基于ALOHA软件的安全设计优化分析.pdf

第 卷第期 年月化肥设计C h e m i c a lF e r t i l i z e rD e s i g nA u g 作者简介:金浩(年),男,河南信阳人,年毕业于中南大学安全技术及工程专业,硕士,高级工程师,现主要从事安全设施设计、风险识别评估及安全设计管理工作.基于A L O H A软件的安全设计优化分析金浩,王默,李雁,余春和(中国五环工程有限公司,湖北 武汉 ;黄冈市环境保护监测站,湖北 黄冈 )摘要:为了安全、科学地进行厂区内平面布置及工艺方案的优化,采用A L OHA软件对某综合罐区可能存在的池火灾、有毒气体扩散、B L E V E爆炸三种典型事故类型进行分析,计算了各事故类型影响范围.根据分析结果,提出了总图和工艺方面降低风险的控制措施,为相关实际工程设计提供了参考.关键词:A L OHA软件;风险分析;扩散;热辐射;罐区d o i:/j i s s n 中图分类号:T P 文献标识码:B文章编号:()A n a l y s i so fS e c u r i t yD e s i g nO p t i m i z a t i o nB a s e do nA L O H AS o f t w a r eJ I N H a o,WAN G M o,L IY a n,YUC h u n h e(W u h u a nE n g i n e e r i n gC o,L t d,W u h a nH u b e i ,C h i n a;H u a n g g a n gE n v i r o n m e n t a lP r o t e c t i o nM o n i t o r i n gS t a t i o n,H u a n g g a n gH u b e i ,C h i n a)A b s t r a c t:I no r d e r t os a f e l ya n ds c i e n t i f i c a l l yo p t i m i z e t h ep l a n e l a y o u t a n dp r o c e s ss c h e m e i nt h ep l a n t,A L OHAs o f t w a r eh a sb e e na d o p t e dt oa n a l y z e t h e t h r e e t y p i c a l a c c i d e n t t y p e s t h a tm i g h t e x i s t i nac o m p r e h e n s i v e t a n kf a r m,n a m e l y,p o o l f i r e,t o x i cg a sd i f f u s i o na n dB L E V E(B o i l i n gL i q u i dE x p a n d i n gV a p o rE x p l o s i o n),a n dt h ei n f l u e n c er a n g eo fe a c ha c c i d e n tt y p eh a sb e e nc a l c u l a t e d B a s e do nt h ea n a l y s i sr e s u l t s,c o n t r o lm e a s u r e s f o r r i s k r e d u c t i o n i n t e r m s o f g e n e r a l p l o t p l a na n dp r o c e s sh a v eb e e np u t f o r w a r d,p r o v i d i n g r e f e r e n c e f o r r e l e v a n t p r a c t i c a l e n g i n e e r i n gd e s i g n K e y w o r d s:A L OHAs o f t w a r e;r i s ka n a l y s i s;d i f f u s i o n;h e a t r a d i a t i o n;t a n kf a r md o i:/j i s s n 在工程设计中,辐射热对周边设施的影响、有毒气体泄漏后的扩散对人员密集场所的影响、蒸汽云爆炸对建筑设备的影响需要通过软件进行模拟计算,根据计算结果对总图布置、工艺方案进行调整,因此,模拟计算对于总图布置、工艺方案设计优化具有重要指导意义.