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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6232262百分比（%）10.1738.9837.2910.173.39（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12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：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；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。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：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；放空阀卸压后要及时关闭，避免空气混入；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：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。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：必须用惰性气体，置换煤气，再用空气置换惰性气体。动火前必须分析，焊工有权拒绝不符合安全规定的指令。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）事故原因分析管接头选材不符合设计要求，以铸造铁件代替钢件。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。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。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。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对氨系统进行全面检查，更换材质不符合要求的管阀件。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。疏通厂内应设有安全通道。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：AWfQfQTNTWTNT =式中WTNT蒸气云的TNT当量，kg； 地面爆炸系数，取=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； QTNTTNT的爆热，QTNT=41204690kJ/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：=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=2.811000=2810（kg）；水煤气的爆热，以CO 30%、H2 43%计（氢为1427700kJ/kg,一氧化碳为10193 kJ/kg）：取Qf=616970kJ/kg；TNT的爆热，取QTNT=4500kJ/kg。将以上数据代入公式，得1.80.0428106169704500 WTNT = =27739(kg)死亡半径R1=13.6(WTNT/1000) 0.37=13.627.740.37=13.63.42=46.5(m)重伤半径R2，由下列方程式求解： P2=0.137Z2-3+0.119 Z2-2+0.269 Z2-1-0.019 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=WTNTQTNT。将以上数据代入方程式，解得： P2=0.4344 Z2=1.07R2=1.07（2773945001000/101300）1/3=1.07107=115(m)轻伤半径R3，由下列方程式求解：P3=0.137Z3-3+0.119 Z3-2+0.269 Z3-1-0.019 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=1000.6100090%=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(1-0.058 Inr)/(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+2.56 In(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+3.0188 In(tq24/3)解得 q2=18693W/m2。轻伤 可根据下式计算： Pr=-39.83+3.0188 In(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