乙醇储罐密闭性失效分析与安全管理

专　论　石油化工腐蚀与防护ＣＯＲＲＯＳＩＯＮ＆ＰＲＯＴＥＣＴＩＯＮ　ＩＮ　ＰＥＴＲＯＣＨＥＭＩＣＡＬ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ　２０１６年第３３卷第５期　乙醇储罐密闭性失效分析与安全管理　夏寒玉，张礼敬，陶　刚　（南京工业大学江苏省危险化学品本质安全与控制技术重点实验室，江苏南京２１０００９）　摘要：近年来，国内外发生多起乙醇储罐爆炸事故，造成了人员伤亡与财产损失。结合某制冷公　司发生的乙醇罐爆炸事故，对事故经过及人员伤亡原因进行深入研究，通过冲击波伤害的定量评估　技术，得出人员伤亡的最主要原因是爆炸后乙醇泄漏燃烧引起的火灾。运用领结图法对乙醇储罐爆　炸火灾事故进行风险分析，为乙醇生产、储存等相关企业提出直观、简单实用的安全管理方法。　关键词：乙醇储罐爆炸火灾领结图　安全风险分析　近年来，国内外已发生了多起由于乙醇泄漏　引起的工业火灾事故，所幸由于涉及乙醇量较小　２事故伤害分析　未造成严重人员伤亡＿】Ｊ。但这些事故对企业造　为研究人员伤亡原因，就爆炸冲击波对现场　成了巨大的经济损失，对人民的生命财产安全构　人员的伤害作用进行定量评估，判断其是否对现　成了重大威胁。结合某制冷公司乙醇罐爆炸事故　场人员具有致命伤害。　案例对乙醇罐爆炸事故的原因及安全对策措施进　２．１冲击波伤害　行更深入的探究。　通过估算参与爆炸的乙醇蒸气的量，将其换　算成ＴＮＴ当量，由此推算爆炸时死者所处的点的　１事故概况　冲击波超压值，进而判断爆炸冲击波对人员的伤　２０１３年９月９日上午９点ｌ５分左右，南京　害作用。　某制冷公司，两名工人在进行设备制冷效果测　（１）估算参与爆炸的乙醇蒸气的质量。乙醇　试准备过程中焊接配管时引发乙醇罐爆炸，引　储罐示意图见图２，最后一次检测，罐中乙醇液位　起火灾，造成车间严重损毁，造成４人死亡、１人　高度为总高度的４０％，罐上部气体的体积为罐体　重伤。其中焓熵试验区、超低温试验区、保温材　积的６０％，罐体积为２．５２　ｍ　，可估算上部体积为　料裁剪区过火最严重，过火最严重区域平面布　６０％×２．５２　ｍ　＝１．５１　ｍ　置见图１。　通气孔　气相空间　焓熵试验区　液相空间　出料阀　支架　回料阀　超低温试验区　图２乙醇罐示意　乙醇的爆炸极限为３．３％～１９．０％，罐内为　ｍ　Ｌ９　常压，假设罐内乙醇蒸气达饱和，则乙醇蒸气达饱　：温材料裁剪医　ｃ　：　收稿日期：２０１６—０５—１５；修改稿收到日期：２０１６—０６—２８。　作者简介：夏寒玉（１９９０一），在读硕士研究生，主要研究方　向为安全评价技术研究、事故调查与分析研究。Ｅ－ｍａｉｌ：　图ｌ　过火最严重区域示意　８１０５６２００２＠ｑｑ．ｃｏｒｎ　和蒸气压时的体积分数计算如下。　７７　△日。　…　２５￣Ｃ，０．１　ＭＰａ，气体摩尔体积为２４．５　Ｌ／ｍｏｌ，　ｍＴＮＴ—Ｅ，　ＴＮＴ　乙醇饱和蒸气压为７．８０　ｋＰａ，乙醇蒸气密度　式中：卵为经验爆炸效率，乙醇蒸气的经验爆炸效　１．８６９　ｋｇ／ｍ。。　率为３％；ｍ为蒸气云中可燃物的质量，ｋｇ；△日　（１）罐内乙醇蒸气的物质的量为：　为可燃气体的爆炸能／燃烧热，ｋＪ／ｋｇ；乙醇的燃烧　Ｍ＝　‘　。　Ｐ　３４８　热为３．０７×１０　ｋＪ／ｋｇ；ＥＴＮＴ为ＴＮＴ的爆炸能，ｋＪ／　ｋｇ（取４６８６　ｋＪ／ｋｇ）。　式中：　为物质的相对分子质量，　ｔｏｏｌ；Ｖ为气体　将数据代人式（１），计算得到参与爆炸的乙　体积，ｍ。；　为气体摩尔体积，Ｌ／ｔｏｏｌ；Ｔ取２７３　醇的ＴＮＴ当量：ｍＴＮＴ＝０．０１８　ｋｇ一０．０３９　ｋｇ。　℃；￡为物质的温度，ｏＣ；Ｐ为液体饱和蒸气压，　（７）根据ＴＮＴ当量估算爆炸时冲击波超压　ｋＰａ；Ｐ０为大气压，ｋＰａ。　ｍ　与ｒ的比拟关系为　（２）罐内乙醇蒸气的质量为：　ｍ＝Ｍ・ｎ＝０．２００　ｋｇ　Ｚ　＝‘万　（２）　（３）罐内乙醇蒸气的体积为：　式中：ｚ。为比拟距离，ｍ／ｋｇ；ｒ为距离爆炸源点的　Ｖ＝ｎ・　＝０．１０７　ｍ　距离，ｍ。　（４）罐内上部空间乙醇蒸气的体积分数为：　地面上Ａ，Ｂ和Ｃ点距爆炸源点的距离见图　：　：７．１％　・　３，分别为ｒ。＝１．