生产管理知识生产装置重大泄漏事故原因分析及灾害后果模拟计算.docx

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生产管理知识生产装置重大泄漏事故原因分析及灾害后果模拟计算

生产装置重大泄漏事故原因分析及灾害后果模拟计算

1、泄漏事故原因统计分析

根据建国以来化工系统所发生的59起重大及典型泄漏事故的实际情况，从五方面对事故原因进行了分类，见表1。

表1重大及典型泄漏事故原因分类

泄漏

原因

工艺

技术

设备、材料

本身原因

人为

因素

外来

因素

其他

事故次数

6

23

22

6

2

百分比（%）

10.17

38.98

37.29

10.17

3.39

（1）工艺技术

工艺路线设计不合理，操作中关键参数控制要求不严格。

（2）设备、材料本身原因

设备本身缺陷，材料及安装质量未达到标准要求；生产、制造过程中不按照有关规定进行；材料选择不符合标准。

（3）人为因素

违章操作、误操作、缺少必要的安全生产和岗位技能知识；工作责任心不强。

（4）外来因素

外来物体的打击、碰撞。

（5）其他因素

不属于以上四种原因之一。

从以上统计可以看出，泄漏事故的发生主要是因为设备等产品的质量不过关，职工不按操作规程进行操作和安全生产意识不强等主要原因造成的。

针对这些原因，企业应加强产品质量的检查和验收，积极开展安全生产及岗位操作技能教育，真正做到岗前培训，持证上岗。

2、典型事故案例分析

本节通过列举案例，分析类似事故，找出可能造成系统故障、物质损失和人员伤害的危险因素，防患于未然。

【案例一】1000m3气柜爆炸

发生日期：

1979年7月9日

发生单元：

河北省大城化肥厂

经济损失：

14万元

（1）事故经过：

7月9日中午12时许，全厂断电，造气停车。

当时造气工段1号炉正作吹风，2号炉作下吹，气柜存半水煤气400m3。

停车前作最后一次半水煤气分析成分合格。

此时发现1号煤气炉有倒气现象，为防止发生炉口爆炸，于下午2时左右，将气柜出口水封放空阀打开，将气柜内半水煤气放掉，下午4时气柜钟罩已落底。

这时操作工又将1号洗气塔放空阀打开，作进一步系统卸压，各工段均处于停车状态，各工段只留下1～2名工人值班，到下午6时55分气柜突然发生爆炸。

气柜周边撕裂，顶盖升至高空约40m，落至距气柜中心14m远处，将围墙砸塌10m多长。

气柜爆炸的同时，造气工段2号洗气塔顶盖亦被炸坏，打出33m。

没有造成人身伤亡。

（2）原因分析：

①可燃性气体存在：

虽然气柜已放空，气柜钟罩已落底，但钟罩球形顶部尚残存60多M3水煤气，洗气塔及煤气管道中也残存40多M3的半水煤气，在这100M3半水煤气中含有大量的CO与H2可燃性气体；②空气的混入：

由于气柜出口水封放空阀与洗气塔放空阀均已打开，使系统与空气连通，当系统内有压力时，半水煤气自系统排向大气，但自9日中午起就连续下大雨，气温下降很快，容器管道内残存的半水煤气温度也明显下降，致使气柜形成负压，由放空阀将空气吸入气柜，酿成爆炸条件。

③火源引入：

因1号洗气塔排污闸阀密封不严，较长时间的停车使水泄漏较多，水封失去作用，使造气炉与洗气塔、管道、气柜成为连通体，炉体火源引入气柜，引起爆炸。

（3）教训：

①停车时必须由造气工段长负责检查设备（包括各种阀门）、工艺情况；②放空阀卸压后要及时关闭，避免空气混入；③防止停车后气柜煤气倒回、炉口爆炸，可使气柜进口水封加水和洗气塔、洗气箱水保持溢流。