本文运用A L OHA软件对某综合罐区中丙烷积液池的热辐射、苯罐泄漏后有毒气体的扩散、丙烯球罐泄漏后沸腾液体扩展蒸气爆炸进行模拟分析,计算影响范围,为项目安全设计提供参考.1 1软件选择有害大气空中定位软件A L OHA(A r e a lL o c a t i o n so fH a z a r d o u sA t m o s p h e r e s)由 美 国 国 家 海洋、大气管理局(NOAA)和美国环境保护局(E P A)的应急管理办公室合作开发,并得到了应急响应部门(E R D)的支持,其主要用途是为应急响应人员提供与化学品泄漏相关的一些常见危害的空间范围估计,.A L OHA软件可以根据化学物质的类型、事故发生的地理位置、大气条件和泄漏源情况等信息,模拟危险化学品泄漏,从而快速预测危险化学品泄漏后对人体产生影响的毒气浓度以及超压和热辐射的范围.国内研究者从 年起开始引进A L OHA软件,张 建 文 等概 述 了S L A B,D E GA D I S,A L O HA,A R CH I E等多种大气扩散模型,并对软件应用做出了评价.田水承等运用A L OHA软件对氯乙烯储罐泄漏事故进行了模拟研究,并将研究结果运用于危化品泄漏事故的预防管控.闫洁洁等,以典型液氯泄漏事故为例,分别运用A L OHA软件模拟和公式计算两种方法对泄漏危害进行量化评估,估算结果表明,A L OHA软件对泄漏毒物的危害区域和敏感点毒物浓度的预测结果具有良好的精度,在泄漏事故应急及工程设计中具有一定实用性.2 2基于 A AL LO OH HA A 软件的事故后果模拟 模拟环境的构建本文研究案例位于广西,项目中采用平均风速、年主导风向、年平均大气温度、年平均湿度等气候条件,对于云层覆盖率选择晴天,更具有代表性.模拟需要的主要参数及场景见表.表本文A L O H A软件模拟的主要参数及场景泄漏物质地理位置大气环境事故场景低温丙烷苯常温丙烷北 纬 和东经 ,海拔m北风 m/s,温度 ,相对 湿 度,云层 覆 盖 程 度为 低温丙烷 液 体 泄 漏至积液池发生燃烧苯罐底部 进 料 管 道阀门或法 兰 处 发 生 破裂,苯 泄 漏 至 环 境 中,未遇到点火源,造成有毒气体扩散丙烷球罐 在 外 部 火灾后 发 生B L E V E(沸腾液体膨胀蒸气爆炸)池火灾后果分析 影响阈值火灾通过热辐射的方式破坏周围环境,根据N F P A A L NG生产、储存、液化标准 及G B/T 液化天然气设备与安装陆上装置设计,站内设施允许接受的辐射照度应符合下列规定:辐射照度大于或等于kW/m的界线以内,不得有行政办公楼;辐射照度大 于或等于kW/m的界线以内,不得有控制室、维修车间、化验室 和 仓 库 等 建 筑 物;辐 射 照 度 大 于 或 等 于 kW/m的界线以内,不得有相邻储罐的金属外表面;辐射照度大于或等于 kW/m的界线以内,不得有相邻储罐的混凝土外表面.场景假设本项目积液池距离低温丙烷双金属球罐 m.低温丙烷储罐配管区阀门或法兰发生泄漏,低温丙烷泄漏至配管区小围堰,围堰内不能及时挥发的丙烷由地沟导流至积液池中,积液池中的低温丙烷液体遇到静电、电 火花、雷击等 点 火 源 后 会 形 成 池火灾.模拟结果若积液池体积为 m(长)m(宽)m(深),A L OHA计算结果见图.在顺风方向一级区域辐射照度kW/m最大影响距离为 m,二级辐射照度kW/m最大影响距离为 m,三级辐射照度 kW/m辐射照度距离小于 m.则积液池 m范围内不能布置仪表控制间、维修车间、化验室和仓库等建筑物,积液池 m范围内不能布置办公楼、集中控制室.