乙烯储罐的事故后果分析

1、PAGE PAGE 15 乙烯储罐的事故后果分析目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc171236862 乙烯储罐的事故后果分析 PAGEREF _Toc171236862 h 1 HYPERLINK l _Toc171236863 一、乙烯储罐可能发生的主要事故分析 PAGEREF _Toc171236863 h 2 HYPERLINK l _Toc171236864 1、 乙烯的危害性质 PAGEREF _Toc171236864 h 2 HYPERLINK l _Toc171236865 2、乙烯储罐可能发生的主要事故 PAGEREF _Toc171236

2、865 h 3 HYPERLINK l _Toc171236866 二、乙烯储罐发生中毒事故的后果分析 PAGEREF _Toc171236866 h 4 HYPERLINK l _Toc171236867 1）有毒液化气体容器破裂时的毒害区预测 PAGEREF _Toc171236867 h 4 HYPERLINK l _Toc171236868 2） 乙烯储罐破裂时的毒害区计算 PAGEREF _Toc171236868 h 4 HYPERLINK l _Toc171236869 3)泄漏原因分析 PAGEREF _Toc171236869 h 5 HYPERLINK l _Toc1712

3、36870 三、乙烯储罐发生蒸气云爆炸事故后果分析 PAGEREF _Toc171236870 h 6 HYPERLINK l _Toc171236871 1、蒸气云爆炸的事故模型 PAGEREF _Toc171236871 h 6 HYPERLINK l _Toc171236872 2、蒸气云爆炸的TNT当量 PAGEREF _Toc171236872 h 7 HYPERLINK l _Toc171236873 3 蒸气云爆炸的人员伤亡及财产损失距离 PAGEREF _Toc171236873 h 8 HYPERLINK l _Toc171236874 4乙烯蒸气云爆炸后果定量计算 PAGE

4、REF _Toc171236874 h 8 HYPERLINK l _Toc171236875 5爆炸危险度 PAGEREF _Toc171236875 h 9 HYPERLINK l _Toc171236876 四、沸腾液体扩展蒸气爆炸爆炸的事故后果分析 PAGEREF _Toc171236876 h 10 HYPERLINK l _Toc171236877 1沸腾液体扩展蒸气爆炸的事故模型 PAGEREF _Toc171236877 h 10 HYPERLINK l _Toc171236878 2、乙烯储罐发生沸腾液体扩展蒸气爆炸的后果计算 PAGEREF _Toc171236878 h

5、11 HYPERLINK l _Toc171236879 五、乙烯储罐事故后果分析 PAGEREF _Toc171236879 h 12 HYPERLINK l _Toc171236880 六、典型事故案例 PAGEREF _Toc171236880 h 12 HYPERLINK l _Toc171236881 七、结论和建议 PAGEREF _Toc171236881 h 13 HYPERLINK l _Toc171236882 1、 结论 PAGEREF _Toc171236882 h 13 HYPERLINK l _Toc171236883 2、 建议 PAGEREF _Toc17123

6、6883 h 13 摘要： 乙烯具有毒性和易燃易爆性，如果泄漏至空气中，可能产生中毒或爆炸事故。本文以一个300M3乙烯球罐为例，对其事故后果进行分析。其事故后果主要体现在三个方面：即中毒、VCE和BLEVE爆炸。本文在假定条件下对这三个方面进行了定定性和定量分析，并提出建议和对策。关键词：事故； 后果分析； 乙烯； 爆炸； 蒸气云爆炸(VCE)；沸腾液体扩展蒸气爆炸(BLEVE) 预防措施一、乙烯储罐可能发生的主要事故分析1、 乙烯的危害性质1)毒性：乙烯属低性毒物，麻醉作用较强,但对呼吸影响较小主要经呼吸道吸入,经肺泡扩散,小部分溶解于血液中。吸收后乙烯的绝大部分以原形通过肺迅速随呼气排出