【案例二】违章作业致使1000m3半水煤气柜爆炸

发生日期：

1977年9月29日

发生单位：

陕西省西安氮肥厂

经济损失：

10.4万元

（1）事故经过：

9月29日零点40分左右，值班调度员按照主管生产领导的指示，向造气车间工长下达开2号炉的命令，并明确指出：

“造气开始先放空，待气体合格后方能送入煤气柜”。

但操作工严重不负责任，违章作业。

在开车前根本不作检查就谎报：

“一切正常”。

并通知自动机岗位开车。

在上、下行煤气阀操纵杆处于错误位置时，进入吹风升温，致使大量空气走短路进入气柜，氧含量由1.0%急剧增至9.0%。

在未明情况时又违章作业，从洗气塔底部将不合格气体排空，造成半水煤气倒流，引起洗气塔爆炸和1000m3气柜的连续爆炸事故。

气柜螺旋轨道滑轮和钟罩壁轨道损坏，钟罩全部变形，中心管压断，水泥水封槽局部震漏，洗气塔顶盖炸坏，内部填料震掉。

（2）原因分析：

工作不负责任，忽视安全生产，一再违章作业。

上行煤气阀应开未开，下行煤气阀应关未关，致使空气走短路进入气柜。

而且不查明情况又处理失误。

违章作业，从洗气塔底部放空，造成煤气倒流。

由于煤气中氧含量增高，在倒流时流速高，产生静电，引起洗气塔和气柜先后爆炸。

（3）教训：

操作工应严格执行操作规程，造气炉开车，气体成分不合格不能入气柜，只能先放空。

厂里应加强对职工进行遵章守纪教育。

生产时一定要服从命令听指挥，不能自行其是，提高重视安全生产的自觉性。

职工应加强业务学习提高处理问题的能力。

【案例三】气柜泄漏违章指挥用空气置换并动火引起爆炸

发生日期：

1973年3月6日

发生单位：

四川省雅安地区氮肥厂

经济损失：

11.9万元

（1）事故经过：

气柜使用中，钟罩圆柱部位发现一个砂眼漏气，因此于1973年3月6日下午停车，将钟罩降低，进行补焊。

补焊前，钟罩内的半水煤气用空气进行了置换，但未经化验分析置换情况，有关人员就盲目指挥焊工动火，顿时就发生了剧烈爆炸。

气柜的3根导轨脱落，另5根导轨变形，钟罩顶部凹下，圆壳体全部变形。

钟罩落入水槽，并在下落时，被煤气进口管抵穿。

（2）原因分析：

①不用惰性气体，而用空气置换半水煤气，是违反安全规定的错误做法。

②置换后不经化验分析，就盲目指挥动火，是一起典型的不科学的瞎指挥行为。

（3）教训：

①必须用惰性气体，置换煤气，再用空气置换惰性气体。

②动火前必须分析，焊工有权拒绝不符合安全规定的指令。

③领导必须尊重科学，不能瞎指挥。

【案例四】1992年4月8日，唐山市迁西县津西铁厂对长12米，宽8米，高6米的厂煤气加压风机进行室内维修时，加压站班长未详细了维修情况，就向竖炉送气，致使煤气大量泄漏，造成死亡1人，重度中毒6人，轻度中毒3人的急性一氧化碳中毒事故。

【案例五】浙江慈溪化肥厂氨气中毒

（1）事故概况及经过

1982年1月19日12时40分，浙江省溪化肥厂冷冻岗位，因女工玩耍踩断氨管致3人氨气中毒死亡。

1月19日12时，该厂临时停车期间，合成车间4名女工在清扫完卫生后到冷冻岗位室外晒太阳时，其中1名分析工双脚踩氨油分离器进液管上上下下跳动玩耍，不慎将进液阀门连接管丝扣踩断，致使大量氨从断管处外泄，4人中除1人逃离外，其余3人均中昏倒，经抢救无效而死亡。

（2）事故原因分析

①管接头选材不符合设计要求，以铸造铁件代替钢件。

②原设计该管道离地1.9米，因分离效果不好，经两次修改后，该管距地260毫米，使用砖块作支撑。

1981年12月26日在拆除液氨贮槽危棚时，有人将砖头撤去，致使该管悬空。

③踩断管线的女分析工违反有关规定，在工作时间内踩在生产管道上跳着玩。

④因当时更换合成大槽，冷冻系统的4个阀门（平衡阀、冷却排管进出口阀、液氨贮槽进口阀）全部呈开启状态，致在氨油分离器平衡管根部断裂后，大量液氨从氨油分离器、液氨贮槽和冷却排管内排出，而扩大了事故。

