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過程液氯貯槽裝置封閉廠房及事故氯吸收塔聯(lián)用安全效用分析

文檔作者：羅艾民文檔來源：中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年03月04日
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第2 0 卷第4 期
2 0 1 0 年4 月
?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? 中國安全科學(xué)學(xué)報
Ch ina Sa fety Sc ience Journa l
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Apr . 2 0 1 0
過程液氯貯槽裝置封閉廠房及
事故氯吸收塔聯(lián)用安全效用分析*
羅艾民?? 高級工程師
(中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院, 北京100029)
學(xué)科分類與代碼: 6204020(防毒工程技術(shù)) ?? ?? ?? ?? ?? ?? 中圖分類號: X965?? ?? ?? ?? ?? 文獻標志碼: A
資助項目: 國際科技合作項目?? 危險品生產(chǎn)儲存過程動態(tài)安全監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)及裝備研發(fā) ( 2009DFA71840)。
!摘?? 要??? 分析、設(shè)立液氯貯槽液相泄漏的幾種典型事故情景, 并利用液相泄漏、液池蒸發(fā)、重氣擴
散和人員中毒死亡概率等模型對比研究封閉廠房及事故氯吸收塔等安全措施對液氯貯槽液相泄漏
擴散中毒后果的影響, 給出不同事故情景下液氯泄漏速率、液池半徑、液池蒸發(fā)速率、室外氯氣中毒
死亡概率等事故后果特征值。對封閉廠房及事故氯吸收塔安全效用進行定量分析和比較研究。結(jié)
果表明, 液氯貯槽的封閉廠房對抑制液氯泄漏擴散中毒事故后果效用明顯; 事故氯吸收塔能消除液
氯貯槽微小孔泄漏所對應(yīng)的小事故情景, 還能對封閉廠房最嚴重泄漏事故后果起到初期削峰作用。
顯然, 封閉廠房及事故氯吸收塔聯(lián)用可以降低液氯貯槽事故影響后果, 具有良好安全效用。
!關(guān)鍵詞? ?? 液氯貯槽; ?? 封閉廠房; ?? 事故氯吸收塔; ?? 事故情景; ?? 事故后果模擬
Safety U tility Analys is of Ch lorine Absorpt ion Tow er Comb ined
w ith Ch lorine Tank in C losed P lant
LUO A i??m in, Senior Engineer
( China A cademy of Safety Science&amp;amp; Techno logy, Be ijing 100029, China)
Abstract: ?? Som e typ ical leak accident scenarios of a liquid chlorine tank w ere ana lyzed. L iqu id leakage,
liquid poo l evapora tion, and heavy gas d iffusion, po isoning death probability modelw ere accepted to inves??
tigate the e ffect of such safetymeasures as chlorine abso rber and closed p lant on tox ic consequences. Chlo??
rine leakage accident rate, liqu id pool radius, liqu id poo l evapora tion rate, mortality rate of ch lorine po i??
son ing ou tsidew ere achieved. The effect iveness o f ch lo rine absorption tow er and c losed plantw as analyzed
and compared quant itat ive ly. Stud ies show that it is effect ive for closed factory of liquid chlorine tank in in??
hibiting liquid ch lorine leakage acc iden;t Ch lorine absorption tow er cou ld no t only remove sm all??ho le??leak
accident scenarios o f liquid ch lo rine tank, but also c lip in itial leakage effec.t C learly, closed factory and
comb ined chlorine absorber can reduce the impact of the consequences o f the acc ident o f liquid chlorine
tank and has a good safety effec.t
Key words: ?? ch lorine tank; ?? closed plan;t ?? chlorine absorption tow er; ?? acc ident scenarios;
accident consequence simulation
* 文章編號: 1003- 3033( 2010) 04 - 0097- 05; ?? 收稿日期: 2010- 01- 08; ?? 修稿日期: 2010- 03 - 31
0?? 引?? 言
氯氣是國內(nèi)外化學(xué)事故發(fā)生較多的危險化學(xué)品
之一, 氯氣泄漏事故可能導(dǎo)致眾多人員中毒或死亡,
對公眾的生命健康和環(huán)境安全造成非常嚴重的影
響。2004年4 月16日, 重慶市天原化工總廠氯冷
凝器發(fā)生故障, 處置中發(fā)生爆炸, 造成9人死亡, 罐
區(qū)100m 范圍部分建筑嚴重損壞, 大量氯氣泄漏致
使周圍15萬居民疏散[ 1] 。但另一方面, 氯氣又被廣
泛應(yīng)用于人們的生產(chǎn)和生活中, 多用于自來水消毒、
紙漿漂白、制溴、橡膠、油墨、顏料和農(nóng)藥等方面, 是
一種不可或缺的重要化工原料或產(chǎn)品[ 2] 。
我國歷來重視氯氣的安全生產(chǎn), #氯氣安全規(guī)
程? (GB11984% 2008)規(guī)定了氯氣在生產(chǎn)、充裝、使
用、貯存、運輸?shù)确矫娴陌踩骩 3] ; #劇毒化學(xué)品
目錄? ( 2002版)明確將氯氣納入劇毒化學(xué)品進行嚴
格管理; #氯堿廠(電解法制堿)衛(wèi)生防護距離標準?
