二氯乙烷生产事故剖析

 　　引言(1)

　　在化工生产中，火灾、爆炸和中毒事故不但影响生产的正常运行，而且对人员有较大的身体危害，导致人员的伤亡。本文运用地火灾、蒸气云爆炸和中毒的三种数学模型，对年产20万t二氯乙烷(EDC)装置来进行分析，分析各种事故对人员可能造成的危害，借以帮助企业在生产中采取相应的措施。

　　事故后果分析是危险源危险性分析的一个主要组成部分，其目的在于定量描述一个可能发生的重大事故对工厂、对厂内人员、厂外居民甚至对环境造成危害的严重程度。

　　火灾(2)

　　易燃液体EDC泄漏后流到地面形成液池，遇到火源燃烧而成池火。发生池火灾时，主要危害是热辐射。EDC生产装置主要的泄漏点为EDC反应器和EDC储罐，这2个部位的火灾事故后果，其分析计算如下：

　　1.1池火灾池直径的计算

　　当危险单元为EDC反应器时， 则根据泄漏的液体量和地面性质,按下式计算最大可能的池面积:

　　S=W/(Hminρ)

　　式中：P--EDC的密度，kg/m3;

　　H min --最小油层厚度，m，取值0.010;

　　W--泄漏的液体量，kg。

　　池直径：

　　D=(4S/π)1/2

　　当危险单元为EDC储罐时，液体泄漏量可用流体力学方程计算，其泄漏速度为：

　　Qo=CdAρ[2(p-po)/P+2gh]1/2

　　式中：Qo--液体泄漏速度，kg/S;

　　Cd--液体泄漏系数，根据裂口形状和泄漏液体的雷诺数选取;

　　A--裂口面积，m2;

　　ρ--EDC的液体密度，kg/m3;

　　P--储罐内介质压力，Pa;

　　Po--环境压力，Pa

　　g--重力加速度，9.8m/s2;

　　h--裂口之上液位高度，m。

　　1.2燃烧速度

　　EDC可燃液体表面上单位面积的燃烧速度为:

　　dm/dt=0.001Hc/[Cp(Tb-To)+H]

　　式中：dm/dt--单位表面积燃烧速度，kg/m2。S;

　　Hc--液体燃烧热，J/kg;

　　Cp液体的定压比热，J/kg.k;

　　Tb--液体的沸点，K;

　　To--环境温度，K;

　　H--液体的气化热，J/kg。

　　1.3火焰高度

　　设液池为一半径为r的圆池，其火焰高度可按下式计算：

　　h=84r{(dm/dt)/[Po(2gr)1/2]}

　　式中：h——火焰高度，m;

　　r——液池半径，m;

　　Po——周围空气密度，kg/m3;

　　g——重力加速度，9.8m/s2

　　dm/dt——单位表面积燃烧速度，kg/m2。S。

　　1.4热辐射通量

　　液池燃烧释放出的总热辐射通量为:

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

　　式中:Q——总热辐射通量，W;

　　h——池火高度，m;

　　η——效率因子，可取0.13～0.35。

　　1.5目标入射热通量

　　假设全部辐射热量由液池中心点的小球面辐射出来，则在距离池中心某一距离(X)处的入射热通量为：

　　q=Qtc/(4πX2)

　　式中:q——热辐射强度，W/m2

　　Q总热辐射通量，W;

　　tc——热传寻系数，一般可取1;

　　X——目标点到液池中心的距离，m。

　　死亡、重伤、轻伤半径内人员接受的热通量分别为q1、q2、q3，其计算式如下：

　　R死亡=36.38+2.561n(tq14/3)

　　R重伤 =-43.14+3.01881n(4q24/3)

　　R轻伤=-39.83+3.01861n(tq34/3)

　　式中：t=人员受到热辐射的时间，t=W/Q0.s;

　　q=人员接受到的热通量，W/m2;

　　根据计算公式，池火灾热辐射破坏半径用计算机规模拟计算得出。

　　1. 6池火灾事故后果

　　单元名称

　　死亡半径

　　(m)

　　重伤半径

　　(m)

　　轻伤半径

　　(m)

　　EDC反应器

　　EDC储罐

　　10.7

　　16.1

　　11.6

　　17.5

　　17.5

　　26.4

　　注:以连续泄漏10min 的物料量为计算依据.

