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过程液氯贮槽装置封闭厂房及事故氯吸收塔联用安全效用分析

文档作者：罗艾民文档来源：中国安全生产科学研究院		点击数： 247 2	更新时间： 2021年03月04日
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第2 0 卷第4 期
2 0 1 0 年4 月
􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 中国安全科学学报
Ch ina Sa fety Sc ience Journa l
􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 Vo l. 2 0No. 4
Apr . 2 0 1 0
过程液氯贮槽装置封闭厂房及
事故氯吸收塔联用安全效用分析*
罗艾民􀀁 高级工程师
(中国安全生产科学研究院, 北京100029)
学科分类与代码: 6204020(防毒工程技术) 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 中图分类号: X965􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 文献标志码: A
资助项目: 国际科技合作项目􀀂 危险品生产储存过程动态安全监控关键技术及装备研发 ( 2009DFA71840)。
!摘􀀁 要∀􀀁 分析、设立液氯贮槽液相泄漏的几种典型事故情景, 并利用液相泄漏、液池蒸发、重气扩
散和人员中毒死亡概率等模型对比研究封闭厂房及事故氯吸收塔等安全措施对液氯贮槽液相泄漏
扩散中毒后果的影响, 给出不同事故情景下液氯泄漏速率、液池半径、液池蒸发速率、室外氯气中毒
死亡概率等事故后果特征值。对封闭厂房及事故氯吸收塔安全效用进行定量分析和比较研究。结
果表明, 液氯贮槽的封闭厂房对抑制液氯泄漏扩散中毒事故后果效用明显; 事故氯吸收塔能消除液
氯贮槽微小孔泄漏所对应的小事故情景, 还能对封闭厂房最严重泄漏事故后果起到初期削峰作用。
显然, 封闭厂房及事故氯吸收塔联用可以降低液氯贮槽事故影响后果, 具有良好安全效用。
!关键词∀ 􀀁 液氯贮槽; 􀀁 封闭厂房; 􀀁 事故氯吸收塔; 􀀁 事故情景; 􀀁 事故后果模拟
Safety U tility Analys is of Ch lorine Absorpt ion Tow er Comb ined
w ith Ch lorine Tank in C losed P lant
LUO A i􀀁m in, Senior Engineer
( China A cademy of Safety Science&amp;amp; Techno logy, Be ijing 100029, China)
Abstract: 􀀁 Som e typ ical leak accident scenarios of a liquid chlorine tank w ere ana lyzed. L iqu id leakage,
liquid poo l evapora tion, and heavy gas d iffusion, po isoning death probability modelw ere accepted to inves􀀁
tigate the e ffect of such safetymeasures as chlorine abso rber and closed p lant on tox ic consequences. Chlo􀀁
rine leakage accident rate, liqu id pool radius, liqu id poo l evapora tion rate, mortality rate of ch lorine po i􀀁
son ing ou tsidew ere achieved. The effect iveness o f ch lo rine absorption tow er and c losed plantw as analyzed
and compared quant itat ive ly. Stud ies show that it is effect ive for closed factory of liquid chlorine tank in in􀀁
