陳亞雄，蘇文彬，馬江濤

（應(yīng)急管理部消防救援局昆明訓(xùn)練總隊(duì)，云南 昆明 650200）

1 前言

氨是一種重要的化學(xué)藥劑，廣泛應(yīng)用于石油化工、保鮮冷藏等產(chǎn)業(yè)。通常通過加壓或降溫使其液化，利用罐車進(jìn)行運(yùn)輸，其安全性是關(guān)注的重點(diǎn)。由于氨有毒性，交通事故或車輛老化等原因引發(fā)泄漏可造成大面積擴(kuò)散，進(jìn)而引發(fā)燃燒和爆炸。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)危險(xiǎn)化學(xué)品槽罐車事故進(jìn)行了模擬和分析，西安科技大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院羅振敏等利用PHAST軟件對(duì)液氨泄漏事故進(jìn)行了模擬分析。中國(guó)石油大學(xué)郭家秀通過計(jì)算流體力學(xué)CFD-FLUENT軟件對(duì)液氨儲(chǔ)罐泄漏擴(kuò)散進(jìn)行數(shù)值模擬研究，得到不同風(fēng)向影響下氨泄漏擴(kuò)散濃度的時(shí)空分布規(guī)律。沈陽化工大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院徐建航等利用ALOHA對(duì)液氨的管道泄漏情況進(jìn)行了模擬仿真，得到了氨氣擴(kuò)散、燃燒和爆炸情況下的危險(xiǎn)區(qū)域。東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院楊德鑫等利用DEMATEL-ISM模型分析了液氨泄漏事故中的風(fēng)險(xiǎn)，為安全保護(hù)提供了依據(jù)。沈陽航空航天大學(xué)劉曉雙開展了液氨泄漏事故應(yīng)急救援虛擬演練與培訓(xùn)系統(tǒng)的研究。

上述研究和分析主要針對(duì)某一事故進(jìn)行分析，分析事故的危害可能性，對(duì)于泄漏參數(shù)對(duì)于事故的影響程度研究相對(duì)較少。為此，本文以ALOHA軟件分析模擬手段，在事件樹定性分析的基礎(chǔ)上，模擬和分析泄漏孔徑、環(huán)境溫度和風(fēng)速對(duì)事故的影響。

2 研究對(duì)象

氨在運(yùn)輸過程中以液態(tài)存在，但氨氣極易溶于水，同時(shí)汽化熱大，是一種常用的、價(jià)格低廉的冷凍劑，廣泛應(yīng)用于保鮮儲(chǔ)存、石油化工行業(yè)。當(dāng)罐車在運(yùn)輸過程中發(fā)生液氨泄漏后，迅速發(fā)生汽化，產(chǎn)生大量無色且具有強(qiáng)烈的刺激性臭味的氨蒸氣。氨蒸氣具有強(qiáng)烈的腐蝕性，人畜吸入后可引起中毒。由于密度比空氣小，汽化體積擴(kuò)大，具有很強(qiáng)的擴(kuò)散性。同時(shí)，燃燒濃度和爆炸極限低，容易引發(fā)燃燒和爆炸等事故。液氨的主要理化性質(zhì)見表1所示。

表1 液氨的主要理化性質(zhì)

作為液氨運(yùn)輸?shù)某Ｓ霉ぞ?，槽罐車大量使用。此類車普遍以燃油車為主，但隨著新能源車輛的普及，掛車可能采用鋰電池、氫燃料電池、油電混動(dòng)、油氣混動(dòng)。車輛種類的增加，不僅可以節(jié)能減排，而且增加了運(yùn)輸?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)。

3 事故樹定性分析

液氨作為劇毒物質(zhì)，具有很大的危險(xiǎn)性。由于采用壓縮工藝，一旦發(fā)生泄漏，體積急劇汽化，呈現(xiàn)白色霧狀，形成毒性蒸氣云團(tuán)并擴(kuò)散迅速。一方面，造成視野受限，給現(xiàn)場(chǎng)救援帶來不確定性，造成不便；另一方面，人畜吸入造成呼吸道損傷，引起浮腫，危險(xiǎn)人身安全，同時(shí)對(duì)環(huán)境造成污染，造成植被死亡。氨氣也是一種易燃易爆氣體，燃燒濃度和爆炸極限低，在受限空間遇明火發(fā)生爆炸，在廣闊空間燃燒，可形成火球或噴射火，熱輻射大，造成重大財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。

