怀化二甲醚槽罐车泄漏事故警戒范围合理性分析.docx
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怀化二甲醚槽罐车泄漏事故警戒范围合理性分析
摘要
近几年来，由于我国化工行业迅猛发展，危险化学品已广泛应用于国民经济中的各个领域。
危化品的数量品种显著增多，相对应的选择道路运输也日益频繁，随之而来的安全问题也愈发突显。
由于我国并未设置专用的危险化学品运输通道，因此危化品槽罐车在行驶过程中存在一定的安全隐患。
每年因运输危险化学品发生的公共安全故事超过三百起，有几十起还是重大、特大型的。
事故中有些是灌装车侧翻没有发生爆炸的，还有一些则是严重到危险化学品泄露爆炸的，它们都不同程度的影响了社会人群的生活安宁。
因此，消防人员到达事故现场后，如何根据现场具体情况快速准确划定危险警戒范围，对于化学事故抢险救援工作具有十分重要的意义。
本文以湖南怀化“10·6”槽罐车事故造成的人员伤亡为案例背景，根据其实载24.1t二甲醚的情况，利用相关模型中的TNT当量法、TNO多能法以及丙烷当量法对蒸气云爆炸的危险距离及轻伤距离进行了计算。
在分析危险化学品泄漏事故后果类型及其危害的基础上，通过查阅大量相关文献，为消防人员在危险化学品泄漏事故处置中的快速决策提供依据。
运用上述数学模型对可能的事故后果进行分析，并针对计算出的结果划定警戒区，提出了相对应的安全防护措施和战术处置对策。
关键字：
危化品；警戒范围；二甲醚；槽罐车泄漏
4 基于定量计算的湖南省怀化市“10·6”事故警戒范围分析9
4.1 事故简介9
1绪论
1.1国内外研究现状及发展趋势
在我国，各地每年需要异地运输的液化石油气达到500至800万吨，仅华东及华南地区70%的液化石油气需要通过进口或从外省采购来满足[1]。
大量的异地运输需求增加了槽罐车在运输过程中发生事故的可能性，加大了消费队在实施现场救援工作时的难度。
我们把装载危险化学品的车辆在公路运输过程中发生的交通意外称之为危险化学品运输事故。
这类事故常伴随着运载货物的泄漏和爆炸，一旦发生就会释放出大量的有害气体，危害到周边居民的安全和健康。
[2]。
此外运送车辆的燃料一般多为汽油，这种可燃物质会引发二次爆炸[3]，它的危害不亚于事故发生时造成的后果，会再次造成的人身伤亡和财产损失。
在我国危险品运输事故高发的情况下，重大或特大的公共安全事故，它的危害不仅仅是给生态环境上的，还深深的影响了国家公共安全和百姓安居乐业。
[4]
1.1.1国内研究动态
近年来，我国越来越重视对槽罐车泄漏事故警戒范围的研究。
目前主要涉及到的有《危险化学品泄漏故行动要则》、《中国消防手册抢险救援卷》、《公安消防部队执勤战斗条令》《灾害抢险救援技术》等，还有其他文献也对槽罐车泄漏事故警戒范围等作相关研究。
李昆瑜首先对危化品运输过程中常见的几种易导致安全事故发生的原因进行解析，再结合救援过程中采取的错误方法，并针对这些不足提出了有效处理及对策建议[5]。
李慎彦[6]在《液化石油气罐车泄漏的应急抢险》一文中介绍了液化石油气罐车容易发生泄漏的部位，总结了事故处置中关于时机选择、器材准备、安全防护、后勤保障以及警戒区划分等五个行动环节的实施要领，并较为全面地总结了罐车事故处置中需要准备的救援物资和器材装备，对实践操作具有很强的指导意义，但没有结合液化石油气罐车的泄漏情况提出具体的警戒范围。
