基于ALOHA 的環戊烷儲罐泄漏事故模擬研究

高健民，高健華，周華北，周亞超，倪樹楠

1.遼寧工程技術大學安全科學與工程學院，遼寧 葫蘆島 125000

2．內蒙古科技大學材料與冶金學院，內蒙古 包頭 014000

隨著我國科學技術的飛速革新，化工生產不斷規?；?，安全生產的壓力與責任也越來越重。尤其是危險化學品生產企業，具有易燃、易爆及毒害等安全隱患，一旦出現操作失誤，輸送不合理等情況，將引發不同程度的安全事故。事故一旦發生，往往會造成群死群傷、中毒、泄漏、污染等災害，嚴重危及人身安全和企業發展，同時必定會對生態環境也造成嚴重的危害[1]。因此，危險化學品泄漏影響研究的意義十分重大。為了明確危險化學品泄漏的過程，研究人員通過各種方法對事故的過程和規律進行了研究和探索[2-3]。其中，軟件模擬法可以綜合考慮影響因素，計算方便，結果直觀清晰，在實踐和研究中得到廣泛應用[4]。近年來，越來越多?；沸孤稊U散事故模擬軟件被開發應用于工藝中。它們可以通過模擬危險化學品儲罐發生泄漏后存儲物質在空間的擴散路徑，進而計算出事故后產生的影響范圍和損害程度。這些軟件采用不同的模型，各有利弊，其中ALOHA（Areal Locations of Hazardous Atmospheres）是由美國環保署（EPA）化學制品突發事件和預備辦公室（CEPPO）和美國國家海洋和大氣管理（NOAA）響應和恢復辦公室共同開發的有害大氣空中定位軟件。經過不斷開發與完善，ALOHA 功能日趨完備，可以用來模擬多種泄露模式，如蒸氣云爆炸、BLEVE、噴射火、池火等，同時可在MARPLOT、谷歌地球等衛星云圖上顯示地理信息系統對有害物品的泄漏范圍，以便于事故發生后以最快的速度為制定精準的決策提供強有力的依據。

1 事故情景分析

1.1 環戊烷主要性質及用途

環戊烷主要性質及用途如表1 所示，每年國內外化工行業因環戊烷泄露引起的事故頻發，因此對人員和環境造成了十分惡劣的影響。

表1 環戊烷主要性質及用途

1.2 可能發生的事故分析

環戊烷泄漏后若沒有立即燃燒，會氣化成毒性蒸汽云擴散到周圍。毒性蒸汽云若在較小空間內被點燃會導致爆炸；若在較大空間內被點燃會出現閃火。若環戊烷泄漏后被立即點燃，可能會產生BELEVE 火球和噴射火。

1.3 情景設置

某日，化工廠內一環戊烷儲罐因外物撞擊導致筒體被破壞，在距儲罐底部3m 處產生直徑為5cm 的小圓孔，造成環戊烷的泄漏。儲罐公稱容積為3000m3，儲罐內化學品溫度為16℃。風向東南偏東，現場風速為3m/s，測量點高度為10m，天氣多云，大氣溫度為16℃，空氣中的水汽含量為78%，以下是對蒸汽云爆炸事故、池火事故、BLEVE、中毒、蒸汽云燃燒事故的模擬結果。

1.4 事故后果模擬

蒸汽云爆炸模擬、池火事故模擬、BLEVE 事故模擬如圖1 所示。中毒事故模擬、蒸汽云燃燒事故模擬如圖2 所示。

圖1 蒸汽云爆炸模擬、池火事故模擬、BLEVE 事故模擬

圖2 中毒事故模擬、蒸汽云燃燒事故模擬

（1）蒸汽云爆炸事故模擬。從圖1(a)可見，環戊烷儲罐造成泄漏事故后，蒸汽一經引燃，爆炸會在直徑為36m的環形區域內造成不同程度的破壞。其中在19m 范圍內為重傷區，破壞力極強，建筑物外部表現出嚴重損傷；在19 ～36m 范圍內為輕傷區，建筑物的玻璃被震碎；36m 以外為安全區，可以考慮規劃其他設備或建筑。