從上述分析可知，危險(xiǎn)性來自液氨的危險(xiǎn)性。通過事件樹分析法，對(duì)液氨可能造成的風(fēng)險(xiǎn)分析如圖1所示。

圖1 液氨罐車事故分析

4 ALOHA模擬仿真分析

根據(jù)液氨槽罐車事故分析可知，主要的危險(xiǎn)源主要集中在液氨罐體。當(dāng)事故中出現(xiàn)液氨泄漏時(shí)，事故危險(xiǎn)程度增加，因此，本文重點(diǎn)研究液氨罐車發(fā)生泄漏時(shí)的危險(xiǎn)區(qū)域。本文模擬某液氨罐車在運(yùn)輸過程中發(fā)生事故，引起閥門管道破裂，利用ALOHA模擬。通過文獻(xiàn)查閱，現(xiàn)場(chǎng)影響液氨擴(kuò)散的主要因素是溫度、風(fēng)速和泄漏孔徑，因此通過ALOHA軟件模擬，得到上述參數(shù)與AEGL水平距離之間的關(guān)系。

在ALOHA軟件的模擬體系中，AEGL共分為三個(gè)水平，其中AEGL-1代表中毒水平，即會(huì)引起身體不適、癥狀較輕，在模擬仿真時(shí)1小時(shí)內(nèi)，空氣中的氨氣濃度可達(dá)到30ppm，這類反應(yīng)是可逆的，為輕傷濃度。AEGL-2代表出現(xiàn)較為嚴(yán)重的身體反應(yīng)，且多為不可逆，在模擬仿真時(shí)1小時(shí)內(nèi)，空氣中的氨氣濃度可達(dá)到160ppm，影響程度深，為重傷區(qū)域。AEGL-3代表死亡威脅，在模擬仿真時(shí)1小時(shí)內(nèi)，空氣中的氨氣濃度可達(dá)到1100ppm，即會(huì)引起人畜死亡，危及生命。AEGL各水平代表了擴(kuò)散引起的影響程度。

利用ALOHA軟件進(jìn)行模擬仿真，其中的主要環(huán)境參數(shù)如表2所示，環(huán)境溫度和風(fēng)速以及泄漏孔徑為研究變量。

表2 事故現(xiàn)場(chǎng)的模擬參數(shù)

4.1 環(huán)境溫度對(duì)液氨擴(kuò)散范圍分析

為研究環(huán)境溫度對(duì)液氨泄漏擴(kuò)散造成的影響，設(shè)置6個(gè)水平，分別是10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃，風(fēng)速為5m/s，泄漏孔徑為10cm，其余參數(shù)與表2保持一致，通過ALOHA軟件進(jìn)行模擬仿真得到圖2所示的關(guān)系。

圖2 AEGL水平與溫度的關(guān)系

如圖2所示，AEGL水平距離與環(huán)境溫度呈現(xiàn)正相關(guān)性。在溫度15℃以下，AEGL水平距離隨著溫度的升高，上升明顯，特別是AEGL-1的距離，即中毒范圍的擴(kuò)散距離上升明顯。在環(huán)境溫度高于15℃后，雖然AEGL水平距離隨著溫度的上升依然升高，但上升趨勢(shì)明顯降低，呈現(xiàn)較為緩和的上升，顯然這個(gè)階段以后，溫度已不再是引起AEGL水平距離提高的主要因素。隨著環(huán)境溫度的升高，擴(kuò)散的液氨分子具有更大的能量，能擴(kuò)散距離更大。

4.2 風(fēng)速對(duì)液氨擴(kuò)散范圍分析

為研究風(fēng)速對(duì)液氨泄漏擴(kuò)散造成的影響，共設(shè)置6個(gè)水平，分別是2m/s、4m/s、6m/s、8m/s、10m/s、12m/s，溫度為25℃，泄漏孔徑為5cm，其余參數(shù)與表2保持一致，通過ALOHA軟件進(jìn)行模擬仿真得到圖3所示的關(guān)系。

