氯气泄漏重大事故后果模拟分析(经典)
国内外统计资料显示，因防爆装置不作用而造成焊缝爆裂或大裂纹泄漏的重大事故概率仅约为×10－7～×10－8/年左右，一般发生的泄漏事故多为进出料管道连接处的泄漏。据我国不完全统计，设备容器一般破裂泄漏的事故概率在1×10－5/年。此外，据储罐事故分析报道，储存系统发生火灾爆炸等重大事故概率小于1×10－6，随着近年来防灾技术水平的提高，呈下降趋势。
第七章氯气泄漏重大事故后果模拟分析
危险区域的确定
概述:
泄漏类型分为连续泄漏（小量泄漏）和瞬间泄漏（大量泄漏），前者是指容器或管道破裂、阀门损坏、单个包装的单处泄漏，特点是连续释放但流速不变，使连续少量泄漏形成有毒气体呈扇形向下风扩散；后者是指化学容器爆炸解体瞬间、大包装容器的泄漏、许多小包装的多处泄漏，使大量泄漏物形成一定高度的毒气云团呈扇形向下风扩散。
氯泄漏后虽不燃烧，但是会造成大面积的毒害区域，会在较大范围内对环境造成破坏，致人中毒，甚至死亡。根据不同的事故类型、氯气泄漏扩散模型，危害区域会有所不同。氯设备泄漏、爆炸事故概率低，一旦发生可造成严重的后果。
以下液氯钢瓶中的液氯泄漏作为事故模型进行危险区域分析。
毒害区域的计算方法:
(1)设液氯重量为W(kg)，破裂前液氯温度为t(℃)，液氯比热为C(kj/kg .℃)，当钢瓶破裂时瓶内压力降至大气压，处于过热状态的液氯迅速降至标准沸点t
(℃)，此时全部液氯放出的热量为:
Q=WC(t-t
)
设这些热量全部用于液氯蒸发，如汽化热为q(kj/kg)，则其蒸发量W为:
W=Q/q=WC(t-t
)/q
氯的相对分子质量为M
r ，则在沸点下蒸发的液氯体积V
g
(m3)为:
V g=M r273+t0/273
V g =(t-t
0)/ M
r
q273+t
/273
氯的有关理化数据和有毒气体的危险浓度如下:
相对分子质量:71
沸点: -34℃
液体平均此热:kg.℃
汽化热: ×102kj/kg
吸入5－10mim致死浓度:%
吸入－1h致死浓度: 吸入－1h致重病浓度:已知氯的危险浓度，则可求出其危险浓度下的有毒空气体积:
氯在空气中的浓度达到%时，人吸入5～10min即致死。则V
g
(m3)的液氯可以产生令人致死的有毒空气体积为:
V
1 = V
g
×100/ = 1111V
g
(m3)
氯在空气中的浓度达到～%时，人吸入～1h，则V
g
(m3)的液氯可以产生令人致死的有毒空气体积为:
V
2=V
g
×100/=23529V
g
(m3)
氯在空气中的浓度达到～%时，人吸入～1 h，则V
g
(m3)的液氯可以产生令人致重病的有毒空气体积为:
V
3=V
g
×100/=57l43V
g
(m3)
假设这些有毒空气以半球形向地面扩散，则可求出该有毒气体的扩散气体半径为:R=［(V
g
/C)/(1/2×4/3π)］1/3
式中: R —有毒气体半径 m
V
g
—液氯的蒸汽体积 m3
C —有毒介质在空气中危险浓度值 %
液氯泄漏事故毒害区域模拟计算
以一只液氯钢瓶(1000kg)发生严重泄漏事故后果计量
如液氯泄漏量W =1000kg，环境温度(瓶内)t=250C，计算有毒气体扩散半径:液氯蒸发热Q:
Q = WC(t-t
)
= 1000××［25-(-34)］ = 56640(kj)
蒸发量 W:
W = Q/q
= 56640/×102
= 196(kg)
液氯沸点下蒸发气体体积 V
g
:
V
g = M
r
×(273+t
)/273
= ×196/71×［273+(-34)］/ 273 = (m3)
氯气在致死的浓度C
1的体积V
1
和有毒气体的扩散半径R