( GB18071% 2000) 規(guī)定了氯堿廠(電解法制燒堿)
與居住區(qū)之間所需衛(wèi)生防護距離[ 4] 。但隨著我國
城鎮(zhèn)化進展的加速, 許多原本建于城鄉(xiāng)結(jié)合部的氯
氣生產(chǎn)裝置已經(jīng)被周圍稠密的工業(yè)、商業(yè)乃至于居
民區(qū)包圍, 有的氯氣廠廠址現(xiàn)在甚至已成為城鎮(zhèn)中
心, 也因此, 許多這樣的氯氣裝置被政府列入重大安
全隱患并加以綜合治理, 甚至搬遷、停產(chǎn), 給國家財
產(chǎn)帶來重大損失的同時, 也帶來了諸多社會問題。
為盡可能減輕不必要的損失和動蕩, 發(fā)揮既有
裝置的最大使用效益, 一些氯氣生產(chǎn)廠商除了提高
企業(yè)管理水平、提高工人素質(zhì)、提高事故應(yīng)急救援能
力等外, 還盡可能采用先進的安全生產(chǎn)工藝和裝置,
提高裝置的本質(zhì)安全水平[ 5 - 6 ] 。筆者將以某氯氣生
產(chǎn)車間過程液氯貯槽裝置的封閉廠房及事故氯吸收
塔聯(lián)用的安全效用進行分析和評價。
1?? 裝置概況
某氯氣生產(chǎn)車間共有3 個24m3 的液氯貯槽,
見表1, 貯槽操作壓力為1. 5MPa, 操作溫度為- 25
~ 50&amp;amp; 。按照規(guī)范要求, 貯槽中液氯充裝量不應(yīng)大
于其容積的80% , 即一個貯槽可充裝的液氯體積最
多達19m3, 折合液氯質(zhì)量約29. 65 t。根據(jù)#危險化
學(xué)品重大危險源辨識? ( GB18218% 2009) , 毒性氣體
氯氣臨界量為5 ,t 顯然, 氯氣貯槽已經(jīng)構(gòu)成危險化
學(xué)品重大危險源。
為了減少液氯貯槽可能發(fā)生的泄漏事故后果影
響范圍, 降低泄漏事故所致人員中毒程度和事故風(fēng)
險, 企業(yè)采取了以下4項主要措施:
1) 液氯生產(chǎn)控制崗位實行DCS (分散控制系
統(tǒng))操作, 并實行安全聯(lián)鎖。
2) 將3個液氯貯槽緊密布置在封閉式廠房中,
廠房安裝了密閉式負壓吸收系統(tǒng), 該負壓系統(tǒng)直接
與事故氯吸收塔相連, 以確保可能泄漏揮發(fā)出的氯
氣直接進入事故氯吸收塔; 封閉廠房頂部還鋪設(shè)了
均勻分布的水霧噴淋頭。封閉式廠房長14. 5m, 寬
12m, 高7m, 為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。
3) 新建了兩個串聯(lián)布置的事故氯吸收塔, 能夠
處理吸收封閉廠房泄漏事故時的蒸發(fā)氯氣; 該裝置
采用雙回路加EPS (應(yīng)急電源供電), 保證了裝置供
電不間斷, 從而保證生產(chǎn)停電的事故狀態(tài)下, 保證氯
氣的吸收, 防止外溢。事故氯吸收塔排氣口距地面
高度約為15 m, 被處理的最大氯氣流量為
2 576m3 /h, 最大氯氣處理時間為15m in。
4) 封閉廠房內(nèi)還設(shè)置了氯氣檢測報警裝置, 對
液氯貯槽重大危險源實行24 h不間斷在線監(jiān)控, 在
線紀錄其溫度、壓力、液位等實時參數(shù), 以及可能泄
漏出的氯氣, 保證貯槽安全運行。
表1?? 液氯貯槽和事故氯吸收塔主要參數(shù)
裝置名稱數(shù)量( 臺) 規(guī)格(尺寸) 進出口尺寸( mm ) 物質(zhì)狀態(tài)操作壓力(MPa) 操作溫度( &amp;amp; )
液氯貯槽3 24m3 ?? 108 /76 80%液1. 5 - 25~ 50
事故氯吸收塔2 ?? 1 800mm ? 13 400mm ?? 450 /250 100%氣- 0. 005~ 0. 003 0~ 38
2?? 事故情景設(shè)計
現(xiàn)假設(shè)3個液氯貯槽中的某一個貯槽發(fā)生了液
相泄漏事故, 泄漏發(fā)生時若貯槽中裝有10m3 的液
氯(約15. 6 t), 貯槽泄漏時工況: 表壓1. 5MPa, 溫度
