李超鋒李偉方枝(中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院， 武漢 430074;.中石化江漢油田分公司安全環(huán)保處， 潛江 43300)

安全生產(chǎn)

氯氣泄漏事故個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)分區(qū)研究

李超鋒1李偉2方枝(1中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院， 武漢 430074;2.中石化江漢油田分公司安全環(huán)保處， 潛江 433100)

針對(duì)氯氣泄漏擴(kuò)散造成的人員中毒風(fēng)險(xiǎn)分區(qū)問題，以潛江某鹽化廠液氯系統(tǒng)為研究對(duì)象，以泄漏源工況、風(fēng)場條件為關(guān)鍵因素，構(gòu)建了含有88個(gè)場景的可信事故場景集，涵蓋全場景集94.8%的可能性。利用FLUENT軟件對(duì)各場景進(jìn)行模擬，并提出個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)累加評(píng)估方法，綜合各場景個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)概率，得出廠區(qū)個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)分布云圖(分三類風(fēng)險(xiǎn)區(qū))，并對(duì)各區(qū)域提出建議，為廠區(qū)制定區(qū)域的日常安全風(fēng)險(xiǎn)管控和應(yīng)急救援措施提供參考。

氯氣泄露；事故場景；FLUENT模擬；中毒風(fēng)險(xiǎn)；風(fēng)險(xiǎn)分區(qū)

0 引言

目前，國內(nèi)外學(xué)者雖在毒氣泄漏擴(kuò)散領(lǐng)域取得豐富成果，但多以理論推導(dǎo)為主，大多是對(duì)單一變量進(jìn)行研究[1]。對(duì)于綜合考慮多種影響因素構(gòu)建可信泄露事故場景集和綜合所有事故場景評(píng)估個(gè)人中毒風(fēng)險(xiǎn)方面的相關(guān)研究較為欠缺[2]。

本文以潛江某鹽化廠液氯系統(tǒng)為研究對(duì)象，以泄漏源工況、風(fēng)場條件為主要因素，構(gòu)建場景集，通過FLUENT軟件模擬各場景，最后提出一種個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)累加評(píng)估方法，得出廠區(qū)個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)分布情況。

1 構(gòu)建泄漏場景集

首先分別構(gòu)建風(fēng)場集和泄漏源集。采用排列組合的方法，定量構(gòu)建可信泄漏事故場景集，以保證泄漏源工況和風(fēng)場條件等不確定因素上能夠接近真實(shí)場景。

風(fēng)場包含風(fēng)向和風(fēng)速兩個(gè)參數(shù)。該地區(qū)風(fēng)速、風(fēng)向聯(lián)合分布概率，詳見表1。

表1 風(fēng)速風(fēng)向聯(lián)合概率分布統(tǒng)計(jì)表(%)

為實(shí)現(xiàn)液氯系統(tǒng)泄漏易發(fā)性定量預(yù)測(cè)，采用挪威船級(jí)社(DNV)的設(shè)備同類失效概率數(shù)據(jù)庫對(duì)泄漏事故概率進(jìn)行預(yù)測(cè)。通過現(xiàn)場調(diào)研分析，最終選擇液氯儲(chǔ)罐、氣液分離器、液下泵、液氯鋼瓶為液氯系統(tǒng)泄漏定量預(yù)測(cè)的研究裝置，建立泄漏概率定量預(yù)測(cè)分析模型。

最后運(yùn)用LEAK軟件，結(jié)合廠區(qū)設(shè)備設(shè)施，預(yù)測(cè)得出泄漏源集，詳見表2。

將風(fēng)場集和泄漏源集兩兩排列組合，并對(duì)場景集結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，最終選取發(fā)生概率大于10-4的63種泄漏工況構(gòu)建場景集，涵蓋全場景集 94.8% 的可能性。63種工況，包括儲(chǔ)罐區(qū)、液化器、液下泵、液氯鋼瓶。選擇風(fēng)險(xiǎn)較大的泄漏孔徑為大、中、小(Large、Medium、Small)的55種泄漏場景作為場景構(gòu)建的基礎(chǔ)，其中儲(chǔ)罐區(qū)11種場景，其余44種場景。儲(chǔ)罐區(qū)包括四個(gè)儲(chǔ)罐，為了更加完整地分析儲(chǔ)罐區(qū)情況，在4個(gè)不同儲(chǔ)罐上設(shè)定不同位置和方位的泄漏口和不同的泄漏工況。最終儲(chǔ)罐區(qū)場景擴(kuò)展為44個(gè)，泄漏場景概率取儲(chǔ)罐區(qū)總體泄漏概率作為參考。最終構(gòu)建88個(gè)泄漏場景。

表2 液氯系統(tǒng)泄漏源集

2 場景模擬

本次模擬采取1:2.0網(wǎng)格模型進(jìn)行模擬計(jì)算，以期在保證計(jì)算精度的前提下，最大限度減少工程計(jì)算量[3]。

依照廠區(qū)設(shè)備工藝單元、人員分布和泄漏源分布情況，本次模擬在液氯系統(tǒng)周圍設(shè)置180個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分布如圖2(a)所示；在鹽化工廠總的范圍內(nèi)設(shè)置301個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，為人員中毒風(fēng)險(xiǎn)分析提供濃度數(shù)據(jù)，分布如圖2(b)所示。

