道路運輸過程中危化品泄漏事故調查及ALOHA后果模擬

于子航(南京清流環保科技有限公司，江蘇 南京 210039)

0 引言

近年來，隨著我國化學工業的快速發展，為了滿足日常生產及生活需要的化工原材料及化工產品數量日益增加。由于對石油、天然氣等基礎原料多是位于不發達的西部地區，在生產之后的銷售路徑和接受地大多又位于東部的長三角和珠三角，因此約95%以上需要異地運輸[1]。運輸環節是危險化學品監管6個環節中的重要一環，也是最容易發生事故的一環。經數據統計，全國近十年中危險化學品事故發生了2338起，其中在運輸環節中事故發生了1026起，事故比例占據了所有環節的43.9%，死亡人數364人，占據了所有環節死亡總數的32%，具體如圖1所示。在危化品運輸過程中，由于設備的缺陷、碰撞、擠壓等原因，可能導致大量化學品瞬時泄漏或少量連續性泄漏，進而引發火災、爆炸、中毒等重大事故。

由于運輸行業本身的高風險性和危化品品種的多樣性、潛在的高危險性、事故高危害性，日益受到社會的高度關注[1，2]。如何減少危化品在運輸過程中發生泄漏的概率，提高運輸過程中危化品泄漏事故的應急處理能力，將事故風險降低到人民可接受水平范圍之內，是危險化學品運輸企業和行業主管部門亟待解決的課題，對提高區域防災減災能力具有重要的現實意義。

圖1 不同生產環節事故起數及死亡人數占比

1 近年道路運輸過程中危化品泄漏事故調查

1.1 數據來源及統計分析

我國目前還沒有形成完善的危險化學品事故數據庫，事故信息大部分以新聞媒體報道形式出現。本文的數據統計資料主要來源于中國化學品安全協會網站(http：//www.chemicalsafety.org.cn/index.php)。在數據收集整理過程中，以發生年份，涉及的化學品種類為關鍵詞，提取每一個事故案例的關鍵信息，進行調查統計。

1.2 年際變化態勢

以發生年份為關鍵詞，統計了2008～2017年近十年危險化學品運輸泄漏事故共984起，其中未提到日期的統計無效事故案例24起，統計有效事故960起。年際分布特征如圖2所示。

圖2 危化品道路運輸泄漏事故起數年際變化趨勢

由圖2看出，我國危化品道路運輸泄漏事故起數年際變化波動較大，2008年，2009年發生起數較多，分別109起、106起，隨之在2010年有滑坡式降低，僅發生81起。隨之又出現上升趨勢，2011年達到99起，2012年，2013年趨勢相對平穩，都在90～100起范圍內；2014年又出現了一個高峰，事故起數達到106起，隨之2015～2017年又維持在90～100起之間。因此整體上，我國危化品道路運輸泄漏事故呈現變中有穩的變化態勢。

隨著道路運輸條件的不斷改善，運輸工具的升級改造，我國危化品道路運輸安全水平有望逐步提高。但值得注意的是，調查中發現2014年多起事故發生的導火索在于司機運輸途中玩手機、微信聊天所致。因此，在網絡化、信息化越來越發達的今天加強駕駛途中司機的安全意識教育和行為管理更應引起重視。

1.3 危化品種類

以化學品種類為關鍵詞，調查統計發現984起事故中未明確化學品種類的無效案例94起，因此有效事故890起。

值得說明的是，由于一些事故案例涉及的危化品種類不止一種，因此本文統計過程中按儲量最多的主要化學品進行分類統計；此外，由于涉及天然氣的事故案例較多，因此本文將其與其他烷烴類物質分開，單獨統計。調查結果顯示，890起事故共涉及到60余種危化品，其中以汽油、醇、天然氣、酸、柴油、烷烴、苯類出現頻率最高，具體如圖3所示。