- 35&amp;amp; 。為了考察封閉廠房及事故氯吸收塔對不同
事故情景的影響, 共設(shè)計了下列幾種事故情景[ 7- 9] 。
( 98(
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?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? 第20卷
2010年
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2. 1?? 最嚴重事故情景
最嚴重事故情境下, 10m3 的液氯以很短時間
發(fā)生了泄漏, 對應(yīng)于貯槽理論上的??瞬間 災(zāi)難性破
裂或大孔泄漏。為了對比, 該案例中的最嚴重事故
情景又分為兩種情況: ) 液氯貯槽在開放條件(無
封閉式廠房、無集液池)下的泄漏擴散事故; ? 液氯
貯槽在封閉式廠房中的泄漏擴散事故。
2. 2?? 最可能事故情景
根據(jù)與液氯貯槽相連接的進出口管線尺寸、閥
門及法蘭等具體數(shù)據(jù), 結(jié)合挪威DNV 在QRA 的研
究中推薦采用的典型泄漏尺寸范圍和代表性孔徑確
定公式和方法, 給出貯槽最可能發(fā)生的泄漏事故情
景, 對應(yīng)于該案例下的小孔泄漏。
2. 3?? 小事故情景
小事故情景對應(yīng)的事故后果不嚴重, 其后果影
響一般局限在車間或廠區(qū)界限內(nèi), 對應(yīng)于該案例下
的微小孔泄漏。
液氯貯槽泄漏類型及結(jié)果見表2。
表2?? 液氯貯槽泄漏類型及結(jié)果
泄漏類型泄漏尺寸( mm ) 泄漏速率( kg / s)
微小孔3. 7 0. 340
小孔24. 4 14. 439
大孔/破裂75. 0 136. 257
3?? 計算結(jié)果及分析
根據(jù)事故氯吸收塔最大氯氣流量2 576m3 /h,
在操作壓力0. 003MPa、操作溫度10&amp;amp; 下折算出的
氯氣最大處理能力為2. 22 kg / s, 氯氣最大處理量約
1 998 kg。很明顯, 貯槽微小孔泄漏速率低于事故氯
吸收塔最大氯氣處理能力, 其事故后果可以不予
討論[ 10- 11] 。
3. 1?? 開放條件下的最嚴重泄漏事故
假設(shè)外界風(fēng)速為1. 97 m / s, 氣溫為15&amp;amp; , 相對
濕度為70%, 大氣穩(wěn)定度為D, 地表粗糙度取3m。
若泄漏為液相泄漏, 根據(jù)大孔/破裂泄漏速率值
136. 257 kg / s, 10 m3 液氯泄漏時間尚不足2 m in。
86. 7%泄漏液氯在地表形成液池并進一步吸熱蒸
發(fā), 液池半徑約為21. 7 m, 蒸發(fā)的液氯液滴直徑可
達329 ??m, 液池的氯氣蒸發(fā)速率最高可達到
70. 37 kg / s, 如圖1所示, 圖中折線為蒸發(fā)速率平均
值。若以室外氯氣中毒死亡率大于5% 為對比范
圍, 如圖2所示, 在泄漏點上風(fēng)向125m 至下風(fēng)向
550m的范圍內(nèi), 人員中毒死亡的概率大于5% 。
3. 2?? 封閉式廠房中最嚴重泄漏事故
假設(shè)液氯泄漏時由封閉廠房構(gòu)成的集液池不會
受到液氯靜壓力及冷凍的影響, 則泄漏的液氯有
92. 8% 形成液池, 液池氯氣揮發(fā)率泄漏后在60 ~
80 s左右達到最大值4. 74 kg / s, 液池蒸發(fā)速率隨時
間變化關(guān)系如圖3所示, 經(jīng)過1 h蒸發(fā), 液池蒸發(fā)速
率趨于平緩并降低至1. 6 kg / s左右, 此時已經(jīng)蒸發(fā)
的液氯量可達7 500 kg, 未蒸發(fā)的液氯量為8 000 kg
左右, 由于此時主要受到液池外部傳入熱量的限制,
液氯蒸發(fā)速率總體上看呈下降趨勢。若仍以室外氯
氣中毒死亡率大于5% 為對比范圍, 如圖4所示, 在
泄漏點上風(fēng)向80m至下風(fēng)向400m的范圍內(nèi), 人員
中毒死亡的概率大于5%。
