危險化學品道路運輸泄漏事故危險性分析

王玉竹

(安徽三聯(lián)學院 智慧交通現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學院,安徽 合肥 230601)

隨著人類社會文明的進步與發(fā)展,化學品已經(jīng)成為人類生產(chǎn)和生活中必不可少的組成部分,對于化工產(chǎn)品的需求日益增加。多數(shù)化工原材料都位于西部地區(qū),因此危險化學品通過道路運輸方式運輸至各個地區(qū)進行銷售和使用。運輸環(huán)節(jié)是危險化學品監(jiān)管6個環(huán)節(jié)中的重要一環(huán),也是最容易發(fā)生事故的一環(huán)。圖1為2009—2018年危險化學品泄漏事故的統(tǒng)計分析。自2015年以來,我國危險化學品泄漏事故頻率雖一直在下降,但特別重大事故時有發(fā)生[1],實現(xiàn)危化品道路運輸閉環(huán)管理是亟待解決的重要課題。

圖1 我國危險化學品泄漏事故統(tǒng)計圖

運輸過程中危險化學品發(fā)生泄漏,不但會向周圍環(huán)境中擴散引發(fā)中毒現(xiàn)象,還對周圍的人員和環(huán)境產(chǎn)生高溫熱輻射作用。危險化學品泄漏出的有毒有害氣體將直接影響周圍受災人員及救援人員的生命健康,并且影響范圍會隨著泄漏條件發(fā)生變化,因此準確高效預測危化品泄漏的影響范圍將極大提升應急救援效率,幫助受災人群盡快疏散至安全區(qū)域,降低人員暴露于風險中的概率。

目前,在危險化學品泄漏的事故預測研究中發(fā)現(xiàn)ALOHA軟件可以較好地實現(xiàn)火災場景下危險化學品泄漏事故的仿真模擬[2-4],能夠為事故應急救援提供技術(shù)支持。因此,研究危險化學品槽車因泄漏發(fā)生火災爆炸事故,建立相應的評估方法結(jié)合事故模擬軟件,用以預測泄漏擴散范圍、人體的燒傷范圍,判斷事故周邊建筑環(huán)境是否存在不安全狀態(tài),能夠迅速準確將人員撤離到危險區(qū)域外,從而減少人員傷亡和財產(chǎn)損失,為事故應急救援提供技術(shù)支持,具有重要的實際意義。

1 危險化學品槽罐車泄漏事故成因及特點

1.1 事故成因

1.1.1 人的因素

導致交通事故人為因素主要包括兩點:

1)危險駕駛行為:主要包含疲勞駕駛、超速駕駛、超載駕駛以及不良駕駛習慣;

2)處理不當:避讓不當、車速過快及特殊天氣處理。

以上兩種人為因素均有可能導致交通事故發(fā)生,一旦運輸危險化學品槽罐車發(fā)生交通事故,將導致罐車側(cè)翻泄漏,繼而引發(fā)火災、爆炸以及中毒事故。

1.1.2 車輛及罐體的原因

由于審核機制不完善或執(zhí)行力度不到位導致車輛存在違法改裝的現(xiàn)象,車輛未按要求維護保養(yǎng),出現(xiàn)問題未及時發(fā)現(xiàn)檢修導致車輛或存儲危險化學品的罐體存在安全隱患。此類情況都可能引發(fā)交通運輸事故。研究表明危險化學品槽罐車泄漏事故主要設(shè)備原因在安全閥腐蝕且年久失修導致失效。

1.1.3 道路及環(huán)境的因素

道路因素主要包括道路寬度過窄、彎道過急、路面凹凸不平以及上下坡坡度大等原因。環(huán)境因素主要為惡劣天氣影響駕駛?cè)苏＿\行,例如雷雨或霧霾天氣影響駕駛?cè)藢η胺铰窙r判斷。道路缺陷及環(huán)境惡劣是造成交通事故的重要因素之一。

1.1.4 管理體系的因素

管理因素是一種跟上述三種因素都相關(guān)的綜合性因素,管理因素涉及人、車輛及罐體以及道路環(huán)境,一旦管理不善,危險化學品槽罐車運輸安全事故也就隨之而來。運輸企業(yè)的運輸物質(zhì)沒有接受嚴格的審查,缺乏有效監(jiān)管,沒有完善法律法規(guī),日常操作細則在實際中不能有效執(zhí)行;企業(yè)存在違規(guī)操作和僥幸心理,沒有明確詳細的制度規(guī)范,責任分工模糊,這都是管理體系缺失的表現(xiàn)。

