科研訓(xùn)練結(jié)題報(bào)告

1、 南 京 理 工 大 學(xué)科研訓(xùn)練結(jié)題報(bào)告 作 者:陳舉豪 向軍歷 楊毅堅(jiān)學(xué)院(系):化工學(xué)院專 業(yè):安全工程題 目:丙烯管道泄漏爆燃事故的定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估講師饒國(guó)寧指導(dǎo)者： (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù))評(píng)閱者： (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù)) 2015 年 9 月1 研究背景及意義2010 年7 月28 日10 時(shí)10 分，南京某施工隊(duì)在南京市棲霞區(qū)邁皋橋街道萬(wàn)壽村15號(hào)的南京塑料四廠地塊拆除工地挖掘地下廢舊管道時(shí)，挖掘機(jī)將穿越該地塊的南京金陵塑膠化工有限公司地下159 丙烯管道挖穿，導(dǎo)致丙烯泄漏并迅速擴(kuò)散與空氣形成爆炸性混合物，遇點(diǎn)火源后引發(fā)爆燃事故。事故最終共造成10 余人死亡，10 余人重傷

2、(包括搶救無(wú)效死亡的3 人)，以及周邊近兩平方公里范圍內(nèi)的3000 多戶居民住房及部分商店玻璃、門窗不同程度破碎，建筑物外立面受損，少數(shù)鋼架大棚坍塌，直接經(jīng)濟(jì)損失4784 萬(wàn)元1。這次事故在南京產(chǎn)生了巨大的影響，時(shí)至今日仍然有著深刻的教育意義，所以本項(xiàng)目以“7.28”事故為背景，采用ALOHA軟件對(duì)該事故進(jìn)行重建，給出定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)論。通過(guò)模擬得到爆炸的相關(guān)數(shù)據(jù)，為易燃?xì)怏w（蒸氣）管道泄漏事故的預(yù)測(cè)和應(yīng)急救援提供理論依據(jù)。2 研究工具和方法2.1 ALOHA軟件介紹本項(xiàng)目研究采用有害大氣空中定位軟件（Areal Locations of Hazardous Atmospheres，ALOHA）

3、，該程序是美國(guó)環(huán)境保護(hù)署和美國(guó)海洋和大氣管理局專門為化學(xué)品泄漏事故應(yīng)急人員及規(guī)劃和培訓(xùn)人員共同開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的CAMEO軟件中的一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)模擬程序2。其包括一個(gè)近1000種常用化學(xué)品的數(shù)據(jù)庫(kù)，這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的信息包括化學(xué)品類型、意外事故位置、天氣情況（溫度、風(fēng)速和風(fēng)向）和泄漏源情況（存儲(chǔ)物料、泄漏孔尺寸、存儲(chǔ)壓力）等。利用它能夠模擬毒性、可燃性、熱輻射和超壓等與化學(xué)品泄漏而導(dǎo)致毒性氣體擴(kuò)散、火災(zāi)或爆炸相關(guān)的主要危害，可以快速預(yù)測(cè)出對(duì)人體產(chǎn)生立即健康影響的毒氣濃度范圍以及可燃性氣體爆炸所能波及的范圍。ALOHA采用的數(shù)學(xué)模型有：高斯模型、DEGADIS重氣擴(kuò)散模型、蒸氣云爆炸模型、BLEVE火球模型等。目前

4、，ALOHA已經(jīng)成為危險(xiǎn)化學(xué)品事故應(yīng)急救援、規(guī)劃、培訓(xùn)及學(xué)術(shù)研究的重要工具，廣泛應(yīng)用于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和應(yīng)急輔助決策等領(lǐng)域，但我國(guó)應(yīng)用該軟件進(jìn)行應(yīng)急輔助決策比較少。2.2 場(chǎng)景構(gòu)建 事故發(fā)生于南京市棲霞區(qū)邁皋橋街道萬(wàn)壽村15號(hào)的南京塑料四廠工地 圖1 爆燃前建構(gòu)筑物圖 圖2 泄漏點(diǎn)衛(wèi)星圖事故管道，自金陵石化公司烷基苯廠中轉(zhuǎn)車間輸往塑膠公司。該管道直徑159mm，輸送距離約5km，壓力2.2MPa，流量50L/s。該管道原設(shè)計(jì)與金陵石化公司煉油區(qū)域輸往塑膠公司89 管道并行鋪設(shè)，2001 年施工時(shí)因故進(jìn)行了設(shè)計(jì)變更，將原設(shè)計(jì)從沿四廠南大門內(nèi)東西向道路的南側(cè)埋地，距南大門往西275m 處拐彎向北偏西走向，

