二氯乙烷生產(chǎn)事故剖析

 　　引言(1)

　　在化工生產(chǎn)中，火災(zāi)、爆炸和中毒事故不但影響生產(chǎn)的正常運(yùn)行，而且對(duì)人員有較大的身體危害，導(dǎo)致人員的傷亡。本文運(yùn)用地火災(zāi)、蒸氣云爆炸和中毒的三種數(shù)學(xué)模型，對(duì)年產(chǎn)20萬t二氯乙烷(EDC)裝置來進(jìn)行分析，分析各種事故對(duì)人員可能造成的危害，借以幫助企業(yè)在生產(chǎn)中采取相應(yīng)的措施。

　　事故后果分析是危險(xiǎn)源危險(xiǎn)性分析的一個(gè)主要組成部分，其目的在于定量描述一個(gè)可能發(fā)生的重大事故對(duì)工廠、對(duì)廠內(nèi)人員、廠外居民甚至對(duì)環(huán)境造成危害的嚴(yán)重程度。

　　火災(zāi)(2)

　　易燃液體EDC泄漏后流到地面形成液池，遇到火源燃燒而成池火。發(fā)生池火災(zāi)時(shí)，主要危害是熱輻射。EDC生產(chǎn)裝置主要的泄漏點(diǎn)為EDC反應(yīng)器和EDC儲(chǔ)罐，這2個(gè)部位的火災(zāi)事故后果，其分析計(jì)算如下：

　　1.1池火災(zāi)池直徑的計(jì)算

　　當(dāng)危險(xiǎn)單元為EDC反應(yīng)器時(shí)， 則根據(jù)泄漏的液體量和地面性質(zhì),按下式計(jì)算最大可能的池面積:

　　S=W/(Hminρ)

　　式中：P--EDC的密度，kg/m3;

　　H min --最小油層厚度，m，取值0.010;

　　W--泄漏的液體量，kg。

　　池直徑：

　　D=(4S/π)1/2

　　當(dāng)危險(xiǎn)單元為EDC儲(chǔ)罐時(shí)，液體泄漏量可用流體力學(xué)方程計(jì)算，其泄漏速度為：

　　Qo=CdAρ[2(p-po)/P+2gh]1/2

　　式中：Qo--液體泄漏速度，kg/S;

　　Cd--液體泄漏系數(shù)，根據(jù)裂口形狀和泄漏液體的雷諾數(shù)選取;

　　A--裂口面積，m2;

　　ρ--EDC的液體密度，kg/m3;

　　P--儲(chǔ)罐內(nèi)介質(zhì)壓力，Pa;

　　Po--環(huán)境壓力，Pa

　　g--重力加速度，9.8m/s2;

　　h--裂口之上液位高度，m。

　　1.2燃燒速度

　　EDC可燃液體表面上單位面積的燃燒速度為:

　　dm/dt=0.001Hc/[Cp(Tb-To)+H]

　　式中：dm/dt--單位表面積燃燒速度，kg/m2。S;

　　Hc--液體燃燒熱，J/kg;

　　Cp液體的定壓比熱，J/kg.k;

　　Tb--液體的沸點(diǎn)，K;

　　To--環(huán)境溫度，K;

　　H--液體的氣化熱，J/kg。

　　1.3火焰高度

　　設(shè)液池為一半徑為r的圓池，其火焰高度可按下式計(jì)算：

　　h=84r{(dm/dt)/[Po(2gr)1/2]}

　　式中：h——火焰高度，m;

　　r——液池半徑，m;

　　Po——周圍空氣密度，kg/m3;

　　g——重力加速度，9.8m/s2

　　dm/dt——單位表面積燃燒速度，kg/m2。S。

　　1.4熱輻射通量

　　液池燃燒釋放出的總熱輻射通量為:

　　Q=(πr2+2πrh)(dm/dt)ηHc/[72(dm/dt)0.61+1]

　　式中:Q——總熱輻射通量，W;

　　h——池火高度，m;

