淺析PHA及模擬分析法在環氧乙烷儲罐事故后果計算中的應用

劉海軍

廣州市安益職業安全事務咨詢有限公司

淺析PHA及模擬分析法在環氧乙烷儲罐事故后果計算中的應用

劉海軍

廣州市安益職業安全事務咨詢有限公司

環氧乙烷是化工企業中應用較為廣泛的一種原材料，每年由于環氧乙烷泄漏導致的人員傷亡也時有發生。筆者結合實際工作經驗，對某化工企業環氧乙烷儲罐區域進行了危險性分析和重大危險源辨識，并運用PHA和事故后果模擬分析法，對其事故后果進行了預測分析。研究結果表明，環氧乙烷儲罐最壞事故場景為蒸氣云爆炸事故，其事故死亡半徑為42.6m，重傷半徑為110.6m，輕傷半徑為198.4m。

環氧乙烷；模擬分析法；PHA；后果預測

1 緒論

化工企業涉及種類眾多的危險化學品，在生產、儲存和運輸過程中，往往會發生泄漏事故，向空氣中釋放大量易燃、易爆、有毒的物質。環氧乙烷具有易燃性及毒性兩種危險和危害特性，其蒸氣能與空氣形成范圍廣闊的爆炸性混合物，遇熱源和明火有燃燒爆炸的危險。且蒸氣對眼有強烈刺激性，可能導致人員中毒事故[1]。為此，如何科學、有效、迅速的預測環氧乙烷儲罐的事故影響范圍、死亡半徑、濃度分布等，成為了當前安全評價人員研究的難點及熱點。

本文結合某化工企業的實際情況，對其環氧乙烷儲罐區進行了危險性分析和重大危險源辨識，并運用事故后果模擬分析法，對其泄漏情況進行了預測分析，為后續安全管理提供理論依據及定量數據參考。

2 環氧乙烷罐區評估對象情況

某化工企業使用的原料環氧乙烷等屬于危險化學品重大危險源辨識范圍內物質，按照實際情況，罐組中設有2個50m3環氧乙烷儲罐，當天從廠家運來當天使用完畢。通過計算，該企業危險化學品最大儲量與臨界量的比值之和大于1，該企業危險化學品已構成重大危險源。

罐組四周設有防火堤，防火堤高1.1m，堤內布置2排共4個臥式儲罐，北面一排由西向東一次是V303、V304，容積均為50m3，儲存環氧乙烷。環氧乙烷距離卸車點32.6m，罐組儲罐距離北面圍墻32.6m。

該企業廠區東南面270m處有居民區，常住人口超過100人，企業周邊500m范圍內無范圍內無重要公共建筑、風景名勝區、國家重點保護區。

3 環氧乙烷罐區PHA分析

結合參照《企業職工傷亡事故分類》（GB6441-1986），使用PHA（預先危險分析）法，對該企業的環氧乙烷涉生產、加工、使用或儲存場所可能發生的事故類型以及場所、部位進行分析，并通過預先危險性分析法確定事故發生的可能性和危險程度[2]。

（1）火災爆炸，由于環氧乙烷泄漏導致的蒸氣云爆炸，可能發生的場所有裝置區和罐區。其觸發事件有：1）升溫過急過快，熱量不能及時帶走，或冷卻水系統故障，不能及時帶走熱量，導致反應過程失控。2）系統內混入空氣形成爆炸性混合氣體。3）危險物料發生泄漏的原因包括，容器破裂發生泄漏；設備、管道、閥門等損壞發生泄漏；容器溢出。4）點火源有：明火、電氣火花、靜電放電、雷擊、其他。事故結果為：人員傷亡、設施破壞，事故的嚴重性為III級，事故可能性為D級。

（2）中毒事故，由于環氧乙烷泄漏導致的中毒事故，可能發生的場所有裝置區和罐區。其觸發事件有：1）含有化學品的溶液、有毒物質的容器管道受外力撞擊破裂；2）管道、閥門、設備等滲漏。3）違章操作或誤操作造成泄漏。4）操作人員處理泄漏點時沒有佩戴相應的防護用具。5）防護用具失效。6）作業現場通風條件較差。事故結果為人員中毒，事故的嚴重性為II級，事故的可能性為D級。

4 環氧乙烷泄漏事故后果定量計算

4.1 環氧乙烷儲罐蒸氣云爆炸模型分析評價

根據人員因為爆炸而死亡概率的不同，選取環氧乙烷儲罐為單元，將爆炸危險源周圍由里向外依次劃分為死亡區、重傷區、輕傷區和安全區、財產損失半徑。運用TNT當量公式計算可得儲罐發生災難泄漏時的蒸氣云TNT當量為21944kg。

按照死亡區、重傷區、輕傷區的計算公式：

計算結果如下：在考慮地面反射作用的情況下，該企業的環氧乙烷罐泄漏發生蒸氣云爆炸的死亡半徑為42.6 m，重傷半徑為110.6 m，輕傷半徑為198.4 m，安全區半徑為大于198.4 m，財產損失半徑為128.3 m。

4.2 環氧乙烷儲罐破裂時的毒害區估算的事故危險分析

C2H4O儲罐破裂時會發生蒸氣爆炸，而一旦發生泄漏卻沒有立即點燃時則會造成大面積的毒害區域。根據本地區的氣候特點，假設環氧乙烷儲罐破裂前溫度為25℃。當儲罐破裂時，罐內壓力降至大氣壓，處于過熱狀態的液態環氧乙烷溫度將迅速降至標準沸點，此時全部環氧乙烷所放出的熱量可表征為：Q=W′C(t-t0)[3]。假設這些熱量全部用于罐內液態環氧乙烷的蒸發，計算可得環氧乙烷的質量W′=32000kg，蒸發量W=15000kg。假設環氧乙烷儲罐破裂前溫度t=25℃，則有C2H4O蒸氣的體積Vg為3714 m3。

根據《工作場所有害因素職業接觸限值》知，環氧乙烷的危險濃度為環氧乙烷在空氣中的濃度達到5mg/m3時，人吸入15分鐘達到短時間容許接觸限值，則可求得3714 m3的環氧乙烷可以產生的有毒空氣的體積為：V=Vg/0.5%=3714/0.005=742826（m3）

假設這些有毒氣體以半球形向地面擴散，則可求出該有毒氣體擴散半徑。假設單一罐發生破裂，此時R1=70.8m，假設發生最壞事故場景，即兩個罐同時發生破裂，此時毒氣擴散半徑R2=89.1m。

5 結語

對某化工企業的環氧乙烷儲罐運用模擬分析法進行事故后果預測，通過事故后果模擬分析，在火災、爆炸、中毒事故最不利情況發生下，主要是對距離該事故源點198.4m內的該廠區及周邊造成影響。最壞事故場景為蒸氣云爆炸，此時死亡半徑為42.6m，安全區半徑為198.4m。

[1] 楊曉燕,王勇.環氧乙烷儲存球罐危險危害性分析[J].中國石油和化工標準與質量,2013(15):253.

[2] 衛維劍.淺談環氧乙烷的危害及安全防護[J].化工管理,2015(15):5～6.

[3] 柯洪楠,劉革.探討環氧乙烷的危害及其安全防護策略[J].化工管理,2016(9):169.