圖3 不同種類危化品事故起數

由圖3可知，我國近年來在道路運輸過程中發生事故最多的危化品分別是汽油、醇類、天然氣，分別占到總事故起數的21.5%、16%、14.6%。從理化性質上看，這三類物質都具有一定的危險性，尤以天然氣(主要成分CH4)為最。當空氣中甲烷濃度大25%～30%時，可引起頭痛、頭暈、注意力不集中等現象，若不及時脫離，很可能導致窒息死亡。此外一旦發生泄漏，極易引發火災、爆炸連鎖事故。

2 基于ALOHA的典型危險品泄漏后果模擬

在上述調查分析基礎上，我們以近年運輸途中發生的一起天然氣泄漏事故為例，運用ALOHA軟件，對其后果進行模擬，以為提高安全管理水平和應急處置能力提供理論支持。

2.1 實際案例描述

2017年5月28日20時許，一輛滿載天然氣的冀籍大型罐車行駛在高速公路湖北省十堰市鄖陽區轄區時突發泄漏。接警后，鄖陽區公安、消防、安監、中燃氣公司等部門迅速趕至、緊急制定周密救援方案，經7小時緊張搶險，成功予以處置，避免了一起重大事故發生。經查，該罐車滿載19噸天然氣，當日上午由陜西延安甘谷驛鎮出發，準備運往湖北省荊門市，行駛至高速十堰市鄖陽區轄區路段時，駕駛員發現車尾冒白煙疑似天然氣泄漏，后發現因閥門損壞導致泄漏，泄漏孔徑約為1.5cm，遂就近從鄖陽區柳陂出口下高速，準備對車輛進行檢查，高速出口工作人員發現車輛異常后報警。當時事故發生地環境狀況為：晴，溫度為20°，北風3～4級，事故地處東經115度2分，北緯30度12分，海拔高度為287m。

2.2 模擬參數的確定

(1)地理位置信息。日照條件是影響氣體擴散的重要因素，地理位置不同，日照角度和強度不同，因此模擬前要確定事故發生地的經度、緯度和海拔高度。案例事故發生地為湖北省十堰市，經谷歌地圖查詢事故發生地地處北緯30度12分，東經115度2分，海拔高度287m。

(2)泄漏項選擇。該項包括容器尺寸，充裝量，介質狀態，泄漏孔徑大小等等。經調查該事故中泄漏源為罐體，泄漏孔在閥門上，泄漏孔徑為圓形孔徑，直徑15cm，可確定為大孔泄漏[3]。

事故中儲罐長為14.5m，直徑為2.5m，儲存的為液態天然氣，溫度為-162℃，儲罐裝了19噸天然氣。事故中罐泄漏未燃燒。泄漏狀況為直徑15cm的valve(閥門)泄漏，事故閥門位于罐一頭中部，因而選擇“50% of the way to the top of the tank”。

(3)氣體擴散模型選擇。根據重氣擴散和非重氣擴散判斷準則[3]，可判定該擴散行為屬于非重氣擴散。因此，事故案例中氣體擴散模型應選擇高斯擴散模型。

(4)大氣條件。氣象條件對氣體擴散方向、擴散速率以及氣體擴散過程中濃度變化有重要影響，因此要將設置風速、風向、地表情況，溫度、云層覆蓋量、濕度等參數。該事故中發生時間為20時，通過查詢大氣穩定度表格[4]，確定其大氣穩定度為D級；事故發生時風速為北風3～4級，通過查表[5]將風速定為5m/s；本文取泄漏源高度距離地面3m處，云層覆蓋量根據當時天氣確定，由于是晚上故取為云層100%覆蓋，查詢當時事故溫度為20℃，空氣濕度通過查詢氣象信息取75%，無逆溫層。

2.3 評判標準

科學合理地選擇評判標準是確定典型危險化學品后果估算的前提和基礎，直接影響著事故發生后影響區域的劃分及采取相應的應急措施。當前，毒性危害風險標準體系有AEGL標準(Acute Exposure Guideline Levels)、ERPG標準(Emergency Response Planning Guideline)、IDLH標準(Immediately Dangerous to Life and Healthy)和TEEL標準(Temporary Emergency Exposure Limit)[4-6]。

