王 娟 蒲子超

中海油石化工程有限公司 青島 266101

近年來(lái)，高毒泄漏源與人員集中場(chǎng)所的安全距離逐步引起重視。在工程設(shè)計(jì)中，多數(shù)情況下的安全距離僅考慮防火、防爆安全距離的要求，對(duì)防毒還停留在原則要求的層面。而石油化工廠儲(chǔ)存有毒物質(zhì)量較大，一旦有毒物質(zhì)泄漏，對(duì)廠內(nèi)人員的健康產(chǎn)生較嚴(yán)重的影響。《石油化工工廠布置設(shè)計(jì)規(guī)范》指出，在滿足防火規(guī)范和與VCE爆炸危險(xiǎn)源的距離要求同時(shí)，對(duì)高毒泄漏源與廠內(nèi)人員集中場(chǎng)所的安全距離提出要求。但此規(guī)范指出：如進(jìn)行了有毒物料泄漏擴(kuò)散分析計(jì)算，防護(hù)距離可采用實(shí)際計(jì)算結(jié)果。雖然規(guī)范指出可采用計(jì)算的方法，但國(guó)內(nèi)現(xiàn)有規(guī)范并未給出計(jì)算結(jié)果的判定基準(zhǔn)。本文分別采用PHAST和SAFETI軟件對(duì)某石化廠內(nèi)制氫裝置一氧化碳?xì)怏w泄漏進(jìn)行計(jì)算分析，將計(jì)算結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行比較，對(duì)界區(qū)內(nèi)有毒氣體泄漏安全距離的判定基準(zhǔn)進(jìn)行探討。

1 確定內(nèi)部安全距離的方法

1.1 GB50984判定方法

《石油化工工廠布置設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50984指出，工廠內(nèi)人員集中場(chǎng)所的最小安全防護(hù)距離，在無(wú)條件計(jì)算時(shí)，可參照給出建議值設(shè)置安全防護(hù)距離。

1.2 基于后果的計(jì)算方法

后果法是基于人員集中場(chǎng)所的最大可置信事件(MCEs)[1]，僅考慮毒性物質(zhì)泄漏擴(kuò)散的影響，而不考慮事件發(fā)生頻率。實(shí)際在計(jì)算中，通常可采用構(gòu)成高毒危險(xiǎn)源的設(shè)備和距離人員集中場(chǎng)所最近設(shè)備分別進(jìn)行計(jì)算，查看最大的影響距離。后果計(jì)算可采用PHAST軟件進(jìn)行計(jì)算，確定需要計(jì)算的單元后，設(shè)置泄漏場(chǎng)景和暴露標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行擴(kuò)散計(jì)算。達(dá)到毒性閾值的氣云未擴(kuò)散到人員集中場(chǎng)所，則判定此安全距離滿足要求；反之，則不滿足。

1.3 基于風(fēng)險(xiǎn)的計(jì)算法

風(fēng)險(xiǎn)法是一種定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，對(duì)有毒物質(zhì)泄漏事故后果和發(fā)生的概率進(jìn)行綜合分析，最終利用風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)確定安全距離。

后果法為單個(gè)事故場(chǎng)景的最大值，而風(fēng)險(xiǎn)法為多個(gè)事故場(chǎng)景在其發(fā)生概率下的并進(jìn)行運(yùn)算的結(jié)果。風(fēng)險(xiǎn)法需確定概率值，包括基本泄漏事件的概率值、風(fēng)向頻率值等。風(fēng)險(xiǎn)法可采用SAFETI軟件，對(duì)泄漏單元、泄漏場(chǎng)景和各種概率值進(jìn)行設(shè)置，并進(jìn)行運(yùn)算后得到人員集中場(chǎng)所的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)值。根據(jù)此風(fēng)險(xiǎn)值，判定人員集中場(chǎng)所距離有毒設(shè)備的安全距離是否滿足要求。

2 不同確定方法的比較

2.1 實(shí)例概況

以某石化廠區(qū)內(nèi)制氫裝置作為模擬分析對(duì)象。多年平均風(fēng)速為1.7 m/s，年平均氣溫17.4℃，全年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)楸憋L(fēng)，平均年日照1380 h，年降雨量932 mm。現(xiàn)擬在廠區(qū)南側(cè)新建一套制氫裝置，但其北側(cè)為已建中心控制室，此控制室設(shè)置正壓通風(fēng)。需計(jì)算制氫裝置距離人員集中場(chǎng)所(中心控制室)的安全距離是否滿足要求。