圖3 AEGL水平與風(fēng)速的關(guān)系

如圖3所示，AEGL水平距離與風(fēng)速呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性。在模擬的環(huán)境中，AEGL水平距離隨著風(fēng)速的加大，呈現(xiàn)下降趨勢(shì)明顯，特別是AEGL-1的距離，即中毒范圍的擴(kuò)散距離更為明顯，AEGL-2和AEGL-3呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，但下降幅度比AEGL-1水平要小。隨著環(huán)境中風(fēng)速的提高，氨氣分子運(yùn)動(dòng)劇烈，但難以到達(dá)AEGL各水平的數(shù)值，風(fēng)速在擴(kuò)散過程中主要起到了稀釋的作用，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)救援和人員疏散有積極的意義，在現(xiàn)場(chǎng)處置中應(yīng)充分利用風(fēng)速、風(fēng)向的有利條件開展救援，提高救援效率。

4.3 泄漏孔徑對(duì)液氨擴(kuò)散范圍分析

為研究罐體泄漏孔徑對(duì)液氨擴(kuò)散造成的影響，共設(shè)置6個(gè)水平，分別是2cm、4cm、6cm、8cm、10cm、12cm，溫度為25℃，風(fēng)速為5m/s，其余參數(shù)與表2保持一致，通過ALOHA軟件進(jìn)行模擬仿真得到圖4所示的關(guān)系。

圖4 AEGL水平與泄漏孔徑的關(guān)系

如圖4所示，AEGL水平距離與罐體的泄漏孔徑呈現(xiàn)正相關(guān)性。在模擬的環(huán)境中，AEGL水平距離隨著泄漏孔徑的逐步擴(kuò)大，呈現(xiàn)明顯的上升趨勢(shì)，其中AEGL-1的距離變化趨勢(shì)最為明顯，即中毒范圍的擴(kuò)散距離顯著，AEGL-2和AEGL-3上升較為緩和。隨著泄漏孔徑的不斷增大，單位空間內(nèi)的氨氣分子顯著增加。

5 液氨運(yùn)輸及泄漏處置注意事項(xiàng)

液氨罐車事故作為常見的危險(xiǎn)化學(xué)品事故，由于液氨的特殊理化性質(zhì)，擴(kuò)散速度快，毒性強(qiáng)，且易燃易爆，不僅會(huì)對(duì)環(huán)境造成重大污染，還會(huì)對(duì)人員構(gòu)成重大生命威脅，因此，做好運(yùn)輸和泄漏處置工作至關(guān)重要。

5.1 加強(qiáng)教育，減少事故發(fā)生概率

液氨槽罐車發(fā)生泄漏除少部分由于罐體或者車輛故障外，大部分都是由于發(fā)生交通事故后引發(fā)。因此，加強(qiáng)對(duì)駕駛員的安全教育顯得尤為重要。液氨槽罐車作為特種車輛，需要對(duì)駕駛員開展定期培訓(xùn)，提高安全意識(shí)，從源頭上減少事故的發(fā)生。

5.2 定期檢修車輛，防止車輛事故

液氨槽罐車是一種牽引車，包括車頭和罐體，作為特殊車輛，加強(qiáng)對(duì)車輛的檢修和維護(hù)保養(yǎng)，可有效減少事故發(fā)生。除常規(guī)檢查外，特別要加強(qiáng)對(duì)罐體的檢測(cè)，如閥門、管道等特殊部位，防止車輛老化和結(jié)構(gòu)缺陷造成事故。

5.3 稀釋抑爆，防止液氨聚集

由于氨氣極易溶于水，當(dāng)發(fā)生液氨泄漏后，消防救援人員到場(chǎng)后通過水幕水帶或者水幕水槍，及時(shí)稀釋空氣中的氨氣含量。通過稀釋抑爆，防止氨氣聚集達(dá)到爆炸極限和燃燒極限，既減少人員中毒，也能防止劇烈的燃燒和猛烈的爆炸。

5.4 及時(shí)疏散，分等級(jí)警戒

液氨發(fā)生泄漏后，受環(huán)境溫度、風(fēng)速和泄漏孔徑的影響，造成的危害程度不盡相同。在處置現(xiàn)場(chǎng)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，劃分不同的警戒區(qū)域，對(duì)于進(jìn)出的人員及時(shí)洗消。按照處置規(guī)程，做好周圍人員的疏散。

6 結(jié)語

本文以液氨槽罐車為研究對(duì)象，通過事件樹分析法對(duì)液氨發(fā)生泄漏后可能造成的危害進(jìn)行了詳細(xì)分析，利用ALOHA軟件對(duì)AEGL水平進(jìn)行了模擬，得到了相關(guān)趨勢(shì)并進(jìn)行了分析。針對(duì)此類事故，提出了相應(yīng)的建議。