hibiting liquid ch lorine leakage acc iden;t Ch lorine absorption tow er cou ld no t only remove sm all􀀁ho le􀀁leak
accident scenarios o f liquid ch lo rine tank, but also c lip in itial leakage effec.t C learly, closed factory and
comb ined chlorine absorber can reduce the impact of the consequences o f the acc ident o f liquid chlorine
tank and has a good safety effec.t
Key words: 􀀁 ch lorine tank; 􀀁 closed plan;t 􀀁 chlorine absorption tow er; 􀀁 acc ident scenarios;
accident consequence simulation
* 文章编号: 1003- 3033( 2010) 04 - 0097- 05; 􀀁 收稿日期: 2010- 01- 08; 􀀁 修稿日期: 2010- 03 - 31
0􀀁 引􀀁 言
氯气是国内外化学事故发生较多的危险化学品
之一, 氯气泄漏事故可能导致众多人员中毒或死亡,
对公众的生命健康和环境安全造成非常严重的影
响。2004年4 月16日, 重庆市天原化工总厂氯冷
凝器发生故障, 处置中发生爆炸, 造成9人死亡, 罐
区100m 范围部分建筑严重损坏, 大量氯气泄漏致
使周围15万居民疏散[ 1] 。但另一方面, 氯气又被广
泛应用于人们的生产和生活中, 多用于自来水消毒、
纸浆漂白、制溴、橡胶、油墨、颜料和农药等方面, 是
一种不可或缺的重要化工原料或产品[ 2] 。
我国历来重视氯气的安全生产, #氯气安全规
程∃ (GB11984% 2008)规定了氯气在生产、充装、使
用、贮存、运输等方面的安全要求[ 3] ; #剧毒化学品
目录∃ ( 2002版)明确将氯气纳入剧毒化学品进行严
格管理; #氯碱厂(电解法制碱)卫生防护距离标准∃
( GB18071% 2000) 规定了氯碱厂(电解法制烧碱)
与居住区之间所需卫生防护距离[ 4] 。但随着我国
城镇化进展的加速, 许多原本建于城乡结合部的氯
气生产装置已经被周围稠密的工业、商业乃至于居
民区包围, 有的氯气厂厂址现在甚至已成为城镇中
心, 也因此, 许多这样的氯气装置被政府列入重大安
全隐患并加以综合治理, 甚至搬迁、停产, 给国家财
产带来重大损失的同时, 也带来了诸多社会问题。
为尽可能减轻不必要的损失和动荡, 发挥既有
装置的最大使用效益, 一些氯气生产厂商除了提高
企业管理水平、提高工人素质、提高事故应急救援能
力等外, 还尽可能采用先进的安全生产工艺和装置,
提高装置的本质安全水平[ 5 - 6 ] 。笔者将以某氯气生
产车间过程液氯贮槽装置的封闭厂房及事故氯吸收
塔联用的安全效用进行分析和评价。
1􀀁 装置概况
某氯气生产车间共有3 个24m3 的液氯贮槽,
见表1, 贮槽操作压力为1. 5MPa, 操作温度为- 25
~ 50&amp;amp; 。按照规范要求, 贮槽中液氯充装量不应大
于其容积的80% , 即一个贮槽可充装的液氯体积最
多达19m3, 折合液氯质量约29. 65 t。根据#危险化
学品重大危险源辨识∃ ( GB18218% 2009) , 毒性气体
氯气临界量为5 ,t 显然, 氯气贮槽已经构成危险化
学品重大危险源。
为了减少液氯贮槽可能发生的泄漏事故后果影
响范围, 降低泄漏事故所致人员中毒程度和事故风
险, 企业采取了以下4项主要措施:
1) 液氯生产控制岗位实行DCS (分散控制系
统)操作, 并实行安全联锁。
2) 将3个液氯贮槽紧密布置在封闭式厂房中,
厂房安装了密闭式负压吸收系统, 该负压系统直接
与事故氯吸收塔相连, 以确保可能泄漏挥发出的氯
气直接进入事故氯吸收塔; 封闭厂房顶部还铺设了
均匀分布的水雾喷淋头。封闭式厂房长14. 5m, 宽
12m, 高7m, 为钢筋混凝土结构。
