王萬通

1 引言

石油化學(xué)工業(yè)是化學(xué)工業(yè)中最重要的組成之一，通常簡(jiǎn)稱石油化工。石油化工發(fā)展迅速，產(chǎn)業(yè)鏈較長(zhǎng)，工藝路線復(fù)雜，是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中有著不可替代的作用。石油化工行業(yè)的生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸每個(gè)環(huán)節(jié)均存在大量危險(xiǎn)化學(xué)品。由于國(guó)家能源戰(zhàn)略、能源安全需要，我國(guó)的石化行業(yè)迅猛發(fā)展，企業(yè)數(shù)量越來越多，上下游產(chǎn)業(yè)聯(lián)系越來越緊密，火災(zāi)安全風(fēng)險(xiǎn)與日俱增。有關(guān)危險(xiǎn)化學(xué)品的各類事故也頻頻發(fā)生，僅 2015 年，就發(fā)生了福建漳州“4.6”騰龍芳烴石化生產(chǎn)裝置及內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐區(qū)爆燃事故、山東日照“7.16”液化烴全壓力儲(chǔ)罐爆燃事故等石化火災(zāi)事故，造成了極其慘痛的損失和較大的社會(huì)影響[1]。

石油化工事故具有突發(fā)性、連鎖性，極易引起爆炸、燃燒、毒害等復(fù)雜災(zāi)情，其處置需要專業(yè)的措施。然而，目前石油化工事故處置隊(duì)伍對(duì)危險(xiǎn)化學(xué)品物質(zhì)的泄漏處置，仍具有一定的不足之處，本文借助?；沸孤┠M軟件ALOHA（有害大氣空中定位軟件，Areal Locations of Hazardous Atmospheres）， 對(duì) 于 石油化 工危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏事故進(jìn)行模擬，根據(jù)對(duì)比分析，進(jìn)一步對(duì)事故處置輔助決策。ALOHA可用來模擬危險(xiǎn)化學(xué)品在空間的擴(kuò)散過程，進(jìn)而計(jì)算氣體濃度和確定事故影響范圍，它包括一個(gè)近1000種常用化學(xué)品的數(shù)據(jù)庫(kù)，是用于對(duì)化學(xué)事故后果的計(jì)算機(jī)輔助決策模擬程序。ALOHA綜合考慮了事故發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)、氣象狀況和泄漏源等對(duì)事故后果的影響。經(jīng)過多年的發(fā)展，ALOHA 軟件已廣泛應(yīng)用于應(yīng)急救援、預(yù)案編制以及學(xué)術(shù)研究上。

2 石化企業(yè)常見?；愤x取

石油化工行業(yè)包括石油煉制和石油化工兩大類。石油煉制主要以石油（或稱原油）為原料，經(jīng)加工生產(chǎn)各種石油燃料（如汽油、煤油、柴油、煉廠氣），潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑脂，蠟、瀝青和石油焦，溶劑等。石油化工主要以石油煉制過程產(chǎn)生的各種石油餾分和煉廠氣以及油田氣、天然氣等為原料，生產(chǎn)以乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯、PX、PTA 為代表的基本化工原料?；瘜W(xué)合成是通過對(duì)基本化工原料進(jìn)行合成與加工，生產(chǎn)化學(xué)合成材料如合成塑料、合成纖維、合成橡膠、合成氨-尿素、合成洗滌劑、溶劑、涂料、農(nóng)藥、染料、醫(yī)藥等。

