液氯储罐泄漏事故后果的分析与探讨.pdf

监 测 与 评 价 液氯储罐泄漏事故后果的分析与探讨 严永江许彦春庞春虎 河北化工医药职业技术学院机电工程系， 石家庄 050026 摘要 针对一起液氯储罐泄漏事故后果进行了分析， 通过计算泄漏部位的尺寸并确定泄漏速率， 计算出泄漏量。对液 氯扩散过程分为靠自身能量扩散和高斯扩散两个阶段进行分析。利用能量理论和高斯烟羽理论计算了每个阶段的扩 散浓度、 范围和时间。利用计算结果对事故的后果进行了分析。最后论述了液氯泄漏后应采取的紧急措施。 关键词 液氯储罐; 泄漏; 扩散; 紧急措施 ANALYSIS OF LIQUID CHLORINE TANK LEAKAGE AND EMERGENCY RESPONSE MEASURES Yan YongjiangXu YanchunPang Chunhu Electromechanical Department of Hebei Chemical ＆ Pharmaceutical Technical College，Shijiazhuang 050026，China AbstractIt was analyzed the consequence of a liquid chlorine tank leak，whose leakage was computed by calculating the size of the leak spot and determining leak rate． The liquid chlorine diffusion process was divided into the stages of self-energy diffusion and Gauss diffusion，with which the analysis was done;then the concentration，scope and time of each diffusion stage were calculated using energy theory and Gauss plume theory，and the consequence was analyzed by the calculated results． Finally，it was expounded the urgent measures that should be taken after a leak of liquid chlorine． Keywordsliquid chlorine tank;leak;diffusion;urgent measures 某电化厂发生一起液氯泄漏事故， 造成距离事故 储罐 60 m 处值班室人员中毒。事故发生后， 笔者跟 随有关人员进入现场， 现场共有 3 台2 500 mm 4 000 mm的立式液氯储罐， 发生事故时， 罐内压力为 1 MPa， 温度约 25 ℃ ， 液面高度约 1 m。储罐只搭有 遮阳棚， 储罐表面锈蚀明显， 发生事故的储罐位于最 东侧， 泄漏部位是距离地面 0. 5 m 处的 89 mm 接管 与设备筒体焊缝处， 裂纹宽度约 1 mm。事故发生后 经过 1 h 的抢修， 成功进行了堵漏。 本文通过数学模型计算氯气泄漏事故后果并进 行分析。 1泄漏量的确定 1. 1确定泄漏的尺寸 由于氯气储罐为压力容器， 其接管处开焊， 根据 世界银行国际信贷公司 IFC 编写的工业污染事故 评价技术手册 中提供的有关压力容器的裂口尺寸 确定原则， 确定事故的泄漏长度尺寸为其管径周长的 20 ， 即长度为 3． 14 89 mm 20 ， 约0. 055 89 m。 焊缝 开裂的宽度为 0. 001 m。则泄 漏 的 面 积 A 0. 055 89 m 0. 001 m 5． 589 10 － 5 m2。 1. 2泄漏速率的确定 由于液氯的沸点为 － 34 ℃ ， 属于过热液体。泄 漏后将出现气、 液两相流动的情况。泄漏速率按如下 公式计算 Q0 CdA2ρ P － P0 槡 0. 8 5． 59 10 －5 1032 15． 55 1 － 0. 5 槡 ≈ 0. 18 kg/s 式中Q0 两相流泄漏速度， kg/s; Cd 两相流泄漏系数， 取 0. 8; A 裂口面积， A 5． 59 10 － 5 m2; P 两相混合物的压力， P 1． 