环氧乙烷泄漏事故模拟分析

环氧乙烷泄漏事故模拟分析

环氧乙烷（eo）是环氧乙烷行业中的一种重要的有机化工产品，被广泛使用。主要用于生产乙二醇,还可生产乙醇胺类、醚类、非离子表面活性剂、防冻剂、增塑剂、添加剂、香料、高能燃料、推进剂等。至今我国已经引进十余套环氧乙烷生产装置,年生产能力100多万吨,2005年-2010年我国环氧乙烷/乙二醇装置新建、扩建后,年生产能力可达300多万吨,因此分析环氧乙烷存储的危险性有重要意义。环氧乙烷具有易燃易爆、有毒有害的特性,存储过程中储罐发生泄漏,容易引发中毒、闪火、蒸气云爆炸、池火和BELEVE火球事故。文中以某厂环氧乙烷生产车间为例,采用ALOHA软件模拟对环氧乙烷储罐泄漏引起的5种事故后果进行模拟,定量得出事故的危害影响范围,定量计算结果可为应急救援提供依据。1空气中环氧乙烷的特性环氧乙烷在室温下是一种无色,带有醚味的气体。常压下,沸点为10.7℃,闪点-17.8℃,燃点429℃。环氧乙烷易燃,是第2.1类易燃气体,环氧乙烷蒸气能与空气形成广阔的爆炸性混合物,空气中的爆炸极限为3～100%,遇热源和明火有燃烧爆炸的危险。如遇高温可发生剧烈分解,引起容器破裂或爆炸事故,接触碱金属、氢氧化物活高活性催化剂可大量放热,可能引起爆炸。其蒸气比空气重,能在较低处扩散到相当远的地方,遇明火会被引着回燃。环氧乙烷是一种中枢神经抑制剂、刺激剂和原浆毒物。吸入环氧乙烷能引起麻醉中毒、剧烈的头痛、眩晕、呼吸困难、心脏活动障碍等。接触液体环氧乙烷会被灼伤,尤其是40%～80%的EO水溶液,较其他浓度能较快的引起严重的灼伤。美国职业防护与保健局(0SHA)1984年规定:工作环境中,8h的平均允许浓度为1ppm。2环氧乙烷储罐泄漏可能会发生火灾事件常压下,环氧乙烷的沸点为10.7℃,闪点为-17.8℃,取环境温度为25℃进行分析。由于环境温度高于环氧乙烷沸点,因而环氧乙烷泄漏后急速汽化,遇到火源后易燃受压的环氧乙烷会紧跟着产生BELEVE火球;若泄漏汽化后被延迟点燃,可能发生闪火或蒸气云爆炸;若扩散过程中未遇火源而形成气团,由于环氧乙烷的毒性会引发人员中毒事故;环氧乙烷(1)大量泄漏后液态成分遇火燃烧而形成池火灾。用事件树分析表示环氧乙烷储罐发生泄漏可能引发的事故后果如图1所示。本文应用ALOHA模拟软件对其事故后果进行模拟定量计算。3计算机突发事件管理本文采用ALOHA软件对环氧乙烷泄漏事故的影响进行分析。ALOHA(ArealLocationsofHazardousAtmospheres)是由美国EPA化学制品突发事件和预备办公室(CEPPO),国家海洋和大气管理响应和恢复办公室(NOAA)共同开发的程序,是计算机辅助突发事件操作管理(CAMEO)套装中的一部分。ALOHA包括了一个近1000种常用化学品的数据库。这个数据库的信息包括化学品类型、意外事故位置(市区或者郊区)、天气情况(温度,风速和风向),还有意外事故变量(存储物料,泄漏孔尺寸,存储压力)等。ALOHA采用的数学模型有:高斯模型、DEGADIS重气扩散模型、蒸气云爆炸、BELEVE火球等成熟的计算模型。4环氧乙烷储罐针对某厂环氧乙烷生产车间的环氧乙烷储罐,应用ALOHA软件对其泄漏后可能产生的事故进行计算机模拟,罐区为水泥地面,假设环氧乙烷储罐与输料管接口(距储罐底部0.3米)处发生破裂而造成连续性泄漏,泄漏孔的当量直径取为1～10cm,可能形成中毒、闪火或蒸气云爆炸、池火灾事故;储罐受撞击破裂大量泄漏时可能发生BELEVE火球事故。由于环氧乙烷分子量大于空气平均分子量,扩散计算中采用重气扩散模型。其他模拟计算的基础数据(取9月份的气象条件)如表1所示:4.1急采用预防因子环氧乙烷为有毒物质,储罐发生泄漏后,蒸发扩散形成毒气云团,对厂区内工作人员构成威胁。应用ALOHA软件对此事故进行模拟计算,以AIHI美国工业卫生协会制定的美国应急行动计划指南(ERPG)中给出的ERPG-2、ERPG-3标准浓度值确定影响区域。ERPG的毒气影响表示,毒气浓度在ERPG-2值和ERPG-3值之间会严重影响人员身体健康,主要是对某些器官的伤害;毒气浓度在ERPG-3值以上会造成严重的、持久的威胁生命的影响。查得环氧乙烷ERPG-2值为50ppm,ERPG-3值为500ppm。泄漏孔当量直径分别取为1～10cm,其毒性影响距离见表2。