积液池距离低温丙烷双金属球罐 m,位于 kW/m最大影响距离以外.图m(长)m(宽)m(深)积液池池火灾影响范围若积液池体积为 m(长)m(宽)m(深),其他参数不变,根据A L OHA计算结果,在顺风方向一级区域辐射照度kW/m、二级区域辐射照度kW/m、三级区域辐射照度 kW/m的最大影响距离均小于 m.对比上述计算结果可知,集液池的表面积越小,池火的热辐射范围影响越小,当罐区集液池及附近设施在总图布置时,为布置更紧凑,可通过调整减小集液池的表面积,以此来改变池火的热辐射影响范围.中毒后果分析 影响阈值A L OHA使用A E G L s(急性暴露指引水平)作为苯的毒性阈值,A E G L将危害程度分为三个等级:A E G L 、A E G L 和A E G L .A E G L 是空气中风险物质的浓度标准,超过该值能对生命健康造成影响或导致死亡;A E G L 是空气中风险物质的浓度标准,超过该值,表现为不可逆转的、严重的健康影响;A E G L 空气中风险物质的浓度标准,表现为明显不适或某些症状,它是短暂和可逆的暴露.苯的A E G L 浓度是 m g/m,A E G L 浓度是 m g/m,A E G L 浓度是 m g/m.化肥设计 年第 卷 场景假设本项目人员集中场所为办公楼,距离苯罐区约为 m.苯罐为 m的内浮顶储罐,储罐底部DN 的出口管道上阀门或法兰破损发生泄漏,苯泄漏至尺寸为 m m围堰中,未遇到点火源,苯扩散至周边环境中.模拟结果A L OHA计算结果见图,在顺风方向空气中苯浓度超过A E G L 的最大影响范围为 m,空气中 苯 浓 度 超 过A E G L 的 最 大 影 响 范 围 为 m,空气中苯浓度超过A E G L 的最大影响范围为 m.当苯泄漏后,可造成距离泄漏点 m范围内人员急性死亡、m范围内人员不可逆转的严重伤害、m范围内暴露人员轻度可逆转伤害.人员密集场所需布置在A E G L 及A E G L 影响范围外,本项目办公楼距离苯罐区约为 m.图苯泄漏影响范围(苯罐区设置围堰)若苯罐区未设置围堰,其他参数不变,A L OHA计算结果见图,在顺风方向空气中苯浓度超过A E G L 的最大影响范围为 m,空气中苯浓度超过A E G L 的最大影响范围为 m,空气中苯浓度超过A E G L 的最大影响范围为 m.图苯泄漏影响范围(苯罐区未设置围堰)由图和图计算结果可知,苯罐区设置围堰中毒危险区域与没有围堰时中毒危险区域相比,其毒性危险区域距离下风向的最大距离显著减少.由此可得出,对于密度比空气大的有毒物质,设置围堰可显著降低中毒事故后果影响程度.爆炸后果分析 影响阈值根据AQ/T 化工企业定量风险评价导则 及G B/T 危险化学品生产装置和储存设施外部安全防护距离确定方法,不同热辐射强度造成的伤害和损坏见表.表不同热辐射强度造成的伤害和损坏热辐射强度/(k W/m)对设备的损坏对人的伤害 操作设备损坏死亡(s)死亡(m i n)在 无 火 焰、长时间辐射下木材燃烧的最小能量重大烧伤(s)死亡(m i n)有 火 焰 时,木材燃烧及塑料融化的最低能量度烧伤(s)死亡(m i n)在s内裸露皮肤有痛感;无热辐射屏蔽设施时,操作人员穿上防护服可停留m i n 在 s内裸露皮肤有痛感;无热辐射屏蔽设施时,操作人员穿上防护服可停留几分钟 长时间暴露无不适感 场景假设罐区发生火灾,m丙烷球罐罐体吸收的热量被罐内的液体吸收,导致液体不断气化,储罐就可能破裂,进而引起气体急剧膨胀和液体闪蒸,发生沸腾液体扩展蒸气爆炸(B L E V E),释放出的大量液态丙烷由于马上接触到周边的明火,产生了巨大火球.模拟结果A L OHA计 算 结 果 见 图,丙 烷 球 罐 发 生B L E V E,灾难性破裂形成的火球直径 m,燃烧 s.热辐射强度大于 kW/m,最大影响范围为 距 丙 烷 球 罐 m,热 辐 射 强 度 大 于 kW/m,最 大 影 响 范 围 为 距 丙 烷 球 罐 m,热辐射强度大于 kW/m,最大影响范第期金浩,王默,李雁,等基于A L OHA软件的安全设计优化分析围为距丙烷球罐 m.B L E V E造成的事故后果范围广、影响大,需要在总图、工艺设计及安全管理上采取措施,防止B L E V E的发生.