第十章 重大泄漏事故原因及災害后果分析
XXXXXXXXX酒精有限公司生產過程中的產品乙醇及副產沼氣均為甲類物質，且生產場所和產品儲存區危險物質乙醇數量已構成重大危險源。污水處理部沼氣儲罐儲存量雖未達重大危險源臨界量，但沼氣屬甲類氣體，一旦因操作失誤、設備腐蝕減薄等因素，造成大量氣體泄漏和擴散，遇明火引起火災、爆炸等重大事故的發生。因此，在上述危險物質的儲存、使用過程中，防止因泄漏引起的火災、爆炸等事故顯得尤為重要。本章將針對泄漏事故原因及災害后果加以分析評價。
根據建國以來化工系統所發生的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10-1。
表10-1 重大及典型泄漏事故原因分類
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泄漏 原因 |
工藝 技術 |
設備、材料 本身原因 |
人為 因素 |
外來 因素 |
其他 |
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事故次數 |
6 |
23 |
22 |
6 |
2 |
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百分比（%） |
10.17 |
38.98 |
37.29 |
10.17 |
3.39 |
（1）工藝技術 工藝路線設計不合理，操作中關鍵參數控制要求不嚴格。 （2）設備、材料本身原因 設備本身缺陷，材料及安裝質量未達到標準要求；生產、制造過程中不按照有關規定進行；材料選擇不符合標準。 （3）人為因素 違章操作、誤操作、缺少必要的安全生產和崗位技能知識；工作責任心不強。 （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。 從以上統計可以看出，泄漏事故的發生主要是因為設備等產品的質量不過關，職工不按操作規程進行操作和安全生產意識不強等主要原因造成的。針對這些原因，企業應加強產品質量和驗收，積極開展安全生產及崗位操作技能教育，真正做到崗前培訓，持證上崗。
本節通過列舉案例，分析類似事故，找出可能造成系統故障、物質損失和人員傷害的危險性，防患于未然。
[案例一]甲醇罐不清洗，用氣焊開孔引起爆炸
（1）事故經過：1973年12月10日，某縣磷肥廠鍋爐間為了改用原油作燃料，決定建立從水路碼頭至鍋爐間的輸油系統和儲油裝置。10日上午的工程項目，主要是將輸油管道與容積分別為28M3和33M3的兩只儲油罐連接起來，其中28M3的儲油罐原為甲醇儲罐，在改制前未對罐體內部進行清洗處理。當冷焊組長劉某和工人董某在其頂部用氣焊割刀開孔時，引起罐內殘留甲醇氣體燃燒發生爆炸。劉某、董某和罐體被拋向天空后摔下，劉被摔在附近的廢鐵堆上死亡。董某重傷。爆炸過程中，在33 M3儲油罐頂部工作的孔某，被氣浪震跌地面受輕傷。
（2）原因分析：
①這次爆炸事故是由于甲醇儲存罐未經清洗即用氣焊割孔，氣焊火焰引起罐內殘留甲醇氣體燃燒膨脹所致。
②安全措施不力。廠內無明確的責任分工，把甲醇儲存罐改作儲油罐是廠領導決定的，而對甲醇的性能以及儲罐不經清洗進行“動火”的危險性認識不足。
③制度不嚴。參加這項工程的技術人員對甲醇的性能、危害和有關制度是了解的，但在事故發生的當天，廠內又將他臨時調配去鍋爐間處理其他技術問題而未能在場。這也是發生事故的一個因素。
（3）教訓：
①對甲醇的性能、危害和有關制度不僅技術人員必須知道，而且廠內的職工都必須知道。
②必須制定和完善包括動火制度在內的各項制度，加強對職工的宣傳、教育，在實際工作中嚴格執行制度。
③落實好各項防護措施是確保安全的前提，措施落實了，管理到位了，安全工作就有了保證。
[案例二]XXXXXXXXX南京助劑廠酒精蒸餾釜爆炸 死亡4人重傷3人
（1）事故經過和危害
1998年10月22日，南京助劑廠防老劑DBH車間酒精蒸餾鍋因超壓發生爆炸，造成4人死亡3人重傷。
10月22日夜班，10名工人提前15分左右分別到崗位與前班工人交接。酒精蒸餾工接班后開始將鍋內料渣清出、投料生產，當班班長去各崗位巡查，5分鐘后酒精蒸餾鍋發生物理爆炸，大量酒精蒸氣沖出與空氣混合，瞬間發生化學爆炸。
（2）事故原因分析