７　ｍ，　＝５　ｍ和ｒ　＝１．９　ｍ　。　参与爆炸的混合气体中乙醇的体积分数应在　ｚＩＰ　１６１６［１＋（　）　］　３．３％～７．１％。　（５）参与爆炸的乙醇蒸气的最小质量为：　陌　ｍ　＝　＝０．０９３　ｋｇ　（３）　故参与爆炸的乙醇蒸气的质量在０．０９３～　式中：△Ｐ为冲击波侧向超压峰值超压，ｋＰａ；ｐ。为　０．２００　ｋｇ。　周围环境压力，ｋＰａ。　（６）将乙醇蒸气的质量转化为（ＴＮＴ）当量，　将ｍ　＝０．０１８—０．０３９　ｋｇ代入式（２）和（３）　其公式为　］：　计算得到的结果见表１。　表１　现场各位置爆炸冲击波超压值　表２冲击波超压对人员的伤害作用　２．２火灾伤害　ＺＬＰ／ｋＰａ　冲击波破坏效应　爆炸发生时，乙醇储罐内可燃气体蒸气云爆　＜１９．６　能保证人员安全　炸形成定向冲击波，见图３，爆炸瞬间桶身向上飞　ｌ９．６—２９．４　人体受到轻微损伤　起，由于与回料管道相连接，桶体在向上飞出的过　２９．４—４９．０　损伤人的听觉器官或产生骨折　程中向北倾斜，储罐中的乙醇向回料管所在方位　４９．０—９８．Ｏ　严重损伤人的内脏或引起死亡　泄漏，大量乙醇喷洒到储罐附近及保温材料裁剪　＞９８．Ｏ　大部分人员死亡　区内的可燃物和操作人员身上，瞬问引起大火，大　根据计算结果，对照表２，推断爆炸发生时，Ａ　火对在场人员的伤害是致命的。　和Ｃ点的冲击波超压均可导致“损伤人的听觉器　２．３可燃物燃烧产生的烟雾及毒气伤害　官或产生骨折”，不会致人死亡或重伤，而Ｂ点的　除冲击波及火灾对现场人员造成伤害，事故　冲击波超压不会造成人员伤亡。　现场的可燃物有聚氨酯墙材、软塑板、８２５胶水、　４７　大量的保温材料等，这些物质燃烧都会迅速产生　大量的烟雾及有毒气体，对人体造成严重伤害。　事件树、故障树、原因’、后果和安全屏障。具体步　骤如下　：　产生的有毒气体的具体成分见表３。　通气孔　进料阀　桶底　／　回料阀　图３储罐爆炸时乙醇泄漏示意　表３物质燃烧产生的有毒气体　ＣＯ吸入导致组织缺氧，急性中毒可致死；　ＨＣＮ有急性作用、剧毒而致命，可抑制呼吸酶的　功能，人吸人后导致缺氧而窒息，还会麻醉神经系　统；ＨＣ１有毒、对上呼吸道有强刺激，对眼、皮肤、　黏膜有腐蚀性；ＨＣＨＯ对皮肤黏膜有强烈刺激，急　性中毒可造成呼吸困难、肺水肿等；ＣＯ　本身无　毒，但浓度过高时可使人缺氧而窒息。两种致死　性有毒气体ＣＯ和ＨＣＮ在火灾烟雾中的毒性效　应不是独立的，相互之间有协同效应　Ｊ。　３人员伤亡原因分析　根据分析可知，保温裁剪区内冲击波超压　对于人的伤害很小，不会对人员造成致命伤害。　即使爆炸时工作人员位于保温材料裁剪区内距　离爆炸源最近的地方（即图１中Ｃ点），爆炸瞬　间产生的冲击波超压也只能使人受轻伤，不致　使人死亡。由此推测，遇难者并非死于爆炸冲　击波超压造成的伤害，而是死于泄漏的乙醇引　起的大火。可燃物燃烧产生的大量烟雾及有毒　气体也能造成窒息或中毒。　’　４领结图法辨识乙醇储罐风险及安全对策　领结图可被分成６个基本部分，即关键事件、　４８　（１）确定顶上事件。事故的直接原因都是乙　醇罐密闭性失效，故将乙醇罐密闭性失效确定为　顶上事件。　（２）分析事故的原因构造事故树。归纳造　成乙醇储罐密闭性失效的原因主要有材料错　误、品质不符、强度不足、加工焊接组装缺陷、裂　纹扩展、结构缺陷、密封失效等结构缺陷　；储　罐内部／外部腐蚀；操作过程中的操作失误或违　章操作等缺陷；第三方的活动如蓄意破坏、偶然　事件等；自然灾害如地震、洪水、海啸等不可　抗力。　（３）分析事故可能造成的后果构建事件　树。乙醇泄漏易与空气形成爆炸性混合物，遇　火源可能发生不同类型的爆炸（如空间气云爆　炸、沸腾液体蒸气云爆炸等）。爆炸后，会引起　各种类型的火灾事故（如池火灾、喷射火、闪　火、储罐火灾）　ｊ。火灾往往伴随烟雾及有毒　气体的产生。　（４）针对事故原因及后果提出安全措施。通　过以上对事故原因及可能发生的后果的分析，可　以从增强设备的本质安全性（如严把储罐质量　关、采取防腐措施、定期维保、安装保护装置、安装　泄漏检测及报警装置、安装喷淋装置、设立防火禁　区等）；提高操作人员的职业技能（如要求相关从　业人员具有一定技能或持证上岗等）；加强安全　管理（如严格操作规程、加强员工安全培训教育　等）；建立应急机制（如安装应急装置、制定应急　救援预案等）几方面采取安全措施。　