綜上所述,結(jié)合事故致因理論不難得出在危化品道路運輸事故中,人的不安全行為及物的不安全狀態(tài)是導致事故發(fā)生的直接原因。

1.2 事故特點

危險化學品具有易燃易爆且有害的特性,一旦泄漏會造成嚴重損失。根據(jù)危化品特性在泄漏后與空氣混合產(chǎn)生噴射火、蒸氣云爆炸、毒氣擴散等多重后果,如圖2所示。通過調(diào)查危險化學品泄漏事故的發(fā)生發(fā)展情況,總結(jié)出該類事故有以下幾種特點:

圖2 危險化學品泄漏危害示意圖

1.2.1 毒氣擴散和燃燒蔓延迅速

車輛在快速行駛過程中形成一股迎面風,加速了開啟的對流速度,當危險化學品槽罐車發(fā)生交通事故導致氣體泄漏到環(huán)境中遇到風會迅速擴散到周圍環(huán)境中,發(fā)生火災后火勢會迅速蔓延從最初的緩慢燃燒階段發(fā)展到充分燃燒階段,加壓儲罐泄漏極易造成噴射火事故。

1.2.2 造成的事故損失巨大,傷害范圍大

危險化學品本身具有易燃易爆的性質(zhì),一旦罐體破損,危險化學品泄漏后遇點火源瞬間引燃,發(fā)生火災爆炸產(chǎn)生巨大沖擊波和熱輻射,對來往行駛的車輛沖擊極大,受影響區(qū)域會隨著火勢蔓延擴展到道路附近的山林及住家,可能會造成群死群傷事故。

1.2.3 受客觀條件限制,救援相對困難

道路運輸過程中一旦發(fā)生泄漏引發(fā)火災事故,直接造成交通堵塞,救援車輛無法及時趕赴救災現(xiàn)場進行及時救援,并且危險化學品引發(fā)的火災事故極易衍生為池火災或流淌火,滅火條件受限,極易延誤救援時間。

1.2.4 容易出現(xiàn)火災、次生災害

未燃燒的有毒氣體泄漏擴散后,事故附近的人員吸入大量有毒氣體會出現(xiàn)中毒窒息情況。事故發(fā)生后容易造成交通堵塞,出現(xiàn)二次交通事故。此外,有毒有害氣體還會造成土壤及水資源污染,不利于可持續(xù)發(fā)展。

2 危險化學品道路運輸火災事故后果模擬

ALOHA(Areal Locations of Hazardous Atmospheres)是由美國環(huán)境保護署和國家海洋和大氣管理局聯(lián)合開發(fā)的一款用于模擬危險化學品事故后果的軟件。軟件功能包含了對泄漏擴散的毒性氣體影響范圍預測以及對火災熱輻射影響范圍預測。目前,ALOHA已廣泛應用于風險評價和應急輔助決策等領(lǐng)域并且其預測結(jié)果精度已得到廣泛認可[5-6]。

2.1 事故情景分析

假設(shè)一輛裝載LPG的危險化學品儲罐車在運輸過程中發(fā)生側(cè)翻,導致液化石油氣泄漏,繼而發(fā)生了火災事故。經(jīng)檢測事故發(fā)生時地面風速為1 m/s,風向西南,天氣夜間多云,環(huán)境濕度為50%,大氣溫度為18 ℃。調(diào)查報告顯示LPG儲罐車罐體長7 m,罐體直徑3 m,泄漏原因為閥門破損,泄漏口近似圓形,經(jīng)測量泄漏口當量直徑為30 mm。事故現(xiàn)場相關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 事故相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

2.2 事故后果模擬

2.2.1 參數(shù)設(shè)置

根據(jù)事故情景參數(shù)進行模擬,模擬流程見圖3。

圖3 基于ALOHA的危險化學品泄漏事故模擬流程

ALOHA軟件模擬選擇相應參數(shù),具體見圖4。

圖4 ALOHA軟件模擬參數(shù)設(shè)置

2.2.2 事故后果影響范圍劃分

LPG槽罐泄漏后如果沒有立即燃燒,會氣化成毒性蒸氣云擴散到周圍。毒性蒸氣云若在較小空間內(nèi)被點燃會導致爆炸,如果在較大空間內(nèi)被點燃會出現(xiàn)閃火。因此LPG泄漏后被點燃會產(chǎn)生蒸氣云爆炸和噴射火,其中噴射火主要危害為熱輻射傷害,蒸氣云爆炸的危害是爆炸沖擊波[7]。根據(jù)對人體及建筑物造成的傷害程度,對事故后果影響范圍進行劃分,評判標準見表2。