0 106Pa; Pc 临界压力， Pc 0. 5P 0. 5 106Pa; ρ 两相混合物的平均密度， ρ 1 F ρ1 1 － F ρ2 1 0. 202 3． 17 1 － 0. 202 1393 15． 55 kg/m3 式中ρ1 氯气在 25 ℃ ， 标准大气压下的密度， 取 3． 17 kg/m3; 301 环境工程 2011 年 8 月第 29 卷第 4 期 ρ2 液氯的密度， 1 393 kg/m 3。 F CP T － T0 H 0. 957 298 － 239 280 ≈ 0. 202; 式中CP 两相混合物的比定压热容， CP 0. 957 kJ/ kg K ; T 两相混合物的温度， 取 298 K; T0 液 氯 在 环 境 压 力 下 的 沸 点 温 度， 取 239 K; H 液氯的汽化潜热，取 280 kJ/kg。 1. 3泄漏量确定 泄漏量 W Q0 t 0. 18 3 600 648 kg 泄漏时， 直接蒸发的液氯将以细小液滴的形式形 成云团， 与空气相混合而吸收热， 若空气传给液氯烟 雾热量充足， 则不会形成液池。根据经验， 当 F ＞ 0. 2 时， 不会形成液池， 泄漏的液氯全部蒸发形成云团。 即泄漏的 648 kg 的液氯全部闪蒸形成云团。 2氯气扩散过程 液氯闪蒸形成的云团呈半球形向外扩散， 扩散可 分为二个阶段， 即依靠自身能量扩散阶段、 高斯扩散 阶段。 2. 1依靠自身能量扩散阶段 假定液氯闪蒸与周围环境之间没有热交换， 为绝 热扩散过程。氯气团向外扩散， 压力达到大气压力， 在此过程中氯气与周围空气掺混， 范围扩大， 扩散速 度低到一定程度时， 扩散过程结束。 2． 1． 1气体的扩散能量 E ［ H1－ H2－ T0 S1－ S2 ］ W － 0.098 P － P0 V1 ［ 6． 69 105－ 3． 85 105－ 239 5． 02 103－ 4． 01 103 ］ 648 － 0. 098 10 － 1． 01 105 179． 47 1． 18 107J 式中E 闪蒸液体扩散能， J; H1 泄漏液体初始焓， 为 6．69 105J/ kg K ; H2 泄漏液体最终焓， 为3．85 105J/ kg K; S1 液体蒸发前的熵， 为 5．02 103J/ kg K ; S2 液体蒸发后的熵， 为 4．01 103J/ kg K ; V1 初始体积，V1 mRT0 MP0 648 103 8． 31 239 71 0. 101 106 179． 47 m3。 2． 1． 2气团扩散半径及浓度 R1 2． 72Kd 槡 t C 0. 0059 Kdt 槡 3 V0 式中t 扩散时间， s; V0 标准温度、 压力下的体积; V0 mRT0 MP0 648 103 8． 31 298 71 0. 101 106 223． 77 m3; Kd 紊流扩散系数; Kd 0. 0137槡E 3 V 槡0 3 V 槡0 槡 [] tE 1 3 0. 01371． 18 10 槡 7 3 223． 槡 77 3 223． 槡 77 1． 18 107 槡 [] t 1 3 34． 54t － 1 3; 其相关参数见表 1。 表 1相关参数 时间 /sKd气团半径 R1/m 气团浓度 C / mg m － 3 1016． 0334． 44650. 51 2012． 7243． 38325． 37 3011． 1249． 68216． 68 608． 8262． 57108． 45 设扩散结束时扩散速度 dR /dt 为 1 m/s， 则在 扩散结束时内层半径 R1 0． 08837E0． 3V1 /3 0 0． 088 37 1． 18 107 0． 3 223． 771 /3 70． 98 m。 2. 2高斯扩散阶段 当氯气云团依靠自身能量扩散完成后， 则云团将 按高斯扩散模式进行扩散。根据浓度分析， 可把半球 分成两层 内层具有 50 的泄漏量; 外层具有 50 的 泄漏量， 浓度呈高斯分布。 液氯泄漏后， 在泄漏源附近扩散形成的云团在大 气中进一步扩散。由于氯气浓度约为空气密度的 2. 45 倍， 氯气气团将沿着地面扩散， 危害很大。 假设泄漏源时的平均风速为 1． 8 m/s， 大气稳定 度为不稳定; 泄漏地点为远离城市的郊区， 地势较平。 