基于定量風(fēng)險計算的光氣裝置安全措施效果分析

余辛 (上海安全生產(chǎn)科學(xué)研究所,上海 200233)

1 光氣及安全措施

1.1 光氣的應(yīng)用領(lǐng)域及特性

光氣在常溫下為無色氣體，劇毒，有腐爛水果的氣味。熔點-118℃，沸點8.3℃，相對密度（空氣=1）為3.5。不燃，化學(xué)反應(yīng)活性較高，遇水后具有很強的腐蝕能力。對人體有強烈的毒害作用，主要損害呼吸道，可導(dǎo)致化學(xué)性支氣管炎、肺炎、肺水腫。急性中毒導(dǎo)致患者出現(xiàn)咽部不適、咳嗽、胸悶等多種癥狀；中度和重度中毒時上述癥狀加重，并可出現(xiàn)呼吸困難、紫紺、肺水腫等癥狀，嚴重時昏迷以至死亡[1]。

1.2 光氣裝置的常用安全措施

2 定量風(fēng)險計算

2.1 定量風(fēng)險評估及相關(guān)軟件

風(fēng)險的定義由兩部分組成：危險事件的危害后果，以及該事件發(fā)生的可能性[2]。定量風(fēng)險評價是對生產(chǎn)過程中發(fā)生事故的概率和后果進行描述的系統(tǒng)方法。它可以對事故后果進行模擬，預(yù)測事故的影響范圍和嚴重程度；也可以結(jié)合事故發(fā)生的頻率，計算特定危險源所帶來的風(fēng)險。

挪威DNV GL公司開發(fā)的SAFETI是比較權(quán)威的風(fēng)險分析軟件之一，已得到較多的應(yīng)用。本文采用該軟件進行事故后果模擬和定量風(fēng)險計算[3]。

SAFETI的分析結(jié)果可分為兩類：第一類是對事故后果進行模擬，計算得出泄漏物在某一濃度邊界的形狀、隨時間的擴散過程、可燃泄漏物發(fā)生各種燃燒模式的熱輻射強度、爆炸沖擊波壓力等數(shù)據(jù)；第二類是對于特定的危險源或失效模式所帶來的風(fēng)險進行計算，給出危險源周邊的個人風(fēng)險等值線圖、指定地點的風(fēng)險值，并可結(jié)合周邊人口分布等情況計算出社會風(fēng)險曲線。

2.2 定量風(fēng)險評估模型建立

光氣合成裝置中生產(chǎn)出來的光氣被液化后輸送至液態(tài)光氣緩存罐中，該緩存罐的最大存量為3500kg，液態(tài)光氣溫度為-20℃，壓力為0.2MPa。液態(tài)光氣緩存罐的一根管徑為100mm、長度5m的出口管道發(fā)生泄漏，泄漏點位于液態(tài)光氣緩存罐所在的圍堰內(nèi)，圍堰面積20m2。液態(tài)光氣緩存罐所在的生產(chǎn)裝置為敞開式構(gòu)筑物，泄漏物可以擴散至裝置外，因此泄漏場所設(shè)定為室外。

失效（泄漏）模式采用兩種：小孔泄漏和管道破裂。小孔泄漏指物料從當(dāng)量孔徑為1/4英寸（6.35mm）的小孔中發(fā)生泄漏；泄漏時間是根據(jù)生產(chǎn)裝置所在工廠的應(yīng)急響應(yīng)能力而定，工廠可在小孔泄漏發(fā)生泄漏后10min內(nèi)發(fā)現(xiàn)并采取措施阻止泄漏，故設(shè)最大泄漏量相當(dāng)于10min的管道泄漏量；而管道斷裂泄漏量更大，局部區(qū)域內(nèi)泄漏物濃度更高，也將更容易被檢測儀表發(fā)現(xiàn)，設(shè)定2min內(nèi)可以發(fā)現(xiàn)并切斷泄漏物料。

本文選取兩種氣象條件，分別對事故進行模擬，其中氣象條件1代表當(dāng)?shù)仄骄鶜庀髼l件，氣象條件2代表較不利情況下的氣象條件，見表1。

表1 設(shè)定氣象條件

2.3 事故后果模擬和風(fēng)險計算

根據(jù)設(shè)定的事故場景以及常用設(shè)備的失效概率，事故液態(tài)光氣管道發(fā)生小孔泄漏的概率為1×10-5/a，發(fā)生管道破裂的概率為1.5×10-6/a。采用夾套技術(shù)可以顯著降低管道發(fā)生泄漏事故的概率。由于無法直接查到夾套管的失效概率，現(xiàn)參照帶保護外殼（雙層）的儲罐的失效概率，定義光氣夾套管的小孔泄漏概率為5×10-7/a，管道破裂的概率為5×10-7/a。

蒸汽氨幕可以在光氣泄漏后一分鐘內(nèi)迅速啟動，對泄漏蒸發(fā)的光氣進行吸收。光氣裝置邊緣的氨幕吸收效率設(shè)為90%，在泄漏后60s有效啟動。在未設(shè)置氨幕的情況下，進入外部環(huán)境的光氣量即為液池蒸發(fā)量；在設(shè)置了氨幕的情況下，進入外部環(huán)境的光氣量從60s后開始減少90%，即泄漏發(fā)生后的最初60s按液池蒸發(fā)量的100%計算，60s以后按蒸發(fā)量按10%計算。

使用SAFETI軟件對上述光氣泄漏模型進行模擬，并對采取安全措施前后兩種情況分別進行計算，得到泄漏速率、液池蒸發(fā)率、泄漏量等數(shù)據(jù)，并根據(jù)液池蒸發(fā)率計算出泄漏至外部環(huán)境的光氣量，見表2。

表2 采取特定安全措施前后的光氣泄漏模型

在距離光氣裝置50m處、100m處和500m處各設(shè)置一個風(fēng)險評估點，分別記作風(fēng)險評估點1、風(fēng)險評估點2、風(fēng)險評估點3，用以計算光氣泄漏事故給該點帶來的個人風(fēng)險值。

采用上表中采取安全措施前后的概率與泄漏量數(shù)據(jù)，分別計算采取安全措施前后各評估點的風(fēng)險值，見表3。

表3 采取特定措施前后的光氣風(fēng)險對比

可見，采取有針對性的對策措施后，光氣泄漏事故帶來的風(fēng)險有顯著下降，50m處的風(fēng)險評估點風(fēng)險下降96.7%，100m處的風(fēng)險下降98.4%，500m處的風(fēng)險下降99.3%。

3 結(jié)語

定量風(fēng)險評估作為衡量實際風(fēng)險的一種有效工具，可以為化工裝置的安全設(shè)計、安全管理提供依據(jù)。本文使用SAFETI軟件進行定量風(fēng)險計算，對光氣泄漏事故進行了模擬，結(jié)果顯示生產(chǎn)裝置采取的有針對性的光氣安全措施可以顯著降低光氣泄漏事故帶來的風(fēng)險，對生產(chǎn)裝置的安全程度有切實的提升作用，因此在實際運行中必須確保此類安全設(shè)施有效和可靠。

[1]周國泰,呂海燕,張海峰等.危險化學(xué)品安全技術(shù)全書[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1997

[2]戴樹和等.工程風(fēng)險分析技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006.7:2

[3]盧衛(wèi).定量風(fēng)險評估技術(shù)在石化項目安全評價中的應(yīng)用[J].廣州化工,2012,40(8):217-218