7、,如停止麻醉2min后,即在血液内消失。只有在极高浓度（80%90%）时，乙烯在血液内消失后，还能在组织中存留数小时。故乙烯麻醉迅速，苏醒亦快。2)易燃易爆性：乙烯属于易燃易爆物质，标准状况下气体密度:1.2604kg/m3, 液体的比重:0.5699g/cm3（-103.9/4),冰点:-169.2,沸点:-103.7。易燃,临界温度：9.9，临界压力：5.137 MPa，爆炸极限:2.7%36%(体积)。 2、乙烯储罐可能发生的主要事故1）中毒事故 如果乙烯储罐在机械作用(撞击、打击)、化学作用(腐蚀)、压力作用下发生破坏，或者操作人员不正确的操作的情况下，会导致乙烯泄漏，并与空气混合形成

8、有毒气体云团，此气团具有毒性和易燃易爆的性质，如果扩散区域有工作人员，会使区域内人员中毒。2）蒸气云爆炸如果泄漏出来的乙烯所形成的混合气体中氯乙烯的浓度在爆炸极限范围内，并遇到延迟点火的情况下就会导致蒸气云爆炸的发生。蒸气云爆炸发生后的破坏作用有爆炸冲击波和爆炸火球辐射热对周围人员、建筑物、储罐、设备的伤害和破坏作用，但以冲击波的危害为主。3）沸腾液体扩展蒸气爆炸事故 如果乙烯储罐在外部火焰的烘烤下突然破裂，使储罐内氯乙烯的压力平衡被破坏，造成氯乙烯急剧汽化，并随即被火焰点燃时发生沸腾液体扩展蒸气爆炸。沸腾液体扩展蒸气爆炸的主要危害是火球热辐射，同时爆炸产生的碎片和冲击波超压也有一定程度的危害

9、。乙烯储罐爆炸时，壳体可以破裂为很多大小不一的碎片向四周飞散抛掷，击伤人员，损坏或穿透邻近的建筑物、设备和管道。二、乙烯储罐发生中毒事故的后果分析1）有毒液化气体容器破裂时的毒害区预测毒性液化气体在容器破裂时会泄漏出大量的气体，在没有遇到火源时会造成大面积的毒害区域。在容器破裂时，罐内压力降至标准状态下沸点t。，则其蒸发量 W”为 式中， 蒸发的气体质量，kg；w液化气体质量，kg；c液体平均比热，kJ( )；容器破裂前气体温度， ；to物质标准沸点， ；q液体的汽化热，kJ 。蒸发后产生的蒸气体积vg(m3)为Vg= (224WM)(273+t)273 若已知有毒物质的危险浓度，则可求出其在

10、险浓度下的有毒空气体积为假设这些毒气空气以半球型向地面扩散，可以 求出该有毒气体的扩散半径R(m)为2） 乙烯储罐破裂时的毒害区计算 在某化工厂的合成工段有两300 m3的乙烯单体中间储罐，每个储罐约存乙烯120 t。乙烯的沸点=-103.7，储罐为常温储存，取t=37，平均比热容C=1.233 kJ( )，平均汽化热q=479.79kJkg 。当一个乙烯储罐破裂时，其蒸发量为 =479.79 =43389.76kg蒸发后产生的蒸气体积Vg为Vg=(224WM)(273+t)273=( 22443389.7628)(2731037)273= 21526.4立方米 乙烯属低性毒物，人吸入含37.

11、5%乙烯的空气,15min可引起明显记忆障碍;含50%乙烯的空气,使含氧量降至10%,引起人意识丧失。若吸入75%90%乙烯与氧的混合气体，可引起麻醉，但无明显的兴奋期，并迅速苏醒。吸入上述混合气体25%45%可引起痛觉消失，意识不受影响。 乙烯可以引起人意识丧失的有毒空气体积=21526.4=57403.8立方米 假设这些有毒空气以半球形地面扩散，则该有毒气体的扩散半径R(m)为：= 27.05 米乙烯可以引起人麻醉的有毒空气体积 =21526.4=28701.87立方米假设这些有毒空气以半球形地面扩散，则该有毒气体的扩散半径R(m)为：= = 21.47 米 表1 乙烯储罐破裂时毒害区的预