1
:
V
1 = V
g
× 100/C
1
= ×100/
= 60155(m3)
R
1 = (V
1
/1/3
= (m)
氯气在致死的浓度c
2时的体积V
2
和有毒气体的扩散半径R
2
:
V
2 = V
g
×100/c
2
= ×100/
= 1273882 (m3)
R
2 = (V
2
/1/3
= (m)
氯气在致重病的浓度c
3时的体积v
3
和有毒气体的扩散半径R
3
V
3 = V
g
×100/C
3
= ×100/
= 3093714(m3)
R 3 = (V
3
/1/3
= (m)
氯气泄漏静风状态毒害区域：
图9-1 氯钢瓶泄漏在静风状态下的毒害区域
= 30.62m
注：①吸入5～10mim浓度％的致死半径:R
1
= 84.73m
②吸入～l h浓度％的致死半径:R
2
= 113.89m
③吸入～1 h浓度％的致重病半径:R
3
事故后果模拟分析及建议
以上是以氯钢瓶严重泄漏造成的事故后果的模拟，其危害是相当严重的。
由于该建设项目在用氯过程中，涉及用氯的设备设施有液氯钢瓶、液氯汽化器、氯管线、反应釜等，因此都可能存在氯的泄漏。风向决定毒气云团的扩散方向，风速决定毒气云团的下风向的扩散范围，气压和地形影响毒气对人的危害程度，如果空气流动性小、温度大，毒气在低洼处停留不易扩散，可造成人畜中毒，甚至死亡。
氯气泄漏后，在有风的条件下，氯气通常呈60°左右的夹角向下风向扩散，在扩散的过程中由于空气的补充，浓度会逐渐降低，但相应下风向的防护距离增加。一般在小泄漏状态下（泄漏量≤200L），首次隔离距离为30m，下风向撤离范围白天为0.3km，夜间为1.1km。在大量泄漏状态下（泄漏量＞200L），首次隔离距离为275m，下风向撤离范围白天为2.7km，夜间为6.8km。污染范围不明时先按上述方法确定防护距离，然后分段测试氯气浓度再调整防护距离。
建议企业应制定针对氯泄漏的事故应急救援预案，如发生氯泄漏应立即启动预案，在日常过程中，加强氯设备设施的安全管理，严防氯的泄漏。
常备抢修器材表和常备防护用品表如下：
第七章劳动卫生预评价
根据危险、有害因素分析本工程劳动卫生方面主要危害因素是毒物危害、噪声危害和生产性粉尘危害。本工程劳动卫生预评价采用某些企业类似生产装置检测数据作为类比值进行评价。
毒物危害评价
7.1.1 评价方法
按照《职业性接触毒物危害程度分级》（GB5044-85）将职业性接触的毒物危害程度分为Ⅰ级（极度危害）、Ⅱ级（高度危害）、Ⅲ级（中度危害）、Ⅳ级（轻度危害）。
根据《有毒作业分级》（GB12331-90）规定，以有毒作业分级指数法对本工程的有毒作业岗位进行评价。
有毒作业分级指数法是根据毒物危害程度级别、有毒作业劳动时间及毒物浓度超标倍数三项指标，分别用D、L、B表示。依据三项指标求得指数，根据指数范围进行分级。具体做法是按照GB12331-90求出分级指数C。
C=D·L·B
式中：C—分级指数
D—毒物危害程度级别权数
L—有毒作业劳动实时间权数
B—毒物浓度超标倍数
（1）有毒作业危害分级级别
表7.1.1 有毒作业分级级别
表7.1.2 毒物危害程度级别权数
（3）有毒作业劳动时间权数
表7.1.3 有毒作业劳动时间权数
B=Mc/Ms－1
式中：Mc—测定毒物浓度均值（mg/m3）
Ms—该种毒物最高容许浓度（mg/m3）
（5）有毒作业分级级别表
根据有毒作业的毒物浓度超标倍数、毒物危害程度级别、有毒作业劳动时间三项指标，综合评价，制定出有毒作业分级级别表。
当有毒作业工作地点空气中存在多种毒物中，应分别进行毒物作业的分级，以最严重的级别定级，同时注明其他生产性毒物作业的级别。