《危险化学品泄漏事故处置行动要则》（GA/T970-2011）[7]中明确规定了危化品槽罐车泄漏事故处置过程，该标准提出了针对不同的泄露物质所采取不同的警戒距离方法以及后勤保障措施，较系统地规范了槽罐车泄漏事故的警戒范围，这是消防部队应对此类事故的重要参考标准。
庄少扬和沈剑荧共同著作的《高速公路危化品运输事故应急处置现状分析及对策研究》[8]中，充分讲解了警戒范围的标记在高速公路上危化品运输事故处置时发挥的重要性。
在相关标准规范方面，根据2007年出版的《公安消防部队抢险救援勤务规程》对危化品泄漏事故中的液化石油气处置对策做了较为详细的规定叙述，对液化石油气罐车事故警戒范围的划定起到了重要的指导作用。
1.1.2国外研究动态
二十世纪六、七十年代以来，随着石油化学工业生产规模日益扩大，石油产品在世界各国得到更多的应用，其公路运输行业也随之蓬勃发展起来。
然而槽罐车在运输过程中频繁发生的倾翻、泄漏、燃烧及爆炸的事故值得全世界每个国家的重视和反思，很多国家针对事故的频繁发生制定了有效的改进措施，还致力于在探索在这一领域的技术拓展[9]。
加拿大学者Saccomanno[10]在搜集统计了加拿大曾经发生过的危险化学品运输事故数据后，分析了事故发生的概率，由事故发生的时间推算出危化品泄漏的可能性大小，以及事故发生后给国家环境、人口等几个方面造成的危害。
美国、日本及欧洲等多个国家先后投入大量资源进行基础性研究工作，取得了较好成效。
其中美国在对槽罐车泄漏处置方面的研究取得了较好的成效，撰写了一系列关于危化品槽罐车泄露事故的规范指南。
其中《危险化学品手册》（HazardousMaterialsHandbook）中对危化品罐车的各种罐车类型、罐车各部位结构以及罐体标识作了简要介绍，同时还对泄漏事故处置中的喷雾稀释、安全防护等级及警戒范围作了相关规定。
在《危险货物运输应急救援指南》（EmergencyResponseGuidebookforTransportationofDangerousGoods）中简要介绍了对液化石油气罐车泄漏时着火的处置措施、现场应急防护方法、警戒距离的划分和紧急疏散等。
《消防员手册》（Firefighter’shandbook）[11]中第二十八章介绍了危化品罐车泄漏的处置措施，并对罐车火灾控制、泄漏介质防控、警戒范围划分等作了详细指导，可以很好地指导和规范消防部队处置液化石油气罐车泄漏事故。
对于发达国家来说，地下管路系统较为完善，液化石油气及天然气等可燃气体的输送大多通过管道来实现[12]，再加上其公路路面较高的安全系数和更为严格的液化石油气汽车罐车维护检修标准[13]，其液化石油气槽罐车运输事故的发生率远低于中国。
1.2研究目的及意义
鉴于目前危险化学品事故呈现的日趋高发性、运输过程中多种潜在的风险、运输货物自身的危险性和发生事故后处理的难度高，近年来，危险化学品槽罐车泄露事故的处置受到全社会的广泛关注。
可燃气体类化学品不仅危险，还会释放出有毒有害的物质，一旦运输这类货物的车辆发生事故，罐体内装有的易燃易爆品泄露出来，遇点火源时，极易引发爆炸、中毒、火灾等危险事故。
危化品槽罐车就好比是一个个移动的危险源，风险很大，严重威胁了事故发生地参与处置的消防人员及附近居民的生命财产安全。
造成严重事故后果的原因有三：
一是危化品本身的危险性就大于其他需要运输的货品。
二是事故发生后，现场处理时也常常会再次引起危险化学品爆炸造成严重后果。
第三，是在一开始划分警戒范围时不合理，未能对危险区域附近的人员进行有效疏散。
因此发生事故之后，首先要做的就是标记准确的警戒线，科学有效地指导附近人员疏散，并迅速开展应急救援显得至关重要。
