王玉竹

(安徽三聯(lián)學(xué)院 智慧交通現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學(xué)院,安徽 合肥 230601)

隨著人類社會文明的進(jìn)步與發(fā)展,化學(xué)品已經(jīng)成為人類生產(chǎn)和生活中必不可少的組成部分,對于化工產(chǎn)品的需求日益增加。多數(shù)化工原材料都位于西部地區(qū),因此危險(xiǎn)化學(xué)品通過道路運(yùn)輸方式運(yùn)輸至各個(gè)地區(qū)進(jìn)行銷售和使用。運(yùn)輸環(huán)節(jié)是危險(xiǎn)化學(xué)品監(jiān)管6個(gè)環(huán)節(jié)中的重要一環(huán),也是最容易發(fā)生事故的一環(huán)。圖1為2009—2018年危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏事故的統(tǒng)計(jì)分析。自2015年以來,我國危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏事故頻率雖一直在下降,但特別重大事故時(shí)有發(fā)生[1],實(shí)現(xiàn)?；返缆愤\(yùn)輸閉環(huán)管理是亟待解決的重要課題。

圖1 我國危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏事故統(tǒng)計(jì)圖

運(yùn)輸過程中危險(xiǎn)化學(xué)品發(fā)生泄漏,不但會向周圍環(huán)境中擴(kuò)散引發(fā)中毒現(xiàn)象,還對周圍的人員和環(huán)境產(chǎn)生高溫?zé)彷椛渥饔谩ＮｋU(xiǎn)化學(xué)品泄漏出的有毒有害氣體將直接影響周圍受災(zāi)人員及救援人員的生命健康,并且影響范圍會隨著泄漏條件發(fā)生變化,因此準(zhǔn)確高效預(yù)測?；沸孤┑挠绊懛秶鷮O大提升應(yīng)急救援效率,幫助受災(zāi)人群盡快疏散至安全區(qū)域,降低人員暴露于風(fēng)險(xiǎn)中的概率。

目前,在危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏的事故預(yù)測研究中發(fā)現(xiàn)ALOHA軟件可以較好地實(shí)現(xiàn)火災(zāi)場景下危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏事故的仿真模擬[2-4],能夠?yàn)槭鹿蕬?yīng)急救援提供技術(shù)支持。因此,研究危險(xiǎn)化學(xué)品槽車因泄漏發(fā)生火災(zāi)爆炸事故,建立相應(yīng)的評估方法結(jié)合事故模擬軟件,用以預(yù)測泄漏擴(kuò)散范圍、人體的燒傷范圍,判斷事故周邊建筑環(huán)境是否存在不安全狀態(tài),能夠迅速準(zhǔn)確將人員撤離到危險(xiǎn)區(qū)域外,從而減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失,為事故應(yīng)急救援提供技術(shù)支持,具有重要的實(shí)際意義。

1 危險(xiǎn)化學(xué)品槽罐車泄漏事故成因及特點(diǎn)

1.1 事故成因

1.1.1 人的因素

導(dǎo)致交通事故人為因素主要包括兩點(diǎn):

1)危險(xiǎn)駕駛行為:主要包含疲勞駕駛、超速駕駛、超載駕駛以及不良駕駛習(xí)慣;

2)處理不當(dāng):避讓不當(dāng)、車速過快及特殊天氣處理。

以上兩種人為因素均有可能導(dǎo)致交通事故發(fā)生,一旦運(yùn)輸危險(xiǎn)化學(xué)品槽罐車發(fā)生交通事故,將導(dǎo)致罐車側(cè)翻泄漏,繼而引發(fā)火災(zāi)、爆炸以及中毒事故。

1.1.2 車輛及罐體的原因

由于審核機(jī)制不完善或執(zhí)行力度不到位導(dǎo)致車輛存在違法改裝的現(xiàn)象,車輛未按要求維護(hù)保養(yǎng),出現(xiàn)問題未及時(shí)發(fā)現(xiàn)檢修導(dǎo)致車輛或存儲危險(xiǎn)化學(xué)品的罐體存在安全隱患。此類情況都可能引發(fā)交通運(yùn)輸事故。研究表明危險(xiǎn)化學(xué)品槽罐車泄漏事故主要設(shè)備原因在安全閥腐蝕且年久失修導(dǎo)致失效。

