酒精企業(yè)生產(chǎn)裝置的安全現(xiàn)狀評(píng)價(jià)（十）
10.1概述
XXXXXXXXX酒精有限公司生產(chǎn)過(guò)程中的產(chǎn)品乙醇及副產(chǎn)沼氣均為甲類物質(zhì)，且生產(chǎn)場(chǎng)所和產(chǎn)品儲(chǔ)存區(qū)危險(xiǎn)物質(zhì)乙醇數(shù)量已構(gòu)成重大危險(xiǎn)源。污水處理部沼氣儲(chǔ)罐儲(chǔ)存量雖未達(dá)重大危險(xiǎn)源臨界量，但沼氣屬甲類氣體，一旦因操作失誤、設(shè)備腐蝕減薄等因素，造成大量氣體泄漏和擴(kuò)散，遇明火引起火災(zāi)、爆炸等重大事故的發(fā)生。因此，在上述危險(xiǎn)物質(zhì)的儲(chǔ)存、使用過(guò)程中，防止因泄漏引起的火災(zāi)、爆炸等事故顯得尤為重要。本章將針對(duì)泄漏事故原因及災(zāi)害后果加以分析評(píng)價(jià)。
10.2泄漏事故原因統(tǒng)計(jì)分析
根據(jù)建國(guó)以來(lái)化工系統(tǒng)所發(fā)生的59起重大及典型泄漏事故的實(shí)際情況，從五方面對(duì)事故原因進(jìn)行了分類，見表10-1。
表10-1 重大及典型泄漏事故原因分類
泄漏
原因
工藝
技術(shù)
設(shè)備、材料
本身原因
人為
因素
外來(lái)
因素
其他
事故次數(shù)
6
23
22
6
2
百分比（%）
10.17
38.98
37.29
10.17
3.39
（1）工藝技術(shù) 工藝路線設(shè)計(jì)不合理，操作中關(guān)鍵參數(shù)控制要求不嚴(yán)格。 （2）設(shè)備、材料本身原因 設(shè)備本身缺陷，材料及安裝質(zhì)量未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求；生產(chǎn)、制造過(guò)程中不按照有關(guān)規(guī)定進(jìn)行；材料選擇不符合標(biāo)準(zhǔn)。 （3）人為因素 違章操作、誤操作、缺少必要的安全生產(chǎn)和崗位技能知識(shí)；工作責(zé)任心不強(qiáng)。 （4）外來(lái)因素 外來(lái)物體的打擊、碰撞。 （5）其他因素 不屬于以上四種原因之一。 從以上統(tǒng)計(jì)可以看出，泄漏事故的發(fā)生主要是因?yàn)樵O(shè)備等產(chǎn)品的質(zhì)量不過(guò)關(guān)，職工不按操作規(guī)程進(jìn)行操作和安全生產(chǎn)意識(shí)不強(qiáng)等主要原因造成的。針對(duì)這些原因，企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量和驗(yàn)收，積極開展安全生產(chǎn)及崗位操作技能教育，真正做到崗前培訓(xùn)，持證上崗。
本節(jié)通過(guò)列舉案例，分析類似事故，找出可能造成系統(tǒng)故障、物質(zhì)損失和人員傷害的危險(xiǎn)性，防患于未然。
[案例一]甲醇罐不清洗，用氣焊開孔引起爆炸
（1）事故經(jīng)過(guò)：1973年12月10日，某縣磷肥廠鍋爐間為了改用原油作燃料，決定建立從水路碼頭至鍋爐間的輸油系統(tǒng)和儲(chǔ)油裝置。10日上午的工程項(xiàng)目，主要是將輸油管道與容積分別為28M3和33M3的兩只儲(chǔ)油罐連接起來(lái)，其中28M3的儲(chǔ)油罐原為甲醇儲(chǔ)罐，在改制前未對(duì)罐體內(nèi)部進(jìn)行清洗處理。當(dāng)冷焊組長(zhǎng)劉某和工人董某在其頂部用氣焊割刀開孔時(shí)，引起罐內(nèi)殘留甲醇?xì)怏w燃燒發(fā)生爆炸。劉某、董某和罐體被拋向天空后摔下，劉被摔在附近的廢鐵堆上死亡。董某重傷。爆炸過(guò)程中，在33 M3儲(chǔ)油罐頂部工作的孔某，被氣浪震跌地面受輕傷。（2）原因分析：