5、改為距南大門往西160m 處拐彎向北偏西走向。事故發(fā)生前，該管道處于停輸狀態(tài)，管道靜壓力2.0MPa。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查，事故后159 管道著火點(diǎn)的位置，確定沿四廠南大門內(nèi)東西向道路的南側(cè)埋地，距南大門往西160m 處拐彎向北偏西走向、距拐彎點(diǎn)55m 處，為事故泄漏點(diǎn)。根據(jù)對(duì)認(rèn)證的詢問(wèn)，董某某在159 管道挖穿未堵住后即電話告知邵某某的通話時(shí)間（7 月28 日952），以及四廠發(fā)現(xiàn)泄漏后報(bào)警時(shí)間（7 月28 日954），159 管道泄漏點(diǎn)開(kāi)始泄漏的時(shí)間為7 月28 日950 左右。根據(jù)南京市地震局提供的證明材料，發(fā)生爆燃的時(shí)間為7 月28 日101013。根據(jù)事故泄漏點(diǎn)得知，事故管道為穿越四廠向塑膠

6、公司輸送丙烯的159 管道因而認(rèn)定泄漏物為加壓液化的丙烯。該管道直徑159mm，實(shí)際壓力2MPa（表壓），泄漏20min。管道在外力作用下?lián)p壞壁面形成近似橢圓形，長(zhǎng)軸約7cm，短軸約4cm，面積約22cm2的缺口，造成液化丙烯從小孔連續(xù)泄漏，小口缺口如下圖所示。 圖3 丙烯管道泄漏缺口圖事故發(fā)生時(shí)，東南風(fēng)向，10 m高處平均風(fēng)速約為5.5 m/s，環(huán)境溫度為30 ，空氣相對(duì)濕度約為50 %。2.3丙烯物質(zhì)危險(xiǎn)性分析丙烯常溫下為無(wú)色、稍帶有甜味的氣體。易燃，爆炸極限為2%11%。不溶于水，溶于有機(jī)溶劑，是一種屬低毒類物質(zhì)。丙烯是三大合成材料的基本原料，主要用于生產(chǎn)聚丙烯、丙烯腈、異丙醇、丙酮和環(huán)

7、氧丙烷等3。 健康危害：丙烯為單純窒息劑及輕度麻醉劑。急性中毒：人吸入丙烯可引起意識(shí)喪失，當(dāng)濃度為15%時(shí)，需30分鐘；24%時(shí)，需3分鐘；35%40%時(shí)，需20秒鐘；40%以上時(shí)，僅需6秒鐘，并引起嘔吐。慢性影響：長(zhǎng)期接觸可引起頭昏、乏力、全身不適、思維不集中。個(gè)別人胃腸道功能發(fā)生紊亂。環(huán)境危害：對(duì)環(huán)境有危害，對(duì)水體、土壤和大氣可造成污染。燃爆危險(xiǎn)：丙烯易燃。3 事故模擬與分析利用ALOHA 5.4.3模擬軟件，對(duì)丙烯瞬時(shí)泄漏和連續(xù)泄漏兩種場(chǎng)景下發(fā)生丙烯蒸氣擴(kuò)散和蒸氣云爆炸的影響范圍分別進(jìn)行模擬和定量分析。3.1 關(guān)注水平關(guān)注水平（Levels of Concern,LOC）是根據(jù)影響程度的

8、不同對(duì)事故發(fā)生后的影響區(qū)域進(jìn)行分區(qū)以確定不同應(yīng)急措施的臨界值。該水平是人為規(guī)定的閾限值，人體暴露于大于這個(gè)水平的環(huán)境中就會(huì)對(duì)健康構(gòu)成危害。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。本文選用美國(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值確定毒性影響區(qū)域。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猓粫?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