3) 新建了两个串联布置的事故氯吸收塔, 能够
处理吸收封闭厂房泄漏事故时的蒸发氯气; 该装置
采用双回路加EPS (应急电源供电), 保证了装置供
电不间断, 从而保证生产停电的事故状态下, 保证氯
气的吸收, 防止外溢。事故氯吸收塔排气口距地面
高度约为15 m, 被处理的最大氯气流量为
2 576m3 /h, 最大氯气处理时间为15m in。
4) 封闭厂房内还设置了氯气检测报警装置, 对
液氯贮槽重大危险源实行24 h不间断在线监控, 在
线纪录其温度、压力、液位等实时参数, 以及可能泄
漏出的氯气, 保证贮槽安全运行。
表1􀀁 液氯贮槽和事故氯吸收塔主要参数
装置名称数量( 台) 规格(尺寸) 进出口尺寸( mm ) 物质状态操作压力(MPa) 操作温度( &amp;amp; )
液氯贮槽3 24m3 􀀁 108 /76 80%液1. 5 - 25~ 50
事故氯吸收塔2 􀀁 1 800mm ∋ 13 400mm 􀀁 450 /250 100%气- 0. 005~ 0. 003 0~ 38
2􀀁 事故情景设计
现假设3个液氯贮槽中的某一个贮槽发生了液
相泄漏事故, 泄漏发生时若贮槽中装有10m3 的液
氯(约15. 6 t), 贮槽泄漏时工况: 表压1. 5MPa, 温度
- 35&amp;amp; 。为了考察封闭厂房及事故氯吸收塔对不同
事故情景的影响, 共设计了下列几种事故情景[ 7- 9] 。
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China Safety Sc ience Journal
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2010年
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2. 1􀀁 最严重事故情景
最严重事故情境下, 10m3 的液氯以很短时间
发生了泄漏, 对应于贮槽理论上的􀀂瞬间 灾难性破
裂或大孔泄漏。为了对比, 该案例中的最严重事故
情景又分为两种情况: ) 液氯贮槽在开放条件(无
封闭式厂房、无集液池)下的泄漏扩散事故; ∗ 液氯
贮槽在封闭式厂房中的泄漏扩散事故。
2. 2􀀁 最可能事故情景
根据与液氯贮槽相连接的进出口管线尺寸、阀
门及法兰等具体数据, 结合挪威DNV 在QRA 的研
究中推荐采用的典型泄漏尺寸范围和代表性孔径确
定公式和方法, 给出贮槽最可能发生的泄漏事故情
景, 对应于该案例下的小孔泄漏。
2. 3􀀁 小事故情景
小事故情景对应的事故后果不严重, 其后果影
响一般局限在车间或厂区界限内, 对应于该案例下
的微小孔泄漏。
液氯贮槽泄漏类型及结果见表2。
表2􀀁 液氯贮槽泄漏类型及结果
泄漏类型泄漏尺寸( mm ) 泄漏速率( kg / s)
微小孔3. 7 0. 340
小孔24. 4 14. 439
大孔/破裂75. 0 136. 257
3􀀁 计算结果及分析
根据事故氯吸收塔最大氯气流量2 576m3 /h,
在操作压力0. 003MPa、操作温度10&amp;amp; 下折算出的
氯气最大处理能力为2. 22 kg / s, 氯气最大处理量约
1 998 kg。很明显, 贮槽微小孔泄漏速率低于事故氯
吸收塔最大氯气处理能力, 其事故后果可以不予
讨论[ 10- 11] 。
3. 1􀀁 开放条件下的最严重泄漏事故
假设外界风速为1. 97 m / s, 气温为15&amp;amp; , 相对
湿度为70%, 大气稳定度为D, 地表粗糙度取3m。
若泄漏为液相泄漏, 根据大孔/破裂泄漏速率值
136. 257 kg / s, 10 m3 液氯泄漏时间尚不足2 m in。
86. 7%泄漏液氯在地表形成液池并进一步吸热蒸
发, 液池半径约为21. 7 m, 蒸发的液氯液滴直径可
达329 􀀂m, 液池的氯气蒸发速率最高可达到
70. 37 kg / s, 如图1所示, 图中折线为蒸发速率平均
值。若以室外氯气中毒死亡率大于5% 为对比范
围, 如图2所示, 在泄漏点上风向125m 至下风向
550m的范围内, 人员中毒死亡的概率大于5% 。
3. 2􀀁 封闭式厂房中最严重泄漏事故
假设液氯泄漏时由封闭厂房构成的集液池不会
受到液氯静压力及冷冻的影响, 则泄漏的液氯有
92. 8% 形成液池, 液池氯气挥发率泄漏后在60 ~
