王 偉，崔 鵬，高燕軍

（陜西北元化工集團(tuán)股份有限公司化工分公司，陜西 榆林719319）

氯乙烯不僅是一種有毒物， 而且還是易燃易爆物質(zhì)， 如果在工業(yè)生產(chǎn)或存儲(chǔ)中因?yàn)楣芾聿划?dāng)或設(shè)備故障造成氯乙烯泄漏， 可能造成中毒或火災(zāi)爆炸事故。

在對(duì)氯乙烯儲(chǔ)罐的破裂后果計(jì)算中， 主要分析中毒和蒸氣云爆炸， 對(duì)該項(xiàng)目的氯乙烯儲(chǔ)罐發(fā)生泄漏或爆炸事故進(jìn)行模擬分析， 預(yù)測(cè)氯乙烯儲(chǔ)罐可能發(fā)生的事故后果和影響區(qū)域。

建設(shè)某公司氯乙烯儲(chǔ)罐基本情況：6 臺(tái)VCM 臥式儲(chǔ)罐， 儲(chǔ)罐規(guī)格150 m3， 儲(chǔ)存量130 m3， 重量約120 t（ρ＝0.911 t/m3），操作溫度18 ℃。

1 氯乙烯儲(chǔ)罐破裂后果計(jì)算

如果氯乙烯儲(chǔ)罐在機(jī)械作用（撞擊、打擊）、化學(xué)作用（腐蝕）及壓力作用下發(fā)生破壞，或者因操作人員不正確操作導(dǎo)致氯乙烯泄漏， 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)，會(huì)使擴(kuò)散區(qū)域內(nèi)人員中毒。

1.1 有毒液化氣體容器破裂時(shí)的毒害區(qū)預(yù)測(cè)

毒性液化氣體容器破裂時(shí)會(huì)泄漏出大量的氣體，在沒有遇到火源時(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)t0，則其蒸發(fā)量W′為：W′＝WC（t-t0）/q

式中：W′—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/（kg·℃）；

t—容器破裂前介質(zhì)溫度，℃；

t0—物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)，℃；

q—液體的汽化熱，kJ/kg。

蒸發(fā)后產(chǎn)生的蒸氣體積Vg為：

若已知有毒物質(zhì)的危險(xiǎn)濃度， 則可求出其在危險(xiǎn)濃度下的有毒空氣體積為：V＝Vg/C′

假設(shè)這些有毒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為：

R＝（V/2.0944）1/3

1.2 氯乙烯儲(chǔ)罐破裂時(shí)的毒害區(qū)計(jì)算過程

氯乙烯的沸點(diǎn)t0＝-13.4 ℃，這時(shí)平均比熱容C＝1.23 kJ/（kg·℃），平均汽化熱q＝330.25 kJ/kg。當(dāng)一個(gè)氯乙烯儲(chǔ)罐破裂時(shí)，其蒸發(fā)量為：

蒸發(fā)后產(chǎn)生的蒸氣體積Vg為：

氯乙烯屬中性毒物， 人在0.6%濃度下略有不適，在1.2%～1.6%下有頭昏、嘔吐等感覺。 麻醉閾濃度為7.1%。 氣態(tài)VCM 對(duì)人體有麻醉性， 在20%～40%濃度下，會(huì)使人立即死亡。 在此，取麻醉閾濃度7.1%為使人麻醉的危險(xiǎn)濃度，取20%為致死危險(xiǎn)濃度。

則氯乙烯可以產(chǎn)生的使人麻醉的有毒空氣體積為V＝Vg/C′＝4 782.8×100/7.1＝67 363.4（m3）

當(dāng)空氣中的VCM 濃度達(dá)到20%以上時(shí)會(huì)使人立即死亡，則使人致死的有毒空氣體積為：

假設(shè)這些有毒空氣以半球形向地面擴(kuò)散， 則該有毒氣體的擴(kuò)散半徑R＝（V/2.094 4）1/3（m）

氯乙烯儲(chǔ)罐破裂時(shí)的毒害區(qū)域預(yù)測(cè)結(jié)果見表1。

1.3 氯乙烯儲(chǔ)罐破裂時(shí)結(jié)果分析

容量為120 t 的氯乙烯儲(chǔ)罐破裂時(shí)， 以儲(chǔ)罐所在位置為中心，半徑為31.8 m 的圓形區(qū)域內(nèi)的人員如果沒有及時(shí)疏散或采取防護(hù)措施，將會(huì)被麻醉；在22.5 m 的圓形區(qū)域內(nèi)，將導(dǎo)致人員死亡。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。