表2 事故后果影響范圍劃分

3 結(jié)果分析

通過ALOHA軟件模擬噴射火、蒸氣云爆炸、蒸氣云燃燒以及毒氣泄漏結(jié)果如圖5所示。

圖5 四類事故模擬結(jié)果

從圖5(a)可知,LPG槽罐車泄漏后造成噴射火事故,在直徑為62 m范圍內(nèi)以環(huán)形區(qū)域內(nèi)造成的不同程度破壞 ,根據(jù)人員受到的熱輻射傷害等級分為致命傷害、二度燒傷和產(chǎn)生疼痛。表3顯示了噴射火事故造成人員在60 s內(nèi)受到不同傷害等級的區(qū)域范圍。

表3 傷害等級劃分

因此,為避免人員受到熱輻射傷害,建議在救援過程中將受災人員疏散至距泄漏口62 m以外范圍進行避難。

由圖5(b)可知,LPG槽罐車泄漏后若發(fā)生蒸氣云爆炸事故,爆炸會產(chǎn)生三種不同程度的爆炸沖擊波,其中在距離泄漏爆炸源半徑389 m范圍內(nèi)造成的傷害最為嚴重,公路或隧道及其他建筑物外部出現(xiàn)嚴重損壞;在距離泄漏爆炸源半徑389～549 m范圍內(nèi)對人員產(chǎn)生一定生命威脅;在距離泄漏爆炸源半徑549～856 m范圍內(nèi)會造成建筑物玻璃震碎情況;當區(qū)域范圍大于856 m時,屬于安全區(qū),人員及建筑受到爆炸沖擊波的影響較小。

由圖5(c)所示為LPG槽罐車泄漏造成蒸氣云燃燒事故模擬結(jié)果,在順風方向,288 m內(nèi)LPG濃度可能超過60%LEL,在288～671 m區(qū)域內(nèi)LPG濃度可能超過10%LEL(LEL:Lower Explosive Limited)。ALOHA軟件認為閃火的可燃氣體危害可由LEL達到10%LE邊界,因此LEL、60%LEL、10%LEL分別定義為可燃蒸氣云發(fā)生閃火的死亡濃度、重傷濃度以及輕傷濃度。

圖5(d)為毒氣泄漏事故模擬,LPG槽罐破裂泄漏后發(fā)生瞬時或延遲泄漏時,形成液相堆積同時迅速氣化,受到風速和風向影響擴散到空氣中,在未被點燃的情況下形成有毒氣體。TEEL表示臨時應急暴露限值,數(shù)值反映了人員在有毒化學環(huán)境中的暴露時間為60 min時生命健康受到的影響程度。一般情況下默認為:TEEL-3>TEEL-2>TEEL-1,因此由圖5(d)可知毒氣泄漏后的安全范圍約為416 m。

此外,研究發(fā)現(xiàn)相同介質(zhì)的罐車發(fā)生泄漏產(chǎn)生毒氣擴散事故時,風力越大,毒性氣體的影響程度越小,如圖6和表4所示,隨著風速增大LPG的中毒區(qū)域在明顯縮小,即風速越大對泄漏的危險化學品濃度稀釋作用也越強,因此中毒區(qū)域越小。

表4 不同風速環(huán)境下LPG槽罐車泄漏產(chǎn)生有毒氣體擴散范圍

圖6 不同風速對毒氣擴散范圍的影響

在應急救援過程中除了要預測事故影響范圍,還需要觀測擴散氣體濃度變化情況,如圖7所示,為了分析泄漏事故過程對某一局部地點的氣體濃度變化情況,選取環(huán)境風速為1 m/s情況下,距離泄漏源170 m處位置進行濃度監(jiān)測,得到的該位置處室內(nèi)外有毒氣體濃度變化情況,在5 min內(nèi)室外濃度急劇增大至TEEL-3,即將達到致死濃度點,在22 min時濃度開始降低,此時室內(nèi)的濃度還在緩慢提升,當事故發(fā)生45 min后室外濃度降低至TEEL-1,此時室內(nèi)濃度也趨于平緩。通過有毒氣體濃度變化趨勢可以有針對性地為應急救援提供理論及技術(shù)支撐[8-9]。

圖7 下風向170 m毒氣濃度變化

4 結(jié)論

通過分析道路運輸過程中危險化學品泄漏發(fā)生火災爆炸事故的成因和特點,得到危險化學品道路運輸交通事故的嚴重性,產(chǎn)生的高溫熱輻射和毒氣直接威脅人員健康安全,降低救援概率。利用 ALOHA軟件分別預測不同條件下危險化學品泄漏事故造成的噴射火事故、蒸氣云爆炸、蒸氣云燃燒以及毒氣泄漏事故的傷害程度及影響范圍,模擬研究表明環(huán)境風速與毒氣擴散范圍呈負相關(guān),同時通過模擬軟件可以預測各個監(jiān)測點的危險化學品濃度隨時間變化趨勢,以此作為制定人員應急疏散和救援決策的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐,能夠極大降低事故造成的人員傷亡和經(jīng)濟損失。