　　η——效率因子，可取0.13～0.35。

　　1.5目標(biāo)入射熱通量

　　假設(shè)全部輻射熱量由液池中心點(diǎn)的小球面輻射出來，則在距離池中心某一距離(X)處的入射熱通量為：

　　q=Qtc/(4πX2)

　　式中:q——熱輻射強(qiáng)度，W/m2

　　Q總熱輻射通量，W;

　　tc——熱傳尋系數(shù)，一般可取1;

　　X——目標(biāo)點(diǎn)到液池中心的距離，m。

　　死亡、重傷、輕傷半徑內(nèi)人員接受的熱通量分別為q1、q2、q3，其計(jì)算式如下：

　　R死亡=36.38+2.561n(tq14/3)

　　R重傷 =-43.14+3.01881n(4q24/3)

　　R輕傷=-39.83+3.01861n(tq34/3)

　　式中：t=人員受到熱輻射的時(shí)間，t=W/Q0.s;

　　q=人員接受到的熱通量，W/m2;

　　根據(jù)計(jì)算公式，池火災(zāi)熱輻射破壞半徑用計(jì)算機(jī)規(guī)模擬計(jì)算得出。

　　1. 6池火災(zāi)事故后果

　　單元名稱

　　死亡半徑

　　(m)

　　重傷半徑

　　(m)

　　輕傷半徑

　　(m)

　　EDC反應(yīng)器

　　EDC儲(chǔ)罐

　　10.7

　　16.1

　　11.6

　　17.5

　　17.5

　　26.4

　　注:以連續(xù)泄漏10min 的物料量為計(jì)算依據(jù).

　　爆炸(3)

　　(3)爆炸

　　2.1爆炸性物質(zhì)

　　由于EDC反應(yīng)器的操作溫度為90℃，而EDC的沸點(diǎn)為83.5℃,當(dāng)EDC從反應(yīng)器中泄漏出來時(shí),有一部分EDC液體會(huì)閃蒸轉(zhuǎn)變?yōu)檎魵?當(dāng)閃蒸發(fā)生時(shí),一些液體作為液滴被帶走,其中一些很小的液滴隨 蒸氣移動(dòng),而較大的液滴落回地面并集中在液池中.閃蒸系數(shù)的計(jì)算公式如下:

　　Fυ=Cp(Ts-Tb)/Hυ

　　Wf=FvQot

　　式中:Cp——液體的定壓比熱，J/kg。K;

　　Ts——泄漏前液體的溫度，K;

　　Tb——液體標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)，K;

　　Hv——液體的汽化熱，J/kg;

　　Qo——液體泄漏速度，kg/S;

　　Wf——蒸氣云爆炸中燃燒的總質(zhì)量，kg;

　　t——泄漏時(shí)間,s;t=W/Q0

　　從輸送管道泄漏到空氣中的乙烯與空氣的混合物的濃度處于爆炸極限范圍內(nèi)時(shí)，遇到點(diǎn)火源發(fā)生的爆炸為蒸氣云爆炸，其主要危害形式是沖擊波。

　　2.2蒸氣云爆炸的TNT當(dāng)量

　　通常以TNT當(dāng)量法來預(yù)測蒸氣云爆炸的嚴(yán)重程度。蒸氣云的TNT當(dāng)量WTNT計(jì)算式如下：

　　WTNT=aWfQf/QTNT

　　式中WTNT——蒸氣云的TNT當(dāng)量，kg;

　　a——蒸氣云的TNT當(dāng)量系數(shù)，取4%;

　　Wf——蒸氣云爆炸中燃燒的總質(zhì)量，kg;

　　Qf——乙烯或EDC的燃燒熱，kJ/kg;

　　QTNT——TNT的爆熱，KJ/kg,取平均爆破能量值4520kJ/kg。

　　計(jì)算出蒸氣云爆炸的TNT當(dāng)量后，可用TNT當(dāng)量法來估算其破壞后時(shí)的嚴(yán)重度。

　　2.3爆炸危害區(qū)