⑤有关人员违反国务院颁布发的有关规定，将位于冷冻岗位室外西侧的安全通道堆放大量电气杂物，把通道堵死，致使2名分析工受阻而中毒死亡。

（3）防止同类事故的措施

①对氨系统进行全面检查，更换材质不符合要求的管阀件。

②对各种管道支架进行检查，没有的均补装铁件或水泥件支架。

③疏通厂内应设有安全通道。

④停车检修期间对贮存有毒、易燃、易爆介质的容器场所周围设置防护栏并悬挂醒目的安全标志。

3、火灾、爆炸伤害模型及伤害—破坏半径的计算

3.1火灾、爆炸伤害模型

易燃危险物质贮存区最大的火灾爆炸风险是燃烧、爆炸，其伤害模型一般有两种：

一种是蒸气云爆炸（VCE）模型；一种是沸腾液体扩展蒸气爆炸（BLEVE）模型。

前者为爆炸型，后者为火灾型。

3.1.1蒸气云爆炸（VCE）模型分析计算

（1）蒸气云爆炸（VCE）模型

当爆炸性气体储存在贮槽内，一旦泄漏，遇到延迟点火则可能发生蒸气云爆炸，如果遇不到火源，则将扩散并消失掉。

用TNT当量法来预测其爆炸严重度。

其原理是这样的：

假定一定百分比的蒸气云参与了爆炸，对形成冲击波有实际贡献，并以TNT当量来表示蒸气云爆炸的威力。

其公式如下：

WTNT=

式中WTNT——蒸气云的TNT当量，kg；

β——地面爆炸系数，取β=1.8；

A——蒸气云的TNT当量系数，取值范围为0.02%～14.9%；

Wf——蒸气云中燃料的总质量：

kg；

Qf——燃料的燃烧热，kJ/kg；

QTNT——TNT的爆热，QTNT=4120～4690kJ/kg。

（2）水煤气储罐蒸气云爆炸（VCE）分析计算

由于合成氨生产装置使用的原料水煤气为一氧化碳与氢气混合物，具有低闪点、低沸点、爆炸极限较宽、点火能量低等特点，一旦泄漏，极具蒸气云爆炸概率。

若水煤气储罐因泄漏遇明火发生蒸气云爆炸（VCE），设其贮量为70%时，则为2.81吨，则其TNT当量计算为：

取地面爆炸系数：

β=1.8；

蒸气云爆炸TNT当量系数，A=4%；

蒸气云爆炸燃烧时燃烧掉的总质量，

Wf=2.81×1000=2810（kg）；

水煤气的爆热，以CO30%、H243%计（氢为1427700kJ/kg,一氧化碳为10193kJ/kg）：

取Qf=616970kJ/kg；

TNT的爆热，取QTNT=4500kJ/kg。

将以上数据代入公式，得

WTNT==27739（kg）

死亡半径R1=13.6（WTNT/1000）0.37

=13.6×27.740.37

=13.6×3.42=46.5（m）

重伤半径R2，由下列方程式求解：

△P2=0.137Z2-3+0.119Z2-2+0.269Z2-1-0.019

Z2=R2/（E/P0）1/3

△P2=△PS/P0

式中：

△PS——引起人员重伤冲击波峰值，取44000Pa；

P0——环境压力（101300Pa）；

E——爆炸总能量（J），E=WTNT×QTNT。

将以上数据代入方程式，解得：

△P2=0.4344

Z2=1.07

R2=1.07×（27739×4500×1000/101300）1/3

=1.07×107=115（m）

轻伤半径R3，由下列方程式求解：

△P3=0.137Z3-3+0.119Z3-2+0.269Z3-1-0.019

Z3=R3/（E/P0）1/3

△P3=△PS/P0

式中：

△PS——引起人员轻伤冲击波峰值，取17000Pa。

将以上数据代入方程式，解得：

△P3=0.168，Z3=1.95

轻伤半径R3=209（m）

3.1.2沸腾液体扩展蒸气爆炸（BLEVE）模型分析计算

（1）沸腾液体扩展蒸气爆炸（BLEVE）模型

液态存贮的易燃液化气体突然瞬间泄漏时，立即遇到火源就会发生剧烈的燃烧，产生巨大的火球，形成强烈的热辐射，此种现象称为沸腾液体扩展蒸气爆炸，简称BLEVE。

沸腾液体扩展蒸气爆炸的主要危险是强烈的热辐射，近场以外的压力效应不重要。

其火球的特征可用国际劳工组织（ILO）建议的蒸气爆炸模型来估算。

火球半径的计算公式为：

R=2.9W1/3

式中R——火球半径，m；

W——火球中消耗的可燃物质量，kg。

对单罐储存，W取罐容量的50%；双罐储存；W取罐容量的70%；多罐储存，取W为罐容量的90%。

（2）液氨储罐沸腾液体扩展蒸气爆炸（BLEVE）模型分析计算

由于生产装置液氨贮罐区的液氨罐为多罐贮存，（共六只贮罐，其中三只50M3，三只100M3）最大库存量为250T。

氨比重约0.6，取100M3罐，则

由W=100×0.6×1000×90%=54000（kg）

代入式中，得到：

火球半径R=2.9（54000）1/3=109（m）

火球持续时间按下式计算:

t=0.45W1/3

式中:

火球持续时间,单位为S.