12、测结果容量（t）乙烯浓度（%）毒害半径（m）事故后果12037.527.05意识丧失1207521.47麻醉3)泄漏原因分析1、管线腐蚀穿孔管线腐蚀穿孔是石油液化气罐区发生泄漏最常见、最危险的情况之一，最常见是因为钢制管线外表都有保温层，这些保温材料通常是多孔易吸水的，保温层中的水份与钢管的长期电化学作用，出现锈蚀。另外液化石油气通常含有少量的硫和水，钢管内部也易腐蚀，常期的腐蚀使管壁减薄最终不能承受压力而出现穿孔。管线穿孔因其时间和空间上的不确定性，给罐区的安全生产带来危险。2、法兰、垫片液化石油气生产装置工艺连接，有许多是采用法兰连接。由于施工的不规范在一些液化石油气生产装置上使用了平面法

13、兰，平面法兰由于其结构上的缺陷容易产生泄漏。需要特别指出的是，石油液化气储罐的第一道进出口法兰应使用凹凸面法兰。连接法兰的螺栓应采用高强度螺栓。法兰连接所采用的垫片通常是石棉橡胶板垫片或金属缠绕垫片。石棉橡胶板垫片回弹力较差，在高温、低温、高压等恶劣工况下容易老化，导致物料泄漏。金属缠绕垫有较好的回弹性和耐热性，强度高。是液化石油气工艺装置法兰连接较为理想的垫片。使用时要特别注意尺寸、选型和安装质量，否则将金属缠绕丝压断就容易产生泄漏。3、阀门阀门是液化石油气工艺装置中最重要的控制部件。由于阀门频繁的开启、关闭使阀门的密封填料磨损、老化，产生泄漏。液化石油气中带有的杂质会卡在阀门的密封面上，造

14、成阀门损坏。液化石油气中的游离水会沉降在储罐的底部，在冬季，如未及时脱水，就会冻坏阀门。4、容器液化石油气通常储存在球形压力容器（俗称球罐）中。球罐长期工作在高压、温差变化、和带有腐蚀性的工作介质中。工作环境十分恶劣。三、乙烯储罐发生蒸气云爆炸事故后果分析1、蒸气云爆炸的事故模型可燃液化气体泄漏后汽化并与空气形成混合气体云，可燃混合气体遇火源突然燃烧，并在受限空间或无限空间转变为混合气体爆炸，即蒸气云爆炸。蒸气云爆炸的主要破坏是爆炸冲击波和爆炸火球辐射热，但以冲击波危害为主。因而按超压冲量准则确定人员伤亡区域及财产损失区域。冲击波对人员的死亡半径及财产损失采用INT当量法，按照相同能量的TNI

15、(三硝基甲苯)爆炸所产生的超压来确定。实验数据分别如表2和表3所示，虽然存在一定的误差，但在稍远的距离上，相同能量的乙烯爆炸与INI爆炸所产生的超压还是相近似的。表2 1 000kg的炸药在空气中爆炸所产生的冲击波超压距离(m)超压(MPa)距离(m)超压(MPa)530250.81621300.59717350.44813400.3499.7450.28107.8500.24125.1550.21143.4600.184162.4650.164181.74700.146201.29750.132 表3 冲击波超压对建筑物和人员的破坏与伤害情况 超压(MPa)破坏与伤害情况0.05-0.06门

16、窗玻璃部分破碎0.06-0.10受压面的门窗玻璃大部分破碎0.15-0.20窗框损坏0.20-0.30墙裂缝，人员轻伤0.40-0.50墙大裂缝，屋瓦掉下，人员中等伤0.60-0.70木建筑厂房房柱折断，房架松动，人 员重伤或死亡0.70-1.00砖墙倒塌，人员重伤或死亡1.00-2.00防震钢筋混凝土破坏，小房屋倒塌， 人员大部分死亡2.00-3.00大型钢筋结构破坏，绝大部分人员死亡2、蒸气云爆炸的TNT当量 通常以TNT当量法来预测蒸气云爆炸的严重程度。蒸气云的TNT当量WTNT计算式如下 =1.8 a / 式中WTNT蒸气云的TNT当量， kg a蒸气云的TNT当量系数， 取4% Wf