①這次爆炸事故是由于甲醇儲(chǔ)存罐未經(jīng)清洗即用氣焊割孔，氣焊火焰引起罐內(nèi)殘留甲醇?xì)怏w燃燒膨脹所致。
②安全措施不力。廠內(nèi)無(wú)明確的責(zé)任分工，把甲醇儲(chǔ)存罐改作儲(chǔ)油罐是廠領(lǐng)導(dǎo)決定的，而對(duì)甲醇的性能以及儲(chǔ)罐不經(jīng)清洗進(jìn)行“動(dòng)火”的危險(xiǎn)性認(rèn)識(shí)不足。
③制度不嚴(yán)。參加這項(xiàng)工程的技術(shù)人員對(duì)甲醇的性能、危害和有關(guān)制度是了解的，但在事故發(fā)生的當(dāng)天，廠內(nèi)又將他臨時(shí)調(diào)配去鍋爐間處理其他技術(shù)問(wèn)題而未能在場(chǎng)。這也是發(fā)生事故的一個(gè)因素。
（3）教訓(xùn)：
①對(duì)甲醇的性能、危害和有關(guān)制度不僅技術(shù)人員必須知道，而且廠內(nèi)的職工都必須知道。
②必須制定和完善包括動(dòng)火制度在內(nèi)的各項(xiàng)制度，加強(qiáng)對(duì)職工的宣傳、教育，在實(shí)際工作中嚴(yán)格執(zhí)行制度。
③落實(shí)好各項(xiàng)防護(hù)措施是確保安全的前提，措施落實(shí)了，管理到位了，安全工作就有了保證。
[案例二]XXXXXXXXX南京助劑廠酒精蒸餾釜爆炸 死亡4人重傷3人
（1）事故經(jīng)過(guò)和危害1998年10月22日，南京助劑廠防老劑DBH車間酒精蒸餾鍋因超壓發(fā)生爆炸，造成4人死亡3人重傷。
10月22日夜班，10名工人提前15分左右分別到崗位與前班工人交接。酒精蒸餾工接班后開始將鍋內(nèi)料渣清出、投料生產(chǎn)，當(dāng)班班長(zhǎng)去各崗位巡查，5分鐘后酒精蒸餾鍋發(fā)生物理爆炸，大量酒精蒸氣沖出與空氣混合，瞬間發(fā)生化學(xué)爆炸。
（2）事故原因分析
酒精蒸餾鍋上出料閥未打開，開啟蒸汽加熱后，酒精大量氣化并使鍋內(nèi)壓力急劇上升，使常壓蒸餾鍋處于受壓狀態(tài)，造成鍋受不住意外的壓力而爆炸；廠房不符合防爆要求，利用舊庫(kù)房改裝的廠房不是框架結(jié)構(gòu)，沒有足夠的泄壓面積；工人素質(zhì)低，沒有受過(guò)安全教育的臨時(shí)工頂崗操作；企業(yè)管理混亂，沒有嚴(yán)格的試車方案，沒對(duì)操作人員進(jìn)行工藝、安全考核。
（3）同類事故預(yù)防措施
①加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)，提高職工技能。
②建立操作票制度，堅(jiān)持先開出料，后開蒸汽加熱閥的操作程序。
③最好設(shè)備出料閥與蒸汽加熱閥聯(lián)鎖。
[案例三]山東省臨沂農(nóng)藥廠靜電火花引爆甲醇桶 1人死亡3人重傷
（1）事故經(jīng)過(guò)和危害1991年9月17日15時(shí)30分，山東省臨沂農(nóng)藥廠辛硫乳劑車間調(diào)制班作業(yè)人員劉某、曹某、林某、楊某接班后，向系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行移液作業(yè)，在不到20分鐘時(shí)間內(nèi)，抽完了8桶甲苯。15時(shí)50分，曹某將抽料管插入上班留交的半桶甲醇中進(jìn)行抽料時(shí)，瞬間即發(fā)生爆炸著火，作業(yè)人員曹某當(dāng)場(chǎng)死亡，林某、楊某及正在該班巡視工作的黨總支副書記石某被火燒成重傷。16時(shí)左右，大火即被撲滅。
（2）事故原因分析
①由于抽料管前端采用的是2m長(zhǎng)全塑絕緣軟管，形成靜電積聚釋放火花。
②半桶甲醇空間過(guò)大，是甲醇與空氣形成爆炸混合物達(dá)到爆炸極限，從而造成事故發(fā)生。
