第十章 重大泄漏事故原因及灾害后果分析
XXXXXXXXX酒精有限公司生产过程中的产品乙醇及副产沼气均为甲类物质，且生产场所和产品储存区危险物质乙醇数量已构成重大危险源。污水处理部沼气储罐储存量虽未达重大危险源临界量，但沼气属甲类气体，一旦因操作失误、设备腐蚀减薄等因素，造成大量气体泄漏和扩散，遇明火引起火灾、爆炸等重大事故的发生。因此，在上述危险物质的储存、使用过程中，防止因泄漏引起的火灾、爆炸等事故显得尤为重要。本章将针对泄漏事故原因及灾害后果加以分析评价。
根据建国以来化工系统所发生的59起重大及典型泄漏事故的实际情况，从五方面对事故原因进行了分类，见表10-1。
表10-1 重大及典型泄漏事故原因分类
|
泄漏 原因 |
工艺 技术 |
设备、材料 本身原因 |
人为 因素 |
外来 因素 |
其他 |
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事故次数 |
6 |
23 |
22 |
6 |
2 |
|
百分比（%） |
10.17 |
38.98 |
37.29 |
10.17 |
3.39 |
（1）工艺技术 工艺路线设计不合理，操作中关键参数控制要求不严格。 （2）设备、材料本身原因 设备本身缺陷，材料及安装质量未达到标准要求；生产、制造过程中不按照有关规定进行；材料选择不符合标准。 （3）人为因素 违章操作、误操作、缺少必要的安全生产和岗位技能知识；工作责任心不强。 （4）外来因素 外来物体的打击、碰撞。 （5）其他因素 不属于以上四种原因之一。 从以上统计可以看出，泄漏事故的发生主要是因为设备等产品的质量不过关，职工不按操作规程进行操作和安全生产意识不强等主要原因造成的。针对这些原因，企业应加强产品质量和验收，积极开展安全生产及岗位操作技能教育，真正做到岗前培训，持证上岗。
本节通过列举案例，分析类似事故，找出可能造成系统故障、物质损失和人员伤害的危险性，防患于未然。
[案例一]甲醇罐不清洗，用气焊开孔引起爆炸
（1）事故经过：1973年12月10日，某县磷肥厂锅炉间为了改用原油作燃料，决定建立从水路码头至锅炉间的输油系统和储油装置。10日上午的工程项目，主要是将输油管道与容积分别为28M3和33M3的两只储油罐连接起来，其中28M3的储油罐原为甲醇储罐，在改制前未对罐体内部进行清洗处理。当冷焊组长刘某和工人董某在其顶部用气焊割刀开孔时，引起罐内残留甲醇气体燃烧发生爆炸。刘某、董某和罐体被抛向天空后摔下，刘被摔在附近的废铁堆上死亡。董某重伤。爆炸过程中，在33 M3储油罐顶部工作的孔某，被气浪震跌地面受轻伤。
（2）原因分析：
①这次爆炸事故是由于甲醇储存罐未经清洗即用气焊割孔，气焊火焰引起罐内残留甲醇气体燃烧膨胀所致。
②安全措施不力。厂内无明确的责任分工，把甲醇储存罐改作储油罐是厂领导决定的，而对甲醇的性能以及储罐不经清洗进行“动火”的危险性认识不足。
③制度不严。参加这项工程的技术人员对甲醇的性能、危害和有关制度是了解的，但在事故发生的当天，厂内又将他临时调配去锅炉间处理其他技术问题而未能在场。这也是发生事故的一个因素。
（3）教训：
①对甲醇的性能、危害和有关制度不仅技术人员必须知道，而且厂内的职工都必须知道。
②必须制定和完善包括动火制度在内的各项制度，加强对职工的宣传、教育，在实际工作中严格执行制度。
③落实好各项防护措施是确保安全的前提，措施落实了，管理到位了，安全工作就有了保证。
[案例二]XXXXXXXXX南京助剂厂酒精蒸馏釜爆炸 死亡4人重伤3人
（1）事故经过和危害
1998年10月22日，南京助剂厂防老剂DBH车间酒精蒸馏锅因超压发生爆炸，造成4人死亡3人重伤。
10月22日夜班，10名工人提前15分左右分别到岗位与前班工人交接。酒精蒸馏工接班后开始将锅内料渣清出、投料生产，当班班长去各岗位巡查，5分钟后酒精蒸馏锅发生物理爆炸，大量酒精蒸气冲出与空气混合，瞬间发生化学爆炸。
（2）事故原因分析
酒精蒸馏锅上出料阀未打开，开启蒸汽加热后，酒精大量气化并使锅内压力急剧上升，使常压蒸馏锅处于受压状态，造成锅受不住意外的压力而爆炸；厂房不符合防爆要求，利用旧库房改装的厂房不是框架结构，没有足够的泄压面积；工人素质低，没有受过安全教育的临时工顶岗操作；企业管理混乱，没有严格的试车方案，没对操作人员进行工艺、安全考核。
