危化品罐区泄漏事故对临近道路影响分析

张 林，段佩侠

(中国石化销售股份有限公司陕西石油分公司，陕西西安 710000)

随着我国经济和城市化建设的飞速发展，许多原处于郊区早期建设的石化企业周边陆续修建起高速路、国道、快速路等，一方面有利于道路运输和人员出行，但同时也让临近石化企业道路上的车辆人员处于危险之中。一旦发生化学品泄漏、爆炸等事故，极有可能造成道路上车辆损坏和人员伤亡。例如，2018年11月28日河北张家口市盛华化工有限公司发生的燃爆事故，泄漏的氯乙烯扩散到厂区外的公路上，遇明火发生爆燃，并引燃周围车辆，造成重大的人员伤亡，社会影响极大[1]。

为吸取“11·28”爆燃事故教训，防止发生类似重大事故，对临近道路的危化品企业展开潜在事故后果分析，探讨企业可能给周边道路带来的危险，采取措施保障附近车辆及人员安全等。但对于这种早期建设的企业，常用的一些风险分析方法[2-6]无法提供简便且符合实际情况的事故预测结果，因此提出了一种最坏可信事故场景的选择方法，结合三维事故后果模拟分析方法，可实现危化品泄漏事故对临近道路的影响预测分析，并用该方法对某石化企业临近道路的危险品罐区开展潜在泄漏事故后果影响分析，提出了预防建议措施。

1 “最坏假想事故情景法”介绍

在20世纪70年代，欧洲发生过几起非常重大的化学品安全事故，自此之后，人们就加强了对预防重大事故的重视程度，并积极开展各种重大危险源的风险分析技术研究。基于后果方法就是其中之一。这种方法的主要依据是对假定的事故后果进行分析，确保现有的措施可以保护人们免受最坏的事故的影响。因此，也被称之为“最坏假想事故情景法”。这种方法主要是针对事故后果利用计算机技术建立模型，计算出事故发生时可能会产生的伤害半径，然后将计算结果作为事故后果严重程度的度量。采用该分析方法，可以为企业提出相关的改进措施，以避免对企业周边人员设施造成伤害。

1.1 存在的问题

该方法假定发生的最坏事故，不考虑最坏事故的可能性，主要适用于新开发的项目规划和在危险设施附近选址的时候。然而对于已建多年的石化企业，各种预警监测防护技术比较完善，如果按最坏场景进行后果分析，对罐区临近道路的风险估计会过高，不符合企业生产现状。所采用的后果计算方法也过于保守，分析结果可信性有待商榷。

1.2 方法改进

本文对上述方法进行了改进。首先，对假设的“最坏”事故场景进行替换，要求事故场景的选取不应一味地追求事故后果的严重程度，同时保证选择的事故场景具有一定的可信性，即“最坏可信”事故场景[7]；其次，利用三维事故后果模拟分析方法替代传统泄漏、火灾、爆炸等二维工程化模型，对事故后果进行仿真模拟分析，增强事故后果的可信度。优化的基于后果方法流程见图1。

图1 基于后果的风险分析流程

选择最坏可信事故的过程：首先，依据危险化学品重大危险源辨识方法，确定企业罐区存在的重大危险源及等级，选择出危险性最大的设备[8]；然后，利用已有的技术手段、文献资料、历史数据分析重大危险源设备可能发生的后果以及比较严重的场景，设定为该区域的“最坏可信”事故场景。利用该方法对某石化企业临近道路的危化品罐区泄漏燃爆事故进行分析。

2 最坏可信事故场景选择

该石化企业危化品罐区存有甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、丙烯等20余种易燃易爆物质，且距周边道路较近，对道路上的车辆人员构成巨大威胁，必须对罐区可能给附近道路带来的风险进行分析。

根据重大危险源辨识方法及分级标准，可以确定罐区一级重大危险源有丙烯罐(R=867.6)、丙烷罐(R=127.6)、丁烯-1罐(R=157.6)、乙烷罐(R=137.8)(R值用于判断重大危险源级别)。根据R值可判断丙烯罐属于危险性最高的一级重大危险源，如若丙烯储罐发生事故，给临近道路带来的影响也是最高的。因此，选择丙烯储罐为分析对象进行罐区事故后果影响分析。

根据丙烯罐现场情况评估、资料分析及事故案例可以得出，除非发生恐怖袭击等不可控事件，丙烯储罐不会发生坍塌或爆炸等极端事故，实际发生的泄漏事故为储罐底部法兰、罐底管道等发生破裂。依据最大管径破裂设定原则[9]，储罐底部不同管道、阀兰最大管道破裂孔径小于等于80 mm。因此，选择泄漏口径为80 mm，泄漏位置位于球罐底部，并在某一时刻遇明火发生燃爆。

3 三维后果模拟分析

本文选用FLACS软件对发生的气体泄漏及燃爆过程进行模拟分析，确定事故可能造成的影响范围。FLACS是由挪威GexCon公司开发的基于计算流体动力学(CFD)方法的三维化学品事故后果模拟软件，主要用于复杂工艺区域的通风、泄漏、扩散、火灾及爆炸后果的分析。该软件经过了大量试验的验证，在油气及过程工业领域有着广泛的应用。国内很多学者也利用FLACS软件对典型气体泄漏燃爆事故开展了模拟分析[10,11]。