本文以可燃气体类危化品为研究对象，以易燃易爆毒性灾害分析为研究重点。
从火灾事故现场处置对策角度出发，以湖南怀化“10·6”槽罐车爆炸事故为案例背景。
根据其实载24.1t二甲醚的情况，利用相关模型中的TNT当量法、TNO多能法以及丙烷当量法对蒸气云爆炸的危险距离及轻伤距离进行了计算。
并对三种计算方式进行了比较，同时提出了有针对性的处理措施及战术建议，研究出一套行之有效的操作办法。
这对消防部队处置槽罐车泄漏事故行动具有重要的现实参考意义。
1.3研究思路及方法
本文总体的研究思路是：
首先对可燃类气体泄漏扩散规律进行分析总结，再通过湖南怀化“10·6”槽罐车泄漏爆炸事故案例伤亡情况分析，接着提出本文关于槽罐车泄漏警戒范围的研究主题；其次通过定量计算的方法为本文研究警戒范围的主题夯实理论基础；再次结合所得出的计算结果与湖南怀化事故进行比较对比与分析；最后根据对比结果得出本文的结论，从而得出一套切实可行的警戒范围划定方法。
2槽罐车可燃气体的泄漏扩散规律分析
根据危化品槽罐车泄漏的可燃气体密度扩散到空气中后的的状态，分为轻气云、中性气云和重气云三类。
其中轻气云和中性气云统称为非重气云[14]。
由于气体在扩散的时候，受外界不可控因素的影响较大，所以很难准确的把握气体扩散的规律和趋势。
2.1 重气云的扩散规律分析
槽罐车在道路运输过程中泄漏出的可燃气体物质和空气混合形成比空气重的气云称为重气云。
由于重气云的密度明显大于空气密度，根据重气云的扩散特性，把整个重气的泄漏扩散过程分为五个阶段，如图2.1。
图2.1重气扩散过程
Fig.2.1Diffusionprocessofheavygas
第一个阶段是扩散的开始，这个阶段从可燃气体从罐体中泄漏出后，再和空气相融合形成了重气云。
在地心引力的作用下，气云随着风上升到大气层中。
第二阶段则是云团加热的过程，它受到周围温度的影响，在上升的过程中不断和热能交替融合，逐渐扩大云团的面积。
第三阶段是重力作用的下降：
泄漏的气体在重力的作用向下降，重气云团的高度变低而沿地面扩散，在水平方向上继续扩散。
第四阶段是从重气往非重气扩散转变的阶段，这是个与重气云团相混合的过程，伴随着空气的增多，云团被慢慢冲散，此时重力向下的作用消失，变化为非重气扩散。
大气湍流作用：
转变后的重气云团逐渐被冲散，即大气湍流在云团的扩散中起着主要作用。
2.2非重气云的扩散规律分析
目前，国内外针对非重气云泄漏扩散开展了一系列的研究工作，提出了多种用于模拟非重气云扩散的数学模型，得到了广泛应用。
模拟与空气密度相似的非重气云气体扩散主要是采用高斯（Gauss）模型。
高斯在大量实验测得的资料基础上，利用湍流统计的理论方法得出了在大气中泄漏气体的高斯扩散模式。
虽然泄漏的气体浓度在实际大气中扩散不能严格符合正态分布，但通过在大量小尺度扩散实验证明下，在实际应用中假设非重气云气体泄漏扩散呈正态分布的前提是可以接受的。
该模型较为简单，由于提出的时间较早，实验得到的数据多，因次较为成熟，可将非重气云的扩散形状近似看成是椭圆，如图2.2。
图2.2非重气扩散过程
Fig.2.2Diffusionprocessoftheheavygasclouds
3危险化学品泄漏警戒范围确定方法与分析
做好现场警戒是维护灾害现场抢险救援秩序的基础，目的在于控制非救援人员、车辆进入灾害事故现场，防止灾害事故范围扩大和程度加剧；划分不同程度的警戒范围，能更加有效保护救援人员以及周边群众，确保救援工作顺利安全进行。