图丙烷球罐发生B L E V E影响范围3 3风险控制措施针对积液池中可燃液体燃烧产生的辐射热可能会对周边建构筑物、金属储罐、管廊等产生影响,导致事故的发生,在辐射热计算的基础上,可通过调整积液池的位置、大小,使之远离影响目标,降低辐射热的影响,同时在积液池设置低温或可燃气体探测及高倍泡沫灭火系统,减少低温液体燃烧及气化时间.对于有毒物质的泄漏扩散对厂区及周边环境的影响,通过设置有毒气体检测器及时报警,设置紧急倒罐设施及时倒罐,合理设置围堰减少扩散面积,在总图布置时将人员密集场所布置在影响范围之外,可以减少毒性气体扩散对人员的影响.对于可燃液体的球罐B L E V E,考虑水喷淋为储罐外壁降温,或者耐火涂层保护储罐支撑结构和外壁;设置倒罐措施将储罐物料迅速转移;当发生外部火灾时,在保证安全的前提下,尽量把外部明火带离可燃液体储罐底部;工艺设计中设置考虑火灾工况的安全阀进行泄压,可以降低B L E V E的风险.4 4结语通过对某综合罐区可能存在的池火灾、有毒气体扩散、B L E V E三种典型事故类型进行分析,结合国内外相关标准规范,运用A L OHA软件对各事故类型的影响范围进行了模拟估算,并根据估算结果提出了风险控制措施,为相关的实际工程设计提供参考,有助于安全、科学地进行厂区内平面布置及工艺方案的优化,从而达到降低风险和减少人员伤亡及财产损失的目的.参考文献:J ON E SR,L EHE W,S I ME E E K B E A T T Y D,e ta A L OHAT e c h n i c a lD o c u m e n t a t i o nR S e a t t l e,W a s h i n g t o n,U S:E m e r g e n c yR e s p o n s eD i v i s i o n,N OAA,崔红伟,高国庆,许圆圆,等 A L OHA软件在天然气管道工程环境风 险 评 价 中 的 应 用 J环 境 科 学 导 刊,(S):焦姣,张静,姬亚芹,等 A L OHA在突发性大气污染事故中的应用J安全与环境学报,():张建文,安宇,魏利军化学危险品事故应急响应大气扩散模型评述J中国安全科学学报,():,田水承,周可柔基于A L OHA的氯乙烯储罐泄露事故模拟研究J西安科技大学学报,():闫洁洁,向晓东,霍艳霞典型液氯泄漏危害的A L OHA软件估算J化工环保,():闫洁洁液氯槽罐车泄漏灾害量化研究D武汉:武汉科技大学,修改稿日期:(上接第页)钱正富,李志清,刘琪,等硅酸钠改良磷石膏的微观结构定量分析研究J道路工程,():黄菁华,陈江,胡海森,等磷石膏水硬性道路基层材料的制备方法:中国,BP X I A O W,YA O X,Z HAN GF R e c y c l i n go fO i l yS l u d g ea saR o a d b e d M a t e r i a l U t i l i z i n g P h o s p h o g y p s u m b a s e d C e m e n t i t i o u sM a t e r i a l sJ A d v a n c e s i nC i v i lE n g i n e e r i n g,:K T K S E R T T,K T KS P h y s i c a la n d M a r s h a l lP r o p e r t i e so fB o r o g y p s u m U s e da sF i l l e rA g g r e g a t ei nA s p h a l tC o n c r e t eJ J o u r n a lo fM a t e r i a l si nC i v i lE n g i n e e r i n 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