韋洪龍，吳昊

（1.青島康安?；ぐ踩稍冇邢薰?，266000；2.青島科技大學(xué)化工學(xué)院，266042：山東 青島）

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，土地利用率提高，化工企業(yè)開(kāi)始進(jìn)入化學(xué)工業(yè)園區(qū)進(jìn)行統(tǒng)一管理。園區(qū)內(nèi)?；髽I(yè)多，危險(xiǎn)化學(xué)品種類(lèi)多、數(shù)量大，且各企業(yè)重大危險(xiǎn)源存在距離較近的情況，一旦某企業(yè)發(fā)生火災(zāi)爆炸事故，特別容易引發(fā)多米諾效應(yīng)，造成周邊企業(yè)甚至整個(gè)園區(qū)發(fā)生災(zāi)難性的事故。特別是江蘇響水“3·21”事故等特別重大化工安全生產(chǎn)事故的頻發(fā)，給化工園區(qū)的整體安全敲響了警鐘[1]。

安委辦〔2012〕37 號(hào)提出，園區(qū)內(nèi)的企業(yè)要有整體安全意識(shí)，防范系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)，避免發(fā)生“多米諾”效應(yīng)，進(jìn)而波及到周?chē)钠髽I(yè)[2]。當(dāng)一個(gè)企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)了異常狀況或者存在很大安全風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)候，應(yīng)該及時(shí)向園區(qū)的安全生產(chǎn)管理部門(mén)或管理委員會(huì)匯報(bào)，并通知周邊企業(yè)，采取相應(yīng)的預(yù)防措施。

應(yīng)急〔2019〕78 號(hào)中要求，化工園區(qū)安全生產(chǎn)管理機(jī)構(gòu)應(yīng)該至少每5 年對(duì)整個(gè)化工園區(qū)進(jìn)行1次安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，根據(jù)評(píng)估結(jié)果提出相應(yīng)的措施，以消除、減少和控制安全風(fēng)險(xiǎn)[3]。在對(duì)園區(qū)進(jìn)行整體安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí)，應(yīng)與國(guó)家相關(guān)的法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求相結(jié)合，同時(shí)也應(yīng)對(duì)園區(qū)進(jìn)行多米諾效應(yīng)的分析，在此基礎(chǔ)上提出相應(yīng)的安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防對(duì)策，以減少地區(qū)的安全風(fēng)險(xiǎn)，規(guī)避多米諾效應(yīng)。

綜上所述，對(duì)化工園區(qū)多米諾效應(yīng)的分析十分必要。通過(guò)分析不僅可以知道化工園區(qū)的整體性安全風(fēng)險(xiǎn)，還可通過(guò)對(duì)周邊企業(yè)的影響，提前做好應(yīng)急預(yù)案和防范措施，防止事故的擴(kuò)大[4-5]。

QRA（Quantitative Risk Analysis，定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估）是一種重要的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)，它能夠準(zhǔn)確地識(shí)別出易燃易爆、有毒物質(zhì)泄漏所帶來(lái)的火災(zāi)、爆炸以及中毒等嚴(yán)重的安全隱患，并且已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于各種行業(yè)，獲得了普遍的認(rèn)可[6]。

1 QRA分析方法

QRA 通過(guò)定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，為企業(yè)進(jìn)行抗爆設(shè)計(jì)、安全間距的選取、火災(zāi)爆炸影響范圍確定、風(fēng)險(xiǎn)管理和應(yīng)急預(yù)案的制定等提供決策和依據(jù)。

QRA的程序如圖1所示。

圖1 QRA程序Fig 1 Procedure of QRA

2 多米諾效應(yīng)

多米諾效應(yīng)（Domino Effect），重大危險(xiǎn)源因其所蘊(yùn)含的巨大能量，往往會(huì)產(chǎn)生極大的危害，同時(shí)，一個(gè)企業(yè)或工業(yè)園區(qū)往往由多個(gè)危險(xiǎn)源構(gòu)成，其中1個(gè)危險(xiǎn)源的爆炸將會(huì)引發(fā)其他危險(xiǎn)源的爆炸，進(jìn)而引發(fā)更大的災(zāi)害，這就是“多米諾”效應(yīng)。

