文湖南有色冶金勞動(dòng)保護(hù)研究院 黃莎 何瓊

二硫化碳貯罐區(qū)事故后果定量模擬分析

文湖南有色冶金勞動(dòng)保護(hù)研究院 黃莎 何瓊

二硫化碳為無(wú)色或淡黃色透明液體，有刺激性氣味，易揮發(fā)，閃點(diǎn)-30℃，沸點(diǎn)46.5℃，爆炸極限1.0～60%，極易燃，其蒸氣比空氣重，能在較低處擴(kuò)散到相當(dāng)遠(yuǎn)的地方，遇火源會(huì)著火回燃。由于其閃點(diǎn)低，二硫化碳屬甲類(lèi)危險(xiǎn)性化學(xué)品。二硫化碳在室溫下易揮發(fā)，因此容器內(nèi)可用水封蓋表面，遠(yuǎn)離火種、熱源，庫(kù)溫不宜超過(guò)30℃，保持容器密封。由于腐蝕、制造缺陷、法蘭未緊固等原因，在貯罐區(qū)非作業(yè)狀態(tài)下，二硫化碳可能發(fā)生滲漏，若貯罐區(qū)水封失效，則二硫化碳遇明火燃燒。作業(yè)狀態(tài)下，由于裝卸二硫化碳的膠管破裂、密封墊破損、快速接頭緊固栓松動(dòng)等原因會(huì)造成二硫化碳泄漏。二硫化碳泄漏的主要事故后果是池火災(zāi)、蒸氣云爆炸、沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸。

一、二硫化碳貯罐區(qū)的泄漏后果

二硫化碳在常溫常壓下泄漏，迅速擴(kuò)散到周?chē)鷧^(qū)域形成液池，遇明火會(huì)引起池火災(zāi)，池火災(zāi)的破壞主要是熱輻射。熱輻射作用在容器和設(shè)備上，其內(nèi)部壓力會(huì)迅速升高，引起容器和設(shè)備的破裂。如果熱輻射作用與可燃物，會(huì)引燃可燃物；如果熱輻射作用與人員，會(huì)引起人員燒傷甚至死亡。

蒸氣云爆炸，是指可燃?xì)怏w或蒸氣與空氣的云狀混合物在開(kāi)闊地上空遇到點(diǎn)火源引發(fā)的爆炸。二硫化碳泄漏后，其蒸氣與周?chē)目諝忸A(yù)混，在延遲點(diǎn)火、空間局限化的情況下，遇明火、高熱能就會(huì)引起燃燒爆炸。蒸氣云爆炸發(fā)生后其破壞作用主要包括爆炸沖擊波、爆炸火球熱輻射對(duì)周?chē)藛T的傷害和對(duì)建筑物、儲(chǔ)罐等設(shè)備的破壞。

二硫化碳貯罐區(qū)的沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸，是指儲(chǔ)罐在外部火焰的烘烤下突然破裂，壓力平衡破壞，罐內(nèi)二硫化碳急劇氣化，并隨即被火焰點(diǎn)燃而產(chǎn)生的爆炸。沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸發(fā)生后，主要危害是爆炸產(chǎn)生的火球熱輻射。

二、事故后果定量模擬分析計(jì)算公式

（一）泄漏

由于設(shè)備損壞或操作失誤引起泄漏從而大量釋放易燃、易爆、有毒有害物質(zhì)，將會(huì)導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸、中毒等重大事故發(fā)生。因此，后果分析由泄漏開(kāi)始。

液體泄漏速度可用液體力學(xué)的柏努利方程計(jì)算。連續(xù)液體泄漏速度計(jì)算公式可參見(jiàn)《石化裝置定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指南》第8.1.3節(jié)。

（二）池火災(zāi)危害后果的計(jì)算模型

池火計(jì)算模型可參見(jiàn)《石化裝置定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指南》第8.7節(jié)。

（三）蒸氣云爆炸事故后果計(jì)算模型

蒸氣云爆炸可采用TNT當(dāng)量法進(jìn)行計(jì)算，即把蒸氣云爆炸的破壞作用轉(zhuǎn)化成TNT爆炸的破壞作用，從而把蒸氣云的量轉(zhuǎn)化成TNT當(dāng)量。TNT當(dāng)量法關(guān)鍵模型可參見(jiàn)《石化裝置定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指南》第8.9節(jié)。

爆炸中心與給定超壓間的距離可根據(jù)超壓－沖量準(zhǔn)則進(jìn)行計(jì)算，并結(jié)合概率模型可得出死亡半徑、重傷半徑、輕傷半徑等。計(jì)算公式可參見(jiàn)《安全評(píng)價(jià)師》（國(guó)家職業(yè)資格一級(jí)）第122頁(yè)，沖擊波毀傷準(zhǔn)則。

（四）沸騰液體擴(kuò)展蒸氣云爆炸火球（BLEVE火球）計(jì)算模型

沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸的主要危害是火球產(chǎn)生的強(qiáng)烈熱輻射傷害，因而采用瞬態(tài)火災(zāi)作用下的熱強(qiáng)度和目標(biāo)接受的熱通量確定人員的傷亡和財(cái)產(chǎn)損失的區(qū)域。采用國(guó)際勞工組織建議的沸騰液體擴(kuò)展為蒸氣云爆炸熱輻射模型進(jìn)行計(jì)算，可參見(jiàn)《化工企業(yè)定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)導(dǎo)則》（AQ/T 3046-2013）第 E.4.2 條。

