基于aloha重氣擴散模型的氯化氫泄漏事故應(yīng)急救援區(qū)域劃分

基于aloha重氣擴散模型的氯化氫泄漏事故應(yīng)急救援區(qū)域劃分

隨著我國工商業(yè)的發(fā)展，日化行業(yè)的規(guī)模和數(shù)量迅速增加。大部分化工企業(yè)都涉及有毒有害、易燃易爆的危險化學品。由于設(shè)備故障和人為失誤等因素,危化品的泄漏事故頻頻發(fā)生,對社會造成巨大的生命危害和財產(chǎn)損失。尤其是有毒有害氣體在生產(chǎn)、運輸或貯存的過程中意外泄漏擴散,使擴散影響區(qū)域中的人員暴露于高濃度毒氣下,造成致命的傷害。并且由于有毒重氣的泄漏擴散與大尺度的大氣擴散有明顯不同,毒性物質(zhì)常常擴散成非常復(fù)雜的形狀或停留不散,擴散過程特別易受風速、風向以及地形的影響,為分析毒物泄漏類型和擴散規(guī)律帶來不便。因此,進行危化品泄漏擴散模擬,實施高效的應(yīng)急管理措施,科學合理地組織救援和疏散方案成為避免泄漏事故擴大的首要任務(wù)。而現(xiàn)今危險化學品泄漏擴散過程模擬軟件的開發(fā)與迅速發(fā)展為此類模擬提供了有力的幫助。以江陰“5·11”氯化氫泄漏事故為背景,采用ALOHA(ArealLocationsofHazardousAtmospheres)軟件對事故中有毒物質(zhì)氯化氫在大氣中的泄漏擴散進行模擬分析。根據(jù)有害氣體的環(huán)境條件對事故的泄漏過程進行計算和模擬,確定不同程度危害范圍的大小和區(qū)域,為氯化氫泄漏事故后果分析及應(yīng)急救援提供重要依據(jù)。1模擬試驗的材料近年來,市面上設(shè)計出許多擴散模型軟件,能夠運用不同的數(shù)學模型對不同的意外泄漏事件進行擴散模擬分析。這些軟件可以計算出擴散氣體的濃度并確定事故的影響范圍。常見的軟件有SLAB、DEGADIS、ARCHIE和ALOHA等。我國的研究機構(gòu)也自行開發(fā)了一些應(yīng)用軟件,比較典型的有南京工業(yè)大學開發(fā)的RDSHM,東北大學開發(fā)的NEFECT等。筆者采用ALOHA軟件對江陰氯化氫泄漏擴散事故的影響進行模擬分析。ALOHA軟件是由美國環(huán)保署(EPA)化學制品突發(fā)事件和預(yù)備辦公室(CEPPO)和美國國家海洋和大氣管理(NOAA)響應(yīng)和恢復(fù)辦公室共同開發(fā)的應(yīng)用程序。ALOHA可以用來計算危險化學品泄漏后的毒氣擴散、火災(zāi)、爆炸等產(chǎn)生的毒性、熱輻射和沖擊波等。它包括了一個近1000種常用化學品的數(shù)據(jù)庫,這個數(shù)據(jù)庫的信息包括化學品類型、意外事故位置(市區(qū)或者郊區(qū))、天氣情況(溫度,風速和風向)和意外事故變量(存儲物料,泄漏孔尺寸,存儲壓力)等。ALOHA采用的數(shù)學模型有:高斯模型、DEGADIS重氣擴散模型、蒸氣云爆炸和BELEVE火球等成熟的計算模型。氯化氫屬于重氣,泄漏后與空氣混合形成大型的薄霧云并持續(xù)擴散,因此采用重氣擴散模型。2氯化氫泄漏的“5.11”2.1氯甲基三氯甲酯私水擴散回氣案江陰市某化工廠產(chǎn)品二碳酸二叔丁酯(BOC)的生產(chǎn)原料中包含氯甲酸三氯甲酯。