1.1.3 道路及環(huán)境的因素

道路因素主要包括道路寬度過窄、彎道過急、路面凹凸不平以及上下坡坡度大等原因。環(huán)境因素主要為惡劣天氣影響駕駛?cè)苏＿\(yùn)行,例如雷雨或霧霾天氣影響駕駛?cè)藢η胺铰窙r判斷。道路缺陷及環(huán)境惡劣是造成交通事故的重要因素之一。

1.1.4 管理體系的因素

管理因素是一種跟上述三種因素都相關(guān)的綜合性因素,管理因素涉及人、車輛及罐體以及道路環(huán)境,一旦管理不善,危險(xiǎn)化學(xué)品槽罐車運(yùn)輸安全事故也就隨之而來。運(yùn)輸企業(yè)的運(yùn)輸物質(zhì)沒有接受嚴(yán)格的審查,缺乏有效監(jiān)管,沒有完善法律法規(guī),日常操作細(xì)則在實(shí)際中不能有效執(zhí)行;企業(yè)存在違規(guī)操作和僥幸心理,沒有明確詳細(xì)的制度規(guī)范,責(zé)任分工模糊,這都是管理體系缺失的表現(xiàn)。

綜上所述,結(jié)合事故致因理論不難得出在?；返缆愤\(yùn)輸事故中,人的不安全行為及物的不安全狀態(tài)是導(dǎo)致事故發(fā)生的直接原因。

1.2 事故特點(diǎn)

危險(xiǎn)化學(xué)品具有易燃易爆且有害的特性,一旦泄漏會造成嚴(yán)重?fù)p失。根據(jù)?；诽匦栽谛孤┖笈c空氣混合產(chǎn)生噴射火、蒸氣云爆炸、毒氣擴(kuò)散等多重后果,如圖2所示。通過調(diào)查危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏事故的發(fā)生發(fā)展情況,總結(jié)出該類事故有以下幾種特點(diǎn):

圖2 危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏危害示意圖

1.2.1 毒氣擴(kuò)散和燃燒蔓延迅速

車輛在快速行駛過程中形成一股迎面風(fēng),加速了開啟的對流速度,當(dāng)危險(xiǎn)化學(xué)品槽罐車發(fā)生交通事故導(dǎo)致氣體泄漏到環(huán)境中遇到風(fēng)會迅速擴(kuò)散到周圍環(huán)境中,發(fā)生火災(zāi)后火勢會迅速蔓延從最初的緩慢燃燒階段發(fā)展到充分燃燒階段,加壓儲罐泄漏極易造成噴射火事故。

1.2.2 造成的事故損失巨大,傷害范圍大

危險(xiǎn)化學(xué)品本身具有易燃易爆的性質(zhì),一旦罐體破損,危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏后遇點(diǎn)火源瞬間引燃,發(fā)生火災(zāi)爆炸產(chǎn)生巨大沖擊波和熱輻射,對來往行駛的車輛沖擊極大,受影響區(qū)域會隨著火勢蔓延擴(kuò)展到道路附近的山林及住家,可能會造成群死群傷事故。

1.2.3 受客觀條件限制,救援相對困難

道路運(yùn)輸過程中一旦發(fā)生泄漏引發(fā)火災(zāi)事故,直接造成交通堵塞,救援車輛無法及時(shí)趕赴救災(zāi)現(xiàn)場進(jìn)行及時(shí)救援,并且危險(xiǎn)化學(xué)品引發(fā)的火災(zāi)事故極易衍生為池火災(zāi)或流淌火,滅火條件受限,極易延誤救援時(shí)間。

1.2.4 容易出現(xiàn)火災(zāi)、次生災(zāi)害

未燃燒的有毒氣體泄漏擴(kuò)散后,事故附近的人員吸入大量有毒氣體會出現(xiàn)中毒窒息情況。事故發(fā)生后容易造成交通堵塞,出現(xiàn)二次交通事故。此外,有毒有害氣體還會造成土壤及水資源污染,不利于可持續(xù)發(fā)展。