　　爆炸(3)

　　(3)爆炸

　　2.1爆炸性物质

　　由于EDC反应器的操作温度为90℃，而EDC的沸点为83.5℃,当EDC从反应器中泄漏出来时,有一部分EDC液体会闪蒸转变为蒸气.当闪蒸发生时,一些液体作为液滴被带走,其中一些很小的液滴随 蒸气移动,而较大的液滴落回地面并集中在液池中.闪蒸系数的计算公式如下:

　　Fυ=Cp(Ts-Tb)/Hυ

　　Wf=FvQot

　　式中:Cp——液体的定压比热，J/kg。K;

　　Ts——泄漏前液体的温度，K;

　　Tb——液体标准沸点，K;

　　Hv——液体的汽化热，J/kg;

　　Qo——液体泄漏速度，kg/S;

　　Wf——蒸气云爆炸中燃烧的总质量，kg;

　　t——泄漏时间,s;t=W/Q0

　　从输送管道泄漏到空气中的乙烯与空气的混合物的浓度处于爆炸极限范围内时，遇到点火源发生的爆炸为蒸气云爆炸，其主要危害形式是冲击波。

　　2.2蒸气云爆炸的TNT当量

　　通常以TNT当量法来预测蒸气云爆炸的严重程度。蒸气云的TNT当量WTNT计算式如下：

　　WTNT=aWfQf/QTNT

　　式中WTNT——蒸气云的TNT当量，kg;

　　a——蒸气云的TNT当量系数，取4%;

　　Wf——蒸气云爆炸中燃烧的总质量，kg;

　　Qf——乙烯或EDC的燃烧热，kJ/kg;

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

　　计算出蒸气云爆炸的TNT当量后，可用TNT当量法来估算其破坏后时的严重度。

　　2.3爆炸危害区

　　死亡区内的人员如缺少防护，则被认为无例外地蒙受严重伤亡或死亡，其内径为零，外径为R1;重伤区内的人员如缺少防护，则被认为无例外地蒙受严重伤害，极少数人员可能死亡或受轻伤。其内径为R1，外径为R2;轻伤区内的人员如缺少防护，绝大多数人员将遭受轻微伤害，少数人员将受重伤或无事，其内径为R2,外径为R3;安全区内的人员不会受到伤害，该区的内径为R3o各区的计算式如下：

　　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——引起人员伤害的冲击波峰值：重伤为44000Pa、轻伤为17000Pa;

　　E——爆源总能量，J;

　　Po——为环境压力，Pa;

　　QTNT——TNT的爆热，KJ/kg。

　　根据计算公式，爆炸伤害半径用计算机模拟计算得出。

　　2.4爆炸事故后果

　　单元

　　爆炸物

　　(TNT当量)

　　死亡半径

　　(m)

　　重伤半径

　　(m)

　　轻伤半径

　　(m)

　　乙烯管道

　　EDC反应器

　　0.54

　　0.11

　　10.8

　　6.1

　　31.5

　　18

　　56.3

　　33

　　注:以连续泄漏10min的物料量为计算依据.

　　中毒(4)

　　有毒物质氯气泄漏后生成有毒气团,大量氯气的泄漏会带来严重的人员伤亡和环境污染。氯气对人员的危害程度取决于它的性质、浓度和人员与氯气的接触时间等因毒。

　　3.1中毒死亡概率计算

　　因为在一个已知点，有毒物质浓度随着气团的稀释而不断变化，因此在后果分析中，往往不考虑毒物氯气泄漏的初期情况，即工厂范围内的现场情况，而主要计算氯气气团在空气中扩散的范围、浓度、接触氯气的人数等。

　　概率函数法是通过人们在一定时间接触一定浓度毒物所造成影响的概率来描述毒物泄漏后果的一种表示法。

　　当死亡率为50%时，概率值Y的范围为5.25~5.50。概率值Y与接触毒物来描述毒物氯气浓度及接触时间的关系如下：

　　Y=-5.3+0.51n(C2.75t)

　　式中:C接触毒物的浓度，PPm;

　　t——接触毒物的时间，取值30min。

　　根据计算公式，接触毒物氯气的浓度范围用计算机模拟计算得出，结果为618~742PPm。

　　3.2事故后果分析

　　本装置的池火事故后果分析是以最小泄漏为计算依据，如果泄漏的时间较长或裂口尺寸较大，事故后果将更加严重。尤其是EDC反应器的操作条件苛刻，喷射火、池火、蒸气云爆炸等都可能发生，并且事故发生率较其它设备高。

　　虽然EDC反应器泄露的EDC液体的蒸发量仅为总量的10%，但危害程度相对而言却严重很多，建议设计单位在相应的位置布置可燃气体报警器，一旦EDC泄漏，可以采取相应的防护措施。