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氯氣泄漏事故個人風(fēng)險分區(qū)研究

文檔作者：李超鋒1 李偉2 方枝文檔來源： 1 中國地質(zhì)大學(xué)( 武漢) 工程學(xué)院 2. 中石化江漢油田分公司安全環(huán)保處		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2022年12月10日
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2017年10月 | 89
安全生產(chǎn)
0 引言
目前，國內(nèi)外學(xué)者雖在毒氣泄漏擴(kuò)散領(lǐng)域取得豐富成果，
但多以理論推導(dǎo)為主，大多是對單一變量進(jìn)行研究[1]。對于綜合
考慮多種影響因素構(gòu)建可信泄露事故場景集和綜合所有事故
場景評估個人中毒風(fēng)險方面的相關(guān)研究較為欠缺[2]。
本文以潛江某鹽化廠液氯系統(tǒng)為研究對象，以泄漏源工
況、風(fēng)場條件為主要因素，構(gòu)建場景集，通過FLUENT 軟件模
擬各場景，最后提出一種個人風(fēng)險累加評估方法，得出廠區(qū)個
人風(fēng)險分布情況。
1 構(gòu)建泄漏場景集
首先分別構(gòu)建風(fēng)場集和泄漏源集。采用排列組合的方法，
定量構(gòu)建可信泄漏事故場景集，以保證泄漏源工況和風(fēng)場條件
等不確定因素上能夠接近真實(shí)場景。
風(fēng)場包含風(fēng)向和風(fēng)速兩個參數(shù)。該地區(qū)風(fēng)速、風(fēng)向聯(lián)合分
布概率，詳見表1。
表1 風(fēng)速風(fēng)向聯(lián)合概率分布統(tǒng)計表(%)
風(fēng)速m/s 1 2.5 4 4.5 5 6 8
靜風(fēng)7.57 - - -
N 0.25 0.2 27.7 0.4 1.29 0.54 0.2
NE 0.35 0.3 11.0 0.1 0.25 0.2 0.05
E 0.35 - 2.27 0.05 0.05 - -
SE 0.1 4.75 0.05
S 0.3 5.59 0.05 0.25
W 0.2 0.05 0.05
SW 0.15 0.05 4.8
NW 0.05 0.15 0.05 0.05
為實(shí)現(xiàn)液氯系統(tǒng)泄漏易發(fā)性定量預(yù)測，采用挪威船級社
(DNV) 的設(shè)備同類失效概率數(shù)據(jù)庫對泄漏事故概率進(jìn)行預(yù)測。
通過現(xiàn)場調(diào)研分析，最終選擇液氯儲罐、氣液分離器、液下泵、
液氯鋼瓶為液氯系統(tǒng)泄漏定量預(yù)測的研究裝置，建立泄漏概率
定量預(yù)測分析模型。
最后運(yùn)用LEAK 軟件，結(jié)合廠區(qū)設(shè)備設(shè)施，預(yù)測得出泄漏
源集，詳見表2。
將風(fēng)場集和泄漏源集兩兩排列組合，并對場景集結(jié)果進(jìn)行
統(tǒng)計分析，最終選取發(fā)生概率大于10-4 的63 種泄漏工況構(gòu)建
場景集，涵蓋全場景集 94.8% 的可能性。63 種工況，包括儲罐
區(qū)、液化器、液下泵、液氯鋼瓶。選擇風(fēng)險較大的泄漏孔徑為大、
中、小(Large、Medium、Small) 的55 種泄漏場景作為場景構(gòu)建
的基礎(chǔ)，其中儲罐區(qū)11 種場景，其余44 種場景。儲罐區(qū)包括四
個儲罐，為了更加完整地分析儲罐區(qū)情況，在4 個不同儲罐上
設(shè)定不同位置和方位的泄漏口和不同的泄漏工況。最終儲罐區(qū)
場景擴(kuò)展為44 個，泄漏場景概率取儲罐區(qū)總體泄漏概率作為
參考。最終構(gòu)建88 個泄漏場景。
2 場景模擬