表7.1.4 有毒作业分级表（不懂）
7.1.2 毒物危害评价结果
本项目中主要有毒物质有溴素、氯丙烯等，主要在相关生产岗位和储存岗位使用，可能形成有毒作业场所。以上毒性物质具体危害情况见危险化学品危险有害性分析。
噪声危害评价
7.2.1 评价内容
本工程项目的主要噪声声源为物料输送的泵、压缩机、风机、粉碎
机等。
7.2.2 评价方法
对原厂区装置噪声的类比数据进行分析计算，作为对本工程噪声危害程度的参考，在综合分析的基础上，与国家卫生标准进行比较分析做出评价，提出相应的对策措施。
（1）噪声作业分级
依据噪声作业危害程度级别进行噪声危害评价。噪声作业危害程度分级见表7.2.1。
表7.2.1 噪声作业分级级别
表7.2.2 工业地点噪声声级卫生限值（GBZ1-2002）
（3）噪声作业分级查表法
为了简化噪声危害指数的计算过程，便于实际操作而采用此方法（见表7.2.3）
接触
时间
~85~88~91~94~97~100~103~106~109~112＞112
(h)
~2
~40级Ⅰ级Ⅱ级Ⅲ级Ⅳ级
~6
~8
第八章事故后果模拟分析
事故后果分析是危险源危险性分析的一个主要组成部分，其目的在于定量的描述一个可能发生的重大事故对工厂、对厂内职工、对厂外居民甚至对环境造成危害的严重程度。华通化学最常见的事故是火灾、爆炸和中毒，本工程产品是精细化工产品，使用的危险化学品数量不大，而使用的有毒气体比较多，故本评价对有毒气体毒害区进行模拟分析，选择液氯和液氨液化气体容器破裂时毒害区进行估算，由于缺乏氟化氢的相关数据，故未作模拟分析。
（1）液氯气瓶破裂时毒害区估算
液氯是剧毒物质，使用气瓶包装，现对液氯气瓶破裂毒害区域进行分析估算。
设有液氯气瓶中存有液氯1000kg，容器破裂前罐内液氯温度t为25℃，液氯的比热c为kg·℃，当容器破裂时器内压力降至大气压，处于过热状态的液氯温度迅速降到标准沸点t0为-34℃，此时全部液体所放出的热量为：
设这些热量全部用于容器内液体的蒸发，汽化热Q为×102（kj/kg），则蒸发量为：
液氯分子量为M=71，则在沸点下蒸发的体积Vg：
据查氯在浓度达到目前为%浓度时，吸入5～10min可致死，则Vg氯气可以产生令人致死的有害空气体积为
V= Vg×100/
=×100/
=74988.89 m3
假设这些有毒气体以半球型向地面扩散，则可求出氯气扩散半径为：
由此液氯气瓶发生破裂事故引发有毒气体扩散，其毒害区半径为32.96 m。
（2）液氨气瓶破裂时毒害区估算
烟磺酰胺生产中使用液氨气瓶，如果发生意外液氨气瓶破裂可能发生蒸汽爆炸。液氨是有毒物质，爆炸后若不燃烧，便会造成大面积的毒害区域。一般情况液氨在补充时易发生事故，现对液氨气瓶毒害区域进行分析估算。
液氨气瓶中存有液氨1000kg，容器破裂前罐内液氨温度t为25℃，液氨的比热c为kg·℃，当容器破裂时器内压力降至大气压，处于过热状态
的液氨温度迅速降到标准沸点t0为-33℃，此时全部液体所放出的热量为：
Q=W·c（t-t0）=
=500××[25-（-33）]
=133400kj
设这些热量全部用于容器内液体的蒸发，汽化热Q为×103（kj/kg），则蒸发量为：
液氨分子量为M=17，则在沸点下蒸发的体积Vg：
据查氨在浓度达到目前为%浓度时，吸入5～10min可致死，则Vg氨气可以产生令人致死的有害空气体积为
V= Vg×100/
=×100/
=28031.63 m3
假设这些有毒气体以半球型向地面扩散，则可求出氨气扩散半径为：
由此液氨气瓶发生爆炸事故引发有毒气体扩散，其毒害区半径为30.38 m。