国内各大消防中队在处理危险化学品事故时，首先要标记出警戒线的范围，通常采用的方法有四种。
一种是依靠现场指挥员的主观经验确定警戒范围；另一种是相同案例类比方法确定，还一种是通过查表的方式确定警戒范围；最后一种是用定量计算划定警戒范围。
3.1经验确定
经验确定警戒范围的方法就是根据指挥员的主观经验并结合当时灾害事故现场给出警戒范围。
从以往的经验总结出的规律，在气体泄漏量较大，泄漏事件过长时，警戒区的半径设置在五百米以外；正在泄漏、燃烧的现场，警戒区可以缩小到半径三百米；而相对较小的现场，警戒区半径为100-200米。
从泄漏气体毒性大小上来区分，毒性一般的现场警戒区设置为半径三百五十米；若现场起风，横风方向的警戒区范围约为三百五十米，而顺风向的地方设置警戒区需要依据现场情况来定。
这种划分警戒范围的方法是针对危害程度划分不同的分区，虽然受到现场主观性因素的影响较大，很难完全依照某一条理论作为指导，在处理事故现场时更多的是需要依靠指挥员的经验积累和应急的能力。
3.2相同案例类比确定
所谓相同案例类比方法就是指：
过去已成功处置过的类似案例,是后期发生事故时的经验指导，在警戒范围的确立上发挥着辅助的作用。
使用这种方法,需要建立一个功能完备、内容丰富的案例库。
运用相同案例类比划定警戒范围主要有以下三个步骤：
1、案例描述。
这是一种主观性描述的方法，通过描述能够从往期的事故中发现相同点，有效避免同样类似的错误再次发生，也为事故处置提供指导。
在案例内容的详细描述中，能够检索到很多有用的信息，减少事故发生的可能性。
2、案例匹配。
指的是从事故发生的原因到过程以及处置的方法等多方面探索发现到和之前的案例有相似的地方，整个匹配的过程在事故处理过程中有很大的辅助作用。
3、辅助决策的实现。
仅仅依靠上述两个步骤，是很难在实际的事故现场确立警戒范围，只有把他们运用到实际现场中去，才能发挥辅助的决策效果。
3.3查表方式确定
查表法主要参考的是《危险化学品应急处置》手册[15]，此手册提供了危险化学品处置基本程序、介绍了危险化学品危害、重点事故处置对策、泄漏时的隔离、撤退和防护距离、有毒化学品中毒现场急救等资料。
这是一个实用的化学事故应急指挥员和事故现场救援人员手册。
使用者可以通过交通标志、物质名称、联合编号三种方式找到相应的应急方案。
手册中明确罗列了三百七十种有毒品的防护安全距离，和一百一三种遇水后释放出有毒气体的物质。
很多时候，在救援过程中，救援人员会忽略了遇水反应的物质而造成严重的事故后果。
在事故现场使用手册有三个步骤：
1、确定事故现场物质2、根据物质确定处置方案编号3、根据编号找到相应的处置方案。
3.4定量计算确定
3.4.1TNT当量法
TNT当量法是用来衡量气体发生爆炸时的破坏作用，可燃蒸气云爆炸时的TNT当量mTNT为：
式（3.4.1.1）：
式中：
—可燃蒸气云爆炸效率因子，统计平均值为0.04；
m—蒸气云中可燃物的质量，kg；
—可燃气体的燃烧热，kJ·kg-1，其他符号意义同上。
我们通常在事故发生后会分析事故的成因，其中爆炸效率因子作为一个重要的参数，它的范围区间在2%--20%。
多数脂肪烃的爆炸效率因子一般处于3%；左右；某些烯烃的值确定在6%。
在多种气体中含氧燃料的效率因子会高于其他物质，处于16%-18%的区间。
表3.4.1还详细罗列出其他物质的爆炸效率因子。
表3.4.1一些物质的爆炸效率因子
求出可燃蒸气云爆炸时的TNT当量后，由公式：
式（3.4.1.2）