石化企業(yè)在石油煉制及化工生產(chǎn)中，存在著數(shù)以百計(jì)的不同種類的化學(xué)物質(zhì)，這些物質(zhì)常溫常壓下大部分為液態(tài)，發(fā)生泄漏事故的形式各不相同。石油化工行業(yè)發(fā)生事故時(shí)最難以處置的情況是易燃且有毒物質(zhì)的泄漏燃燒或爆炸，石油煉制過程中的中間產(chǎn)品苯、石油化工中的甲醇以及石化產(chǎn)業(yè)鏈的下游用途廣泛的丙烯醛，這3種物質(zhì)均既有毒害性，又具有火災(zāi)危險(xiǎn)性，其蒸發(fā)氣與空氣混合具有爆炸危險(xiǎn)性。其中，苯在工業(yè)上最重要的用途是做化工原料。大約10%的苯用于制造苯系中間體的基本原料。而甲醇是基本有機(jī)原料之一，用于制造氯甲烷、甲胺和硫酸二甲酯等多種有機(jī)產(chǎn)品。丙烯醛則是橡膠、塑料、香料、人造樹脂等合成工業(yè)中重要的化合物，是一種重要的化工中間體。3種物質(zhì)具體理化性質(zhì)參數(shù)見表1。

近年來，曾發(fā)生多起泄漏事故與這3種物質(zhì)相關(guān)，如上世紀(jì)90年代三門峽制藥廠的丙烯醛泄漏事故，造成15人眼睛和呼吸道不同程度中毒；2000年2月，天津市某郊區(qū)一私營(yíng)香料廠發(fā)生一起急性丙烯醛和甲硫醇混合氣體4人中毒事故；2005年上海某公司苯儲(chǔ)罐發(fā)生爆炸，現(xiàn)場(chǎng)2名工人被燒傷，相距約20m的辦公大樓窗玻璃被震碎，部分施救人員出現(xiàn)了頭痛、惡心等癥狀；2014年8月，山東東營(yíng)某化工廠反應(yīng)釜出現(xiàn)丙烯醛噴濺泄漏，3名工人在車間暴露時(shí)間約2min，造成嚴(yán)重中毒癥狀，附近村民100余人出現(xiàn)不同程度中毒表現(xiàn)；2016年8月14日，內(nèi)蒙古錫林郭勒盟多倫縣大唐多倫煤化工甲醇罐發(fā)生爆燃，事故造成2死1傷。上述這些事故案例，都是由于這三種危險(xiǎn)化學(xué)品的泄漏和爆炸造成的嚴(yán)重后果，若事故發(fā)生時(shí)，或制作相應(yīng)事故預(yù)案時(shí)，應(yīng)用有害大氣空中定位軟件ALOHA模擬，既可以得知毒害性范圍，又可計(jì)算其爆炸傷害范圍，從而進(jìn)一步為事故的應(yīng)急處置提供決策依據(jù)。

3 場(chǎng)景及參數(shù)設(shè)定

3.1 事故場(chǎng)景設(shè)定

事故場(chǎng)景設(shè)置為石油化工和化學(xué)工業(yè)企業(yè)常見固定頂儲(chǔ)罐儲(chǔ)存的原料物質(zhì)泄漏，設(shè)定泄漏儲(chǔ)罐儲(chǔ)量為500m3，儲(chǔ)存狀態(tài)為滿罐，泄漏位置為防火堤外法蘭盲板泄漏，泄漏孔直徑長(zhǎng)度3cm。為便于數(shù)據(jù)比較，設(shè)置相同的泄漏形態(tài)，且泄漏周邊環(huán)境為無遮擋物的空曠環(huán)境。

3.2 參數(shù)輸入

ALAOHA模擬軟件需要輸入確定的事故地理位置信息，由于目前我國(guó)沿海地區(qū)石油化工企業(yè)密集，事故概率較高，因此本文設(shè)定事故地位于某沿海城市，環(huán)境風(fēng)向?yàn)闁|風(fēng)，日期時(shí)間設(shè)置為事故頻發(fā)的夏季某日中午，見表2。

表1 3種危化品理化性質(zhì)

表2 參數(shù)輸入

表3 ERPGs值

4 爆炸傷害范圍及毒害傷害范圍對(duì)比分析

ALOHA對(duì)于危險(xiǎn)區(qū)域的劃分，是根據(jù)危險(xiǎn)閾值來進(jìn)行的。對(duì)于毒性氣體擴(kuò)散，其主要危害是毒性氣體對(duì)人體的致毒作用[2]。