2 危險(xiǎn)化學(xué)品道路運(yùn)輸火災(zāi)事故后果模擬

ALOHA(Areal Locations of Hazardous Atmospheres)是由美國環(huán)境保護(hù)署和國家海洋和大氣管理局聯(lián)合開發(fā)的一款用于模擬危險(xiǎn)化學(xué)品事故后果的軟件。軟件功能包含了對泄漏擴(kuò)散的毒性氣體影響范圍預(yù)測以及對火災(zāi)熱輻射影響范圍預(yù)測。目前,ALOHA已廣泛應(yīng)用于風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)和應(yīng)急輔助決策等領(lǐng)域并且其預(yù)測結(jié)果精度已得到廣泛認(rèn)可[5-6]。

2.1 事故情景分析

假設(shè)一輛裝載LPG的危險(xiǎn)化學(xué)品儲罐車在運(yùn)輸過程中發(fā)生側(cè)翻,導(dǎo)致液化石油氣泄漏,繼而發(fā)生了火災(zāi)事故。經(jīng)檢測事故發(fā)生時(shí)地面風(fēng)速為1 m/s,風(fēng)向西南,天氣夜間多云,環(huán)境濕度為50%,大氣溫度為18 ℃。調(diào)查報(bào)告顯示LPG儲罐車罐體長7 m,罐體直徑3 m,泄漏原因?yàn)殚y門破損,泄漏口近似圓形,經(jīng)測量泄漏口當(dāng)量直徑為30 mm。事故現(xiàn)場相關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 事故相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

2.2 事故后果模擬

2.2.1 參數(shù)設(shè)置

根據(jù)事故情景參數(shù)進(jìn)行模擬,模擬流程見圖3。

圖3 基于ALOHA的危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏事故模擬流程

ALOHA軟件模擬選擇相應(yīng)參數(shù),具體見圖4。

圖4 ALOHA軟件模擬參數(shù)設(shè)置

2.2.2 事故后果影響范圍劃分

LPG槽罐泄漏后如果沒有立即燃燒,會氣化成毒性蒸氣云擴(kuò)散到周圍。毒性蒸氣云若在較小空間內(nèi)被點(diǎn)燃會導(dǎo)致爆炸,如果在較大空間內(nèi)被點(diǎn)燃會出現(xiàn)閃火。因此LPG泄漏后被點(diǎn)燃會產(chǎn)生蒸氣云爆炸和噴射火,其中噴射火主要危害為熱輻射傷害,蒸氣云爆炸的危害是爆炸沖擊波[7]。根據(jù)對人體及建筑物造成的傷害程度,對事故后果影響范圍進(jìn)行劃分,評判標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 事故后果影響范圍劃分

3 結(jié)果分析

通過ALOHA軟件模擬噴射火、蒸氣云爆炸、蒸氣云燃燒以及毒氣泄漏結(jié)果如圖5所示。

圖5 四類事故模擬結(jié)果

從圖5(a)可知,LPG槽罐車泄漏后造成噴射火事故,在直徑為62 m范圍內(nèi)以環(huán)形區(qū)域內(nèi)造成的不同程度破壞 ,根據(jù)人員受到的熱輻射傷害等級分為致命傷害、二度燒傷和產(chǎn)生疼痛。表3顯示了噴射火事故造成人員在60 s內(nèi)受到不同傷害等級的區(qū)域范圍。

表3 傷害等級劃分

因此,為避免人員受到熱輻射傷害,建議在救援過程中將受災(zāi)人員疏散至距泄漏口62 m以外范圍進(jìn)行避難。

由圖5(b)可知,LPG槽罐車泄漏后若發(fā)生蒸氣云爆炸事故,爆炸會產(chǎn)生三種不同程度的爆炸沖擊波,其中在距離泄漏爆炸源半徑389 m范圍內(nèi)造成的傷害最為嚴(yán)重,公路或隧道及其他建筑物外部出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p壞;在距離泄漏爆炸源半徑389～549 m范圍內(nèi)對人員產(chǎn)生一定生命威脅;在距離泄漏爆炸源半徑549～856 m范圍內(nèi)會造成建筑物玻璃震碎情況;當(dāng)區(qū)域范圍大于856 m時(shí),屬于安全區(qū),人員及建筑受到爆炸沖擊波的影響較小。