（3）同類事故預(yù)防措施
改抽料管為金屬軟管。
[案例四]天津煤氣公司第二灌裝站液化石油氣瓶爆炸
（1）事故的概況：
1988年4月15日9時(shí)30分，天津市煤氣公司，第二灌裝站3000只（充裝量10-15kg）液化石油氣瓶和一個(gè)50m3的液化石油氣臥罐在充裝過(guò)程中爆炸。爆炸后，燃燒火球高達(dá)數(shù)十米，震碎附近門窗玻璃。為保護(hù)相鄰臥罐不致因烘烤超壓爆炸，放空燃燒儲(chǔ)氣，長(zhǎng)達(dá)68小時(shí)。事故中，燒毀了廠房和由丹麥進(jìn)口的液化石油氣自動(dòng)灌裝線（價(jià)值370000美元），燒掉液化石油氣118t，直接經(jīng)濟(jì)損失估計(jì)1000000元，7人受傷。
（2）事故原因分析：
①違章操作是這次事故的直接原因。該職工忘掉（天津注射器廠、玻璃器皿廠）自己操作灌裝四只大瓶（液氯鋼瓶改裝液化石油氣），其中一只瓶超裝，忙亂中未關(guān)閉瓶閥就拔掉充氣管，液化石油氣從瓶中猛烈噴出，一時(shí)關(guān)不住瓶閥，4~5s后由于靜電火花引燃著火，無(wú)法滅掉，高溫烘烤引爆3000多只液化石油氣瓶，最遠(yuǎn)的飛出206.2m。同時(shí)還引爆了一臺(tái)50m3的臥式儲(chǔ)罐。
②領(lǐng)導(dǎo)安全生產(chǎn)意識(shí)淡薄，安全教育工作抓不緊。
（3）防范措施：
①嚴(yán)格勞動(dòng)紀(jì)律，操作人員必須認(rèn)真執(zhí)行安全生產(chǎn)的多項(xiàng)規(guī)章制度。
②企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)要把安全生產(chǎn)作為一項(xiàng)重要工作來(lái)抓，不斷強(qiáng)化“安全第一，預(yù)防為主”的思想意識(shí)，并切實(shí)落實(shí)到生產(chǎn)的每一環(huán)節(jié)。
10.4火災(zāi)、爆炸傷害模型及傷害—破壞半徑的計(jì)算
10.4.1 火災(zāi)、爆炸傷害模型
易燃危險(xiǎn)物質(zhì)儲(chǔ)罐區(qū)最大的火災(zāi)爆炸風(fēng)險(xiǎn)是燃燒、爆炸，其傷害模型一般有兩種：一種是蒸氣云爆炸（VCE）模型；一種是沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVE）模型。前者為爆炸型，后者為火災(zāi)型。
10.4.2 蒸氣云爆炸（VCE）模型分析計(jì)算
（1）蒸氣云爆炸（VCE）模型
當(dāng)爆炸性氣體儲(chǔ)存在儲(chǔ)槽內(nèi)，如果一旦泄漏后，遇到延遲點(diǎn)火則可能發(fā)生蒸氣云爆炸，如果遇不到火源，則將擴(kuò)散并消失掉。用TNT當(dāng)量法來(lái)預(yù)測(cè)其爆炸嚴(yán)重度。其原理是這樣的：假定一定百分比的蒸氣云參與了爆炸，對(duì)形成沖擊波有實(shí)際貢獻(xiàn)，并以TNT當(dāng)量來(lái)表示蒸氣云爆炸的威力。其公式如下：
式中WTNT——蒸氣云的TNT當(dāng)量，kg；
β——地面爆炸系數(shù)，取β=1.8；
A——蒸氣云的TNT當(dāng)量系數(shù)，取值范圍為0.02%～14.9%；
Wf——蒸氣云中燃料的總質(zhì)量：kg；
Qf——燃料的燃燒熱，kJ/kg；
QTNT——TNT的爆熱，QTNT=4120～4690kJ/kg。
（2）沼氣儲(chǔ)槽蒸氣云爆炸（VCE）分析計(jì)算
由于生產(chǎn)裝置產(chǎn)生的副產(chǎn)沼氣具有低閃點(diǎn)、低沸點(diǎn)、爆炸極限較寬，且點(diǎn)火能量低等特點(diǎn)，且相對(duì)密度較空氣重，一旦泄漏，最具蒸氣云爆炸概率。
若污水部沼氣儲(chǔ)槽因泄漏遇明火發(fā)生蒸氣云爆炸（VCE），因其最大儲(chǔ)量為2500m3，則其TNT當(dāng)量計(jì)算為：