则以泄漏源为原点， 风向方向为 X 轴的空间坐 标系中一点 x， y， z 处的浓度为 C x， y， z Q0 πδzδyuexp － y2 2δ 2 y exp－ Z － H 2 2δ 2[] x exp－ Z H 2 2δ 2[]{} x 401 环境工程 2011 年 8 月第 29 卷第 4 期 式中C x， y， z 空 间 点 x， y， z处 的 浓 度， kg/m3; H 有效源高， m， 等于泄漏源高 度与抬升高度之合， 即 H Hs ΔH; 其中Hs 泄漏源高度， m; ΔH 抬升高度， m; 则沿下风侧地面的 x 处的氯气浓度为 C x， 0， 0， 0 q πδzδyu 式中 q 外层泄漏源强， 即 q 1 2 Q0 0. 09 kg/s; u 风速， m/s，取年平均风速 1． 8 m/s; σy 侧风向扩散系数， m; σz 垂直风向扩散系数， m。 我国选用的扩散参数根据制定地方大气污染 物排放 标 准 的 技 术 原 则 和 方 法 ， 扩 散 参 数 可 表 示为 δy γ1Χ α1 ;δ z γ2Χ α2 由于泄漏时大气稳定度为不稳定; 泄漏地点为远离城 市的郊区， 地势较平， 故取 γ1 0. 281846， α1 0. 91437; γ2 0. 12719， α2 0. 964435; 则有 δy γ1Χ α1 0. 281846Χ 0. 91437， δz γ2Χ α2 0. 12719Χ 0. 964435。 其相关参数见表 2。 表 2相关参数 与泄漏源距 离 X /m 扩散系数 δy/m 扩散系数 δz/m 下风侧氯气 浓度 / mg m － 3 8015． 49328． 7068117. 98 10018． 999910. 797577. 58 15027. 527415． 964436． 22 20035． 810021． 069121． 09 25043． 915326． 128213． 87 30051． 882131． 15129． 85 564． 7792． 4857. 33953． 00 根据 GBZ22002工作场所有害因素职业接触 限值 最高允许接触限值为1 mg/m3则计算得到 X 1 013． 5 m， 因此距离泄漏源1 050 m内的区域人员应 进行疏散。 3事故分析 由以上计算结果可知 当液氯储罐泄漏 60 s 时， 在 其 下 风 侧 62． 57m 的 范 围 内 氯 气 浓 度 为 108． 45 mg/m3， 短时间内吸入将造成人员的强烈刺 激而中毒; 若长时间的吸入将造成人员的死亡。对于 该事故， 由于值班室位于事故罐约 60 m 处， 并且值班 室具有一定的屏蔽作用， 因此只是造成了人员的严重 不适而没有发生死亡事故。 4液氯泄漏时的应急措施 1 立即启动危险化学品泄漏事故应急救援预案， 包括现场勘察、 侦毒、 隔离区与疏散区确定、 人员疏散、 现场检测、 成功堵漏、 空气中毒物的稀释、 消除等。 2 设置隔离区， 对事故隔离区内人员进行紧急 疏散。并防止无关人员进入隔离区。 3 确定疏散区域后， 应立即疏散区域内人员， 设 立临时集结点， 清点人数， 保证人员安全撤离， 避免人 员滞留可能发生人身伤害事故。疏散距离应充分考 虑泄漏量、 温度层结、 大气稳定度、 风向、 风速、 周围地 形等情况。 4 应急人员必须佩戴正压式空气防毒面具， 穿 防化服， 注意安全供气时效， 并建立应急人员之间联 络信号或互相监督。滤毒罐式防毒面具适用于空气 中氯气浓度不大于 2 的区域， 并应防止失效。 5 根据泄漏事故、 严重程度与影响范围; 泄漏事 故发生的地点、 人口、 天气等情况， 在合适的地点设立 检测点。现场使用便携式氯气报警仪检测， 检测范围 为 0. 1 ～ 12 10 － 6。 6 使用雾化水枪， 降低空气中氯气的浓度。 参考文献 ［ 1］叶明生， 胡晓琨． 化工设备安全技术［M］． 北京 化学工业出版 社， 2008． ［ 2］赵铁锤， 杨富． 安全评价 修订版 ［M］． 北京 煤炭工业出版社， 2004． ［ 3］ 化学工程手册 编写委员会． 化学工程手册［M］． 北京 化学工 业出版社， 1989． 作者通信处严永江050021石家庄市裕华区东岗路 175 号世 纪花园二期 10 － 2 － 102 E- mailyongjiang-yan 163． com 2010 － 12 － 13 收稿 501 环境工程 2011 年 8 月第 29 卷第 4 期