毒性影响范围示意图以泄漏孔当量直径为5cm的泄漏后果为例,如图2。表中危害距离表示泄漏源下风向距离。4.2生的工作过程闪火是可燃性气体或蒸汽泄漏到空气中,与之混合后被点燃而发生的一种非爆炸性的燃烧过程。蒸气云爆炸是可燃性气体混合物经过一段延滞时间后,可燃蒸气云被点燃发生火灾,由于存在某些特殊原因和条件,火焰传播被加速,产生危险的冲击波超压。4.2.1接火焰接触危害的面积闪火的主要危害来自直接接触火焰和热辐射,可燃物云团的大小决定了可能造成直接火焰接触危害的面积。根据云团中环氧乙烷浓度水平划分可燃区域,浓度水平分别为爆炸下限LEL、60%LEL、10%LEL,运用ALOHA模拟软件计算出形成闪火的危害距离结果见表3,图3为泄漏孔径为10cm时形成的闪火示意图。4.2.2超压强度及事故后果分析蒸气云爆炸的主要危害来自冲击波超压,模拟计算中用造成建筑物毁灭、人员重伤和玻璃破碎三种后果程度的超压强度,即0.055MPa、0.024MPa和0.007MPa来划分蒸气云爆炸危害距离,由ALOHA模拟计算的事故后果见表4。图4为泄漏孔径为5cm时形成的蒸气云爆炸事故影响范围示意图。4.3不同池火强度环氧乙烷泄漏后的液态成分遇火形成池火灾,池火灾的主要危害是热辐射,泄漏孔径大小不同,形成池火强度不同。通常暴露时间60秒,造成死亡、二度烧伤、造成疼痛的热辐射强度分别为10kW/m2、5kW/m2、2kW/m2,计算中以这三个热辐射强度划分影响范围。ALOHA软件运算得池火热辐射危害距离见表5,图5为泄漏孔径为5cm时形成的池火热辐射危害范围示意图。4.4环氧乙烷的汽化性质由于罐体腐蚀失效或罐体受外界撞击破裂等原因而导致环氧乙烷瞬时大量泄漏汽化,遇火源产生BELEVE火球,其主要危害也是热辐射,会造成一定的人身伤害和建筑物破坏。划分影响范围的三个热辐射强度与池火灾热辐射影响分析中相同,即10、5和2。已知环氧乙烷比热为1.97×103J/kg,汽化潜热5.9×105J/kg,储存温度为-4℃,环境温度为25℃,罐内外温差为29℃。根据下式(1)可算得环氧乙烷的汽化系数F为0.1。式中F——蒸发系数L——环氧乙烷的汽化潜热,J/kg。设环氧乙烷储罐受强烈撞击,瞬时泄漏量占存储总量的60%、80%和100%,相应泄漏汽化后形成火球的物料量为环氧乙烷储存总量的6%、8%、10%。运用ALOHA软件模拟BELEVE火球热辐射危害距离如表6所示,图6为瞬时泄漏汽化为10%时形成BELEVE火球的热辐射危害范围示意图。5讨论5.1应急疏散计算结果可以看出,毒性影响范围明显大于其他事故的危害范围,因此在人员的应急疏散中应以毒性影响范围作为依据进行疏散。计算中以ERPG-2、ERPG-3浓度划分危害范围,相应地,在应急疏散中环氧乙烷浓度高于500ppm的区域应为禁区,该区域内禁止人员存留;浓度在50ppm和500ppm之间的区域应设为出入管制区,禁止人员在该区域随意流动,尽量避免人员在该区域逗留,必要时要配有相应的安全防护和保障措施。5.2蒸气云爆炸和池火灾a.闪火由于环氧乙烷的爆炸极限范围很宽(3%～100%体积浓度),因此环氧乙烷储罐泄漏扩散后,能达到LEL值的浓度区域相对较大。模拟计算中给出LEL、60%LEL和10%LEL的浓度区域,作为确定应急警戒区域的依据,该数据是开放空间的计算结果,会稍大于实际值。b.蒸气云爆炸环氧乙烷储罐泄漏扩散,浓度达到爆炸极限且具有一定的紊流条件后,遇到火源很可能引起蒸气云爆炸。蒸气云爆炸的主要危害是爆炸超压,爆炸超压对人员造成伤害甚至引起死亡,对建筑物的破坏性也很大。可根据计算得到的可能破坏区域,对危害区域内的重要设施进行防护,避免次生事件的发生。c.BELEVE火球由于罐体腐蚀失效、受外界撞击破裂等原因而导致环氧乙烷瞬时泄漏汽化,遇火源可能产生BELEVE火球,随之产生的强烈热辐射会造成一定的人身伤害和建筑物破坏。如果罐体受到外界加热,罐内温度升高使罐内环氧乙烷汽化,内部压力升高会造成沸腾液体扩展蒸气爆炸(BELEVE),其产生的冲击波和罐体碎片会对人员安全造成很大的威胁。因此在实际工作中要加强管理,减少事故发生条件。d.池火灾环氧乙烷储罐泄漏后的液态部分遇火源可能发生池火灾。减少池火灾危害的重要措施是在罐区设防火堤,能有效避免火焰的蔓延和人员的靠近。5.3黄粱环氧乙烷储罐区培育方法及安全管理制度结果可以看出,环氧乙烷储罐一旦发