本文確定毒性影響區(qū)域選用的是美國(guó)工業(yè)衛(wèi)生協(xié)會(huì)針對(duì)毒性化學(xué)物質(zhì)制定的應(yīng)急響應(yīng)規(guī)劃指導(dǎo)濃度ERPGs值（見表3）。根據(jù)毒性物質(zhì)的允許暴露程度可分為3種：ERPG-1是人員暴露于有毒氣體環(huán)境約1h，除了短暫的不良健康效應(yīng)或不良?xì)馕吨?，不?huì)有其他不良影響的最大容許濃度；ERPG-2是人員暴露于有毒氣體環(huán)境中約1h，不會(huì)對(duì)身體造成不可恢復(fù)的傷害的最大容許濃度；ERPG-3是人員暴露于有毒氣體環(huán)境中約1h，而不致對(duì)生命造成威脅的最大容許濃度[3]。

而對(duì)于液體揮發(fā)出的可燃?xì)怏w的擴(kuò)散，其主要危害則是與空氣混合達(dá)到爆炸下限之后，發(fā)生爆炸從而致人傷亡，因此，對(duì)于燃爆性的監(jiān)控，主要是采集泄漏現(xiàn)場(chǎng)爆炸極限下限LEL10%、20%、60%的濃度，從而采取相應(yīng)警戒及安全防護(hù)措施。

在確定3種危險(xiǎn)化學(xué)品的場(chǎng)景數(shù)據(jù)和危害閾值后，輸入場(chǎng)景及參數(shù)，分別進(jìn)行模擬，查看其爆炸極限范圍和毒害傷害范圍。

4.1 毒害傷害范圍對(duì)比

危險(xiǎn)區(qū)域范圍對(duì)比，如圖1。

圖1 苯-甲醇-丙烯醛泄漏的毒害范圍

根據(jù)ALOHA模擬結(jié)果報(bào)告文本，得到各個(gè)閾值的范圍分別為表4所示。

表4 閾值范圍

由圖1可以看出，丙烯醛的毒害范圍與苯和甲醇的泄漏毒害范圍不在同一個(gè)數(shù)量級(jí)，其毒害波及范圍極廣，泄漏點(diǎn)下風(fēng)方向 3000m范圍內(nèi)，若有人員長(zhǎng)期吸入有毒氣體，則會(huì)造成生命危險(xiǎn)；10km范圍內(nèi)的人員會(huì)受到不良健康效應(yīng)。苯和甲醇泄漏時(shí)下風(fēng)方向收到影響的最遠(yuǎn)范圍是353m和261m；人員收到較重影響的范圍為66m和23m。

因此判斷，苯和甲醇泄漏的毒害危險(xiǎn)范圍限于企業(yè)廠區(qū)內(nèi)，廠區(qū)內(nèi)的防毒措施應(yīng)加強(qiáng)；丙烯醛作為高度類物質(zhì)，其泄漏毒害范圍在方圓幾公里內(nèi)，不僅企業(yè)廠區(qū)內(nèi)部要采取相應(yīng)措施，毗鄰單位和居民應(yīng)及時(shí)疏散防護(hù)。

4.2 爆炸極限范圍對(duì)比

爆炸極限區(qū)域范圍對(duì)比（由于甲醇泄漏的爆炸極限范圍較小，ALOHA 軟件無法在繪圖區(qū)域顯示）如圖2所示。

根據(jù)ALOHA模擬結(jié)果報(bào)告文本，得到各個(gè)百分比爆炸極限閾值的范圍見表5。

表5 不同百分比爆炸極限閾值范圍

由圖2和表5可以得知，三種物質(zhì)的爆炸極限范圍都在100m范圍之內(nèi)，甲醇各百分比的爆炸極限范圍沒有繪出，苯和丙烯醛只在圖中繪出了10%LEL（爆炸下限10%范圍，黑色曲線），20%LEL（應(yīng)為橙色曲線）及60%LEL（應(yīng)為紅色曲線）沒有在圖中顯示，因此表明，3種?；返谋ㄍ{范圍相對(duì)其毒害范圍是比較小的。事故處置中，禁絕下風(fēng)方向100m范圍之內(nèi)的火源，即可有效防控泄漏物質(zhì)的爆炸起火事故。