2.2 防護(hù)距離的計(jì)算結(jié)果

制氫裝置可燃物料量未構(gòu)成VCE爆炸危險(xiǎn)源，在裝置滿足防火間距的情況下，此處僅考慮物料泄漏后物料中的一氧化碳泄漏擴(kuò)散的安全距離。

2.2.1 規(guī)范建議的安全距離

根據(jù)《石油化工工廠布置設(shè)計(jì)規(guī)范》，一氧化碳的最低限值要求為8000 ppm，超過(guò)限值要求，則為高毒危險(xiǎn)源。對(duì)制氫裝置設(shè)備中物料進(jìn)行辨識(shí)，涉及的高毒危險(xiǎn)源見(jiàn)表1。

表1 泄漏單元的設(shè)定

擬建制氫裝置中距離中心控制室最近設(shè)備為提氫吸附塔，由表2可知，即便中央控制室有防護(hù)措施的情況下，實(shí)際距離也不滿足規(guī)范要求的。

表2 人員集中場(chǎng)所與高毒危險(xiǎn)源間距表

2.2.2 后果法計(jì)算的安全距離

從設(shè)備的操作壓力和物料量考慮，對(duì)應(yīng)于中心控制室的一氧化碳泄漏最大可能置信事件為提氫吸附塔泄漏，物料組成見(jiàn)表3。

表3 提氫吸附塔的物料

本次計(jì)算采用PHAST軟件進(jìn)行擴(kuò)散計(jì)算，計(jì)算時(shí)物料采用混合物料計(jì)算。由于設(shè)備(設(shè)施)直徑大于150 mm，分別設(shè)置小孔泄漏(5 mm)、中孔泄漏(25 mm)、大孔泄漏(100 mm)的泄漏場(chǎng)景。毒性暴露標(biāo)準(zhǔn)[2]包括兩種，一種是存在毒性氣云的標(biāo)準(zhǔn)，另一種為人員傷亡率的標(biāo)準(zhǔn)。毒性氣云的標(biāo)準(zhǔn)關(guān)注的是毒性氣云的濃度是否大于等于毒性的閾值，通常采用應(yīng)急響應(yīng)計(jì)劃指南值(ERPGs值[2])或立即致死濃度(IDLH)[3]。此處暴露標(biāo)準(zhǔn)采用毒性氣云的標(biāo)準(zhǔn)，毒性的閾值采用一氧化碳的ERPG-3值。當(dāng)物料設(shè)置混合物料時(shí)，計(jì)算的結(jié)果為混合物料的擴(kuò)散結(jié)果，而在此僅關(guān)注一氧化碳的濃度為閾值的擴(kuò)散距離，因此在軟件中需設(shè)置追蹤物料為一氧化碳。擴(kuò)散計(jì)算后，提氫吸附塔和二氧化碳吸收塔分別在小、中、大孔泄漏時(shí)，在毒性的閾值為500ppm時(shí)下風(fēng)向的擴(kuò)散距離見(jiàn)圖1、圖2，對(duì)應(yīng)泄漏孔徑的安全距離見(jiàn)表4。

表4 后果法計(jì)算的中心控制室安全距離

圖1 提氫吸附塔小、中、大孔下風(fēng)向擴(kuò)散側(cè)視圖

圖2 二氧化碳吸收塔小、中、大孔下風(fēng)向擴(kuò)散側(cè)視圖

基于上述基準(zhǔn)，后果法計(jì)算得到小孔和中孔泄漏所需安全距離小于泄漏源與控制室的實(shí)際間距，但大孔泄漏的安全距離是大于實(shí)際間距的。

2.2.3 風(fēng)險(xiǎn)法計(jì)算的安全距離

風(fēng)險(xiǎn)法計(jì)算時(shí)，將表1所有的設(shè)備均進(jìn)行建模，設(shè)置小孔、中孔、大孔、全破裂泄漏場(chǎng)景。采用LEAK軟件，計(jì)算每個(gè)設(shè)備的泄漏單元的頻率，設(shè)備數(shù)量較多，此處僅列舉二氧化碳吸收塔和提氫吸附塔的泄漏頻率計(jì)算結(jié)果，見(jiàn)圖3。

圖3 二氧化碳吸收塔和提氫吸附塔的泄漏頻率計(jì)算模型及結(jié)果界面

裝置區(qū)人口的數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

表5 裝置區(qū)人口數(shù)據(jù)表

在SAFETI中設(shè)置泄漏頻率、風(fēng)向頻率值(取自項(xiàng)目所在地風(fēng)玫瑰)、人口的值，在控制室處設(shè)置風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)點(diǎn)[4]，模型見(jiàn)圖4。

圖4 SAFETI模型圖

風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖5?？刂剖姨幨艿街茪溲b置的毒性室內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)約為4.445 E-05，室外風(fēng)險(xiǎn)為5E-05。