（3）同类事故预防措施
①加强技术培训，提高职工技能。
②建立操作票制度，坚持先开出料，后开蒸汽加热阀的操作程序。
③最好设备出料阀与蒸汽加热阀联锁。
[案例三]山东省临沂农药厂静电火花引爆甲醇桶 1人死亡3人重伤
（1）事故经过和危害
1991年9月17日15时30分，山东省临沂农药厂辛硫乳剂车间调制班作业人员刘某、曹某、林某、杨某接班后，向系统内进行移液作业，在不到20分钟时间内，抽完了8桶甲苯。15时50分，曹某将抽料管插入上班留交的半桶甲醇中进行抽料时，瞬间即发生爆炸着火，作业人员曹某当场死亡，林某、杨某及正在该班巡视工作的党总支副书记石某被火烧成重伤。16时左右，大火即被扑灭。
（2）事故原因分析
①由于抽料管前端采用的是2m长全塑绝缘软管，形成静电积聚释放火花。
②半桶甲醇空间过大，是甲醇与空气形成爆炸混合物达到爆炸极限，从而造成事故发生。
（3）同类事故预防措施
改抽料管为金属软管。
[案例四]天津煤气公司第二灌装站液化石油气瓶爆炸
（1）事故的概况：
1988年4月15日9时30分，天津市煤气公司，第二灌装站3000只（充装量10-15kg）液化石油气瓶和一个50m3的液化石油气卧罐在充装过程中爆炸。爆炸后，燃烧火球高达数十米，震碎附近门窗玻璃。为保护相邻卧罐不致因烘烤超压爆炸，放空燃烧储气，长达68小时。事故中，烧毁了厂房和由丹麦进口的液化石油气自动灌装线（价值370000美元），烧掉液化石油气118t，直接经济损失估计1000000元，7人受伤。
（2）事故原因分析：
①违章操作是这次事故的直接原因。该职工忘掉（天津注射器厂、玻璃器皿厂）自己操作灌装四只大瓶（液氯钢瓶改装液化石油气），其中一只瓶超装，忙乱中未关闭瓶阀就拔掉充气管，液化石油气从瓶中猛烈喷出，一时关不住瓶阀，4~5s后由于静电火花引燃着火，无法灭掉，高温烘烤引爆3000多只液化石油气瓶，最远的飞出206.2m。同时还引爆了一台50m3的卧式储罐。
②领导安全生产意识淡薄，安全教育工作抓不紧。
（3）防范措施：
①严格劳动纪律，操作人员必须认真执行安全生产的多项规章制度。
②企业领导要把安全生产作为一项重要工作来抓，不断强化“安全第一，预防为主”的思想意识，并切实落实到生产的每一环节。
10.4火灾、爆炸伤害模型及伤害—破坏半径的计算
10.4.1 火灾、爆炸伤害模型
易燃危险物质储罐区最大的火灾爆炸风险是燃烧、爆炸，其伤害模型一般有两种：一种是蒸气云爆炸（VCE）模型；一种是沸腾液体扩展蒸气爆炸（BLEVE）模型。前者为爆炸型，后者为火灾型。
10.4.2 蒸气云爆炸（VCE）模型分析计算
（1）蒸气云爆炸（VCE）模型
当爆炸性气体储存在储槽内，如果一旦泄漏后，遇到延迟点火则可能发生蒸气云爆炸，如果遇不到火源，则将扩散并消失掉。用TNT当量法来预测其爆炸严重度。其原理是这样的：假定一定百分比的蒸气云参与了爆炸，对形成冲击波有实际贡献，并以TNT当量来表示蒸气云爆炸的威力。其公式如下：
|
WTNT =βAWfQf / QTNT |
式中WTNT——蒸气云的TNT当量，kg；
β——地面爆炸系数，取β=1.8；
A——蒸气云的TNT当量系数，取值范围为0.02%～14.9%；
Wf——蒸气云中燃料的总质量：kg；
Qf——燃料的燃烧热，kJ/kg；
QTNT——TNT的爆热，QTNT=4120～4690kJ/kg。
（2）沼气储槽蒸气云爆炸（VCE）分析计算
由于生产装置产生的副产沼气具有低闪点、低沸点、爆炸极限较宽，且点火能量低等特点，且相对密度较空气重，一旦泄漏，最具蒸气云爆炸概率。
若污水部沼气储槽因泄漏遇明火发生蒸气云爆炸（VCE），因其最大储量为2500m3，则其TNT当量计算为：
取地面爆炸系数：β=1.8；
蒸气云爆炸TNT当量系数，A=4%；
蒸气云爆炸燃烧时燃烧掉的总质量，
Wf=2500×1.29×1.5=4838（kg）；
沼气的爆热，取Qf=49000kJ/kg；
TNT的爆热，取QTNT=4500kJ/kg。
将以上数据代入公式，得
|
WTNT = 1.8×0.04×4838×49000 / 4500=3793(kg) |
=13.6(WTNT/1000) 0.37
=13.6×3.7930.37
=13.6×1.64=22.3(m)
重伤半径R2，由下列方程式求解：