将数据代入式中,得到:

t=0.45×（54000）1/3=17（s）

目标接收到热辐射通量的计算，按下式计算：

q（r）=q0R2r（1-0.058Inr）/（R2+r2）3/2

式中：

r——目标到火球中心的水平距离，m；

q0——火球表面的辐射通量，W/m2。

对柱形罐取270kW/m2，球形罐取200kW/m2。

R——火球半径，m。

R=109m。

有了热辐射q（r），即可求不同伤害、破坏时的热通量及其半径。

下面求不同伤害时的热通量：

死亡可根据下式计算：

Pr=-36.38+2.56In（tq14/3）

式中：

Pr=5

t——火球持续时间，取t=17s。

解得q1=21985W/m2。

重伤可根据下式计算：

Pr=-43.143+3.0188In（tq24/3）

解得q2=18693W/m2。

轻伤可根据下式计算：

Pr=-39.83+3.0188In（tq34/3）

解得q3=8207W/m2。

通过q1、q2、q3可以求得对应的死亡半径R1、重伤半径R2及轻伤半径R3。

（由于此方程式难以手算解出，故省略）。

（3）小结

通过计算，如果贮存区液氨储罐发生扩展蒸气爆炸，火球半径为109m。

将可能造成其他贮罐的连锁火灾和爆炸，造成灾难性的破坏。

3.2泄漏中毒事故的危害

3.2.1液氨泄漏中毒事故的模拟计算

液氨贮存区最大贮存量为250T，假设有1T泄漏量，对蒸发成蒸气扩散造成的危害进行模拟计算。

（1）液态气体蒸气体积膨胀计算

在标准状态下（0℃，1013Mpa），1摩尔气体占有22.4升体积。

根据液态气体的相对密度，由下式可计算出它们气化后膨胀的体积：

V——膨胀后的体积（升）

V0——液态气体的体积（升）

D0——液态气体的相对密度（水=1）

M——液态气体的的分子量

将液氨有关数据代入上式，由D0=0.597，M=17.03得到

即液态氨若发生泄漏迅速气化，其膨胀体积为原液态体积的785倍。

（2）液态气体扩散半径模拟计算

液态气体泄漏后在高温下迅速气化并扩散，在一定泄漏量范围内，且液态气体比重大于空气，沿地面能扩散到相当远的地方，可模拟为半椭圆形，其短轴与长轴之比将随着扩散半径的增大而减少，可由下式计算：

式中：

V——液态气体膨胀后体积；

ρ——液态气体在空气中的浓度；

κ——椭圆形短轴与长轴之比，即K=h/R。

根据我国《工作场所有害因素职业接触限值》（GBZ2-2002）查得：

液氨在工作场所空气中时间加权平均容许浓度20mg/m3；短时间接触容许浓度30mg/m3，其在空气中体积浓度换算为：

ρ=26.3×10-6和ρ=39.5×10-6。

假设泄漏液氨的量为1000kg，其可能发生中毒事故的浓度区域半径计算如下：

取液氨体积V0=1/0.597=1.68m3

ρ=26.3×10-6K=0.10

计算：

从计算结果可知：

当泄漏1000kg液氨气化成蒸气时可能发生中毒浓度的区域半径为621m，即0.621公里，因此，其扩散时的可能发生中毒浓度的区域面积：

S=π×R2=3.14×0.6212=1.21（平方公里）

3.2.2水煤气泄漏事故的模拟计算

根据我国《工作场所有害因素职业接触限值》（GBZ2-2002）查得：

水煤气（即一氧化碳）时间加权平均容许浓度20mg/m3；短时间接触容许浓度30mg/m3。

经换算，分别为ρ=16×10-6和ρ=24×10-6。

水煤气贮罐总容积5000M3，设若泄漏量为100M3，取ρ=16×10-6，K=0.1则计算如下：

=310（M）

S=π×R2=3.14×310=301754M2