2.1 多米諾效應(yīng)機(jī)理

從有關(guān)的研究數(shù)據(jù)和過(guò)去的工業(yè)事故來(lái)看，重大危險(xiǎn)源的多米諾效應(yīng)主要是由火災(zāi)、爆炸沖擊波以及爆炸產(chǎn)生的碎片碰撞引起的。有研究表明，毒氣泄漏也會(huì)引起多米諾效應(yīng)，這種多米諾事故是工人中毒后影響工廠的緊急響應(yīng)，或者是由于操作失誤而間接導(dǎo)致的[7-8]。事故的多米諾效應(yīng)機(jī)理見(jiàn)圖2。

圖2 事故的多米諾效應(yīng)機(jī)理Fig 2 The domino effect mechanism of the accident

各種初級(jí)事故引發(fā)多米諾效應(yīng)的破壞方式及預(yù)期二級(jí)事故的場(chǎng)景列表見(jiàn)表1。

表1 各種初級(jí)場(chǎng)景的“破壞方式”和預(yù)期二級(jí)場(chǎng)景Tab 1"Modes of destruction"and expected secondary scenarios for various primary scenarios

2.2 破壞閾值

要評(píng)估多米諾效應(yīng)的影響，必須先確定被測(cè)裝置在何種條件下發(fā)生損壞。為了便于分析，通常采用與失效影響有關(guān)的物理參量的門(mén)限來(lái)判斷是否發(fā)生多米諾事故。表2所示為火災(zāi)、爆炸沖擊波和毒性誘發(fā)多米諾效應(yīng)的傷害閾值[9]。

表2 各類(lèi)初級(jí)事故場(chǎng)景下的多米諾效應(yīng)閾值Tab 2 Domino effect thresholds for each type of primary accident scenario

2.3 場(chǎng)景風(fēng)險(xiǎn)分析

開(kāi)展多米諾效應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)分析，涉及到的信息很多，包括評(píng)估區(qū)域的布局，風(fēng)險(xiǎn)源（危害裝備）的位置與相對(duì)距離，可能引發(fā)的初始事故的類(lèi)型，各種初始事故的綜合特性（預(yù)期發(fā)生概率和后果分析），以及可能擴(kuò)大影響范圍的地點(diǎn)（臨近的裝備）等。所需要的數(shù)據(jù)可以通過(guò)傳統(tǒng)的QRA方法來(lái)獲得。

多米諾效應(yīng)定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)流程如圖3所示。

圖3 多米諾效應(yīng)定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)流程Fig 3 Domino effect quantitative risk evaluation process

在評(píng)價(jià)流程中，初始事故的場(chǎng)景選擇至關(guān)重要，這些場(chǎng)景包含火災(zāi)（池火災(zāi)、噴射火）、爆炸沖擊波、爆炸碎片、毒性氣體泄漏等[10-11]。

2.3.1 火 災(zāi)

火災(zāi)是一種易燃物在空氣中發(fā)生強(qiáng)烈的氧化反應(yīng)，并釋放出巨大的熱量?；馂?zāi)引起多米諾事故的途徑主要有2種：第1種是目標(biāo)設(shè)備被火源包裹或與火源接觸，第2種是目標(biāo)設(shè)備由于火災(zāi)的熱輻射導(dǎo)致失效而引發(fā)多米諾效應(yīng)。

以往的研究大多在考慮工藝裝置時(shí)只考慮強(qiáng)度而忽略了暴露時(shí)間。如果工藝設(shè)備受到穩(wěn)定的熱輻射強(qiáng)度，受到熱輻射的材料溫度將升高，直到達(dá)到穩(wěn)定的溫度。為了確定允許的熱輻射強(qiáng)度，通常采用一些標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)是從避免在較高溫度下材料結(jié)構(gòu)特性發(fā)生不可接受的影響中得出的。

在熱輻射超過(guò)37.5 kW/m2時(shí)，持續(xù)時(shí)間超過(guò)10 min的池火和噴射火可能會(huì)造成結(jié)構(gòu)損壞、裸露的壓力設(shè)備（容積大于1 m3，概率高于50%）和常壓設(shè)備（概率高于85%）的失效。

