化工園區(qū)生產(chǎn)安全事故多米諾效應(yīng)影響分析（一）

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時(shí)間 2022-04-15 01:43:55

章來源于風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急365 ，作者平平安安

近年來，隨著黃島“11.22”事故、天津“8.12”事故、江蘇響水“3.21”事故等特別重大化工安全生產(chǎn)事故的頻發(fā)，化工園區(qū)的整體安全性日益凸顯。化工園區(qū)的建立，在調(diào)整化工行業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提高行業(yè)集聚度的同時(shí)，也給該區(qū)域帶來了高風(fēng)險(xiǎn)。由于園區(qū)內(nèi)危險(xiǎn)源眾多，一旦發(fā)生火災(zāi)、爆炸或有毒物品大量泄漏擴(kuò)散事故，極易造成嚴(yán)重后果。園區(qū)內(nèi)企業(yè)相對(duì)密集，事故引發(fā)多米諾效應(yīng)的可能性大，從而引發(fā)更大的災(zāi)難性后果。

《國(guó)務(wù)院安委會(huì)辦公室關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)化工園區(qū)安全管理的指導(dǎo)意見》（安委辦[2012]37號(hào)）提出，園區(qū)內(nèi)企業(yè)應(yīng)樹立整體安全意識(shí)，防范系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)，防止企業(yè)生產(chǎn)安全事故影響周邊企業(yè)，產(chǎn)生“多米諾”效應(yīng)。《工業(yè)和信息化部關(guān)于促進(jìn)化工園區(qū)規(guī)范發(fā)展的指導(dǎo)意見》（工信部原[2015]433號(hào)）提出，對(duì)化工園區(qū)風(fēng)險(xiǎn)管理綜合考慮主導(dǎo)風(fēng)向、地勢(shì)高低落差、園區(qū)內(nèi)企業(yè)、生產(chǎn)裝置、危險(xiǎn)化學(xué)品倉庫之間的相互影響、應(yīng)急救援、產(chǎn)品類別、生產(chǎn)工藝、物料互供、公用設(shè)施保障等因素，合理布置園區(qū)功能分區(qū)，滿足安全防護(hù)距離的要求。《化工園區(qū)安全風(fēng)險(xiǎn)排查治理導(dǎo)則（試行）》（應(yīng)急〔2019〕78號(hào)）要求化工園區(qū)整體性安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估應(yīng)結(jié)合國(guó)家有關(guān)法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，評(píng)估化工園區(qū)布局的安全性和合理性，對(duì)多米諾效應(yīng)進(jìn)行分析，提出安全風(fēng)險(xiǎn)防范措施，降低區(qū)域安全風(fēng)險(xiǎn)，避免多米諾效應(yīng)。

區(qū)域性重特大事故的發(fā)生和國(guó)家相關(guān)要求，使得化工園區(qū)的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作日益重要，但國(guó)內(nèi)關(guān)于化工園區(qū)的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估并沒有統(tǒng)一的指導(dǎo)意見或評(píng)估導(dǎo)則。區(qū)域性重特大事故的發(fā)生和國(guó)家相關(guān)要求，使得化工園區(qū)的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作日益重要，在評(píng)估中對(duì)化工園區(qū)多米諾效應(yīng)的分析十分必要。

01

多米諾效應(yīng)的理論基礎(chǔ)

當(dāng)化工園區(qū)內(nèi)某個(gè)企業(yè)的危險(xiǎn)源發(fā)生事故時(shí)，事故造成的影響可能越過企業(yè)的邊界，波及到周邊的設(shè)施和企業(yè)，產(chǎn)生多米諾連鎖效應(yīng)（即安全相關(guān)性），導(dǎo)致事故擴(kuò)大，甚至引發(fā)群死群傷的災(zāi)難性后果。

那么影響多米諾效應(yīng)的主要因素有哪些呢？顯然，最主要的影響因素有兩個(gè)，一是危險(xiǎn)源本身事故后果的嚴(yán)重性；二是化工園區(qū)內(nèi)危險(xiǎn)源的布局。所以，我們有必要對(duì)化工園區(qū)企業(yè)和相關(guān)設(shè)施的安全相關(guān)性進(jìn)行分析，通過對(duì)危險(xiǎn)源安全相關(guān)性分析，掌握事故多米諾效應(yīng)發(fā)生作用的途徑及其變化規(guī)律，提出應(yīng)對(duì)措施，有效防控化工園區(qū)系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)。

1.1 多米諾效應(yīng)影響的主要形式分類

多米諾效應(yīng)指的是一個(gè)單位的某個(gè)單元發(fā)生事故，可能會(huì)引起其他單元或鄰近單位發(fā)生次級(jí)事故，依次有可能發(fā)生三級(jí)或更高級(jí)別的事故，即事故的多米諾效應(yīng)。不包括一次事故直接對(duì)周邊人員、設(shè)施造成的傷害。