圖2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布圖

由于泄漏場景集是由泄漏源集和風(fēng)場集組合而來，雖數(shù)量較多，但是具有一定的共性。由于88個(gè)場景模擬結(jié)果太多，此處列舉兩個(gè)場景下氯氣泄漏擴(kuò)散300s時(shí)的濃度分布圖。見圖3。

圖3 部分場景結(jié)果

3 個(gè)人中毒風(fēng)險(xiǎn)分區(qū)

3.1 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)是指一名人員在沒有任何防護(hù)的前提下在危險(xiǎn)設(shè)備設(shè)施附近工作一年，死亡于該設(shè)備設(shè)施的潛在事故的可能性，個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)與人的存在無關(guān)，只體現(xiàn)某一位置的風(fēng)險(xiǎn)水平[4-5]。

現(xiàn)有個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法只對(duì)單一泄漏場景進(jìn)行評(píng)估，其評(píng)估結(jié)果有很大局限性。為表征所有真實(shí)泄漏場景隨機(jī)發(fā)生時(shí)對(duì)人員造成影響的綜合情況，本文提出一種個(gè)人中毒風(fēng)險(xiǎn)累加評(píng)估方法，即對(duì)所有可能發(fā)生的泄漏場景對(duì)人員造成傷害的中毒風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行累積加和，從而達(dá)到綜合表征隨機(jī)泄漏事故發(fā)生時(shí)對(duì)人員產(chǎn)生的傷亡影響。如下所示：

式中，n為事故后果情況數(shù)；f為人員暴露在危險(xiǎn)設(shè)備的頻率；

PLi為泄漏場景i發(fā)生的概率；Pi(x,y)為泄漏場景i下的人員中毒死亡百分比。

3.2 風(fēng)險(xiǎn)分區(qū)

通過以上計(jì)算可得到廠區(qū)各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的累積個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)值，但不能直觀地表達(dá)個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)值的大小及分布情況。針對(duì)這個(gè)問題，根據(jù)HSE的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)：最大個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)可接受水平為10-4人/a；可忽略風(fēng)險(xiǎn)水平為10-6人/a。最后繪制累加后的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)云圖，見圖4。

圖4即為88個(gè)場景累加后的液氯泄漏造成的1.5m高度人員中毒的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)累加云圖，圖中清晰地展示了液氯泄漏后個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)值的大小及分布范圍。

圖4 廠區(qū)個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)云圖

A區(qū)(風(fēng)險(xiǎn)＞10-4人/a)為不可接受風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，該區(qū)域應(yīng)盡量減少人員流動(dòng)性，且應(yīng)在該區(qū)域增布設(shè)一定數(shù)量的氯氣探測(cè)器；

B區(qū)(10-6＜風(fēng)險(xiǎn)＜10-4人/a)屬灰色風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，此部分應(yīng)在對(duì)比風(fēng)險(xiǎn)降低成本和風(fēng)險(xiǎn)收益基礎(chǔ)上，需要采取一定控制措施。

C區(qū)(風(fēng)險(xiǎn)＜10-6人/a)屬可忽略風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，此區(qū)液氯泄漏導(dǎo)致危險(xiǎn)性相對(duì)較小。

4 結(jié)語

以潛江某鹽化廠液氯系統(tǒng)為研究對(duì)象，針對(duì)該化工企業(yè)的氣象條件和裝置情況分別構(gòu)建了風(fēng)場集和泄露源集，最終構(gòu)建包含88個(gè)場景的可信事故場景集，涵蓋了全場景集94.8%的可能性，利用FLUENT軟件對(duì)各泄露場景進(jìn)行模擬分析，并提出一種個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)累加評(píng)估方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)88個(gè)泄漏場景在1.5m高度造成的個(gè)人中毒風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估，并得出個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)分布云圖，對(duì)每個(gè)區(qū)域提出相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)管控建議，為廠區(qū)制定各風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的日常安全風(fēng)險(xiǎn)管控和應(yīng)急救援措施提供科學(xué)依據(jù)和參考。

[1]金建祥,單學(xué)凱,丁成.化工廠液氯泄漏環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究[J]. 廣東化工,2009，(11)∶75-76+93.

[2]孫寶江.基于3D場景的氯氣儲(chǔ)罐泄漏擴(kuò)散過程模擬及事故后果評(píng)價(jià)[D].重慶∶重慶科技學(xué)院,2015.

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[4]相艷景,劉茂,張永強(qiáng)等.液氨儲(chǔ)罐泄漏中毒事故的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)分析[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào),2009,(01)∶176-179.

[5]柳紅衛(wèi),黃沿波.液氨泄漏風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)方法[J].安全與環(huán)境工程,2010,(01)∶70-74.

李超鋒(1991-)，男，碩士，主要從事?；沸孤稇?yīng)急疏散研究。