)作用下的熱劑量準(zhǔn)則確定人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失的區(qū)域?；鹎虍?dāng)量半徑R和持續(xù)時(shí)間t采用ILO（國(guó)際勞工組織)提出的模擬進(jìn)行計(jì)算。1)沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸形成的火球半徑用下式計(jì)算：R=2．92)火球的持續(xù)時(shí)間：T=0．45式中，w=一火球中消耗的可燃物質(zhì)的質(zhì)量。死亡、重傷和輕傷熱通置在熱輻射作用下，目標(biāo)可能受到傷害，不同的熱通量對(duì)人和財(cái)產(chǎn)的傷害程度不同。下面用在火災(zāi)持續(xù)時(shí)間內(nèi)輻射傷害概率來(lái)表示人體所受的傷害：死亡熱通量q，：Pr=一37．23+2．56重傷熱通量q2：Pr=一43．14+3．019式中，Pr——傷害概率單位；T—一人體暴露于熱輻射的時(shí)間，S。傷害幾率與傷害百分?jǐn)?shù)的關(guān)系為：D=式中，D——死亡百分?jǐn)?shù)，當(dāng)Pr=5時(shí)，D為50％。死亡、重傷半徑熱輻射的死亡、重傷半徑可用目標(biāo)接受的熱通量公式來(lái)計(jì)算出來(lái)。當(dāng)目標(biāo)到火球中心的距離大于火球半徑時(shí)，根據(jù)所求得的傷害、破壞熱通量，由下式得到各種傷害、破壞半徑.式中，qn——火球表面輻射通量，取270kW／m2r——目標(biāo)到火球中心的距離，m；q，——死亡、重傷、輕傷熱通量，kW／m2；R——火球的最大半徑，m2、乙烯儲(chǔ)罐發(fā)生沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸的后果計(jì)算假設(shè)一個(gè)儲(chǔ)罐發(fā)生沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸事故模擬，則氯乙烯質(zhì)量取120t來(lái)計(jì)算。1)火球當(dāng)量半徑R和持續(xù)時(shí)間t：將W=120000kg代入式R=2．9和、T=0．45得：球半徑R=143.04m火球持續(xù)時(shí)間=22.19S2)死亡、重傷和輕傷熱通量：取傷害百分比為50％(即在此輻射強(qiáng)度下50％的人員死亡或、重傷)，傷害概率為=5。將火球持續(xù)時(shí)間22.19S代入式Pr=一37．23+2．56和Pr=一43．14+3．019得乙烯儲(chǔ)罐的死亡熱通量=23.092重傷熱通量=5.3333)死亡和重傷半徑：根據(jù)以上算出的死亡、重傷熱通量q和火球半徑R，代入式計(jì)算得120t乙烯儲(chǔ)罐發(fā)生沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸的死亡半徑，=155米重傷半徑為=203米表5氯乙烯發(fā)生沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸事故模擬結(jié)果儲(chǔ)罐容量(t)火球半徑(m)持續(xù)時(shí)間(s)死亡半徑(m)重傷半徑(m)120143.0422.19155203五、乙烯儲(chǔ)罐事故后果分析1)容量為120t的乙烯儲(chǔ)罐破裂時(shí)，以儲(chǔ)罐所在位置為中心，半徑為27.05米的圓形區(qū)域內(nèi)的人員如果沒(méi)有及時(shí)疏散或采取防護(hù)措施，將會(huì)失去意識(shí)；半徑為21.47米的圓形區(qū)域內(nèi)的人員如果沒(méi)有及時(shí)疏散或采取防護(hù)措施，將會(huì)被麻醉，該有毒空氣云還會(huì)繼續(xù)隨風(fēng)飄向下風(fēng)方向位置，對(duì)廠內(nèi)外更大范圍的人員安全造成影響。2)當(dāng)120t乙烯儲(chǔ)罐20％(50％)泄漏后發(fā)生蒸氣云爆炸時(shí)，離火球中心半徑在60.30米(81.84米)圓形區(qū)域內(nèi)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑物和設(shè)備遭到破壞；離火球中心半徑在39.65米(55.65米)~78.66米(106.75米)圓環(huán)區(qū)域內(nèi)的人員大部分受重傷；離火球中心半徑39.65m(55.65m)的圓形區(qū)域以內(nèi)的人員大部分可能死亡。3)當(dāng)一個(gè)120t乙烯儲(chǔ)罐發(fā)生沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸時(shí)，離火球中心半徑在155米到203米的圓環(huán)區(qū)域內(nèi)的人員大部分受重傷；離火球中心半徑155米形區(qū)域以內(nèi)的人員大部分可能死亡。六、典型事故案例1997年6月27日，位于北京市通縣的北京東方化工廠發(fā)生特大乙烯罐區(qū)起火爆炸事故，并造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。21：05分左右，卸車人員聞到泄漏氣體異味。21：10左右，一臺(tái)可燃?xì)怏w檢測(cè)儀報(bào)警。21：15左右，1名操作工和1名調(diào)度員赴現(xiàn)場(chǎng)查漏。21：26左右，泄漏的油氣與空氣形成的爆炸氣體遇明火發(fā)生空間爆炸，卸油泵房、油水分離泵站被引爆，幾乎所有的地溝井蓋炸翻，罐區(qū)油品和可燃?xì)怏w的泄漏部位多處著火，并造成破壞。爆炸的沖擊波或外飛來(lái)物，將乙烯球罐的保溫層及部分管線破壞或摧毀，乙烯外泄，乙烯罐區(qū)附近燃起大火。接著，著火處附近的其它管線相繼被燒烤破裂，致使大量乙烯泄漏，火勢(shì)更猛。在乙烯球罐“受害燒烤”發(fā)生高溫塑性破裂的同時(shí)，罐內(nèi)壓力迅速下降……21：40，乙烯球罐塌倒又推倒相鄰球罐，并打壞乙烯進(jìn)出口管線和管網(wǎng)油氣管線，造成更大范圍的火災(zāi)和破壞燃燒區(qū)域6萬(wàn)多m3，大火燒毀儲(chǔ)罐17個(gè)，儲(chǔ)料19257噸，卸油泵房被炸毀，1000m3乙烯球罐爆炸起火，造成死亡8人，傷37人，直接經(jīng)濟(jì)損失1億多人民幣。七、結(jié)論和建議1、結(jié)論以上通過(guò)對(duì)乙烯儲(chǔ)罐事故后果模擬與分析，可得以下結(jié)論：1)氯乙烯儲(chǔ)罐區(qū)可能發(fā)生的重大事故種類有：中毒、油池火災(zāi)、噴射火災(zāi)、沸騰