1）池火災(zāi)。池火災(zāi)是指易燃液體泄露，在形成池水后，遇著火源被點(diǎn)燃，而引發(fā)的一種火災(zāi)。池火災(zāi)引起的多米諾事故有2 種情形：1 種是目標(biāo)設(shè)備完全或部分暴露在火焰內(nèi)；另1種是火焰并沒(méi)有與目標(biāo)裝置直接接觸，而是以熱輻射的形式作用于裝置。其中，第1種情況在池火災(zāi)引發(fā)多米諾事故中占有較大比重。

2）噴射火。含有可燃性氣體或閃蒸液體的壓力容器或管路一旦泄露被引燃，就會(huì)引起噴射火。噴射火為湍流火焰，具有較大的射流動(dòng)能，能夠沿泄漏方向形成較遠(yuǎn)的射流火焰。因?yàn)槠漕l繁出現(xiàn)且傷害半徑大，噴射火也極易引起多米諾事故。與池火災(zāi)相似，噴射火也可能因其直接受熱或受熱輻射而導(dǎo)致火勢(shì)上升。相關(guān)研究顯示，即使是在有水噴淋、有隔熱層的條件下，噴出的火焰與容器壁面相接觸，產(chǎn)生的“熱點(diǎn)”，也會(huì)引起沸騰的BLEVE，或者發(fā)生容器的物理爆炸。

2.3.2 爆炸沖擊波

在大多數(shù)情況下，強(qiáng)烈的沖擊波都會(huì)給周邊的建筑、設(shè)備等帶來(lái)巨大的破壞，同時(shí)也會(huì)造成大量的生命損失。因此，一旦發(fā)生爆炸，其產(chǎn)生的沖擊波極有可能波及到附近的其他危險(xiǎn)源，從而引發(fā)多米諾事故。爆炸沖擊波引發(fā)的多米諾效應(yīng)，除了與沖擊波的強(qiáng)度相關(guān)外，還受到?jīng)_擊波反射、阻力效應(yīng)、與目標(biāo)裝置的相對(duì)距離、目標(biāo)裝置的力學(xué)性質(zhì)等多種因素的影響，因此是一種極為復(fù)雜的情況。

對(duì)于沖擊波引發(fā)多米諾效應(yīng)在工業(yè)中最常見(jiàn)的初級(jí)事故場(chǎng)景包括凝聚相爆炸、VCE、物理爆炸和BLEVE 等。基于最嚴(yán)重后果的考慮，在計(jì)算時(shí)往往選取發(fā)生VCE的初始后果。

在爆炸超壓值超過(guò)70 kPa 時(shí)，VCE 可能引起受影響的壓力的、細(xì)長(zhǎng)的和小型的設(shè)備（概率高于80%）及常壓設(shè)備（概率高于95%）的災(zāi)難性破裂。

2.3.3 爆炸碎片

當(dāng)裝置發(fā)生物理爆炸或者BLEVE 時(shí)，產(chǎn)生的沖擊波，會(huì)對(duì)裝置造成破壞，導(dǎo)致產(chǎn)生大量的裝置碎片飛出。這些碎片不僅速度快，而且因其性質(zhì)的原因，其飛行距離也非常遠(yuǎn)，穿透力很強(qiáng)，極易波及到遠(yuǎn)處的建筑物和裝置，引發(fā)“多米諾”事故。

爆炸碎片對(duì)設(shè)備的影響復(fù)雜，研究也相對(duì)困難，計(jì)算復(fù)雜且準(zhǔn)確性差。產(chǎn)生碎片的場(chǎng)景僅考慮儲(chǔ)存溫度低于沸點(diǎn)的物料，如低溫液化烴、液氨等，這些物料儲(chǔ)罐經(jīng)過(guò)火災(zāi)火焰一段時(shí)間的烘烤，設(shè)備因許用應(yīng)力下降而發(fā)生劇烈爆炸，該爆炸可形成很大的火球，并且爆炸容器殘骸飛離很遠(yuǎn)，一旦撞擊到設(shè)備，則會(huì)造成多米諾效應(yīng)。