80 s左右达到最大值4. 74 kg / s, 液池蒸发速率随时
间变化关系如图3所示, 经过1 h蒸发, 液池蒸发速
率趋于平缓并降低至1. 6 kg / s左右, 此时已经蒸发
的液氯量可达7 500 kg, 未蒸发的液氯量为8 000 kg
左右, 由于此时主要受到液池外部传入热量的限制,
液氯蒸发速率总体上看呈下降趋势。若仍以室外氯
气中毒死亡率大于5% 为对比范围, 如图4所示, 在
泄漏点上风向80m至下风向400m的范围内, 人员
中毒死亡的概率大于5%。
第 4期􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 罗艾民: 过程液氯贮槽装置封闭厂房及事故氯吸收塔联用安全效用分析 ( 99(
www.bzfxw.com 3. 3􀀁 最可能事故情景
在小孔液相泄漏的事故情景下, 液氯泄漏速率
值14. 439 kg / s, 考虑到工艺系统DCS控制系统及紧
急截断装置的响应, 若液氯泄漏2m in后泄漏便被
自动截断, 此时液氯泄漏总量约为1 732 kg, 该物质
量尚且小于事故氯吸收塔的氯气最大处理能力
1 998 kg。即使泄漏初期氯液池蒸发速率(最大为
4. 74 kg / s)可能大于事故氯吸收塔的氯气处理速率
2. 22 kg / s, 但显然, 该种情况下的事故后果肯定小
于3. 2节中事故后果。
若保守考虑, 液氯泄漏10 m in 后泄漏方才停
止, 则10m in内液氯最多可以泄漏出8 663 kg, 减去
事故氯吸收塔的处理量, 还余6 665 kg 液氯需要在
液池中挥发, 因此, 该种情况下的事故后果最保守估
计可等同于3. 2节中事故后果。此时, 具有参考意
义的事故后果为, 氯气蒸发速率等于2. 52 kg / s时对
应的事故后果情景, 如图5所示, 在泄漏点至下风向
325m 范围内, 人员中毒死亡的概率大于5% 。
图5􀀁 氯气中毒死亡与下风向距离
4􀀁 结􀀁 论
通常而言, 以液化气形态贮存的液氯发生液相
泄漏时对外界影响最大, 因此, 笔者设立、分析了液
氯贮槽液相泄漏的几种典型事故情景, 并利用泄漏、
蒸发、重气扩散和人中毒死亡概率等模型对比研究
了封闭厂房及事故氯吸收塔对液氯泄漏后果的影
响。研究过程中, 忽略了液氯泄漏时或泄漏过程中
所致液氯闪蒸挥发量, 也忽略了大量液氯泄漏在封
闭厂房时氯气蒸发所带来的厂房内部压力变化等影
响, 同时, 也没有考虑封闭厂房水雾喷系统的削减作
用。研究结果表明:
1) 液氯贮槽的封闭厂房对抑制液氯泄漏事故
后果效用明显。相对于完全开放泄漏情景, 封闭厂
房相当于集液池, 它可使液氯液池面积受到限制, 因
而液氯蒸发速率也受到较大约束, 同比人员中毒死
亡概率大于5% 区域便可以发现, 前者直径675m,
后者直径480m, 降低了28. 9% 。
2) 事故氯吸收塔的负压系统虽可能提高贮槽
封闭厂房液氯蒸发速率, 但总体上能消除微小孔泄
漏所对应的小事故情景, 也能降低封闭式厂房中最
严重泄漏事故后果。计算结果表明, 通过事故氯吸
收塔的处理, 最可能事故情景后果人员中毒死亡概
率大于5%区域降至325m, 降低了32. 3%。
3) 虽然事故氯吸收塔全负荷运行时处理能力
有限( 15m in, 2. 22 kg / s) , 但还是能对封闭厂房最严
重泄漏事故后果起到初期削峰作用, 并为事故其他
处置措施赢得宝贵时间。进一步提高事故氯吸收塔
处理能力是企业下一步需要开展的工作。
( 100(
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2010年
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罗艾民􀀁 ( 1969- ), 男, 四川阆中人, 中国安全生产科学研究院高级工程师, 博士, 主要从事危险化学品安
全技术、事故后果模拟仿真及定量风险评估等方面的研究工作。E􀀁m ai:l luoam@ chinasafety. ac. cn.
第 4期􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 罗艾民: 过程液氯贮槽装置封闭厂房及事故氯吸收塔联用安全效用分析 ( 101(

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