9、的最大容許濃度。對(duì)于閃火，其主要危害來(lái)自直接接觸火焰和熱輻射，可燃物云團(tuán)的大小決定了可能造成直接火焰接觸危害的面積。ALOHA根據(jù)云團(tuán)中丙烯的濃度水平劃分可燃區(qū)域，濃度水平分別為L(zhǎng)EL、60% LEL 和10% LEL。蒸氣云爆炸的主要危害是沖擊波超壓，ALOHA用建筑物毀壞、人員重傷和玻璃破碎3種后果程度的超壓強(qiáng)度，即55150.0Pa、24132.5Pa和6895.0Pa 來(lái)劃分蒸氣云爆炸超壓影響區(qū)域。3.2 構(gòu)建事故 打開(kāi)ALOHA輸入事故地址： 圖4 地址選擇界面 但由于候選地址界面全為美國(guó)的城市，需要自行添加南京。于是選擇Add鍵。 圖5 地址添加界面輸入事故發(fā)生地的海拔72ft以及

10、經(jīng)緯度等，一切結(jié)束后回到回到選擇界面重新選擇南京市。 圖6 地址選擇界面在時(shí)間設(shè)定界面設(shè)定事故發(fā)生時(shí)間。手動(dòng)輸入2010年7月28日10時(shí)10分為爆炸時(shí)間。 圖7 添加時(shí)間界面選擇建筑類型，因?yàn)楸▓?chǎng)所為舊的拆遷工廠，所以選擇單層建筑，周圍未被遮蔽。添加化學(xué)物質(zhì)，選擇純凈的丙烯。 圖8 化學(xué)物質(zhì)選擇界面選擇建筑類型，因?yàn)楸▓?chǎng)所為舊的拆遷工廠，所以選擇單層建筑，周圍未被遮蔽。 圖9 建筑選擇界面 輸入當(dāng)時(shí)的天氣條件，包括風(fēng)力風(fēng)向，溫度和濕度等等3。 圖10 天氣輸入界面（一）圖11 天氣輸入界面（二）建立釋放源模型，選擇氣體管線模型。 圖12 模型建立界面但是按照當(dāng)時(shí)爆炸條件進(jìn)行建模后，系統(tǒng)提

11、示模型無(wú)法建立，提示選擇水箱模型或者直接釋放。 圖13報(bào)錯(cuò)界面但是當(dāng)我們?cè)俅谓⑺淠Ｐ蜁r(shí)，系統(tǒng)又再次提示我們管道直徑必須大于0.2m，而我們所需建立的則是0.159m，所以水箱模型也無(wú)法建立。圖14 水箱報(bào)錯(cuò)界面故我們只能建立直接釋放來(lái)源的模型，這樣會(huì)有一些不準(zhǔn)確。3.3 瞬時(shí)泄漏 首先建立瞬時(shí)泄漏的模型。 圖15 直接來(lái)源模型建立根據(jù)資料所查數(shù)據(jù)5，進(jìn)行一系列計(jì)算已知丙烯氣體密度1.88kg/m³，丙烯液體的密度504kg/m³，丙烯的定壓比熱容2.42kJ/kg·k，常溫下沸點(diǎn)225.43K。蒸發(fā)潛熱為438kJ/kg，由閃蒸率公式得到 由于，可以認(rèn)為不會(huì)形

12、成液池。丙烯氣液兩相流的密度： 兩相流泄漏的流量： 兩相流泄漏的質(zhì)量： 最終得出瞬時(shí)爆炸時(shí)泄漏丙烯量約為6120kg，選擇瞬時(shí)來(lái)源釋放，釋放高度為地面0m。圖16 系統(tǒng)提示 系統(tǒng)提示丙烯可能為兩相泄漏，這與我們根據(jù)資料所查的一致。圖17 瞬時(shí)泄露蒸汽云可燃區(qū)域 圖18 瞬時(shí)泄露蒸汽云可燃區(qū)域谷歌模擬地圖可以看出丙烯蒸汽擴(kuò)散危險(xiǎn)區(qū)域最遠(yuǎn)在248碼，這個(gè)內(nèi)若遇明火則發(fā)生爆炸，而在778碼內(nèi)，人員也應(yīng)及時(shí)撤離。而通過(guò)導(dǎo)入谷歌地圖，也很明顯的看出可燃?xì)怏w的擴(kuò)散方向。建立爆炸模型，確認(rèn)點(diǎn)火條件。圖19 點(diǎn)火條件確認(rèn)圖20 爆炸范圍 圖21 爆炸范圍具體數(shù)值 圖22 爆炸范圍谷歌模擬地圖很容易看出215碼

