氢气储罐站爆炸事故的环境风险评价

氢气储罐站爆炸事故的环境风险评价

魏鸿业　胡爱军

(青海省气象科学研究所　西宁　810001)

　　摘　要:文章以氢气储罐站为例,对其产生爆炸事故时的环境影响范围进行预测,提出爆炸事故的应急与防范措施。

关键词:环境风险;爆炸

1　引言

在国内外,气体储罐站恶性爆炸事故屡有发生

且损失惨重。为此,环境风险的定量分析就显得尤其重要。根据环境法规的要求,在建设项目环境影响评价中纳入环境风险评价内容,并明确提出建设项目环境风险评价的工作内容和任务是:对建设项目建设和运行期发生的可预测突发性事件或事故(一般不包括认为及自然灾害)引起有毒有害、易燃易爆等物质泄露,或突发事件产生的新的有毒有害物质,进行评估,提出防范、应急与减缓措施〔1〕

据”等方面的资料见表1。

氢气储罐站的环境风险因子主要有:①设备因素:管道、储罐堵塞或漏气。②人为因素:操作不当、管理不严、环保安全意识差。③自然或人为破坏因素:自然灾害或其它不可抗拒突发因素。3　爆炸事故对环境的影响预测3项目设计规模为年产1.92万m氢气,储气囊

3储气体积100m。3.1　预测计算爆炸按其性质可分为由物理变化引起的爆炸(物理爆炸)和由化学反应引起的爆炸(化学爆炸)。前者只释放物理能量,其爆炸影响一般较为有限,而化学爆炸则往往产生更大的破坏力,因此对爆炸及其危害性的分析主要是探讨化学爆炸。

基于对爆炸特性的分析,计算化学爆炸对环境的破坏影响:

爆炸温度计算:

根据燃烧物的热容可计算出爆炸最高温度:t=1430℃

爆炸最高压力计算:

爆炸最高压力可根据最高温度由下式计算求出:

(1)　　　Pmax=TmaxΠTo×Po×nΠm(1)式中:Po为原始压力,Pmax为爆炸最大压力,To为

。通常环境风险分析包含有影响范围的界定、风险出现的概率、事故危害后果及应急防范等内容,本文仅以

青海省某氢气储罐站为例,对气体储罐站建设项目环境影响评价中有关爆炸事故的环境影响范围界定及风险应急与防范措施作一些探讨。2　主要环境风险因子

环境风险识别是指运用因果分析的原则,采用一定的方法从复杂的环境系统中找出具有风险的因

〔1〕

素的过程。根据该项目的实际情况,环境风险因子识别主要是判定该项目所存在的环境风险主要因素是什么。

2.1　项目的工艺流程

项目采用水电解制氢技术,用25%～30%KOH作为电解液,操作温度80℃。水的电解原理:纯水是很弱的电解质,在25℃时,一般蒸馏水的电解率

-5-6

为1×10～10Ω・cm。去离子水的电解率1×-6-7

10～10Ω・cm。

碱性水溶液电解为阴极析出H2,阳极析出O2,水分子在放电时析出H及OH。2.2　环境风险因子识别

+

-

原始温度,Tmax为爆炸最高温度,m为爆炸前气体分子数,n为与爆炸后气体分子数。

代入后可求得最大压力为:

5

　　Pmax=3.93×10Pa

(2)

电解水制氢项目中的主要环境风险因子为氢

气。根据化学物质的“火灾危险性分类”“、毒理学数

以上计算按绝热、完全燃烧条件进行推算,没有

考虑热损失,故为理论最大爆炸压力。

爆炸应力的计算

50

表1类别

产品名称外观Π形状

物理性质

分子量

)熔点(℃)沸点(℃

青海气象

氢气理化特性、危险性及毒性数据表

氢气(H2)无色无臭气体

2-259.2-252.80.07

)13.33(-257.9℃

2007年第1期

相对密度饱和蒸汽压(kPa)

溶解度

不溶于水Π醇Π乙醚

燃烧性

危险性

)闪点(℃)燃点(℃

易燃—

400(引燃)

241

4.1-74.1(与空气混合)

燃烧热(kJΠmol)爆炸极限(VΠV)%

火灾等级毒性分类

甲无毒——

与空气混合形成爆炸性混合物,遇热或明火会爆炸,因比空气轻,室内漏气会上升滞留

毒性

LD50或LC50

职业接触限度危险特性于屋顶不易排出,遇火星爆炸。高浓度时可使人缺氧窒息,呈现出麻痹作用。对环境无害。

　　当压力容器泄漏可燃气体与氧化剂发生剧烈的

化学反应,导致化学性爆炸时的破坏力,按下式进行计算(气体体积均要折算为标态下):