第四节事故树分析评价
由于本项目为电解项目，涉及较多电气设备，发生人员触电的危险性较大，故采用事故树分析对用电系统进行专门评价。
一、评价方法简介
事故树分析（FaultTreeAnalysis，所写FTA）又称故障树分析，时一种演绎的系统安全分析方法。它时从要分析的特定事故或故障开始，层层分析其发生原因，一直分析到不能再分解为止；将特定的事故和各层原因（危险因素）之间用逻辑门符号连接起来，得到形象、简洁地表达其逻辑关系（因果关系）地逻辑树图形，即事故树。通过对事故树简化、计算达到分析、评价地目的。
事故树分析方法可用于各种复杂系统和广阔范围的各类系统的可靠性及安全性分析、各种生产装置可靠性分析和伤亡事故分析等。
二、事故树分析基本步骤
1.确定分析对象系统和要分析的个对象事件（顶上事件）
通过经验分析、事故树分析和故障类型和影响分析确定顶上事件（何时、何地、何类）；明确对象系统的边界、分析深度、初始条件、前提条件何不考虑条件，熟悉系统、收集相关资料（工艺、设备、操作、环境、事故等方面的情况何资料）。
2.确定系统是个发生概率、事故损失的安全目标值
3.调查原因事件
调查与事故有关的所有直接原因和各种因素（设备故障、人的失误和环境不良因素）。
4.编制事故树
从顶上事件起，一级一级往下找出所有原因事件直到最基本的原因事件为止，按其逻辑关系画出事故树。每个顶上事件对应一株事故树。
5.定性分析
按事故树结果进行简化，求出最小割集和最小径集，确定各基本事件的结构重要度。
6.定量分析
找出各基本事件的发生概率，计算出顶上事件的发生概率，求出概率重要度和结构重要度。
7.结论
当事故发生概率超过预定目标值时，从最小割集着手研究降低事故发生概率的所有可能方案，利用最小径集找出消除事故的最佳方案；通过重要度（重要系数）分析确定采取对策措施的重点和先后顺序；从而得出分析、评价的结论。具体分析时，要根据分析的目的、人力物力的条件、分析人员的能力选择上述步骤的全部或部分内容实施分析、评价。对事故树规模很大的复杂系统进行分析时，可应用事故树分析软件包，利用计算机进行定性、定量分析。
三、触电事故树分析
1.概述
将“触电发生伤亡事故”作为顶上事件，在计算、分析同类事故案例的基础上，作事故树，见图6-1
2.事故树
事故树分析如图6-1
图6－1 触电事故树
图中：T－顶上事件；A,B－中间事件了；X－基本事件。
T－触电伤亡事故；
A1－设备漏电， A2－人体接触带电体；
B1-绝缘损坏， B2-绝缘老化；
B3-保护接地、接零不当， B4-保护开关失灵；
X1－缺乏用电安全知识， X2-电气设备漏电；
X3-电气设备外壳带电， X4－违章作业；
X5-防护用品使用不当， X6-电工违章作业，非电工操作；X7-开关漏电， X8-接触开关的带电体。
图6－2 防止触电成功树
3.计算事故树的最先割集、最小径集
该事故树的结构函数为：
T=A1A2
=(B1+B2)(B3+B4)
=[(X1+X2)+(X3+X4)][(X5+X6)+(X7·X8)]
=[X1+X2+X3+X4][X5+X6+X7·X8]
=X1X5+X1X6+X1X7X8+X2X5+X2X6+X2X7X8+X3X+X3X6+X3X7X8+X4X5+X4X6+X4X7X8…
(1)
在事故树分析中，如果所有的基本事件都发生则顶上事件必然发生，但是在很多情况下往往只要部分基本事件发生则顶上事件就能发生。因此，了解哪些基本事件的组合对顶上事件发生具有较大影响，这对有效地、经济地预防事故发生是非常重要地。