3.1 三维建模

为了考虑实际厂区周边建筑的影响，利用MICROSTATION软件对罐区及周边区域进行三维建模，然后导入到FLACS软件中，并加入相关的周边环境(树、地面等)，得到罐区及周边区域计算模型(图2)，已知丙烯球罐距厂区界区外道路最短距离为172 m。

图2 罐区三维模型

3.2 丙烯泄漏扩散过程模拟分析

首先针对丙烯的扩散过程开展分析，利用FLACS软件的FLASH泄漏速率计算模型，按照储罐最大设计压力、温度计算得到丙烯泄漏速率为198.2 kg/s；根据所处位置，风向选择最不利的南风；风速选择，根据相关研究1.5 m/s最不利气体扩散，3 m/s为当地平均风速，另外选择一较大风速5 m/s，进行对比分析；泄漏时间选择，紧急切断阀的响应关闭时间约为60 s，泄漏事故中最坏可信事故时间一般选取600 s，选择两个时间进行对比分析。丙烯的爆炸极限为2%～11%，选择空气中丙烯体积浓度为2%～11%进行后果分析。场景参数对应的模拟结果见表1。

由表1计算结果可得出，南风条件下，风速1.5，3 m/s，泄漏时间为60 s时，2%LFL～11%UFL丙烯气云主要影响区域为罐区及与北侧快速路之间的区域；泄漏时间为600 s时，2%LFL～11%UFL丙烯气云则会影响北侧快速路；当风速达到5 m/s时，2%LFL～11%UFL丙烯气云主要影响区域为罐区与北侧快速路。以场景2为例分析气体扩散云团，丙烯扩散云图随时间变化见图3。

表1 罐区泄漏扩散场景设置及模拟结果

图3 丙烯在距地面0.5 m可燃气体云图随时间变化示意(LFL～UFL)

由图3可以看出，风速1.5 m/s下，云团在4 min左右即可影响到北侧快速路，且形成的云团较大，如果云团被点燃，在卷吸等作用下，火焰会覆盖道路，威胁到过往车辆和人员安全。

3.3 丙烯蒸气云爆炸模拟分析

蒸气云的燃爆过程，不仅会产生火焰、热辐射，也会产生超压。因此，可从丙烯气云扩散过程模拟判断火焰影响范围，而产生的超压大小受到气云尺寸、位置、点火位置、障碍物、堵塞程度等多个因素的影响。液态丙烯泄漏后，由于设备阻挡、地形条件等可能厂区内形成不同大小尺寸的云团。美国埃克森美孚公司在提出气云尺寸大小30 000 m3的气云为最坏可信蒸气云事故场景[13]。本文借鉴了此场景的选择方法，设定气云体积为30 000 m3，通过改变气云尺寸、位置、点火位置进行蒸气云爆炸超压大小分析。罐区泄漏蒸气云爆炸模拟场景及模拟结果见表2。

由表2可以看出，不同位置或尺寸，在云团中心点火，产生的爆炸超压最大，不同位置最大爆炸超压影响云图分析如下。

表2 罐区泄漏蒸气云爆炸模拟

a) 云团尺寸为37.5 m×40 m×20 m

气云位于丙烯罐中心位置和北侧边缘位置时，距地面1m平面爆炸超压最大影响区域，分布见图4。

图4 30 000 m3蒸气爆炸后超压影响范围顶视图(切面距地面1 m)(0.001～0.01 MPa)

图4(a)中所在位置超压最大可达0.019 MPa，b所在位置超压最大可达0.011 MPa；根据云图覆盖范围判断，最大超压会造成丙烯罐部分承重结构弯曲、南侧房屋局部出现裂缝及门窗损坏[12]。

b) 云团尺寸为40 m×75 m×10 m

此时，气云覆盖了丙烯罐和北侧罐，距地面1 m平面爆炸超压2D分布云图见图5。

图5 30 000 m3蒸气爆炸后超压影响范围2D分

该场景下，处于丙烯罐区云团爆炸超压最大可达0.012 MPa，根据云图覆盖范围判断，最大超压仅会会造成南侧房子局部破损[12]。

通过以上分析可知，在最大可信蒸气云事故场景下，爆炸超压最大破坏效应是造成储罐承重结构弯曲和墙面破损，不会造成次生灾害的发生；超压的主要影响区域基本位于厂区内，不会影响到周边道路上车辆人员。

4 结果分析

本文提出了一种最坏可信事故场景的选择方法，结合三维事故后果模拟分析方法，以某石化企业危化品罐区泄漏事故对临近道路影响进行预测分析，结果显示：企业丙烯储罐发生最坏可信泄漏事故后，可燃气云在4 min左右即可影响到北侧快速路，且形成的云团较大，会覆盖罐区、罐区与道路之间的区域，并会扩散到北侧的临近路，如果发生燃爆，火焰会吞噬在云团内部的人员、车辆、设备及引发可燃物质发生燃烧，直接造成人员伤亡及次生灾害后果。

企业丙烯储罐泄漏遇火爆炸最大超压约为1.9 MPa，影响范围主要集中在罐区自身所在位置，超压最大破坏作用是造成罐区承重结构的弯曲和附近建筑墙面局部破损，并不会造成储罐破裂，引发次生事故，气云爆炸所产生的超压不会对北侧的道路产生影响。

通过应用发现本文的方法可真实考虑厂区装置设备设施、地形地貌、周边道路状况等条件影响、精确预测企业危化品潜在泄漏事故后果影响边界，分析企业可能对周边道路造成的影响，可为存在同类问题的石化企业风险分析、应急预案及应对措施的制定提供参考。