以上是針對(duì)一臺(tái)儲(chǔ)罐泄漏來計(jì)算的， 如果發(fā)生幾臺(tái)儲(chǔ)罐的同時(shí)泄漏，事故后果將非常嚴(yán)重。

表1 毒害區(qū)域預(yù)測(cè)結(jié)果

2 氯乙烯儲(chǔ)罐發(fā)生蒸氣云爆炸事故后果計(jì)算

如果泄漏出來的氯乙烯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，就會(huì)導(dǎo)致蒸氣云爆炸的發(fā)生。蒸氣云爆炸后的破壞作用包括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)備的傷害和破壞等，其中以沖擊波的危害為主。

2.1 蒸氣云爆炸的事故模型

可燃液化氣體泄漏后氣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。蒸氣云爆炸以沖擊波危害為主， 按超壓準(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TNT 當(dāng)量法， 按照相同能量的TNT 爆炸所產(chǎn)生的超壓來確定。 1 000 kg 的TNT 炸藥在空氣中爆炸所產(chǎn)生的沖擊波超壓見表2， 沖擊波超壓對(duì)建筑物和人員的破壞與傷害情況見表3。

表2 1 000 kg的TNT炸藥在空氣中爆炸所產(chǎn)生的沖擊波超壓

表3 沖擊波超壓對(duì)建筑物和人員的破壞與傷害情況

2.1.1 蒸氣云爆炸的TNT 當(dāng)量

TNT 當(dāng)量計(jì)算公式為：WTNT=1.8αWfQf/QTNT

式中：1.8—地面爆炸系數(shù)；

α—蒸氣云當(dāng)量系數(shù)，取α=0.04；

Wf—蒸汽云中燃料的總質(zhì)量，kg；

Qf—氯乙烯的燃燒熱；

QTNT—TNT 的爆熱，取QTNT=4 500 kJ/kg。

2.1.2 蒸氣云爆炸的人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失距離

蒸氣云爆炸死亡半徑R1的計(jì)算方法為：

蒸氣云爆炸重傷、 輕傷以及財(cái)產(chǎn)損失半徑的計(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Q的3 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。

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，TNT 當(dāng)量，Q0=1 000 kg；

QTNT—爆炸時(shí)產(chǎn)生沖擊波所消耗的能量，TNT當(dāng)量，kg；

ΔP—目標(biāo)處的超壓，MPa；

ΔP0—基準(zhǔn)目標(biāo)處的超壓，MPa。

由表3 可知，取造成人員重傷、輕傷以及財(cái)產(chǎn)損失的超壓ΔP值，又由2 取超壓為ΔP處的R0（即當(dāng)1 000 kg 的TNT 爆炸時(shí)， 在與基準(zhǔn)中心距離為R0處的超壓為ΔP）。 再由式R=R0（QTNT/Q0）1/3可求得損失半徑。

2.2 氯乙烯蒸氣云爆炸后果定量計(jì)算

（1）氯乙烯蒸氣云爆炸的TNT 當(dāng)量

120 t 氯乙烯儲(chǔ)罐泄漏，假設(shè)有10%的氣體參加蒸氣云爆炸，其質(zhì)量為Wf=120 000×10%=12 000 kg，氯乙烯的燃燒熱為Q=18 568 kJ/kg。 可得氯乙烯儲(chǔ)罐10%的氣體泄漏后發(fā)生蒸氣云爆炸的TNT 當(dāng)量為3 565.1 kg。

（2）10%泄漏量的蒸氣云爆炸死亡半徑R1

（3）10%泄漏量的蒸氣云爆炸重傷半徑R2

取造成人員重傷的ΔP2=0.6×105Pa， 查表用插值法求得R0=29.77 m 處的超壓為0.6×105Pa。

（4）10%泄漏量蒸氣云爆炸輕傷半徑R3

取造成人員輕傷的ΔP3=0.3×105Pa，查表得R0=44（m）處的超壓為0.3×105Pa。（5）10%泄漏量的蒸氣云爆炸財(cái)產(chǎn)損失半徑R4

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。 取ΔP3=1.0×

同理，假設(shè)氯乙烯儲(chǔ)罐泄漏后，有50%的氣體參加蒸氣云爆炸，其計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 氯乙烯蒸氣云爆炸人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失半徑