酒精蒸餾鍋上出料閥未打開，開啟蒸汽加熱后，酒精大量氣化并使鍋內壓力急劇上升，使常壓蒸餾鍋處于受壓狀態，造成鍋受不住意外的壓力而爆炸；廠房不符合防爆要求，利用舊庫房改裝的廠房不是框架結構，沒有足夠的泄壓面積；工人素質低，沒有受過安全教育的臨時工頂崗操作；企業管理混亂，沒有嚴格的試車方案，沒對操作人員進行工藝、安全考核。
（3）同類事故預防措施
①加強技術培訓，提高職工技能。
②建立操作票制度，堅持先開出料，后開蒸汽加熱閥的操作程序。
③最好設備出料閥與蒸汽加熱閥聯鎖。
[案例三]山東省臨沂農藥廠靜電火花引爆甲醇桶 1人死亡3人重傷
（1）事故經過和危害
1991年9月17日15時30分，山東省臨沂農藥廠辛硫乳劑車間調制班作業人員劉某、曹某、林某、楊某接班后，向系統內進行移液作業，在不到20分鐘時間內，抽完了8桶甲苯。15時50分，曹某將抽料管插入上班留交的半桶甲醇中進行抽料時，瞬間即發生爆炸著火，作業人員曹某當場死亡，林某、楊某及正在該班巡視工作的黨總支副書記石某被火燒成重傷。16時左右，大火即被撲滅。
（2）事故原因分析
①由于抽料管前端采用的是2m長全塑絕緣軟管，形成靜電積聚釋放火花。
②半桶甲醇空間過大，是甲醇與空氣形成爆炸混合物達到爆炸極限，從而造成事故發生。
（3）同類事故預防措施
改抽料管為金屬軟管。
[案例四]天津煤氣公司第二灌裝站液化石油氣瓶爆炸
（1）事故的概況：
1988年4月15日9時30分，天津市煤氣公司，第二灌裝站3000只（充裝量10-15kg）液化石油氣瓶和一個50m3的液化石油氣臥罐在充裝過程中爆炸。爆炸后，燃燒火球高達數十米，震碎附近門窗玻璃。為保護相鄰臥罐不致因烘烤超壓爆炸，放空燃燒儲氣，長達68小時。事故中，燒毀了廠房和由丹麥進口的液化石油氣自動灌裝線（價值370000美元），燒掉液化石油氣118t，直接經濟損失估計1000000元，7人受傷。
（2）事故原因分析：
①違章操作是這次事故的直接原因。該職工忘掉（天津注射器廠、玻璃器皿廠）自己操作灌裝四只大瓶（液氯鋼瓶改裝液化石油氣），其中一只瓶超裝，忙亂中未關閉瓶閥就拔掉充氣管，液化石油氣從瓶中猛烈噴出，一時關不住瓶閥，4~5s后由于靜電火花引燃著火，無法滅掉，高溫烘烤引爆3000多只液化石油氣瓶，最遠的飛出206.2m。同時還引爆了一臺50m3的臥式儲罐。
②領導安全生產意識淡薄，安全教育工作抓不緊。
（3）防范措施：
①嚴格勞動紀律，操作人員必須認真執行安全生產的多項規章制度。
②企業領導要把安全生產作為一項重要工作來抓，不斷強化“安全第一，預防為主”的思想意識，并切實落實到生產的每一環節。
10.4火災、爆炸傷害模型及傷害—破壞半徑的計算
10.4.1 火災、爆炸傷害模型
易燃危險物質儲罐區最大的火災爆炸風險是燃燒、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，后者為火災型。
10.4.2 蒸氣云爆炸（VCE）模型分析計算
（1）蒸氣云爆炸（VCE）模型
當爆炸性氣體儲存在儲槽內，如果一旦泄漏后，遇到延遲點火則可能發生蒸氣云爆炸，如果遇不到火源，則將擴散并消失掉。用TNT當量法來預測其爆炸嚴重度。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當量來表示蒸氣云爆炸的威力。其公式如下：
|
WTNT =βAWfQf / QTNT |
式中WTNT——蒸氣云的TNT當量，kg；
β——地面爆炸系數，取β=1.8；
A——蒸氣云的TNT當量系數，取值范圍為0.02%～14.9%；
Wf——蒸氣云中燃料的總質量：kg；
Qf——燃料的燃燒熱，kJ/kg；
QTNT——TNT的爆熱，QTNT=4120～4690kJ/kg。
（2）沼氣儲槽蒸氣云爆炸（VCE）分析計算
由于生產裝置產生的副產沼氣具有低閃點、低沸點、爆炸極限較寬，且點火能量低等特點，且相對密度較空氣重，一旦泄漏，最具蒸氣云爆炸概率。
若污水部沼氣儲槽因泄漏遇明火發生蒸氣云爆炸（VCE），因其最大儲量為2500m3，則其TNT當量計算為：
取地面爆炸系數：β=1.8；
蒸氣云爆炸TNT當量系數，A=4%；
蒸氣云爆炸燃燒時燃燒掉的總質量，
Wf=2500×1.29×1.5=4838（kg）；
沼氣的爆熱，取Qf=49000kJ/kg；
TNT的爆熱，取QTNT=4500kJ/kg。
將以上數據代入公式，得
|
WTNT = 1.8×0.04×4838×49000 / 4500=3793(kg) |