TEEL(Temporary Emergency Exposure Limit)是由美國能源部( Department of Energy)應急管理咨詢委員會(EMAC)后果分析和保護措施委員會(SCAPA)開發，被稱為保護措施準則(Protective Action criteria，PAC)，TEEL 分為四個等級：TEEL-3、TEEL-2、TEEL-1和TELL-0。其中，TEEL-3—暴露于低于該濃度值，幾乎所有人都不會出現危及生命的影響；TELL-2—暴露于在低于該濃度值得幾乎所有人，不會出現不可逆轉的或其他嚴重的健康影響，從而消弱他們采取保護行動的能力；TEEL-1—暴露在低于該濃度值的幾乎所有人，不會出現除輕微短暫不利的健康影響和明顯感覺到令人討厭的氣味以外的不利健康影響；TEEL-0—暴露于低于這一閾限濃度值的絕大數人不會產生對健康有影響的風險。

2.4 模擬結果分析

(1)泄漏源。根據上述模擬參數設置，基于ALOHA軟件模擬得出天然氣(CH4)的泄漏源強度如圖4所示。

圖4 天然氣泄漏源強度(蒸發率)

毒氣擴散濃度正比于泄漏源釋放率，因此對源的強度的模擬對擴散范圍的確定有重要影響。由圖4看出，模擬結果顯示整個泄漏過程持續時間大概為14min，過程中泄漏速率呈階梯性下降趨勢。在剛開始泄漏至1min左右，泄漏速率達到整個泄漏過程的最高，為480kg/min。隨著時間推移，泄漏源的釋放率越來越小，7min左右泄漏達到了整個泄漏過程的最低，泄漏速率為20kg/min。

(2)毒性范圍。本文選擇在TEEL準則為評判標準對天然氣泄漏后的毒害范圍進行評判，結果如圖5所示。

圖5 天然氣泄漏毒性區域劃分

由圖5看出，以泄漏儲罐為中心，天然氣有毒區域，在其下風向約185m的范圍內，側風向約10m范圍內，天然氣濃度大于5000ppm，處于TEEL-2水平，可能出現對人造成不可逆轉的或其他嚴重的健康影響，從而減弱他們采取保護行動的能力；在下風向約180～240m范圍內，側風向約10～15m范圍內，天然氣濃度在3000ppm至5000ppm，處于TEEL-1水平，可能會使人會出現除輕微短暫不利的健康影響和明顯感覺到令人討厭的氣味以外的不利健康影響。

(3)火災范圍。根據Aloha模擬計算得出該事故中天然氣可燃區域如圖6所示。

圖6 天然氣泄漏可燃區域范圍

結果顯示以泄漏儲罐為中心，在其下風向約90m的范圍內，側風向約5m范圍內是預測可燃區，泄漏發生后泄在該區域如果存在點火源極有可能引起天然氣燃燒，進而引發火災、爆炸事故。因此，泄漏發生后，該區域范圍內，公安消防人員應杜絕一切可能點火源，應急人員需穿防靜電服，使用防靜電火花工具作業。進一步看出，在下風向最遠距離280m，側風向10m范圍內天然氣濃度超過10%LEL，該濃度值常用來作為應急救援的響應濃度，其對應的范圍為應急處置的警戒范圍。

3 結語

本文針對近年來危化品道路運輸事故情況進行調查統計分析基礎上，以一起天然氣泄漏事故案例為實例，運用Aloha軟件對天然氣泄漏后的源強、毒性范圍、火災范圍進行了定量化模擬。天然氣泄漏發生后影響范圍較大，加之極易燃特性，給應急救援工作提出了更高要求。

因此，針對當前危化品道路運輸泄漏事故態勢及典型危化品泄漏后果模擬，我們從以下幾方面給出了建議措施：一是加強對危化品運輸企業和從業人員的安全管理、監督教育，嚴格落實資質檢查；二是結合GPS定位、物聯網技術，建立危化品道路運輸實時信息大數據監控系統；三是建立健全應急救援體系，配備專職救援隊及救援設備。