本次模擬采取1:2.0 網(wǎng)格模型進(jìn)行模擬計算，以期在保證
計算精度的前提下，最大限度減少工程計算量[3]。
依照廠區(qū)設(shè)備工藝單元、人員分布和泄漏源分布情況，本
次模擬在液氯系統(tǒng)周圍設(shè)置180 個監(jiān)測點(diǎn)，分布如圖2(a) 所示；
氯氣泄漏事故個人風(fēng)險分區(qū)研究
李超鋒1 李偉2 方枝(1 中國地質(zhì)大學(xué)( 武漢) 工程學(xué)院， 武漢 430074;
2. 中石化江漢油田分公司安全環(huán)保處， 潛江 433100)
摘要：針對氯氣泄漏擴(kuò)散造成的人員中毒風(fēng)險分區(qū)問題，以潛江某鹽化廠液氯系統(tǒng)為研究對象，以泄漏源工況、風(fēng)場條件為關(guān)鍵因
素，構(gòu)建了含有88 個場景的可信事故場景集，涵蓋全場景集94.8% 的可能性。利用FLUENT 軟件對各場景進(jìn)行模擬，并提出個人風(fēng)險累
加評估方法，綜合各場景個人風(fēng)險概率，得出廠區(qū)個人風(fēng)險分布云圖( 分三類風(fēng)險區(qū))，并對各區(qū)域提出建議，為廠區(qū)制定區(qū)域的日常
安全風(fēng)險管控和應(yīng)急救援措施提供參考。
關(guān)鍵詞：氯氣泄露；事故場景；FLUENT 模擬；中毒風(fēng)險；風(fēng)險分區(qū)
表2 液氯系統(tǒng)泄漏源集
設(shè)備泄漏孔徑Gas(A) Liquid(A) Total(A)
儲
罐
S 7.194E-04 1.027E-03 1.746E-03
M 1.345E-04 2.218E-04 3.563E-04
L 1.330E-05 6.505E-05 7.835E-05
C 2.171E-05 8.461E-05 1.063E-04
T 8.889E-04 1.398E-03 2.287E-03
液
化
器
S 7.382E-04 2.472E-03 3.210E-03
M 1.283E-04 4.005E-04 5.288E-04
L 1.352E-05 5.512E-05 6.863E-05
C 7.070E-06 5.738E-05 6.445E-05
T 8.871E-04 2.985E-03 3.872E-03
液
下
泵
S 8.105E-04 3.254E-03 4.064E-03
M 1.003E-04 1.856E-04 2.859E-04
L 4.099E-06 6.017E-06 1.012E-05
C 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
T 9.149E-04 3.446E-03 4.360E-03
液
氯
鋼
瓶
S 6.570E-03 5.016E-02 5.673E-02
M 1.483E-03 1.142E-02 1.291E-02
L 4.420E-04 3.568E-03 4.010E-03
C 6.816E-04 5.531E-03 6.213E-03
T 9.177E-03 7.068E-02 7.986E-02
萬方數(shù)據(jù)
安全生產(chǎn)
90 | 2017年10月 3 個人中毒風(fēng)險分區(qū)
3.1 風(fēng)險評估
個人風(fēng)險是指一名人員在沒有任何防護(hù)的前提下在危
險設(shè)備設(shè)施附近工作一年，死亡于該設(shè)備設(shè)施的潛在事故的
可能性，個人風(fēng)險與人的存在無關(guān)，只體現(xiàn)某一位置的風(fēng)險
水平[4-5]。
現(xiàn)有個人風(fēng)險評估方法只對單一泄漏場景進(jìn)行評估，其評
估結(jié)果有很大局限性。為表征所有真實(shí)泄漏場景隨機(jī)發(fā)生時對
人員造成影響的綜合情況，本文提出一種個人中毒風(fēng)險累加評
估方法，即對所有可能發(fā)生的泄漏場景對人員造成傷害的中毒