2009年5月11日9時許,該廠操作人員在生產(chǎn)過程中將高位槽內(nèi)剩余的氯甲酸三氯甲酯滴加到3號反應(yīng)釜內(nèi),并在輸送管道的控制閥門打開的情況下用水沖洗反應(yīng)釜,導(dǎo)致氯甲酸三氯甲酯遇水放出大量的氯化氫氣體并擴散到大氣中,造成距離廠區(qū)的70m處某中學操場上多名師生出現(xiàn)氯化氫輕度中毒反應(yīng)。事故當日氣溫34℃,風速5.3m/s,西南風,太陽輻射強度等級為強。事故現(xiàn)場地形為平原,海拔6m,緯度北緯32°16′,經(jīng)度東經(jīng)120°2′。2.2氯甲酸三氯甲酯流速計算公式的確定高位槽與反應(yīng)釜滴加處的垂直距離為0.8m,水平距離為5.5m,管道閥門處的直徑為7mm。近似認為高位槽內(nèi)液面下降速度為零且槽內(nèi)液體在卸料過程中不會流空。用氯甲酸三氯甲酯滴加處液體的流速計算公式(1)和滴加量公式(2),計算出滴加處的氯甲酸三氯甲酯流速和滴加量。2gh=v2+λ1dv2+ξv2(1)gh=v2+λ1dv2+ξv2(1)式中:ξ為局部阻力系數(shù),取0.42;λ為沿程阻力系數(shù);v為滴加處的氯甲酸三氯甲酯流速,m/s;h為高位槽與反應(yīng)釜滴加處的垂直距離,m;d為管道閥門處的直徑,m。其中v和λ均為未知參數(shù),需要反復(fù)試算確定。經(jīng)計算,滴加處的氯甲酸三氯甲酯流速為0.4m/s。m=ρπr2vt(2)式中:ρ為氯甲酸三氯甲酯密度,kg/m3;r為氯甲酸三氯甲酯液滴半徑,m;v為滴加處的氯甲酸三氯甲酯流速,m/s;t為氯甲酸三氯甲酯滴加時間,s(假設(shè)滴加3min)。經(jīng)計算,氯甲酸三氯甲酯的滴加量為4.57kg。滴加入反應(yīng)釜內(nèi)的氯甲酸三氯甲酯經(jīng)大量水沖洗產(chǎn)生氯化氫氣體。假設(shè)滴加3min到反應(yīng)釜內(nèi)的氯甲酸三氯甲酯全部與水發(fā)生反應(yīng),可生成3.59kg的氯化氫氣體。由于氯化氫溶于水可生成鹽酸,假設(shè)有2/3的氯化氫氣體泄漏,則氯化氫氣體泄漏量為2.4kg。3aloha軟件的模擬和結(jié)果分析3.1顯著影響擬結(jié)果的原因在ALOHA模擬計算的過程中,毒氣擴散濃度正比于源的釋放率,因此對源的強度和泄漏持續(xù)時間的估計將對最終模擬結(jié)果產(chǎn)生重要影響。因事故中工作人員誤將水倒入反應(yīng)釜,使其與釜中殘留氯甲酸三氯甲酯瞬間反應(yīng),并且此時管道間的控制閥門為打開狀態(tài),產(chǎn)生的氯化氫氣體瞬時放出。因此該事故判定為瞬時泄漏源。由于是瞬時泄漏源,因此源的強度在泄漏的前1min內(nèi)幾乎無變化。根據(jù)軟件的模擬計算,泄漏的前1min內(nèi)該泄漏源的強度值為40g/s。3.2泄漏危險區(qū)域的劃分危險化學品事故危害對人身的傷害程度可以分三個級別,即致命傷害、嚴重傷害和輕度傷害。每種危害的極限值是不一樣的。ALOHA軟件以AIHI美國工業(yè)衛(wèi)生協(xié)會制定的美國應(yīng)急行動計劃指南(ERPG)中給出的ERPG-2、ERPG-3標準體積分數(shù)值確定影響區(qū)域。