　　死亡區(qū)內(nèi)的人員如缺少防護(hù)，則被認(rèn)為無例外地蒙受嚴(yán)重傷亡或死亡，其內(nèi)徑為零，外徑為R1;重傷區(qū)內(nèi)的人員如缺少防護(hù)，則被認(rèn)為無例外地蒙受嚴(yán)重傷害，極少數(shù)人員可能死亡或受輕傷。其內(nèi)徑為R1，外徑為R2;輕傷區(qū)內(nèi)的人員如缺少防護(hù)，絕大多數(shù)人員將遭受輕微傷害，少數(shù)人員將受重傷或無事，其內(nèi)徑為R2,外徑為R3;安全區(qū)內(nèi)的人員不會(huì)受到傷害，該區(qū)的內(nèi)徑為R3o各區(qū)的計(jì)算式如下：

　　R1=13.6(WTNT/1000)0.37

　　ΔP=0.137Z-3+0.119Z-2+0.269Z-1-0.019

　　Z=R2(E/Po)1/3或Z=R3(E/Po)1/3

　　E=WTNT。QTNT

　　式中：ΔP——引起人員傷害的沖擊波峰值：重傷為44000Pa、輕傷為17000Pa;

　　E——爆源總能量，J;

　　Po——為環(huán)境壓力，Pa;

　　QTNT——TNT的爆熱，KJ/kg。

　　根據(jù)計(jì)算公式，爆炸傷害半徑用計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算得出。

　　2.4爆炸事故后果

　　單元

　　爆炸物

　　(TNT當(dāng)量)

　　死亡半徑

　　(m)

　　重傷半徑

　　(m)

　　輕傷半徑

　　(m)

　　乙烯管道

　　EDC反應(yīng)器

　　0.54

　　0.11

　　10.8

　　6.1

　　31.5

　　18

　　56.3

　　33

　　注:以連續(xù)泄漏10min的物料量為計(jì)算依據(jù).

　　中毒(4)

　　有毒物質(zhì)氯氣泄漏后生成有毒氣團(tuán),大量氯氣的泄漏會(huì)帶來嚴(yán)重的人員傷亡和環(huán)境污染。氯氣對(duì)人員的危害程度取決于它的性質(zhì)、濃度和人員與氯氣的接觸時(shí)間等因毒。

　　3.1中毒死亡概率計(jì)算

　　因?yàn)樵谝粋€(gè)已知點(diǎn)，有毒物質(zhì)濃度隨著氣團(tuán)的稀釋而不斷變化，因此在后果分析中，往往不考慮毒物氯氣泄漏的初期情況，即工廠范圍內(nèi)的現(xiàn)場情況，而主要計(jì)算氯氣氣團(tuán)在空氣中擴(kuò)散的范圍、濃度、接觸氯氣的人數(shù)等。

　　概率函數(shù)法是通過人們?cè)谝欢〞r(shí)間接觸一定濃度毒物所造成影響的概率來描述毒物泄漏后果的一種表示法。

　　當(dāng)死亡率為50%時(shí)，概率值Y的范圍為5.25~5.50。概率值Y與接觸毒物來描述毒物氯氣濃度及接觸時(shí)間的關(guān)系如下：

　　Y=-5.3+0.51n(C2.75t)

　　式中:C接觸毒物的濃度，PPm;

　　t——接觸毒物的時(shí)間，取值30min。

　　根據(jù)計(jì)算公式，接觸毒物氯氣的濃度范圍用計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算得出，結(jié)果為618~742PPm。

　　3.2事故后果分析

　　本裝置的池火事故后果分析是以最小泄漏為計(jì)算依據(jù)，如果泄漏的時(shí)間較長或裂口尺寸較大，事故后果將更加嚴(yán)重。尤其是EDC反應(yīng)器的操作條件苛刻，噴射火、池火、蒸氣云爆炸等都可能發(fā)生，并且事故發(fā)生率較其它設(shè)備高。

　　雖然EDC反應(yīng)器泄露的EDC液體的蒸發(fā)量僅為總量的10%，但危害程度相對(duì)而言卻嚴(yán)重很多，建議設(shè)計(jì)單位在相應(yīng)的位置布置可燃?xì)怏w報(bào)警器，一旦EDC泄漏，可以采取相應(yīng)的防護(hù)措施。