以及表3.4.2数据即可估算出冲击波超压大小及其破坏伤害作用。
表3.4.21000kgTNT空中爆炸时的冲击波超压
Ro/m
△p/Mpa
Ro/m
△p/Mpa
Ro/m
△p/Mpa
Ro/m
△p/Mpa
5
2.94
14
0.330
40
0.0330
75
0.0130
6
2.06
16
0.235
45
0.0270
90
0.0100
7
1.67
18
0.170
50
0.0235
109
0.0075
8
1.27
20
0.126
55
0.0205
144
0.0050
9
0.95
25
0.079
60
0.0180
166
0.0040
10
0.76
30
0.057
65
0.0160
201
0.0030
12
0.50
35
0.043
70
0.0143
3.4.2TNO多能法
1985年由荷兰国家应用科学研究院研究出的TNO多能法，得到很多实验结果验证，被广泛运用在模拟预测蒸气云爆炸中。
TNO多能法首先设定一个模型的中心位置，在这个位置点燃火苗后，观察火势的传播速度。
这种半球形蒸气云模拟实验能够描述出爆炸后冲击波运行的曲线。
早在1979年蒸气云爆炸实验中，求得蒸气云爆炸冲击波的危害公式，运用这个公式可以计算出损害的半径。
这种方法相比较其他的方法，得出的结果不会过分夸大，偏离实际。
式（3.4.2.1）：
式中R——冲击波损害半径，
C——经验常数，取值0.03-0.4，
N——效率因子，它能够表现出可燃蒸气云连续扩散后浓度和燃烧率的相似度
E——可燃蒸气云的爆炸能量，kJ,E=V*Hc，其中V表示的可燃气体的体积，m3，Hc为可燃气体的高度燃烧热值，kJ·m-3。
3.4.3丙烷当量法
丙烷当量法是当混合物发生爆炸时，用来计算危害作用的大小，这种方法的估量精确度较高。
（1）死亡区域半径。
人被冲击波危害后，有一半的可能性会因撞击到头部致死。
这个伤害的半径R1为：
式（3.4.3.1）：
式中
—死亡半径，m；
—可燃气体蒸气云的丙烷当量，kg，式中
为丙烷的燃烧热，一般为50290
。
（2）重伤区域半径。
重伤区域半径R2是指人在冲击波作用下50%耳鼓膜破裂的区域半径，对应的冲击波超压值为44kP。
式（3.4.3.2）：
（3）轻伤区域半径。
轻伤区域半径R3是指人在冲击波作用下1%耳鼓膜破裂的区域半径，对应的冲击波超压值为17kPa。
式（3.4.3.3）：
4基于定量计算的湖南省怀化市“10·6”事故警戒范围分析
4.1事故简介
事故发生在2012年10月6日9时10分，一辆承载着24吨二甲醚槽罐车在行驶到湖南常吉地穆庵隧道口的时候，不慎冲撞到高速公路的护栏上[16]，巨大的冲击力使得整个车辆发生侧翻。
事故处理人员及时赶赴现场，在经过确认后发现车辆罐体内的危险品暂时未有泄露的情况，于是现场指挥员先营救出驾驶室中的两名伤员。
与此同时，消防官兵在事故现场持续用水炮不停的降温。
当四名消防人员站在距离事故点120米的地方为水炮补水时，罐体内的二甲醚毫无预兆的开始泄漏，一时间白色气体迅速喷射开来。
仅仅五六秒的时间，罐体突然发生爆炸，巨大的冲击力伤及到近距离的消防人员，其中三名当场身亡，两名消防队员（龙炜、沈桉菊）被爆炸的高温火焰烧伤背部，部分群众不同程度受伤。
爆炸现场周边顿时寸草不生，树木倒塌，停滞在现场的消防车、拖车等营救设施统统被烧毁。
4.2事故严重后果的原因
导致此次事故的直接原因，是由于指挥员对现场的情况没有做出准确的判断。