（2）池火事故模擬。由圖1(b)可知，以液池為中心，20 ～29m 環形區域內為輕傷區，14 ～20m 環形區域內為中等傷害區域，人員在60s 內會受到二級燒傷，而14m 中心區域內，人員在60s 內可能導致死亡；距液池中心29m 之外為安全區。

（3）BLEVE 事故模擬。分析環戊烷儲罐火災及爆炸事故的后果可以看出，火災發生時，產生的蒸氣爆炸火球造成的影響范圍最大且事故后果最為嚴重?；鹎虻臒彷椛湫妶D1（c）。

由圖1（c）可知，火球直徑為340m，燃燒時間為19s；1000 ～1600m 環形區域內為輕傷區，724 ～1000m 環形區域為中等傷害區域，人員在60s 內會受到二級燒傷，而724m 中心區域內，人員在60s 內可能導致死亡。

（4）中毒事故模擬。環戊烷儲罐破裂泄露發生瞬時或者延遲泄漏時，形成液相堆積同時迅速氣化，蒸氣于空氣中主要沿風向擴散，在沒有被點燃的情況下形成有毒氣體。

由圖2（a）可得，由于近場效應使得短距離內的氣體分散預測不可靠，11m 內死亡區，此范圍內1h 環戊烷的濃度達到23‰。11 ～48m 內為重傷區，此范圍內1h 環戊烷的濃度達到3.8‰。48 ～76m 范圍為輕度受傷害區，此范圍內1h 環戊烷的濃度達到1.8‰。

（5）蒸汽云燃燒事故模擬。由圖2（b）可得，在順風方向，27m 內區域內環戊烷濃度可能超過9‰，即60%LEL，在27 ～85m 區域內環戊烷濃度可能超過1.5‰，即10%LEL。

2 對策措施

根據模擬結果顯示，儲罐泄漏所導致的蒸汽云爆炸事故影響范圍最廣且最為嚴重，可能對半徑500m 環形區域內工作人員造成不同程度的燒傷，因此必須制訂相關對策及措施進行處理解決。

（1）定期對儲罐進行質量檢驗，及時修復和更換有問題的儲罐。

（2）不在有可能發生嚴重中毒事故后果的區域設置固定工位，同時在該區域配備應急用具以供緊急時刻使用。此外，在工廠規劃的過程中，選擇距離儲罐更安全的位置供工人工作。

（3）如有液態環戊烷泄漏，應立即用木糠吸附，裝入封閉金屬桶。為防止中毒，操作過程中應佩戴空氣凈化的防毒面具，著防滲透的衣服、阻燃防靜電防護服，穿靴，同時戴膠手套，裝拆管道容器時戴眼鏡。

（4）根據事故模擬的結果，制定合理的人員疏散和救援路線，做好預案和演練。同時嚴格管控動火作業，在禁止明火的情況下，蒸汽云爆炸事故發生的可能性將會很小。但是，化工廠儲罐一旦發生泄漏，必將造成巨大的損失。因此，可以依據儲罐泄漏模擬的結果來適當調整儲罐之間的最小安全距離，確保不會因沖擊波造成連鎖事故和殉爆現象的產生。

3 結論

（1）環戊烷儲罐發生泄漏事故后，引起的蒸汽云爆炸事故影響范圍最廣且破壞性最為嚴重，可能對半徑500m 環形區域內的工作人員造成不同程度的燒傷，后果嚴重。

（2）該廠區應當根據泄漏模擬結果重新規劃并且調整罐區內危險化學品儲罐的間距，并將處于危險區域的人員工作崗位設置到安全位置，同時做好應急疏散、救援的規劃預案。

（3）使用者只要輸入較為準確的天氣條件、介質參數、地理信息和泄漏情形，ALOHA 就會自行模擬計算并提供相應的事故結果，同時綜合考慮各項影響因素，計算方便快捷，結果直觀清晰，應當培訓指導廠區安全管理技術人員認真學習，熟練操作，并將其真正應用到危險化學品的日常管控、預案編制和應急救援中，做到在平時的作業中對工作人員進行嚴要求，盡可能減少或避免安全事故。