三、事故后果定量計(jì)算實(shí)例

貯罐區(qū)情況：某廠設(shè)有二硫化碳庫(kù)區(qū)，庫(kù)區(qū)內(nèi)設(shè)二硫化碳貯存罐（Ф2400×5800）6臺(tái)，二硫化碳回流罐（Ф2400×5800）2臺(tái)，二硫化碳?jí)毫瞎蓿ě?200×1800）2臺(tái)，二硫化碳應(yīng)急處置罐（Ф2400×5800）1臺(tái)，貯罐區(qū)防火堤30m×8m。罐區(qū)儲(chǔ)罐布置示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 二硫化碳貯罐布置示意圖

假設(shè)罐區(qū)水封失效，其中一個(gè)二硫化碳貯罐泄漏進(jìn)行事故后果模擬。

（一）池火災(zāi)事故后果模擬計(jì)算結(jié)果

1、二硫化碳液體的泄漏量

設(shè)罐區(qū)內(nèi)其中一個(gè)儲(chǔ)罐發(fā)生破裂，泄漏量為儲(chǔ)罐的最大儲(chǔ)量，按儲(chǔ)存系數(shù)85%計(jì)算，則二硫化碳液體的泄漏質(zhì)量為：

m=28087kg

二硫化碳罐區(qū)防火堤30m×8m，由液池面積可計(jì)算液池半徑如下：

2、池火災(zāi)事故后果計(jì)算

（1）二硫化碳的燃燒速率

查安全評(píng)價(jià)指南得二硫化碳的mf值為0.059 kg/（m2.s）。

（2）液體燃燒時(shí)間

（3）火焰高度

L=23.2m

（4）總熱輻射通量

（5）目標(biāo)接受到的熱輻射通量

由上式和熱輻射的不同入射通量所造成的損失表，可以計(jì)算出導(dǎo)致人員不同程度傷害的目標(biāo)點(diǎn)到液池中心的距離，見(jiàn)下表：

表1 不同熱輻射強(qiáng)度所造成的損害

由上式和熱輻射的不同入射通量所造成的損失表，可以計(jì)算出導(dǎo)致人員不同程度傷害的目標(biāo)點(diǎn)到液池中心的距離，見(jiàn)下表：

（二）蒸氣云爆炸（VCE）事故后果計(jì)算

二硫化碳的泄漏量由前面的計(jì)算可知，由于二硫化碳揮發(fā)，設(shè)有3%的二硫化碳蒸氣混入空氣中參與了蒸氣云爆炸，根據(jù)計(jì)算公式可得：

Wf=28087×0.03=841.61kg

根據(jù)計(jì)算公式得表2：

表2 二硫化碳蒸氣云爆炸（VCE）模型模擬結(jié)果

由上表可知，本例中發(fā)生二硫化碳蒸氣云爆炸后，救災(zāi)人員離蒸氣云中心的最小工作安全距離為36.4m。其影響范圍示

意圖見(jiàn)圖2。

圖2 二硫化碳貯罐蒸氣云爆炸事故后果模擬圖

（三）沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVE）的定量計(jì)算

根據(jù)公式計(jì)算得出不同傷害、破壞時(shí)的熱通量及傷害半徑，如表3。

表3 沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸模擬結(jié)果

四、建議罐區(qū)采取的安全對(duì)策措施

1、二硫化碳貯罐區(qū)與周邊生產(chǎn)裝置的安全距離應(yīng)符合國(guó)家相關(guān)規(guī)范的要求。

2、二硫化碳儲(chǔ)罐內(nèi)外應(yīng)設(shè)置水浴設(shè)施。

3、二硫化碳儲(chǔ)罐應(yīng)采取符合國(guó)家規(guī)范要求的防火堤。

4、二硫化碳罐區(qū)應(yīng)設(shè)置可燃?xì)怏w濃度檢測(cè)報(bào)警裝置。

5、二硫化碳裝卸應(yīng)采取靜電接地措施，嚴(yán)格控制液體輸送的流速，防止靜電的產(chǎn)生。

6、二硫化碳罐區(qū)爆炸危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的金屬設(shè)備，金屬基礎(chǔ)，金屬管道，電纜橋架，穿線鋼管，鋼結(jié)構(gòu)等采取防靜電接地，管道與法蘭之間應(yīng)采用20×3的紫銅片進(jìn)行跨接接地。貯罐因其壁厚大于4mm，采取罐體兩點(diǎn)接地進(jìn)行防雷保護(hù)。

7、二硫化碳屬于重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化學(xué)品，若罐區(qū)構(gòu)成重大危險(xiǎn)源，應(yīng)按要求設(shè)置自動(dòng)監(jiān)控設(shè)施。

五、結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)二硫化碳貯罐區(qū)的泄漏、池火災(zāi)、蒸氣云爆炸和沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸四種危險(xiǎn)特性進(jìn)行了定量模擬分析和計(jì)算，將二硫化碳貯罐區(qū)主要事故的發(fā)生條件、特點(diǎn)及危害，分別給出了定量模擬分析這幾種事故的嚴(yán)重程度及傷害范圍的數(shù)學(xué)模型及計(jì)算方法，同時(shí)進(jìn)行了實(shí)例模擬，并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，提出安全對(duì)策措施建議，對(duì)貯罐區(qū)危險(xiǎn)性分析、貯罐區(qū)的安全管理及事故預(yù)防均有一定的指導(dǎo)意義。□