=13.6(WTNT/1000) 0.37
=13.6×3.7930.37
=13.6×1.64=22.3(m)
重傷半徑R2，由下列方程式求解：
△P2=0.137Z2-3+0.119 Z2-2+0.269 Z2-1-0.019
Z2=R2/(E/P0)1/3
△P2=△PS/P0
式中：
△PS——引起人員重傷沖擊波峰值，取44000Pa；
P0——環境壓力（101300Pa）；
E——爆炸總能量（J），E=WTNT×QTNT。
將以上數據代入方程式，解得：
△P2=0.4344
Z2=1.07
R2=1.07×（3793×4500×1000/101300）1/3
=1.07×55.2=59.1(m)
輕傷半徑R3，由下列方程式求解：
△P3=0.137Z3-3+0.119 Z3-2+0.269 Z3-1-0.019
Z3=R3/(E/P0)1/3
△P3=△PS/P0
式中：△PS——引起人員輕傷沖擊波峰值，取17000Pa。
將以上數據代入方程式，解得：
△P3=0.168， Z3=1.95
輕傷半徑R3=107.6（m）
（3）小結
通過計算，如果沼氣儲槽因泄漏引發蒸氣云爆炸，相當于3.8T TNT爆炸威力。其死亡半徑22.3m，重傷半徑59.1m，輕傷半徑107.6m，將給所在區域人員及財產帶來巨大傷害和損失。
10.4.3沸騰液體擴展蒸氣爆炸（BLEVE）模型分析計算
（1）沸騰液體擴展蒸氣爆炸（BLEVE）模型
液態存儲的易燃液體突然瞬間泄漏時，立即遇到火源就會發生劇烈的燃燒，產生巨大的火球，形成強烈的熱輻射，此種現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。
火球半徑的計算公式為：
R=2.9W1/3
式中R——火球半徑，m；
W——火球中消耗的可燃物質量，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）乙醇儲罐漏蒸氣爆炸（BLEVE）模型分析計算
由于生產裝置乙醇產品儲罐區的乙醇為多罐儲存，其中：500m3兩只，300m3兩只，其余為較小計量罐，裝料系數一般為80%。
以500m3儲罐為例，對其發生沸騰液體擴展蒸氣爆炸計算如下：
取裝料系數80%，乙醇相對密度（水=1）0.79代入公式：
由W=90%×500×80%×0.79×1000=284000（kg）
代入式中，得到：
火球半徑R=2.9(284000)1/3=191(m)
火球持續時間按下式計算:
t=0.45W1/3
式中:火球持續時間,單位為S.
將數據代入式中,得到:
t=0.45×(284000)1/3=29.6(s)
目標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——目標到火球中心的水平距離，m；
q0——火球表面的輻射通量，W/m2。對柱形罐取270kW/m2，球形罐取200kW/m2。
R——火球半徑，m。R=191m。
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 可根據下式計算：
Pr=-36.38+2.56 In(tq14/3)
式中：Pr=5
t——火球持續時間，取t=10s。
解得 q1=32732W/m2。
重傷 可根據下式計算：
Pr=-43.143+3.0188 In(tq24/3)
解得 q2=27830W/m2。
輕傷 可根據下式計算：
Pr=-39.83+3.0188 In(tq34/3)
解得 q3=12219W/m2。
通過q1、q2、q3可以求得對應的死亡半徑R1、重傷半徑R2及輕傷半徑R3。（由于此方程式難以手算解出，故省略）。
（3）小結
通過計算，如果產品區500m3乙醇儲罐發生擴展蒸氣爆炸，火球半徑為191m。將可能造成其他儲罐的連鎖火災和爆炸，造成災難性的破壞。
10.4.4結論
根據典型案例的分析和危險物質沼氣及乙醇泄漏的模擬計算�？梢钥闯觯赫託馀c乙醇均屬極其易燃、易爆的化學危險物質，由于其爆炸極限寬，閃點、沸點低，生產裝置最大儲存量乙醇高達2000T，沼氣也達4.8T。一旦發生泄漏，瞬間的氣體擴散及火災、爆炸，除了現場人員來不及躲避外，還會給附近區域帶來極大危險，后果將是極其嚴重的，企業應當對此有足夠的重視，加強安全管理。防患于未然。并制定防止其發生火災、爆炸的重大危險源應急救援預案，報當地安全監察部門備案。