17、蒸气云爆炸中燃烧的总质量， kg QF乙烯的燃烧热， QTNTTNT的爆热， 取平均爆破能量值计算出蒸气云爆炸的TNT当量后，可以用TNT当量法来估算其破坏的严重度。3 蒸气云爆炸的人员伤亡及财产损失距离1)蒸气云爆炸死亡半径R 的计算方法为：R1=13.62)蒸气云爆炸重伤、轻伤以及财产损失半径的的计算方法：实验数据表明，不同数量的同类炸药发生爆炸时，如果离爆炸中心的距离R之比与炸药量Q 3次方根之比相等，则所产生的冲击波超压相同，用公式表示如下： RR0=，则P=式中， R 目标与爆炸中心距离，m；R0 目标与基准爆炸中心距离，m；Q0基准爆炸能量，TNI当量， ； 曝炸时产生冲击波所消耗

18、的能量，TNT当量，kg；P 目标处的超压，MPa； 基准目标处的超压，MPa。由表3取造成人员重伤、轻伤以及财产损失的超压P值，又由表2取超压为P处的R0(即当1 000 I 的曝炸时，在与基准中心距离为R0处的超压为P)。再由式：RR0= 可求得损失半径。4乙烯蒸气云爆炸后果定量计算1)乙烯蒸气云爆炸的TNT当量：假设一120 t乙烯储罐泄漏，有20的气体参加蒸气云爆炸，其质量为 24000 kg乙烯的燃烧热为Q=47144.8 。代入=1.8 a / 得乙烯储罐20的气体泄漏后发生蒸气云爆炸的TNT当量为18023.50kg 2)20泄漏量的蒸气云爆炸死亡半径R 为R1=13.6=9.6

19、5 米3)10泄漏量的蒸气云爆炸重伤半径R，：由表3取造成人员重伤的P2=06lO5Pa，又由表2得R0=30m处的超压为06 Pa。由式 = =30 =78.66米4)20泄漏量的蒸气云爆炸财产损失半径R ：由于罐区周围建筑多是钢筋混凝土构造，因此，取钢筋混凝土破坏时的冲击波超压值。由表3得P3=10 Pa 又由表2取R0=23 m。由 = =23=60.30米5)同理，假设120 t的乙烯储罐泄漏后，有50的气体参加蒸气云爆炸。其计算结果列于表4。表4 乙烯蒸气云爆炸人员伤亡及财产损失半径120t储罐泄漏 百分比%死亡半径 m重伤半径 m 财产损失 半径 m钢筋混凝土破坏2039.65 7

20、8.6660.305055.65 106.75 81.84 5爆炸危险度 D=（L上-L下）/L下 式中D爆炸危险度； L上物质致爆浓度上限； L下物质致爆浓度下限。D =（L上-L下）/L下 =（362.7）2.7=12.33四、沸腾液体扩展蒸气爆炸爆炸的事故后果分析1沸腾液体扩展蒸气爆炸的事故模型可燃液化气体储罐由于过热，容器内压力增大，容器爆炸，内容物质释放并被点燃，发生沸腾液体扩展爆炸。沸腾液体扩展蒸气爆炸的危害有辐射、冲击波和碎片等，但主要危害是火球产生的强烈热辐射伤害，因而采用火灾作用下的热剂量准则确定人员伤亡和财产损失的区域。 火球当量半径R和持续时间t 采用ILO（国际劳工组织

21、)提出的模拟进行计算。1)沸腾液体扩展蒸气爆炸形成的火球半径用下式计算：R =29 2)火球的持续时间：T= 045 式中，w=一火球中消耗的可燃物质的质量。 死亡、重伤和轻伤热通置 在热辐射作用下，目标可能受到伤害，不同的热通量对人和财产的伤害程度不同。下面用在火灾持续时间内辐射伤害概率来表示人体所受的伤害：死亡热通量q，：Pr=一3723+256 重伤热通量q2：Pr=一4314+3019 式中，Pr伤害概率单位；T一人体暴露于热辐射的时间，S。伤害几率与伤害百分数的关系为：D= 式中，D死亡百分数，当Pr=5时，D为50。死亡、重伤半径热辐射的死亡、重伤半径可用目标接受的热通量公式来计算