圖5 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)點(diǎn)的計(jì)算結(jié)果

3 計(jì)算采用的判定基準(zhǔn)探討

《石油化工工廠布置設(shè)計(jì)規(guī)范》指出有毒物料泄漏擴(kuò)散分析可采用計(jì)算的方法，但未指出計(jì)算結(jié)果的判定基準(zhǔn)。2019年實(shí)施的《危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)裝置和儲(chǔ)存設(shè)施外部安全防護(hù)距離確定方法》和《危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)裝置和儲(chǔ)存設(shè)施風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)》，給出了外部安全防護(hù)距離的確定方法和風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)，但并未給出界區(qū)內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)。

3.1 基于后果的判定基準(zhǔn)

除去操作參數(shù)和環(huán)境參數(shù)的影響，后果法計(jì)算結(jié)果的關(guān)鍵因素包括：泄漏孔徑和暴露標(biāo)準(zhǔn)的選取。

完全破裂的泄漏場(chǎng)景發(fā)生的可能性較小，在后果法計(jì)算時(shí)，一般不以完全破裂的影響范圍作為判定基準(zhǔn)。從表4中計(jì)算結(jié)果可以看出，小孔和中孔泄漏時(shí)，有毒氣云均未擴(kuò)散到控制室處；大孔泄漏時(shí)，有毒氣云擴(kuò)散距離遠(yuǎn)超設(shè)備與控制室間的實(shí)際距離。以哪種孔徑作為有毒物質(zhì)泄漏安全距離的判定基準(zhǔn)，成為需要探討的問(wèn)題。

本次計(jì)算中已建控制室采用正壓通風(fēng)，因此計(jì)算中采用毒性氣云的暴露標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)采用暴露標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，計(jì)算可用閾值見(jiàn)表6(但不局限)，毒性的閾值可取ERPGs值或立即致死濃度(IDLH)，但并未明確。

表6 一氧化碳的毒性閾值

在選用毒性氣云的暴露標(biāo)準(zhǔn)并選用ERPG-3的毒性域值時(shí)，大孔泄漏的計(jì)算結(jié)果接近《石油化工工廠布置設(shè)計(jì)規(guī)范》建議值，但由于操作參數(shù)的影響，擴(kuò)散距離存在差異?？傮w而言，基于后果的判定基準(zhǔn)可參照選用大孔在ERPG-3的毒性域值下的計(jì)算結(jié)果。

3.2 基于風(fēng)險(xiǎn)的判定基準(zhǔn)

國(guó)內(nèi)現(xiàn)有規(guī)范未指出界區(qū)內(nèi)部人員集中場(chǎng)所等防護(hù)目標(biāo)的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)，2019年實(shí)施的《危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)裝置和儲(chǔ)存設(shè)施風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)》，也僅規(guī)定了高敏感防護(hù)目標(biāo)、重要防護(hù)目標(biāo)、一般防護(hù)目標(biāo)(一類(lèi)、二類(lèi)、三類(lèi))的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)，屬界區(qū)外個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)基礎(chǔ)。

參考英國(guó)健康安全執(zhí)行局HSE推薦的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)[5]，見(jiàn)表7。

表7 英國(guó)HSE推薦的界區(qū)內(nèi)人員個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)

參考英國(guó)HSE推薦的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)，控制室所受制氫裝置的風(fēng)險(xiǎn)在風(fēng)險(xiǎn)可容忍區(qū)域內(nèi)。英國(guó)風(fēng)險(xiǎn)可容忍風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)為1.0E-03～1.0E-06，但依據(jù)此風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)的上限為判定基準(zhǔn)，較為保守。基于風(fēng)險(xiǎn)方法與基于后果的方法相比，基于風(fēng)險(xiǎn)判定安全距離更合理。因此在選用風(fēng)險(xiǎn)法時(shí)，界區(qū)內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)可根據(jù)企業(yè)自身的可接受風(fēng)險(xiǎn)為基準(zhǔn)，此風(fēng)險(xiǎn)由企業(yè)根據(jù)實(shí)際情況制定。

基于風(fēng)險(xiǎn)的方法相比于基于后果的方法，考慮泄漏概率、風(fēng)向頻率和人口的影響，計(jì)算結(jié)果更準(zhǔn)確，更適合作為判定結(jié)果。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)基于風(fēng)險(xiǎn)的界區(qū)內(nèi)安全距離的判定基準(zhǔn)，參考英國(guó)的可容忍風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)較為保守，廠區(qū)內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)可根據(jù)企業(yè)自身的可接受風(fēng)險(xiǎn)為基準(zhǔn)。

(2)基于后果的界區(qū)內(nèi)安全距離判定基準(zhǔn)，推薦選用大孔在ERPG-3的毒性域值下的計(jì)算結(jié)果。

(3)基于風(fēng)險(xiǎn)的計(jì)算方法相比于基于后果的計(jì)算方法，考慮了頻率的影響，更適合作為判定結(jié)果。