13、內(nèi)建筑全部毀壞，也是爆炸的重災(zāi)區(qū)，而近300碼范圍內(nèi)會(huì)有不同程度破壞及傷亡，近600碼內(nèi)玻璃基本破碎。處于爆炸中心的人員基本無(wú)生還可能，600碼不同程度受傷。3.4 連續(xù)泄漏同樣的我們建立連續(xù)泄漏的模型。 選擇連續(xù)泄漏類型，同樣根據(jù)計(jì)算，得出一系列數(shù)據(jù)。以63.8kg/s的速度泄漏50.7min，泄漏高度為0m。圖23 連續(xù)泄漏模型建立同樣的，系統(tǒng)提示我們?yōu)閮上嘈孤?圖24 系統(tǒng)提示圖25 連續(xù)泄漏丙烯蒸汽泄漏范圍圖26 連續(xù)泄露蒸汽云可燃區(qū)域谷歌模擬地圖根據(jù)圖示可看出蒸汽云危險(xiǎn)泄漏范圍最遠(yuǎn)在194碼處，若有明火直接爆炸。點(diǎn)火時(shí)間大約在釋放丙烯20min時(shí)，建立點(diǎn)火條件。 圖27 連續(xù)泄漏點(diǎn)

14、火條件設(shè)置圖28 連續(xù)泄漏丙烯爆炸范圍影響區(qū)域圖29 爆炸范圍具體數(shù)值圖30 連續(xù)泄漏丙烯爆炸范圍谷歌模擬地圖同樣的，我們得到爆炸影響范圍的數(shù)據(jù)，151碼之內(nèi)的建筑全部毀壞，472碼之內(nèi)的玻璃全部破碎。爆炸中心人員很難生存，近500碼內(nèi)人員不同程度受傷6。 圖31 兩種情況下可燃蒸汽云擴(kuò)散區(qū)域?qū)Ρ惹闆r圖32 兩種情況下爆炸影響范圍對(duì)比情況 在兩張對(duì)比圖之中，瞬時(shí)泄漏的影響范圍很明顯比連續(xù)泄漏影響范圍大，所以，瞬時(shí)泄漏更加危險(xiǎn)，我們要采取更多合理的措施來(lái)避免這種情況的發(fā)生。4 結(jié)論（1）在丙烯泄漏后果分析的基礎(chǔ)上，用ALOHA模擬軟件對(duì)事故影響范圍進(jìn)行模擬，得到瞬時(shí)泄漏和連續(xù)泄漏兩種可能的事故場(chǎng)

15、景下各自的蒸氣擴(kuò)散區(qū)域和蒸氣云爆炸超壓影響區(qū)域。 通過(guò)對(duì)兩種結(jié)果進(jìn)行綜合分析，我們可以認(rèn)為丙烯泄漏范圍大致在220m左右，爆炸170m范圍內(nèi)建筑基本毀壞，450m范圍內(nèi)玻璃基本破碎。而人員在這個(gè)范圍內(nèi)都會(huì)受到不同程度的傷害。（2）ALOHA模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性取決于使用前的正確分析和輸入信息的準(zhǔn)確性，因此，要得到較精確的模擬結(jié)果，除了進(jìn)行準(zhǔn)確的后果分析外，還需要現(xiàn)場(chǎng)工作人員的配合，以獲得最精確的輸入信息。ALOHA在極低風(fēng)速、穩(wěn)定的大氣條件、風(fēng)向變化和地形變化較大以及局部濃度不均勻4種情況下的模擬結(jié)果不穩(wěn)定，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)需要注意。(3) ALOHA模擬軟件能夠提高應(yīng)急救援和人員疏散的安全性和準(zhǔn)確性，能為安監(jiān)部門的安全監(jiān)管和消防部門的應(yīng)急救援提供直觀的科學(xué)依據(jù)，有較大的推廣應(yīng)用前景。 參考文獻(xiàn)1 國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.國(guó)務(wù)院安委會(huì)辦公室關(guān)于江蘇省南京 “728”地下丙烯管道爆燃事故有關(guān)情況的通報(bào)EB/OL.（2010-08-08）.http：/2孫啟悅，修光利，張大年CAMEO在突發(fā)性環(huán)境污染