由圖5(c)所示為LPG槽罐車泄漏造成蒸氣云燃燒事故模擬結(jié)果,在順風(fēng)方向,288 m內(nèi)LPG濃度可能超過60%LEL,在288～671 m區(qū)域內(nèi)LPG濃度可能超過10%LEL(LEL:Lower Explosive Limited)。ALOHA軟件認(rèn)為閃火的可燃?xì)怏w危害可由LEL達(dá)到10%LE邊界,因此LEL、60%LEL、10%LEL分別定義為可燃蒸氣云發(fā)生閃火的死亡濃度、重傷濃度以及輕傷濃度。

圖5(d)為毒氣泄漏事故模擬,LPG槽罐破裂泄漏后發(fā)生瞬時(shí)或延遲泄漏時(shí),形成液相堆積同時(shí)迅速氣化,受到風(fēng)速和風(fēng)向影響擴(kuò)散到空氣中,在未被點(diǎn)燃的情況下形成有毒氣體。TEEL表示臨時(shí)應(yīng)急暴露限值,數(shù)值反映了人員在有毒化學(xué)環(huán)境中的暴露時(shí)間為60 min時(shí)生命健康受到的影響程度。一般情況下默認(rèn)為:TEEL-3>TEEL-2>TEEL-1,因此由圖5(d)可知毒氣泄漏后的安全范圍約為416 m。

此外,研究發(fā)現(xiàn)相同介質(zhì)的罐車發(fā)生泄漏產(chǎn)生毒氣擴(kuò)散事故時(shí),風(fēng)力越大,毒性氣體的影響程度越小,如圖6和表4所示,隨著風(fēng)速增大LPG的中毒區(qū)域在明顯縮小,即風(fēng)速越大對泄漏的危險(xiǎn)化學(xué)品濃度稀釋作用也越強(qiáng),因此中毒區(qū)域越小。

表4 不同風(fēng)速環(huán)境下LPG槽罐車泄漏產(chǎn)生有毒氣體擴(kuò)散范圍

圖6 不同風(fēng)速對毒氣擴(kuò)散范圍的影響

在應(yīng)急救援過程中除了要預(yù)測事故影響范圍,還需要觀測擴(kuò)散氣體濃度變化情況,如圖7所示,為了分析泄漏事故過程對某一局部地點(diǎn)的氣體濃度變化情況,選取環(huán)境風(fēng)速為1 m/s情況下,距離泄漏源170 m處位置進(jìn)行濃度監(jiān)測,得到的該位置處室內(nèi)外有毒氣體濃度變化情況,在5 min內(nèi)室外濃度急劇增大至TEEL-3,即將達(dá)到致死濃度點(diǎn),在22 min時(shí)濃度開始降低,此時(shí)室內(nèi)的濃度還在緩慢提升,當(dāng)事故發(fā)生45 min后室外濃度降低至TEEL-1,此時(shí)室內(nèi)濃度也趨于平緩。通過有毒氣體濃度變化趨勢可以有針對性地為應(yīng)急救援提供理論及技術(shù)支撐[8-9]。

圖7 下風(fēng)向170 m毒氣濃度變化

4 結(jié)論

通過分析道路運(yùn)輸過程中危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏發(fā)生火災(zāi)爆炸事故的成因和特點(diǎn),得到危險(xiǎn)化學(xué)品道路運(yùn)輸交通事故的嚴(yán)重性,產(chǎn)生的高溫?zé)彷椛浜投練庵苯油{人員健康安全,降低救援概率。利用 ALOHA軟件分別預(yù)測不同條件下危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏事故造成的噴射火事故、蒸氣云爆炸、蒸氣云燃燒以及毒氣泄漏事故的傷害程度及影響范圍,模擬研究表明環(huán)境風(fēng)速與毒氣擴(kuò)散范圍呈負(fù)相關(guān),同時(shí)通過模擬軟件可以預(yù)測各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的危險(xiǎn)化學(xué)品濃度隨時(shí)間變化趨勢,以此作為制定人員應(yīng)急疏散和救援決策的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐,能夠極大降低事故造成的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。