（５）检查完善领结图。将不同的安全措施与　造成事故的原因或结果对应，构建完整的领结图，　见图４。　５　结论　通过深入研究了一起典型的乙醇储罐爆炸　事故的原因、发生经过及人员伤亡原因，结合多　起同类事故案例，运用领结图风险分析方法分　析了乙醇储罐爆炸火灾事故的发生原因、事故　后果，并提出预防措施和应急处置措施，绘制了　风险分析领结图，降低了乙醇储罐的事故风险，　为相关企业提出直观、简单实用的安全管理　方法。　１ｊ　１●Ｊ　１ｊ１Ｊ　１　１ｊ　１Ｊ图４　乙醇储罐密闭性失效风险分析领结示意　安全环保技术，２０１０，２６（３）：１９－２６．　参考文献　朱健刚，赵勇，穆波．领结图分析法在组织变更中的应用　［Ｊ］．安全健康环境，２０１ｌ，１１（１０）：３６－３８．　吴伟，孙金香，张欣，等．生物乙醇企业火灾风险与安全　Ｂａｄｒｅｄｄｉｎｅ　Ａ．Ａｍｏｒ　Ｎ　Ｂ．Ａ　Ｂａｙｅｓｉａｎ　ａｐｐｒｏａｃｈ　ｔｏ　ｃｏｎｓｔｕｒｃｔ　管理措施探讨［Ｊ］．现代化工，２０１２，３２（９）：８一ｌ１．　ｂｏｗ　ｔｉｅ　ｄｉａｇｒａｍｓ　ｆｏｒ　ｒｉｓｋ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｐｒｏｃｅｓｓ　Ｓａｆｅｔｙ　ａｎｄ　Ｄａｎｉｅｌ　Ａ．Ｃｒｏｗｌ，Ｊｏｓｅｐｈ　Ｆ．Ｌｏｕｖａｒ．Ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｓａｆｅｔｙ：　Ｅｎｖｉｏｒｎｍｅｎｔａｌ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，２０１３，９１（３）：１５９—１７１．　ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ　ｗｉｔｈ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｍ］．Ｎｅｗ　Ｊｅｒｓｅｙ：Ｐｒｅｎｔｉｃｅ　Ｆｅｒｄｏｕｓ　Ｒ，Ｋｈａｎ　Ｆ，Ｓａｄｉｑ　Ｒ，ｅｔ　ａ１．Ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｓａｆｅｔｙ　Ｈａｌｌ　Ｒ，２００２：１７２－１９２．　ａｎｄ　ｒｉｓｋｓ　ｕｎｄｅｒ　ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ　ｕｓｉｎｇ　ａ　ｂｏｗ－ｔｉｅ　ｄｉａｇｒａｍ：Ａｎ　傅智敏，黄金印，臧娜．爆炸冲击波伤害破坏作用定量分　ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ　ａｐｐｒｏａｃｈ［Ｊ］．Ｐｒｏｃｅｓｓ　Ｓａｆｅｔｙ　ａｎｄ　Ｅｎｖｉｏｒｎｍｅｎｔａｌ　析［Ｊ］．消防科学与技术，２００９，２８（６）：３９０－３９５．　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，２０１３，９１（１）：１－１８．　赵杰．氰化氢在火灾烟雾中的致毒机理及救治措施研究　苗金明，刘倩倩，张宪金．乙醇贮罐区事故后果定量模拟　［Ｄ］．上海：第二军医大学，２００４．　分析［Ｊ］．北京劳动保障职业学院学报，２０１２，６（１）：３６—３９．　石天雄．ＢＴＡ技术分析在ＨＥＭＰ中的应用［Ｊ］．石油化丁　（编辑寇岱清）　Ｒｉｓｋ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｅｔｈａｎｏｌ　Ｔａｎｋ　Ｈｅｒｍｅｔｉｃｉｔｙ　Ｆａｉｌｕｒｅ　ａｎｄ　Ｓａｆｅｔｙ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｘｉａ　Ｈａｎｙｕ，Ｚｈａｎｇ　Ｌｉｊｉｎｇ，Ｔａｏ　（Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｕｒｂａｎ　ａｎｄ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　Ｓａｆｅｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｔｅｃｈ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，　Ｊｉａｎｇｓｕ，Ｎａｎｉｆｎｇ，２１０００９，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｒｅ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｍａｎｙ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｆｉｒｅ　ａｃｃｉｄｅｎｔｓ　ｃａｕｓｅｄ　ｂｙ　ｌｅａｋａｇｅ　ｏｆ　ｅｔｈａｎｏｌ　ａｔ　ｈｏｍｅ　ａｎｄ　ａｂｒｏａｄ　ｉｎ　ｒｅｃｅｎｔ　ｙｅａｒｓ，ｗｈｉｃｈ　ｃａｕｓｅｄ　ｈｅａｖｙ　ｃａｓｕａｌｔｉｅｓ　ａｎｄ　ｈｕｇｅ　ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ｌｏｓｓｅｓ．Ｔｈｒｏｕｇｈ　ａ　ｃａｓｅ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ａｎ　ｅｔｈａｎｏｌ　ｔａｎｋ　ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ　ｉｎ　ａ　ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ　ｃｏｍｐａｎｙ，　ｔｈｅ　ｃａｕｓｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｃｃｉｄｅｎｔ　ａｎｄ　ｃａｓｕａｌｔｉｅｓ　ｗｅｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｂｙ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｈｏｃｋ　ｗａｖｅ　ｄａｍａｇｅ，ｉｔ　ｉｓ　ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｃａｕｓｅ　ｏｆ　ｆａｔｌａ　ｉｎｊｕｒｉｅｓ　ｔｏ　ｐｅｏｐｌｅ　ｗａｓ　ｔｈｅ　ｆｉｒｅ　ｃａｕｓｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｅｔｈａｎｏｌ　ｌｅａｋａｇｅ．Ｔｈｅ　ｒｉｓｋ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｗａｓ　ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｆｉｒｅ　ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ　ａｃｃｉｄｅｎｔ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｂｏｗ—ｔｉｅ　ｒｉｓｋ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ　ｉｎｔｕｉｔｉｖｅ　ｓｉｍｐｌｅ　ａｎｄ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ　ｆｏｒ　ｓａｆｅｔｙ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｅｔｈａｎｏｌ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｔｏｒａｇｅ　ａｒｅ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｔｈａｎｏｌ　ｔａｎｋ，ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ，ｆｉｒｅ　ａｃｃｉｄｅｎｔ　ｂｏｗ—ｔｉｅ，ｓａｆｅｔｙ　ｒｉｓｋ　ａｎａｌｙｓｉｓ　４９