第 4期?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? 羅艾民: 過程液氯貯槽裝置封閉廠房及事故氯吸收塔聯(lián)用安全效用分析 ( 99(
www.bzfxw.com 3. 3?? 最可能事故情景
在小孔液相泄漏的事故情景下, 液氯泄漏速率
值14. 439 kg / s, 考慮到工藝系統(tǒng)DCS控制系統(tǒng)及緊
急截斷裝置的響應(yīng), 若液氯泄漏2m in后泄漏便被
自動截斷, 此時液氯泄漏總量約為1 732 kg, 該物質(zhì)
量尚且小于事故氯吸收塔的氯氣最大處理能力
1 998 kg。即使泄漏初期氯液池蒸發(fā)速率(最大為
4. 74 kg / s)可能大于事故氯吸收塔的氯氣處理速率
2. 22 kg / s, 但顯然, 該種情況下的事故后果肯定小
于3. 2節(jié)中事故后果。
若保守考慮, 液氯泄漏10 m in 后泄漏方才停
止, 則10m in內(nèi)液氯最多可以泄漏出8 663 kg, 減去
事故氯吸收塔的處理量, 還余6 665 kg 液氯需要在
液池中揮發(fā), 因此, 該種情況下的事故后果最保守估
計可等同于3. 2節(jié)中事故后果。此時, 具有參考意
義的事故后果為, 氯氣蒸發(fā)速率等于2. 52 kg / s時對
應(yīng)的事故后果情景, 如圖5所示, 在泄漏點至下風(fēng)向
325m 范圍內(nèi), 人員中毒死亡的概率大于5% 。
圖5?? 氯氣中毒死亡與下風(fēng)向距離
4?? 結(jié)?? 論
通常而言, 以液化氣形態(tài)貯存的液氯發(fā)生液相
泄漏時對外界影響最大, 因此, 筆者設(shè)立、分析了液
氯貯槽液相泄漏的幾種典型事故情景, 并利用泄漏、
蒸發(fā)、重氣擴散和人中毒死亡概率等模型對比研究
了封閉廠房及事故氯吸收塔對液氯泄漏后果的影
響。研究過程中, 忽略了液氯泄漏時或泄漏過程中
所致液氯閃蒸揮發(fā)量, 也忽略了大量液氯泄漏在封
閉廠房時氯氣蒸發(fā)所帶來的廠房內(nèi)部壓力變化等影
響, 同時, 也沒有考慮封閉廠房水霧噴系統(tǒng)的削減作
用。研究結(jié)果表明:
1) 液氯貯槽的封閉廠房對抑制液氯泄漏事故
后果效用明顯。相對于完全開放泄漏情景, 封閉廠
房相當于集液池, 它可使液氯液池面積受到限制, 因
而液氯蒸發(fā)速率也受到較大約束, 同比人員中毒死
亡概率大于5% 區(qū)域便可以發(fā)現(xiàn), 前者直徑675m,
后者直徑480m, 降低了28. 9% 。
2) 事故氯吸收塔的負壓系統(tǒng)雖可能提高貯槽
封閉廠房液氯蒸發(fā)速率, 但總體上能消除微小孔泄
漏所對應(yīng)的小事故情景, 也能降低封閉式廠房中最
嚴重泄漏事故后果。計算結(jié)果表明, 通過事故氯吸
收塔的處理, 最可能事故情景后果人員中毒死亡概
率大于5%區(qū)域降至325m, 降低了32. 3%。
3) 雖然事故氯吸收塔全負荷運行時處理能力
有限( 15m in, 2. 22 kg / s) , 但還是能對封閉廠房最嚴
重泄漏事故后果起到初期削峰作用, 并為事故其他
處置措施贏得寶貴時間。進一步提高事故氯吸收塔
處理能力是企業(yè)下一步需要開展的工作。
( 100(
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2010年
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全技術(shù)、事故后果模擬仿真及定量風(fēng)險評估等方面的研究工作。E??m ai:l luoam@ chinasafety. ac. cn.
第 4期?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? 羅艾民: 過程液氯貯槽裝置封閉廠房及事故氯吸收塔聯(lián)用安全效用分析 ( 101(

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