張瀚勻 呂建國教授 高玉格高級(jí)工程師

（1.中國地質(zhì)大學(xué)（北京） 工程技術(shù)學(xué)院，北京 100083；2.中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院 重大危險(xiǎn)源監(jiān)控及事故調(diào)查分析鑒定技術(shù)中心，北京 100012）

0 引言

丁二烯是很常見的共軛二烯烴，也是用途極其廣泛的聚合單體。由于丁二烯易燃、易爆、易自聚、自聚物易燃、易使人中毒、易使人凍傷等，所以在丁二烯的生產(chǎn)、貯存和運(yùn)輸過程中存在著各種危險(xiǎn)性[1-2]。在如今的化工生產(chǎn)中，尤其是聚合物的生產(chǎn)中，丁二烯的使用越來越廣泛，用量越來越大，與人們的生活聯(lián)系也越來越緊密，與此同時(shí)，有關(guān)事故也時(shí)有發(fā)生。2010年1月7日17時(shí)24分，蘭州石化分公司316號(hào)丁二烯罐區(qū)發(fā)生了火災(zāi)爆炸事故，結(jié)果造成6人死亡、6人受傷（其中1人重傷）。2017年11月1日，美國賓夕法尼亞州哈里斯堡路一輛軌道車發(fā)生丁二烯泄漏，造成近50人被疏散。丁二烯已被列為首批重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化學(xué)品之一[3]。因此，針對(duì)丁二烯儲(chǔ)罐泄漏事故而進(jìn)行事故后果模擬和定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)顯得十分重要。CASST-QRA軟件基于設(shè)備設(shè)施失效概率、各種事故情景概率以及相應(yīng)的事故后果，進(jìn)行整體量化風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算，模擬出個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)和社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)，是一種進(jìn)行化工園區(qū)安全定量評(píng)價(jià)的方法[4]，可為制訂應(yīng)急救援預(yù)案及安全防范措施提供參考。

1 丁二烯儲(chǔ)罐危險(xiǎn)有害因素分析

丁二烯儲(chǔ)罐存在的主要危險(xiǎn)有害因素有火災(zāi)、爆炸、中毒窒息、容器爆炸等。

丁二烯為易燃液體，與空氣混合能形成爆炸性混合物，遇高熱、明火或氧化劑等易發(fā)生燃燒爆炸。

丁二烯為低毒類化合物，但是泄漏也有導(dǎo)致急性中毒的可能，也會(huì)給人體健康帶來慢性影響。

丁二烯儲(chǔ)罐如果本身設(shè)計(jì)、安裝存在缺陷；安全附件或安全防護(hù)裝置存在缺陷或不齊全；在使用過程中如發(fā)生侵蝕、疲勞等現(xiàn)象；人員誤操作等原因，均有可能發(fā)生容器爆炸事故。

2 丁二烯儲(chǔ)罐泄漏事故后果模擬

2.1 工程概況

以某企業(yè)兩個(gè)丁二烯儲(chǔ)罐為例：兩儲(chǔ)罐容積均為7m3，均為柱形儲(chǔ)罐，設(shè)計(jì)溫度為40℃，操作溫度為常溫，設(shè)計(jì)壓力為0.9MPa，操作壓力為0.5MPa，附屬管道內(nèi)徑為25mm，儲(chǔ)罐尺寸為Φ2400mm（直徑）×10mm（厚度）×6100mm（高度），圍堰面積為70m2。

該公司西側(cè)為A廠四蒸餾裝置和硫磺庫房，南側(cè)為A廠柴油加氫裝置，東側(cè)為公路和罐區(qū)，西南側(cè)為A廠辦公室和門崗，西北側(cè)為質(zhì)檢中心一站，北側(cè)為A廠運(yùn)保中心。企業(yè)周邊人口密度分布情況，見表1。

2.2 采用CASST-QRA輸出事故后果

采用CASST-QRA軟件加載企業(yè)地圖、確定比例尺、畫出企業(yè)的邊界、錄入危險(xiǎn)源信息、確定各危險(xiǎn)源的位置、錄入氣象信息，對(duì)事故后果進(jìn)行模擬。得到本企業(yè)丁二烯儲(chǔ)罐發(fā)生泄漏的事故后果，見表2。

表1 企業(yè)周邊人口密度分布表Tab.1 Population density distribution around the enterprises

表2 丁二烯儲(chǔ)罐泄漏事故影響范圍一覽表Tab.2 Assected areas of butadiene tank leakage accident

隨著泄漏模式和災(zāi)害模式的變化，表現(xiàn)出不同的影響半徑。7m3丁二烯儲(chǔ)罐泄漏最嚴(yán)重的事故后果為死亡半徑42m，重傷半徑50m，輕傷半徑127m。死亡區(qū)域和重傷區(qū)域在本企業(yè)內(nèi)，輕傷區(qū)域包括本企業(yè)、A廠柴油加氫裝置的一小部分和大片綠地，如圖1。

圖1 7m3丁二烯儲(chǔ)罐發(fā)生容器整體破裂BLEVE事故后果圖Fig.1 BLEVE accident consequence diagram of 7m3 butadiene storage tank with overall vessel rupture