ERPG的毒氣影響表示,毒氣體積分數(shù)在ERPG-1值和ERPG-2值之間會對人體造成輕度傷害;毒氣體積分數(shù)在ERPG-2值和ERPG-3值之間會嚴重影響人員身體健康,主要是對某些器官的傷害;毒氣體積分數(shù)在ERPG-3值以上會造成嚴重的、持久的威脅生命的影響。氯化氫氣體的ERPG-2值為20×10-6,ERPG-3值為150×10-6。考慮日照、風向和風速等條件的影響模擬出毒氣的影響區(qū)域,如圖1所示。從圖1可以看出,該化工廠氯化氫氣體泄漏影響范圍較大,易造成中毒事故,產(chǎn)生不良后果。在人員的應(yīng)急疏散中根據(jù)模擬出的影響區(qū)域的危害程度,從內(nèi)向外可以把影響區(qū)域依次劃分為緊急避難區(qū)、協(xié)助疏散區(qū)、引導(dǎo)疏散區(qū)和自主疏散區(qū)。具體按照ERPG-2、ERPG-3濃度劃分危害范圍:氯化氫體積分數(shù)高于150×10-6的區(qū)域為緊急疏散區(qū),應(yīng)緊急疏散存留人群,疏散人員和事故處理的人員應(yīng)配帶有相應(yīng)的安全防護用具;體積分數(shù)在20×10-6～150×10-6的區(qū)域應(yīng)設(shè)為協(xié)助疏散區(qū),禁止人員在該區(qū)域隨意流動,盡量避免人員逗留;體積分數(shù)低于20×10-6的區(qū)域為引導(dǎo)和自主疏散區(qū),人員可自行疏散。劃分疏散區(qū)域后可確定疏散方案,指揮人員撤離。廠區(qū)東側(cè)約70m處的中學處于緊急疏散區(qū)內(nèi),應(yīng)緊急疏散存留人群。3.3每相線度至2.擴散前的60min內(nèi),室內(nèi)濃度始終低于ERPG-1;而室外濃度在擴散剛開始的幾分鐘迅速升高,超過了ERPG-1,但沒有超過ERPG-2,然后很快降低到ERPG-1以下。因此,在擴散的前幾分鐘內(nèi),室內(nèi)濃度始終未超過人體輕度傷害數(shù)值;而室外濃度達到了人體輕度傷害數(shù)值,之后濃度很快降低到該數(shù)值以下。3.4模擬結(jié)論分析在擴散的前幾分鐘內(nèi),室外的人接觸到的氯化氫劑量很快達到某特定值,此后保持這個數(shù)值不變;室內(nèi)的人接觸到的氯化氫劑量曲線隨時間推移平緩增加,并且劑量大小低于室外。因此,室外的人體接觸劑量將達到輕度傷害值,而室內(nèi)的人受到的傷害低于室外,可近似看成沒有傷害。根據(jù)事故報道,中學操場上的部分師生出現(xiàn)咳嗽、胸悶和氣急等輕度中毒現(xiàn)象。模擬結(jié)論與事故實際情況基本吻合。根據(jù)事故分析結(jié)果,在此次氯化氫氣體泄漏擴散的緊急情況下,應(yīng)將泄漏影響區(qū)域內(nèi)的室外人員應(yīng)急疏散到室內(nèi),進入密閉空間就地避難。4緊急疏散區(qū)的模擬結(jié)果(1)根據(jù)氯化氫擴散影響區(qū)域圖可以把影響區(qū)域依次劃分為緊急避難區(qū)、協(xié)助疏散區(qū)、引導(dǎo)疏散區(qū)和自主疏散區(qū),并根據(jù)相應(yīng)疏散方案組織人員撤離。廠區(qū)東側(cè)的中學處于緊急疏散區(qū)內(nèi),應(yīng)組織人員緊急撤離。(2)根據(jù)敏感點處氯化氫濃度隨時間的變化圖,