多米諾效應(yīng)影響的主要形式有三種：

（1）火災(zāi)發(fā)生時(shí)的熱輻射效應(yīng)；

（2）爆炸的沖擊波；

（3）爆炸拋射物。

多米諾效應(yīng)不考慮毒性物質(zhì)對(duì)人員的直接或間接影響（此類影響在某一事故場(chǎng)景中或分析風(fēng)險(xiǎn)時(shí)考慮）。同時(shí)，多米諾效應(yīng)影響還應(yīng)考慮非化工危險(xiǎn)源的相互影響。如，化工裝置與周邊水庫、山體之間的相互影響；化工裝置與交通道路（公路、鐵路）之間的相互影響；化工裝置與地下油氣管道之間的相互影響等等。

1.1.1 火災(zāi)

火災(zāi)是在時(shí)間或空間上失去控制的燃燒所造成的災(zāi)害。火焰強(qiáng)烈熱輻射可以造成嚴(yán)重的人員死亡和重大財(cái)產(chǎn)損失，還可以進(jìn)一步引發(fā)爆炸等事故?；@區(qū)中導(dǎo)致多米諾效應(yīng)的火災(zāi)形式主要有池火、噴射火、火球，固體火災(zāi)在化工園區(qū)中不作為典型分析，多米諾效應(yīng)主要考慮前三種，它們是由可燃液體或氣體泄漏造成的。

（1）池火（Pool fire）。是一種常見的火災(zāi)形式，是可燃液體液面上的自然燃燒。泄漏到地面上、堤壩內(nèi)液體的火災(zāi)，敞開的容器內(nèi)液體的燃燒等均可稱為池火。

（2）噴射火（Jet fire）。帶壓的可燃物質(zhì)泄漏時(shí)形成射流，如果在泄漏裂口處被點(diǎn)燃，則形成噴射火。

（3）火球。當(dāng)壓力容器受外界熱量的作用使槽壁強(qiáng)度下降并突然破壞，儲(chǔ)存的過熱液體或液化氣體突然釋放并被點(diǎn)燃，形成巨大火球；或者泄漏的可燃?xì)怏w或蒸氣與空氣混合后被點(diǎn)燃而產(chǎn)生的預(yù)混燃燒。

1.1.2 爆炸

爆炸是物質(zhì)在短時(shí)間內(nèi)從一種狀態(tài)迅速轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)，并在瞬間以對(duì)外作機(jī)械功的形式迅速釋放出大量能量的現(xiàn)象。爆炸分為物理爆炸和化學(xué)爆炸兩大類?；瘜W(xué)爆炸包括不穩(wěn)定固體或氣體的爆炸、受限空間內(nèi)可燃混合氣體爆炸和開發(fā)空間的可燃?xì)怏w蒸氣云爆炸等，發(fā)生化學(xué)爆炸時(shí)會(huì)釋放出大量的化學(xué)能，爆炸影響范圍較大。

多米諾影響考慮的爆炸事故，一般有如下幾種：

（1）無約束蒸氣云爆炸（Unconfined Vapor Cloud Explosion，UVCE）。無約束蒸氣云爆炸是由于泄漏的氣體或者泄漏出的液體燃料蒸發(fā)為蒸氣，并與周圍大氣混合形成可燃混合物，在無限大氣中擴(kuò)散，形成很大面積的可燃?xì)庠?，一旦遇到點(diǎn)火源，此云層即發(fā)生大面積的爆炸。作為重大事故后果分析，最主要的是可燃?xì)怏w泄漏引起的開放空間蒸氣云爆炸?？紤]的主要危害為爆炸沖擊波。

蒸氣云爆炸的能量常用TNT當(dāng)量法描述，即將參與爆炸的可燃?xì)怏w釋放的能量折合為能釋放相同能量的TNT炸藥的量，則可利用有關(guān)TNT爆炸效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)蒸氣云爆炸效應(yīng)。

（2）沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion，BLEVE）。沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸是指液化氣容器在外部火焰的烘烤下突然破裂，壓力平衡被破壞，液體急劇氣化并隨即被火焰點(diǎn)燃而產(chǎn)生的爆炸。在這一過程中，雖然也有碎片和沖擊波產(chǎn)生，但與爆炸產(chǎn)生的火球的熱輻射相比，它們的危害可以忽略。在離爆炸事故發(fā)生地較遠(yuǎn)的地方，沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸的主要危險(xiǎn)是火球產(chǎn)生的強(qiáng)烈熱輻射傷害。

沸騰液體擴(kuò)展為蒸氣爆炸（BLEVE）的主要危害是強(qiáng)烈的熱輻射。

（3）物理爆炸。物理爆炸所釋放的能量與氣體壓力和容器的容積有關(guān)，而且與介質(zhì)在容器內(nèi)的物性相態(tài)相關(guān)。容積與壓力相同而相態(tài)不同的介質(zhì)，在容器破裂時(shí)產(chǎn)生的爆炸能量也不同，而且爆炸過程也不完全相同，其能量計(jì)算公式也不相同。鍋爐爆炸、壓縮氣體和液化氣體鋼瓶爆炸是典型的物理爆炸。