根據(jù)事故后果圖對(duì)需疏散區(qū)域進(jìn)行片區(qū)劃分，如圖2，共分為兩個(gè)片區(qū)，分別為1片區(qū)和2片區(qū)，以便人員疏散按劃片管理。掌握各片區(qū)密度分布情況以及片區(qū)內(nèi)負(fù)責(zé)人及聯(lián)系方式，片區(qū)負(fù)責(zé)人應(yīng)掌握管轄片區(qū)內(nèi)的老幼病殘人員情況，做好統(tǒng)計(jì)工作和應(yīng)急演練，在發(fā)生事故后確保老幼病殘人員的撤離得到應(yīng)有的幫助，可以大大提高應(yīng)急救援的效率 。

圖2 片區(qū)劃分圖Fig.2 Area division diagram

3 丁二烯儲(chǔ)罐定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

3.1 個(gè)人和社會(huì)可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)

定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的指標(biāo)分為個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)和社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)[5-10]。個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)是指危險(xiǎn)源造成某一固定位置人員死亡的概率，體現(xiàn)為風(fēng)險(xiǎn)等值線。社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)為危險(xiǎn)源引起大于等于N人死亡的所有事故的累積頻率F，用社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)曲線（F-N曲線）表示[11]。

依據(jù)《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源監(jiān)督管理暫行規(guī)定》（國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局第40號(hào)令）和《危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)、儲(chǔ)存裝置個(gè)人可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)和社會(huì)可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局第13號(hào)公告），確定個(gè)人可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)和社會(huì)可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)[12]。

3.2 區(qū)域定量風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算

應(yīng)用CASST-QRA模擬出個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)和社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)。模擬的具體條件見危險(xiǎn)源描述，如圖3，和氣象條件描述，如圖4。

圖3 危險(xiǎn)源描述Fig.3 Hazard descriptions

圖4 氣象條件Fig.4 Meteorological conditions

3.3 個(gè)人可接受風(fēng)險(xiǎn)分析

個(gè)人可接受風(fēng)險(xiǎn)等值線，如圖5。

圖5 個(gè)人可接受風(fēng)險(xiǎn)等值線Fig.5 Acceptable risk contours for individuals

從圖5可見，1×10-5個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)等值線1的影響區(qū)域主要涉及本企業(yè)冰機(jī)、蒸發(fā)冷凝器、過冷器；3×10-6個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)等值線2的影響區(qū)域主要涉及本企業(yè)內(nèi)部及荒地，不涉及高敏感場(chǎng)所、重要目標(biāo)和特殊高密度場(chǎng)所。綜上分析，該公司的事故主要影響本企業(yè)的工藝裝置、廠區(qū)內(nèi)的作業(yè)人員，該企業(yè)個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)可以接受。

借助谷歌地球，由上圖個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)等值線圖可知，等值線2僅包括本企業(yè)和周邊無人荒地，因此，該企業(yè)現(xiàn)役裝置安全防護(hù)距離符合要求。

3.4 社會(huì)可接受風(fēng)險(xiǎn)分析

社會(huì)可接受風(fēng)險(xiǎn)等值線，如圖6。

如圖6顯示該企業(yè)社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)與我國可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)圖進(jìn)行對(duì)比，均落在可接受風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)，該企業(yè)社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)可以接受。

圖6 社會(huì)可接受風(fēng)險(xiǎn)等值線Fig.6 Socially acceptable risk contours

4 結(jié)論

根據(jù)各類事故的事故后果可以看出，丁二烯的不同泄漏事故均會(huì)對(duì)企業(yè)的財(cái)產(chǎn)和人員造成重大的損失和傷亡事故。個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)等值線主要影響區(qū)域?yàn)楸酒髽I(yè)，不涉及高敏感場(chǎng)所、重要目標(biāo)、特殊高密度場(chǎng)所、居住類高密度場(chǎng)所、公眾聚集類高密度場(chǎng)所，個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)可以接受。社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)等值線均落在可接受區(qū)域，依據(jù)相關(guān)規(guī)定，社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)可接受。

（1）CASST-QRA軟件模擬事故后果考慮重大危險(xiǎn)源所在地的氣象條件和區(qū)域人口分布情況，可以在地圖上直接顯示事故影響范圍和個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)，使決策者可以一目了然地了解事故情況。

（2）CASST-QRA軟件可以對(duì)大范圍、多危險(xiǎn)源的企業(yè)進(jìn)行事故模擬，對(duì)整體量化一個(gè)企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)的大小有重大意義。

（3）運(yùn)用CASST-QRA軟件進(jìn)行事故后果模擬與定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，大大減少了計(jì)算量，對(duì)安全評(píng)價(jià)、應(yīng)急預(yù)案編制、土地使用安全規(guī)劃等方面具有重大的價(jià)值。同時(shí)，研究成果可能對(duì)公司的安全管理和相關(guān)行政部門的安全監(jiān)督提供指導(dǎo)與依據(jù)，也為其他丁二烯儲(chǔ)罐的管理和運(yùn)行提供借鑒。