風(fēng)險進(jìn)行累積加和，從而達(dá)到綜合表征隨機(jī)泄漏事故發(fā)生時對
人員產(chǎn)生的傷亡影響。如下所示：
式中，n 為事故后果情況數(shù)；f 為人員暴露在危險設(shè)備的頻率；
PLi 為泄漏場景i 發(fā)生的概率；Pi(x,y) 為泄漏場景i 下的人
員中毒死亡百分比。
3.1 風(fēng)險分區(qū)
通過以上計算可得到廠區(qū)各點(diǎn)對應(yīng)的累積個人風(fēng)險值，
但不能直觀地表達(dá)個人風(fēng)險值的大小及分布情況。針對這個問
題，根據(jù)HSE 的個人風(fēng)險標(biāo)準(zhǔn)：最大個人風(fēng)險可接受水平為
10-4 人/a ；可忽略風(fēng)險水平為10-6 人/a。最后繪制累加后的個
人風(fēng)險云圖，見圖4。
圖4 即為88 個場景累加后的液氯泄漏造成的1.5m 高度
人員中毒的個人風(fēng)險累加云圖，圖中清晰地展示了液氯泄漏后
在鹽化工廠總的范圍內(nèi)設(shè)置301 個監(jiān)測點(diǎn)，為人員中毒風(fēng)險分
析提供濃度數(shù)據(jù)，分布如圖2(b) 所示。
1 1
( , ) ( , ) ( , )
n n
i Li i
i i
Rx y R x y fPP x y
= =
=Σ =Σ
(a)液氯監(jiān)測點(diǎn)分布圖(b)廠區(qū)監(jiān)測點(diǎn)分布圖
圖2 監(jiān)測點(diǎn)分布圖
個人風(fēng)險值的大小及分布范圍。
A 區(qū)( 風(fēng)險＞10-4 人/a) 為不可接受風(fēng)險區(qū)域，該區(qū)域應(yīng)
盡量減少人員流動性，且應(yīng)在該區(qū)域增布設(shè)一定數(shù)量的氯氣探
測器；
B 區(qū)(10-6 ＜風(fēng)險＜10-4 人/a) 屬灰色風(fēng)險區(qū)域，此部分
應(yīng)在對比風(fēng)險降低成本和風(fēng)險收益基礎(chǔ)上，需要采取一定控
制措施。
C 區(qū)( 風(fēng)險＜10-6 人/a) 屬可忽略風(fēng)險區(qū)域，此區(qū)液氯泄
漏導(dǎo)致危險性相對較小。
4 結(jié)語
以潛江某鹽化廠液氯系統(tǒng)為研究對象，針對該化工企業(yè)的
氣象條件和裝置情況分別構(gòu)建了風(fēng)場集和泄露源集，最終構(gòu)建
包含88 個場景的可信事故場景集，涵蓋了全場景集94.8% 的
可能性，利用FLUENT 軟件對各泄露場景進(jìn)行模擬分析，并提
出一種個人風(fēng)險累加評估方法，實(shí)現(xiàn)對88 個泄漏場景在1.5m
高度造成的個人中毒風(fēng)險的評估，并得出個人風(fēng)險分布云圖，
對每個區(qū)域提出相應(yīng)的風(fēng)險管控建議，為廠區(qū)制定各風(fēng)險區(qū)的
日常安全風(fēng)險管控和應(yīng)急救援措施提供科學(xué)依據(jù)和參考。
參考文獻(xiàn)：
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作者簡介：李超鋒(1991-)，男，碩士，主要從事?；沸孤稇?yīng)急疏
散研究。
圖4 廠區(qū)個人風(fēng)險云圖
由于泄漏場景集是由泄漏源集和風(fēng)場集組合而來，雖數(shù)量
較多，但是具有一定的共性。由于88 個場景模擬結(jié)果太多，此
處列舉兩個場景下氯氣泄漏擴(kuò)散300s 時的濃度分布圖。見圖3。
圖3 部分場景結(jié)果
(1)儲罐2、中孔、南風(fēng)4m/s (2)儲罐1、中孔、南風(fēng)4m/s
萬方數(shù)據(jù)

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