2.3.4 毒氣泄漏

毒氣泄漏也會(huì)引發(fā)多米諾效應(yīng)，這種多米諾事故主要是人員中毒之后，會(huì)影響到應(yīng)急或者出現(xiàn)錯(cuò)誤操作而間接造成的。毒性的多米諾效應(yīng)區(qū)按照99%致死率作為計(jì)算閾值。

3 基于QRA的多米諾效應(yīng)應(yīng)用

以某市某一化工園區(qū)為例，基于QRA 最嚴(yán)重后果分析方法，用QRA 定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估軟件完成相關(guān)計(jì)算。

通過(guò)對(duì)園區(qū)內(nèi)30 多家企業(yè)涉及易燃易爆、有毒的化學(xué)品發(fā)生VCE 爆炸、池火、噴射火、毒氣泄漏、碎片等初始事故場(chǎng)景進(jìn)行計(jì)算，得到其初始事故的影響范圍，最終確定其中16 家企業(yè)發(fā)生初始事故可能引發(fā)多米諾效應(yīng)。各化工企業(yè)多米諾效應(yīng)相互影響范圍如圖4。

圖4 多米諾效應(yīng)影響范圍Fig 4 Scope of the domino effect

化工園區(qū)各化工企業(yè)爆炸超壓（70 kPa）和熱輻射（37.5 kW/m2）、BLEVE爆炸碎片、毒性氣體和液體多米諾效應(yīng)影響范圍分別見(jiàn)表3～表5。

表3 爆炸超壓和熱輻射引發(fā)多米諾效應(yīng)Tab 3 Explosive overpressure and thermal radiation trigger domino effect

表4 BLEVE爆炸碎片引發(fā)的多米諾效應(yīng)Tab 4 BLEVE explosive fragments trigger domino effect

表5 毒性氣體、液體引發(fā)多米諾效應(yīng)Tab 5 Toxic gases/liquids trigger domino effect

4 結(jié) 論

研究得到園區(qū)的多米諾效應(yīng)結(jié)論為：

1） 可燃物料泄漏擴(kuò)散發(fā)生蒸汽云爆炸（VCE）的爆炸超壓影響周邊企業(yè)較小，引發(fā)其他企業(yè)內(nèi)的二次多米諾事故可能性較小。

2）可燃物料泄漏后發(fā)生噴射火，如無(wú)建筑外墻等防護(hù)措施，會(huì)引發(fā)臨近企業(yè)設(shè)備的引發(fā)次生多米諾效應(yīng)。

3）化工園區(qū)主要毒性物料有液氨、液氯、硫化氫、溴素、乙胺和氟化氫等毒性物料，擴(kuò)散距離相對(duì)較遠(yuǎn)，產(chǎn)生的災(zāi)害范圍比較廣，容易引發(fā)次生多米諾效應(yīng)。涉及到這些毒性物料的企業(yè)平時(shí)應(yīng)加強(qiáng)毒性物料的泄漏檢測(cè)、設(shè)備維護(hù)等管理措施，并與周邊企業(yè)進(jìn)行有毒物料泄漏應(yīng)急演練等。

4）液氨、液化氣等物料BLEVE 爆炸產(chǎn)生的碎片拋射距離較遠(yuǎn)，在碎片散射范圍內(nèi)，有可能會(huì)引發(fā)次生多米諾事故，危害極大。相關(guān)企業(yè)應(yīng)該加強(qiáng)這類(lèi)危險(xiǎn)源的管理，形成專(zhuān)項(xiàng)應(yīng)急預(yù)案。

企業(yè)應(yīng)針對(duì)多米諾效應(yīng)區(qū)制定相應(yīng)的應(yīng)急響應(yīng)計(jì)劃，規(guī)劃合適的逃生路線，以規(guī)避可能發(fā)生多米諾效應(yīng)的區(qū)域；針對(duì)可能引發(fā)多米諾效應(yīng)的初始事故的設(shè)備進(jìn)行重點(diǎn)維護(hù)管理，以降低多米諾效應(yīng)帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。