取地面爆炸系數(shù)：β=1.8；
蒸氣云爆炸TNT當(dāng)量系數(shù)，A=4%；
蒸氣云爆炸燃燒時(shí)燃燒掉的總質(zhì)量，
Wf=2500×1.29×1.5=4838（kg）；
沼氣的爆熱，取Qf=49000kJ/kg；
TNT的爆熱，取QTNT=4500kJ/kg。
將以上數(shù)據(jù)代入公式，得
=13.6(WTNT/1000) 0.37
=13.6×3.7930.37
=13.6×1.64=22.3(m)
重傷半徑R2，由下列方程式求解：
Z2=R2/(E/P0)1/3
△P2=△PS/P0
式中：
△PS——引起人員重傷沖擊波峰值，取44000Pa；
P0——環(huán)境壓力（101300Pa）；
E——爆炸總能量（J），E=WTNT×QTNT。
將以上數(shù)據(jù)代入方程式，解得：
△P2=0.4344
Z2=1.07
R2=1.07×（3793×4500×1000/101300）1/3
=1.07×55.2=59.1(m)
輕傷半徑R3，由下列方程式求解：
Z3=R3/(E/P0)1/3
△P3=△PS/P0
式中：△PS——引起人員輕傷沖擊波峰值，取17000Pa。
將以上數(shù)據(jù)代入方程式，解得：
△P3=0.168， Z3=1.95
輕傷半徑R3=107.6（m）
（3）小結(jié)
通過(guò)計(jì)算，如果沼氣儲(chǔ)槽因泄漏引發(fā)蒸氣云爆炸，相當(dāng)于3.8T TNT爆炸威力。其死亡半徑22.3m，重傷半徑59.1m，輕傷半徑107.6m，將給所在區(qū)域人員及財(cái)產(chǎn)帶來(lái)巨大傷害和損失。
10.4.3沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVE）模型分析計(jì)算
（1）沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVE）模型
液態(tài)存儲(chǔ)的易燃液體突然瞬間泄漏時(shí)，立即遇到火源就會(huì)發(fā)生劇烈的燃燒，產(chǎn)生巨大的火球，形成強(qiáng)烈的熱輻射，此種現(xiàn)象稱為沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸，簡(jiǎn)稱BLEVE。
沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸的主要危險(xiǎn)是強(qiáng)烈的熱輻射，近場(chǎng)以外的壓力效應(yīng)不重要。其火球的特征可用國(guó)際勞工組織（ILO）建議的蒸氣爆炸模型來(lái)估算。
火球半徑的計(jì)算公式為：
R=2.9W1/3
式中R——火球半徑，m；
W——火球中消耗的可燃物質(zhì)量，kg。
對(duì)單罐儲(chǔ)存，W取罐容量的50%；雙罐儲(chǔ)存；W取罐容量的70%；多罐儲(chǔ)存，取W為罐容量的90%。
（2）乙醇儲(chǔ)罐漏蒸氣爆炸（BLEVE）模型分析計(jì)算
由于生產(chǎn)裝置乙醇產(chǎn)品儲(chǔ)罐區(qū)的乙醇為多罐儲(chǔ)存，其中：500m3兩只，300m3兩只，其余為較小計(jì)量罐，裝料系數(shù)一般為80%。
以500m3儲(chǔ)罐為例，對(duì)其發(fā)生沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸計(jì)算如下：
取裝料系數(shù)80%，乙醇相對(duì)密度（水=1）0.79代入公式：
由W=90%×500×80%×0.79×1000=284000（kg）
代入式中，得到：
火球半徑R=2.9(284000)1/3=191(m)
火球持續(xù)時(shí)間按下式計(jì)算:
t=0.45W1/3
式中:火球持續(xù)時(shí)間,單位為S.