(3)　　　　　　Lo=V×H

(3)式中　Lo为化学性爆炸时的爆炸能量JΠm,V为参与反应的可燃气体的体积JΠm,H为可燃

3

3

据损害水平从重到轻依次为0.03、0.06、0.15、0.4)单位。Lo为化学性爆炸时的爆炸能量,N为效率因子,取10%。

表2

不同体积液化气爆炸时释放的能量氢气体积(m3)

7

爆炸力(×10J)

100140

气体的高燃烧值JΠm

73

由于H氢气=1.4×10JΠm,故化学性爆炸时的爆炸能量:

7

(4)　　　　　Lo=1.4×10×V

据此可计算不同体积液化气爆炸释放的能量(见表2)。3.2　氢气爆炸事故的环境影响范围计算

〔3〕

爆炸时损害的范围R(s)可采用TNO关系式计算:

　　　　　R(s)=C(s)×[NLo]

1Π3

3

　　由以上公式可测出不同量级的液化气发生爆炸

时的影响范围(见表3)。

4　突发性爆炸事故的防范与应急措施

为了避免突发性爆炸事故的发生,该项目应采取如下措施严加防范,并切实做好突发性爆炸事故的应急处置。4.1　事故防范措施

(5)

①以国家、地方相关法律、法规、标准、规范为依据进行项目设计。

②合理布置总平面。各装置建构筑物之间留有

(5)式中:R(s)为影响范围的半径,C(s)为经验常数,它

和损害水平有关(一般损害水平分为4级,其取值依

　2007年第1期青海气象

成环状,以利消防和安全疏散。

对建筑物损害

对人体损害

1%死于肺部损害

51

足够的安全防护距离。建构筑物内外道路畅通并形

表3

影响范围

距离(m)

氢气发生爆炸时的影响范围(100m3为基准体积)

损害范围(m)15.6重创建筑物>50%耳膜破裂>50%被抛射物砸伤

损害范围(m)损害范围(m)损害范围(m)

31.278208

对建筑物造成外表损伤或可修复的破坏

玻璃破坏

10%玻璃破坏

1%耳膜破裂1%被抛射物砸伤

被飞起的玻璃损伤

　　③按照生产装置的风险区划分,选用相应防爆等级的电气设备和仪表,并按规范配线。对厂房、各相关设备及管道设置防雷及防静电接地系统。④厂房建筑设计中,采取防爆泄压和通风措施,个别地方设机械通风,避免火灾爆炸危险物质和有毒物质积累。

⑤在氢气可能泄露的场所,设置可燃及有毒气体探测器,以便及时发现和处理气体泄露事故,确保装置安全。

⑥生产系统严格密封、选用可靠的设备和材料,以防泄露、燃烧和爆炸等条件的形成。

⑦在各危险地点和危险设备处,设立安全标志或涂刷相应的安全色。4.2　突发性事故的应急措施

①基于对爆炸特性的分析,通过对爆炸温度、爆

炸压力、爆炸应力的计算,可得出不同体积氢气爆炸

3

时产生的能量。本文计算出以100m为基准体积氢气爆炸时产生的能量为140×10J。

3

②采用TNO关系式计算出了氢气(100m为基准体积)爆炸时的损害范围R(s),损害范围为15.6m时会重创建筑物,1%死于肺部损害,>50%耳膜破裂,>50%被抛射物砸伤;损害范围为31.2m时对建筑物造成外表损伤或可修复的破坏,1%的人群耳膜破裂,1%的人群被抛射物砸伤;损害范围为78m时建筑物玻璃破坏,人群被飞起的玻璃损伤;损害范围为208m时10%建筑物玻璃破坏,不会造成人员伤亡。

③为了避免突发性爆炸事故的发生,应以国家、地方相关法律、法规、标准、规范为依据进行项目建设、严加防范,将事故发生的概率降至最低。同时应该做好突发性事故的应急预案,以便于一旦发生事故时可将财产损失和人员伤亡降到最低程度。参考文献:

〔1〕　国家环境保护总局监督管理司编.中国环境影响评价培训教材.北京:化学工业出版社,2000.

〔2〕　冯肇瑞等.化工安全技术手册.北京:化学工业出版社,

1993.

-7氢气属于易燃易爆危险化学品,并且氢气贮量

较大,存在大的火灾、爆炸事故隐患,一旦发生,影响范围广,危害性大,应迅速采取紧急救援措施。

①发现事故者应立即拔打“110”火警电话及消防队报警。②发生爆炸事故后应迅采取相应的措施进行灭火,制止事故现场及周围与应急救援无关的一切作业,疏散无关人员。待消防救护队或其它救护专业队到达现场后,积极配合各专业队开展救援工作。③当事故得到控制后,应查明事故原因,消除隐患,落实防范措施。同时做好善后工作,总结经验教训,并按事故报告程序,向主管部门报告。5　小结

〔3〕　欧黎闽.液化气储罐站爆炸事故的环境风险评价.福建环境,2002.

(审稿:张国庆)