圖2 苯-丙烯醛泄漏的爆炸極限范圍

5 處置環(huán)節(jié)輔助決策

對(duì)于石油化工事故處置來說，整個(gè)處置過程分為：初期管控、偵察研判、警戒隔離、安全防護(hù)、人員救助、排除險(xiǎn)情、信息管理、全面洗消及清場(chǎng)撤離9項(xiàng)內(nèi)容，而ALOHA模擬結(jié)果可以為事故處置的偵察研判、警戒隔離、安全防護(hù)3個(gè)環(huán)節(jié)提供依據(jù)。

5.1 偵察研判

偵察研判是制定科學(xué)合理的滅火救援方案的基礎(chǔ)，也是減少救援人員傷亡的根本保證。通過ALOHA模擬數(shù)據(jù)的初步分析，可以相對(duì)準(zhǔn)確地掌握現(xiàn)場(chǎng)氣體濃度分布情況，再進(jìn)一步通過儀器檢測(cè)，就可以精確地掌握事故現(xiàn)場(chǎng)危險(xiǎn)區(qū)域，而并非盲目檢測(cè)，沒有目標(biāo)。

在偵察過程中，根據(jù)模擬結(jié)果，可從上風(fēng)方向接近泄漏點(diǎn)，監(jiān)測(cè)泄漏情況，研判災(zāi)情擴(kuò)大的可能，預(yù)判下一步的處置措施。若在偵察過程中，發(fā)現(xiàn)氣象情況（風(fēng)向、風(fēng)速、溫度等）、泄漏形態(tài)（泄漏口大小、泄漏量等）發(fā)生急劇變化，則改變ALOHA數(shù)據(jù)參數(shù)，進(jìn)行實(shí)時(shí)模擬，根據(jù)結(jié)果變化，及時(shí)有效應(yīng)對(duì)。

5.2 警戒隔離

爆炸和毒害范圍，是進(jìn)行事故處置之前，現(xiàn)場(chǎng)警戒范圍確定的依據(jù)。取正對(duì)（Off Centerline:0 meters）下風(fēng)方向100m 處（Downwind:100 meters） 作 為監(jiān)測(cè)點(diǎn)，從ALOHA模擬中獲取1h內(nèi)的濃度數(shù)據(jù)（ppm），得到圖3，圖中紅色折線表示室外危化品濃度（Outdoor Concentration）；虛線表示室內(nèi)?；窛舛龋↖ndoor Concentration）。

由圖3可以看出，3種?；沸孤┲螅?0min之內(nèi)，苯蒸發(fā)氣體的室外濃度可達(dá)500ppm，室外甲醇?xì)怏w濃度達(dá)到900ppm，丙烯醛的氣體濃度則達(dá)到1400ppm。然而3種揮發(fā)氣體濃度都沒有達(dá)到爆炸下限（LEL）的10%。與此同時(shí)，室內(nèi)的氣體濃度隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷增大，苯達(dá)100ppm（介于ERPG-1到ERPG-2濃度之間），甲醇達(dá)300ppm（介于ERPG-1到ERPG-2濃度之間），丙烯醛達(dá)500ppm（遠(yuǎn)超ERPG-3濃度）。自救人員則應(yīng)及時(shí)撤離危險(xiǎn)區(qū)域，朝側(cè)風(fēng)方向撤離，不能在室內(nèi)滯留或緊關(guān)門窗，等待救援。

對(duì)于處置人員到場(chǎng)后實(shí)施緊急隔離的區(qū)域范圍的考慮，應(yīng)首先依據(jù)物質(zhì)的毒性影響范圍，從表3的數(shù)據(jù)結(jié)果可知，在下風(fēng)方向苯泄漏的警戒隔離范圍為353m處，甲醇的警戒隔離范圍為261m處，而丙烯醛泄漏，則需要疏散下風(fēng)方向至少10km范圍內(nèi)的所有人員。在實(shí)際處置石化企業(yè)?；沸孤┦鹿蕰r(shí)，應(yīng)避免第一到場(chǎng)力量布置的疏散和警戒范圍過小，而造成警戒線的多次外推，給救援和事故處置工作帶來負(fù)面影響[4]。