事故树分析中地割集就是系统发生事故地模式。引起顶上事件发生地最小限度地割集称最小割集。每一个最小割集即表示顶上事件发生地每一种可能性。事故树中最小割集越多，顶上事件发生地可能性就越大，系统就越危险。
式（1）为事故树地最小割集表达式，共有12个最小割集，即：
K1=X1X5
K2=X1X6
K3=X1X7X8
…………
K12=X4X7X8
该事故树额达最小径集为：
T=A1+A2
=B1B2+B3B4
=(X1X2)(X3X4)+(X5X6)(X7+X8)
=X1X2X3X4+X5X6X7+X5X6X8
4.重要度分析
如何辨别各基本事件地发生对顶上事件发生额影响就必须对事故树进行基本事件地主要度分析。重要度分析方法有多种，其中不考虑基本事件发生地概率，仅从事故树结构上分析各基本事件额发生对顶上事件发生地重要度地方法称“基本事件地结构重要度分析”，精确计算各基本事件结构重要度系数工作量很大，常用地式通过估算求得系数。
通过计算得：
I(X1)=I(X2)=I(X3)=I(X4)=I(X5)=I(X6)>=I(X7)=I(X8)
可见各基本事件对顶上事件发生得影响程度是相同的。
从事故树结构上看，要避免顶上事件发生，最佳的方法是根据基本事件结构重要度大小依次采取措施。如果各基本事件的发生概率有差别，则需要作概率重要度分析和临界重要度分析。
5.预防事故模式
如前所述，事故树表达式中的每一个最小径集就是系统有效防止事故的一种模式。最小经济中集中基本事件较少的，则预防最为有效。
从对同类事故案例分析汇总可得出预防触电事故最主要途径为：保持电气设备处于安全状态、确保电工按章操作和杜绝非电工进行电作业。
（1）保持电气设备处于安全状态
对应的基本事件有：X1，X2，X3，X4，X7，X8
（2）确保按章操作
对应的基本事件有：X5，X6
6.结果分析即安全对策
（1）“触电事故”事故树的最小径集有12个，说明在检测作业中有发生伤亡事故的可能性。如果不采取必要的安全措施，这样的系统是可能造成人员和设备伤害的。该事故树的最小径集有2个，说明要预防伤亡事故就必须从这2个方面进行考虑。
（2）个基本事件对顶上事件发生的影响程度是相同的。
（3）预防触电事故最主要途径：保持检测设备处于安全状态、确保操作工按章操作和杜绝违章操作。具体措施为：
①为防止触电伤害事故的发生，必须提高工作人员的安全素质、责任心，要求具有一定的专业知识，并按国家有关规定，电工为特种作业，必须经过培训、考核、持证上岗，非操作人员严禁从事该项作业；
②应采用不同方式、不同用途的接地措施。安全接地主要有保护接地、重复接地等；
③采用保护接地时，接地电阻必须符合要求；
④对电气设备要定期进行维护、检修，发现故障（缺陷）要及时处理，保证各类电气设备、线路在无故障的情况下运行，确保安全；在进行电气作业时，要严格按照安全操作规程进行操作。
第七章典型事故案例及重大事故原因分析事故原因及后果分析过程，是根据评价对象的特点着重了解同类行业的事故类型、典型事故案例，并对此进行对照、类比、分析、总结，将有效地帮助我们采取预防措施，避免同类事故的发生。
第一节重大事故原因分析
根据统计资料，按事故原因进行分析，则得出表7-1所列结果：
表7-1 按事故原因分类的事故频率分布表
从事故发生频率的分布来看，由于阀门、管线的泄漏而引起的特大火灾爆炸事故所占比重很大，占%；由于泵、设备故障及仪表、电气失控比重也不小，占%；对于管理问题，完全可以避免的人为损失失误亦达到%；而装置内物料突沸和反应失控的比例占了%；不可忽视的雷击、静电、自然灾害引发事故也占到%，因此，除设备质量、工艺控制、作业管理外，防雪、避雷、防静电也必须应予以相当的重视。