將數(shù)據(jù)代入式中,得到:
t=0.45×(284000)1/3=29.6(s)
目標(biāo)接收到熱輻射通量的計(jì)算，按下式計(jì)算：
q(r)=q0R2r(1-0.058 Inr)/(R2+r2)3/2
式中：r——目標(biāo)到火球中心的水平距離，m；
q0——火球表面的輻射通量，W/m2。對(duì)柱形罐取270kW/m2，球形罐取200kW/m2。
R——火球半徑，m。R=191m。
有了熱輻射q（r），即可求不同傷害、破壞時(shí)的熱通量及其半徑。下面求不同傷害時(shí)的熱通量：
死亡 可根據(jù)下式計(jì)算：
Pr=-36.38+2.56 In(tq14/3)
式中：Pr=5
t——火球持續(xù)時(shí)間，取t=10s。
解得 q1=32732W/m2。
重傷 可根據(jù)下式計(jì)算：
Pr=-43.143+3.0188 In(tq24/3)
解得 q2=27830W/m2。
輕傷 可根據(jù)下式計(jì)算：
Pr=-39.83+3.0188 In(tq34/3)
解得 q3=12219W/m2。
通過(guò)q1、q2、q3可以求得對(duì)應(yīng)的死亡半徑R1、重傷半徑R2及輕傷半徑R3。（由于此方程式難以手算解出，故省略）。
（3）小結(jié)
通過(guò)計(jì)算，如果產(chǎn)品區(qū)500m3乙醇儲(chǔ)罐發(fā)生擴(kuò)展蒸氣爆炸，火球半徑為191m。將可能造成其他儲(chǔ)罐的連鎖火災(zāi)和爆炸，造成災(zāi)難性的破壞。
10.4.4結(jié)論
根據(jù)典型案例的分析和危險(xiǎn)物質(zhì)沼氣及乙醇泄漏的模擬計(jì)算?？梢钥闯觯赫託馀c乙醇均屬極其易燃、易爆的化學(xué)危險(xiǎn)物質(zhì)，由于其爆炸極限寬，閃點(diǎn)、沸點(diǎn)低，生產(chǎn)裝置最大儲(chǔ)存量乙醇高達(dá)2000T，沼氣也達(dá)4.8T。一旦發(fā)生泄漏，瞬間的氣體擴(kuò)散及火災(zāi)、爆炸，除了現(xiàn)場(chǎng)人員來(lái)不及躲避外，還會(huì)給附近區(qū)域帶來(lái)極大危險(xiǎn)，后果將是極其嚴(yán)重的，企業(yè)應(yīng)當(dāng)對(duì)此有足夠的重視，加強(qiáng)安全管理。防患于未然。并制定防止其發(fā)生火災(zāi)、爆炸的重大危險(xiǎn)源應(yīng)急救援預(yù)案，報(bào)當(dāng)?shù)匕踩O(jiān)察部門備案。