22、出来。当目标到火球中心的距离大于火球半径时，根据所求得的伤害、破坏热通量，由下式得到各种伤害、破坏半径.式中，qn火球表面辐射通量，取270 kWm2r 目标到火球中心的距离，m；q，死亡、重伤、轻伤热通量，kWm2；R火球的最大半径，m2、乙烯储罐发生沸腾液体扩展蒸气爆炸的后果计算假设一个储罐发生沸腾液体扩展蒸气爆炸事故模拟，则氯乙烯质量取120 t来计算。1)火球当量半径R 和持续时间t：将W=120 000 kg代入式R =29 和、T= 045 得：球半径R=143.04m火球持续时间=22.19S2)死亡、重伤和轻伤热通量：取伤害百分比为50(即在此辐射强度下50的人员死亡或、重伤)

23、，伤害概率为=5。将火球持续时间22.19S代入式 Pr=一3723+256 和 Pr=一4314+3019 得乙烯储罐的死亡热通量=23.092 重伤热通量=5.3333)死亡和重伤半径：根据以上算出的死亡、重伤热通量q 和火球半径R，代入式计算得120 t乙烯储罐发生沸腾液体扩展蒸气爆炸的死亡半径，=155米重伤半径为=203米表5 氯乙烯发生沸腾液体扩展蒸气爆炸事故模拟结果储罐 容量 (t)火球半径(m)持续时间(s)死亡半径(m)重伤半径(m)120143.0422.19155203五、乙烯储罐事故后果分析1)容量为120 t的乙烯储罐破裂时，以储罐所在位置为中心，半径为27.05米的

24、圆形区域内的人员如果没有及时疏散或采取防护措施，将会失去意识；半径为21.47 米的圆形区域内的人员如果没有及时疏散或采取防护措施，将会被麻醉，该有毒空气云还会继续随风飘向下风方向位置，对厂内外更大范围的人员安全造成影响。2)当120 t乙烯储罐20(50)泄漏后发生蒸气云爆炸时，离火球中心半径在60.30米(81.84米)圆形区域内的钢筋混凝土结构建筑物和设备遭到破坏；离火球中心半径在39.65米 (55.65米) 78.66米(106.75米)圆环区域内的人员大部分受重伤；离火球中心半径39.65m(55.65m)的圆形区域以内的人员大部分可能死亡。3)当一个120 t乙烯储罐发生沸腾液体

25、扩展蒸气爆炸时，离火球中心半径在155 米到203 米的圆环区域内的人员大部分受重伤；离火球中心半径155米形区域以内的人员大部分可能死亡。六、典型事故案例 1997年6月27日，位于北京市通县的北京东方化工厂发生特大乙烯罐区起火爆炸事故，并造成严重经济损失。21：05分左右，卸车人员闻到泄漏气体异味。 21：10左右，一台可燃气体检测仪报警。21：15左右，1名操作工和1名调度员赴现场查漏。21：26左右，泄漏的油气与空气形成的爆炸气体遇明火发生空间爆炸，卸油泵房、油水分离泵站被引爆，几乎所有的地沟井盖炸翻，罐区油品和可燃气体的泄漏部位多处着火，并造成破坏。爆炸的冲击波或外飞来物，将乙烯球罐

26、的保温层及部分管线破坏或摧毁，乙烯外泄，乙烯罐区附近燃起大火。接着，着火处附近的其它管线相继被烧烤破裂，致使大量乙烯泄漏，火势更猛。在乙烯球罐“受害烧烤”发生高温塑性破裂的同时，罐内压力迅速下降21：40，乙烯球罐塌倒又推倒相邻球罐，并打坏乙烯进出口管线和管网油气管线，造成更大范围的火灾和破坏燃烧区域6万多m3，大火烧毁储罐17个，储料19257吨，卸油泵房被炸毁，1000 m3乙烯球罐爆炸起火，造成死亡8人，伤37人，直接经济损失1亿多人民币。七、结论和建议1、 结论以上通过对乙烯储罐事故后果模拟与分析，可得以下结论：1)氯乙烯储罐区可能发生的重大事故种类有：中毒、油池火灾、喷射火灾、沸腾液体扩展蒸气爆炸和未封闭蒸气