此外，在100起特大火灾爆炸事故中，报警及消防不力也是事态扩大的一个重要因素，其中竟有12起是因消防水泵无法启动而造成灾难性后果。值得注意的是易燃、易爆蒸汽等飘逸扩散的蒸汽云团以及易燃、易爆蒸汽积聚，或弥漫在建筑物内产生的爆炸不仅所占事故比例高达至43%，而且这种爆炸是最具毁灭性的，其爆炸产生的冲击波、热辐射以及飞散抛掷物等还会造成二次事故。
据统计分析，国内40余年间石油化工企业发生的事故，经济损失在10万元以上的有204起，其中经济损失超过100万元的有7起。按事故原因分类可得出表7-2所列结果：
表7-2 国内40年间经济损失10万元以上的事故原因分析表
由上述列表数据分析可知，违章动火(包括措施不当)及误操作竟占到65%的事故率，比例之大，令人触目惊心，对此采取应对策措施以杜
绝违章动火、避免误操作十分重要，有举足轻重的作用；设备损坏、仪表失灵、腐蚀引起的事故也占到20%，在现代化连续化生产工艺普遍使用并依赖集散控制系统控制的今天，仪表、设备的选择(包括材质)及其安装、维护、保养，对保证安全生产正常运行极为重要，其对策措施需要特别加强；雷电、静电、电气火灾、爆炸所占比例甚大，防雷、防电气引起的火灾、爆炸是石油、化工行业的一个重要方面，马虎不得，应有严密的对策措施。
第二节典型事故案例
本节通过一些事故案例，分析事故发生的原因，总结经验，引以为鉴。
[案例1] 广西桂平县磷肥厂硫酸灼伤事故重伤1人、轻伤2人
1.事故经过和危害
1990年5月31日，广西壮族自治区桂平县磷肥厂从柳州锌品厂发至贵港森工站储木场的运硫酸槽车于5月30日到站，厂部组织5人到贵港装酸泵，准备从运酸槽车上卸硫酸。5月30日10分，他们将酸泵装上本厂汽车，运至贵港。5月31日17时，安装好电机、电线与酸泵后，进行空载试机3次，每次交流接触器都跳闸，酸泵密封处冒烟，不能使用。20时，厂又派3人前往贵港，22时30分到达现场修理。修理工用手扳动泵轴，发现有一方向偏紧，认为没有问题，即叫电工改用闸刀开关直接起动。2名工人用14#铁丝扎2圈套在软塑料管与泵出口铁管接头上扎好，抬酸泵装进槽车内，安装完毕后，4人离开现场，6名电工在闸刀开关处，2人在槽车上。听到试泵命令后，电工合上电源开关，不到半分钟，1人从槽车上跳下，边走边用地面积水洗伤处。另1人也从槽车上跳下，其头部、面部、上肢、胸部、下肢等多处被出口管喷出的硫
酸烧伤，后被送入医院抢救，造成烧伤面积35％，深Ⅲ度烧伤，双目失明，预计经济损失3万元。另外2名轻伤也送入医院治疗。
2.事故原因分析
①酸泵附件有缺陷，空载试机3次交流接触器都跳闸，仍然冒险运转。
②酸泵出口铁管与软塑料管没有接好，致使软塑料管与铁管脱开，使硫酸喷到操作人员身上。
③操作人员没有穿戴耐酸的工作服、工作帽、防护靴、耐酸手套、防护眼镜，违章作业。
④工作环境恶劣，现场照明差，操作人员在试泵时也未远离现场。
⑤缺乏急救常识，没有用清水在现场先冲洗处理，使受伤人员伤势加重。
3.防止同类事故发生的措施
①不穿戴齐全个人防护用品者，不准上岗。
②加强领导、车间主任、安全员、工人的安全职责，杜绝违章指挥、违章作业，严禁设备带病、冒险运转。
③加强运酸槽车的管理，配备良好的酸泵和其他设备，输送酸之前，先用水试压无问题再打酸并配合安全意识好的人员进行操作和管理。
④电器设备、闸刀、线路严格按照电器管理规程进行操作，不准随意拆除和更改。
[案例2] 哈尔滨亚麻厂“3.15”特大亚麻粉尘爆炸事故
1.事故经过和危害
1987年3月15日凌晨2时39分，该厂正在生产的梳麻、前纺、准备3个车间的联合厂房，突然发生亚麻粉尘爆炸起火。一瞬间，停电停水。当班的477名职工大部分被围困在火海之中。在公安消防干警、解