△P2=0.137Z2-3+0.119 Z2-2+0.269 Z2-1-0.019
Z2=R2/(E/P0)1/3
△P2=△PS/P0
式中：
△PS——引起人员重伤冲击波峰值，取44000Pa；
P0——环境压力（101300Pa）；
E——爆炸总能量（J），E=WTNT×QTNT。
将以上数据代入方程式，解得：
△P2=0.4344
Z2=1.07
R2=1.07×（3793×4500×1000/101300）1/3
=1.07×55.2=59.1(m)
轻伤半径R3，由下列方程式求解：
△P3=0.137Z3-3+0.119 Z3-2+0.269 Z3-1-0.019
Z3=R3/(E/P0)1/3
△P3=△PS/P0
式中：△PS——引起人员轻伤冲击波峰值，取17000Pa。
将以上数据代入方程式，解得：
△P3=0.168， Z3=1.95
轻伤半径R3=107.6（m）
（3）小结
通过计算，如果沼气储槽因泄漏引发蒸气云爆炸，相当于3.8T TNT爆炸威力。其死亡半径22.3m，重伤半径59.1m，轻伤半径107.6m，将给所在区域人员及财产带来巨大伤害和损失。
10.4.3沸腾液体扩展蒸气爆炸（BLEVE）模型分析计算
（1）沸腾液体扩展蒸气爆炸（BLEVE）模型
液态存储的易燃液体突然瞬间泄漏时，立即遇到火源就会发生剧烈的燃烧，产生巨大的火球，形成强烈的热辐射，此种现象称为沸腾液体扩展蒸气爆炸，简称BLEVE。
沸腾液体扩展蒸气爆炸的主要危险是强烈的热辐射，近场以外的压力效应不重要。其火球的特征可用国际劳工组织（ILO）建议的蒸气爆炸模型来估算。
火球半径的计算公式为：
R=2.9W1/3
式中R——火球半径，m；
W——火球中消耗的可燃物质量，kg。
对单罐储存，W取罐容量的50%；双罐储存；W取罐容量的70%；多罐储存，取W为罐容量的90%。
（2）乙醇储罐漏蒸气爆炸（BLEVE）模型分析计算
由于生产装置乙醇产品储罐区的乙醇为多罐储存，其中：500m3两只，300m3两只，其余为较小计量罐，装料系数一般为80%。
以500m3储罐为例，对其发生沸腾液体扩展蒸气爆炸计算如下：
取装料系数80%，乙醇相对密度（水=1）0.79代入公式：
由W=90%×500×80%×0.79×1000=284000（kg）
代入式中，得到：
火球半径R=2.9(284000)1/3=191(m)
火球持续时间按下式计算:
t=0.45W1/3
式中:火球持续时间,单位为S.
将数据代入式中,得到:
t=0.45×(284000)1/3=29.6(s)
目标接收到热辐射通量的计算，按下式计算：
q(r)=q0R2r(1-0.058 Inr)/(R2+r2)3/2
式中：r——目标到火球中心的水平距离，m；
q0——火球表面的辐射通量，W/m2。对柱形罐取270kW/m2，球形罐取200kW/m2。
R——火球半径，m。R=191m。
有了热辐射q（r），即可求不同伤害、破坏时的热通量及其半径。下面求不同伤害时的热通量：
死亡 可根据下式计算：
Pr=-36.38+2.56 In(tq14/3)
式中：Pr=5
t——火球持续时间，取t=10s。
解得 q1=32732W/m2。
重伤 可根据下式计算：
Pr=-43.143+3.0188 In(tq24/3)
解得 q2=27830W/m2。
轻伤 可根据下式计算：
Pr=-39.83+3.0188 In(tq34/3)
解得 q3=12219W/m2。
通过q1、q2、q3可以求得对应的死亡半径R1、重伤半径R2及轻伤半径R3。（由于此方程式难以手算解出，故省略）。
（3）小结
通过计算，如果产品区500m3乙醇储罐发生扩展蒸气爆炸，火球半径为191m。将可能造成其他储罐的连锁火灾和爆炸，造成灾难性的破坏。
10.4.4结论
根据典型案例的分析和危险物质沼气及乙醇泄漏的模拟计算。可以看出：沼气与乙醇均属极其易燃、易爆的化学危险物质，由于其爆炸极限宽，闪点、沸点低，生产装置最大储存量乙醇高达2000T，沼气也达4.8T。一旦发生泄漏，瞬间的气体扩散及火灾、爆炸，除了现场人员来不及躲避外，还会给附近区域带来极大危险，后果将是极其严重的，企业应当对此有足够的重视，加强安全管理。防患于未然。并制定防止其发生火灾、爆炸的重大危险源应急救援预案，报当地安全监察部门备案。