1.2 多米諾效應(yīng)概率評(píng)價(jià)

1.2.1事故多米諾效應(yīng)機(jī)理

美國(guó)化學(xué)工程師協(xié)會(huì)化工過程安全中心（AIChE-CCPS）編制的定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指導(dǎo)手冊(cè)中給出的事故多米諾效應(yīng)的定義是：事故多米諾效應(yīng)由初始事故發(fā)生通過熱傳遞、沖擊波和破片等方式作用于鄰近設(shè)備，從而導(dǎo)致一系列事故發(fā)生并造成嚴(yán)重后果。

當(dāng)一次事故導(dǎo)致二次或多次事故的發(fā)生時(shí)，這些事件的出現(xiàn)必須滿足的條件是：a.裝置之間的距離必須在事故所形成破壞效應(yīng)的距離之內(nèi)；b.破壞效應(yīng)的強(qiáng)度必須能夠?qū)е卵b置失效；c.破壞的發(fā)生存在極大的可能性。

因此，可以通過計(jì)算二級(jí)單元（設(shè)為B企業(yè)）在一級(jí)單元（設(shè)為A企業(yè)）釋放的能量的作用下，其壓力、溫度、材質(zhì)等的變化，建立多米諾效應(yīng)數(shù)學(xué)模型，計(jì)算二級(jí)單元發(fā)生事故的概率，也就是多米諾效應(yīng)事故發(fā)生的概率。

事故的多米諾效應(yīng)機(jī)理

1.2.2多米諾效應(yīng)概率分析模型

能夠觸發(fā)多米諾效應(yīng)發(fā)生的事故類型主要有火災(zāi)、爆炸?；馂?zāi)對(duì)設(shè)備的破壞形式主要是熱負(fù)荷。爆炸對(duì)設(shè)備的破壞形式主要包括沖擊波、熱負(fù)荷以及拋射破片。壓力容器爆炸時(shí)，爆炸能量在向外釋放時(shí)以沖擊波能量、碎片能量和容器殘余變形能量三種形式表現(xiàn)出來。后二者所消耗的能量只占總爆破能量的3%～5%，也就是說大部分能量是產(chǎn)生沖擊波。而且相鄰企業(yè)內(nèi)的設(shè)備距離較遠(yuǎn)，范圍大，拋射碎片觸發(fā)二次事故的可能性較小。因此，火災(zāi)、爆炸事故觸發(fā)多米諾效應(yīng)僅考慮沖擊波、熱負(fù)荷，拋射破片不予考慮（拋射物計(jì)算的理論研究尚不成熟）。

根據(jù)多米諾效應(yīng)的發(fā)生條件之一“破壞效應(yīng)的強(qiáng)度必須能夠?qū)е卵b置失效”，一般利用臨界值標(biāo)準(zhǔn)確定。如果事故帶來的影響小于給定臨界值時(shí)，則認(rèn)為不會(huì)發(fā)生多米諾效應(yīng)。如果事故帶來的影響大于給定的臨界值時(shí)，則認(rèn)為可能會(huì)發(fā)生事故多米諾效應(yīng)。一般熱輻射的臨界值為37.5kW/m2，沖擊波超壓的臨界值為70kPa。

a. 熱載荷引起的多米諾效應(yīng)

由于火災(zāi)引起的多米諾效應(yīng)模式主要包括火焰高度的預(yù)測(cè)，火焰的溫度以及風(fēng)對(duì)火焰的傾斜度和長(zhǎng)度的影響。在多米諾效應(yīng)定量分析中，目標(biāo)物對(duì)熱輻射的接受量（熱通量）是十分重要的，它和空氣穿透率以及幾何形狀有關(guān)。對(duì)于多米諾效應(yīng)的定量分析來說，目標(biāo)物對(duì)熱輻射的接受量是十分重要的。

當(dāng)二級(jí)單元吸收來自于一級(jí)單元事故釋放的熱量后，會(huì)引起此設(shè)備溫度升高，壓力變化以及材質(zhì)的許用應(yīng)力等物理特性的變化。一旦此設(shè)備壓力超過它的許用壓力或者器壁所受應(yīng)力超過其許用應(yīng)力就有發(fā)生爆炸或破裂的可能性。

b. 沖擊波超壓引起的多米諾效應(yīng)

概率單位分析是評(píng)估人體對(duì)有毒物質(zhì)、熱輻射、超壓劑量反應(yīng)的廣泛應(yīng)用的方法，同樣也可以用于評(píng)估超壓對(duì)設(shè)備的損壞概率。由超壓引起的多米諾效應(yīng)對(duì)設(shè)備損壞的概率單位如下：