2.3 氯乙烯蒸氣云爆炸結(jié)果分析

當(dāng)120 t 氯乙烯儲(chǔ)罐10%（50%） 泄漏后發(fā)生蒸氣云爆炸時(shí)，離火球中心半徑為35.1 m（60.1 m）的圓形區(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； 離火球中心半徑為45.5 m （77.8 m）~67.2 m（114.9 m）的圓環(huán)區(qū)域內(nèi)人員大部分受輕傷；離火球中心半徑為21.8 m（39.5 m）~45.5 m（77.8 m）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21.8 m（39.5 m）的圓形區(qū)域以內(nèi)的人員大部分可能死亡。

以上是針對(duì)一臺(tái)儲(chǔ)罐來計(jì)算的， 如果發(fā)生幾臺(tái)儲(chǔ)罐同時(shí)爆炸，事故后果將非常嚴(yán)重。

3 建議措施

3.1 工程技術(shù)措施

（1）氯乙烯球罐裝置區(qū)須按照《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB 50160-2018）要求設(shè)置防火間距、防火堤、事故池、事故放空及消防系統(tǒng)。

（2）氯乙烯球罐需設(shè)計(jì)液位計(jì)、溫度計(jì)、壓力表、安全閥以及高低液位報(bào)警和高高液位自動(dòng)聯(lián)鎖切斷進(jìn)料措施等；并設(shè)置密閉的脫水系統(tǒng)，儲(chǔ)罐根部設(shè)置緊急切斷閥和泄漏緊急注水系統(tǒng)。

（3）氯乙烯儲(chǔ)存量構(gòu)成重大危險(xiǎn)源，需設(shè)置溫度、壓力、液位、流量、組分等信息的不間斷采集和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)， 以及可燃?xì)怏w和有毒有害氣體泄漏檢測(cè)報(bào)警裝置、視頻監(jiān)控系統(tǒng)，并具備信息遠(yuǎn)傳、連續(xù)記錄、事故預(yù)警、信息存儲(chǔ)等功能；記錄的電子數(shù)據(jù)的保存時(shí)間不少于30 d；構(gòu)成一級(jí)或者二級(jí)重大危險(xiǎn)源，需配備獨(dú)立的安全儀表系統(tǒng)（SIS）。

（4）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、儀表設(shè)施需符合國(guó)家有關(guān)防爆、防雷、防靜電等標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的要求，防雷裝置需經(jīng)防雷電部門檢測(cè)合格。

3.2 安全管理措施

（1）配備便攜式濃度檢測(cè)設(shè)備、空氣呼吸器、化學(xué)防護(hù)服、堵漏器材等應(yīng)急器材和設(shè)備；涉及劇毒氣體的重大危險(xiǎn)源還應(yīng)當(dāng)配備兩套以上氣密型化學(xué)防護(hù)服及一定數(shù)量的便攜式可燃?xì)怏w檢測(cè)設(shè)備。

（2）氯乙烯球罐裝置操作人員必須經(jīng)過專門培訓(xùn)，嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，熟練掌握操作技能，具備應(yīng)急處置知識(shí)。

（3）作業(yè)人員應(yīng)戴化學(xué)安全防護(hù)眼鏡，穿防靜電工作服，戴防化學(xué)品手套，工作場(chǎng)所濃度超標(biāo)的，操作人員應(yīng)該佩戴過濾式防毒面具。

（4）加強(qiáng)對(duì)自動(dòng)控制及聯(lián)鎖系統(tǒng)、檢測(cè)報(bào)警及監(jiān)控系統(tǒng)、緊急停車系統(tǒng)等技術(shù)措施的檢查和維護(hù)，并制定相應(yīng)的儀表安全管理措施。

（5）加強(qiáng)準(zhǔn)入管理，嚴(yán)格限制進(jìn)入人員，建立氯乙烯球罐裝置安全管理規(guī)定。 制定泄漏應(yīng)急處置方案，定期組織演練，提高應(yīng)急處置水平。

4 總結(jié)

從評(píng)價(jià)分析結(jié)果可以看出，要防止氯乙烯球罐泄漏發(fā)生火災(zāi)爆炸事故，應(yīng)主要從防止氯乙烯泄漏和消除點(diǎn)火源兩個(gè)方面入手，嚴(yán)格落實(shí)工程技術(shù)措施和安全管理措施，杜絕事故發(fā)生。同時(shí)，企業(yè)要加強(qiáng)安全文化創(chuàng)建、化工過程安全（PSM）建設(shè)、安全標(biāo)準(zhǔn)化達(dá)標(biāo)等基礎(chǔ)工作，積極開展全員安全技能和安全知識(shí)教育工作，牢固樹立“一切風(fēng)險(xiǎn)皆可控制、一切事故皆可避免”的事故預(yù)防理念，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)安全發(fā)展。