圖3 泄漏點(diǎn)下風(fēng)方向100m濃度變化

表6 不同等級(jí)防護(hù)裝備

5.3 安全防護(hù)

對(duì)于事故處置隊(duì)伍來說，應(yīng)樹立“安全第一”的理念，在事故前、事故中、事故后，應(yīng)根據(jù)毒害及爆炸范圍，做好相應(yīng)安全防護(hù)，毒害范圍及爆炸極限范圍是著不同等級(jí)防護(hù)服裝的依據(jù)。事故現(xiàn)場(chǎng)的安全防護(hù)分為3級(jí)，見表6。

事故處置前，在沒有確定泄漏物質(zhì)的情況下，應(yīng)做最高等級(jí)最嚴(yán)密的安全防護(hù)。在對(duì)事故具體情況偵察掌握清楚之后，可根據(jù)物質(zhì)濃度調(diào)整相應(yīng)防護(hù)等級(jí)。

事故處置中，若進(jìn)行關(guān)閥斷料、堵漏等工藝處置，處置人員必須近距離操作，防護(hù)的要求必須按照表6的一級(jí)防護(hù)執(zhí)行。由于泄漏物質(zhì)既具有毒性危害，又具有爆炸危險(xiǎn)性，因此呼吸防護(hù)及防靜電措施都要嚴(yán)格到位，不可忽略。

對(duì)于3種泄漏物質(zhì)，從下風(fēng)方向接近危險(xiǎn)源時(shí)，必須穿著相應(yīng)防護(hù)裝備，其距離范圍為距泄漏點(diǎn)197m 、87m、7500m（ERPG-2濃度，對(duì)人員造成不可恢復(fù)影響）；特別要加強(qiáng)靜電和消除火花防護(hù)的范圍為，距泄漏點(diǎn)39m、19m、39m（爆炸極限20%LEL，現(xiàn)場(chǎng)警戒值）。若從其他方向接近泄漏源，則可根據(jù)ALOHA相應(yīng)模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷。

事故處置完畢后，在清理現(xiàn)場(chǎng)的過程中，仍要利用現(xiàn)場(chǎng)的濃度測(cè)量?jī)x器進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行不斷監(jiān)護(hù)，不能因泄漏源處置成功而麻痹大意，忽略防護(hù)的重要性，因?yàn)槭鹿尸F(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜性和隨機(jī)性是無法預(yù)測(cè)的，極有可能會(huì)出現(xiàn)局部低洼處氣體在大氣中無法擴(kuò)散，而在事故處置完畢清理現(xiàn)場(chǎng)時(shí)發(fā)生爆炸或使人員中毒可能。

6 結(jié)論

本文針對(duì)石油化工企業(yè)3種?；沸孤┦鹿剩肁LOHA模擬軟件對(duì)事故場(chǎng)景進(jìn)行模擬，得到了?；沸孤U(kuò)散的毒性影響范圍和燃爆影響范圍，劃分了事故應(yīng)急處置的警戒范圍，提出了安全防護(hù)措施，提出了不同情境的應(yīng)對(duì)策略。ALOHA可以直觀顯示危險(xiǎn)化學(xué)品擴(kuò)散危險(xiǎn)區(qū)域，能夠給消防部隊(duì)化學(xué)事故搶險(xiǎn)救援以科學(xué)的輔助決策支持，同時(shí)提供必要的災(zāi)害信息參考。然而，利用ALOHA模擬還有一定的局限之處，例如對(duì)于危化品儲(chǔ)罐區(qū)，在防火堤內(nèi)發(fā)生的泄漏，由于有防火堤阻隔，ALOHA內(nèi)部的擴(kuò)散模型則無法計(jì)算。另外，與地理信息系統(tǒng)（GIS）相結(jié)合的大數(shù)據(jù)計(jì)算，是石油化工?；沸孤┦鹿侍幹幂o助決策的下一步發(fā)展方向。