当消防和救援人员立即赶到事故现场后，没有依照手册设置安全警戒范围，然后疏散人群。
因此警戒范围标记的疏忽是此次事故发生的直接原因，救援人员和设备都离事故泄露点太近，没有准确的计算出蒸气云的爆炸危害作用范围，造成了此次重大的公共安全事故发生。
足以可见，确定安全的警戒范围是如此至关重要。
间接原因：
在事故救援过程中，故意隐瞒槽罐车充装二甲醚的事实真相。
在该事故车辆侧翻后，沅陵县公安消防大队和常吉高速公路交警大队干警电话询问该罐车负责人罐体内充装的是什么物质，负责人回答：
是液化石油气。
导致事故扩大。
另外从点火源的角度看，很有可能停在附近的营救车辆未及时熄火，引发蓄电池漏电，给爆炸提供了点火源。
4.3计算结果分析
TNT当量法能够模拟蒸气云爆炸现场，而且用这种方法算出的结果偏差很小。
但在计算爆炸近场时的压力则会有些偏高。
冲击波超压小于19.6kPa时能够保证人员安全，由于表3.4.2为空中爆炸时的值，而对于地面模型，应该对冲击波超压进行2倍处理，故在表3.4.2中，冲击波超压应小于9.8kPa，利用差值法求R0的值:
解得R=196.6m
运用TNO多能法估算其10%玻璃破碎损害距离为362m，而根据现场真实情况及人员伤亡分析，362m的警戒距离是根据其满载液化石油气全部泄漏情况下计算的，与其他当量模型相比，TNO多能法计算的结果不会太过于偏高。
362m的警戒距离虽然可以保护人员伤亡，但是在此警戒范围内下不适合开展救援活动；丙烷当量法计算其死亡半径R1=41.6m、重伤半径R2=89.0m、轻伤半径为R3=173.2m。
上图中实际的伤亡分布，是人员最后的地点，而不是承受冲击波前的地点，因此可以看出丙烷的死亡半径41.6m具有一定的参考价值。
在本文的计算中，液化石油气按照全部泄露进行计算，这是由于关于泄露的诸多条件，如裂口面积、气-液临界压力下的沸点，泄露时的大气温度都未知，所有计算液化石油气的泄漏量变得十分困难，采用TNT当量法计算重大爆炸范围时，它的准确性能够有效帮助救援人员标记出安全的范围以减少人员伤亡。
所以我们可以看出，在处理较为大型的爆炸事故的危险预测时，采用TNT当量法能够得到比TNO多能法、丙烷当量法更为可靠的计算结果，同时由于是危险预测，所以我们并不知道泄露的时间，因此选用所有的液化石油气质量来进行计算，也更为实际，且能预留出更多的安全距离，因此采取此种计算方法合理。
4.4事故现场警戒范围合理性分析
在这起湖南怀化液化气槽罐车事故中，明显看出对现场控制存在一些不足。
首先，安全意识不强，对现场的警戒和侦查不细致、不到位。
对于事故现场没有进行及时有效的交通管制。
其次，在设定警戒范围后，应该用可燃气体检测仪对事故现场进行爆炸浓度极限测定，并根据检测结果划分不同程度的危险区域。
参考以上的定量计算结果得出的警戒范围划定方法，并根据事故现场真实情况，可以对湖南省怀化市“10·6”槽罐车泄漏爆炸事故的现场警戒提供合理性决策。
决策内容如下：
1、联合当地公安巡（特）警、高速交警和路政在事故发生路段实施交通管制，严禁有来车和人员进入事故发生地。
2、加派侦查组手持可燃气体检测仪对事故现场进行时时监控，并及时汇报检测数据。
3、根据定量计算得出的196.6m，由警戒小组分别在距离事故罐车上风方向300米和下风方向600米处设置警戒线，严格控制人员出入，严禁点火源。
4、划分半径为200m的重度危险区，若救援小组需要进入营救伤者时，必须穿戴好防爆服，佩戴氧气机，随身携带好对讲机，进入现场后听从指挥员的指令。
5、由疏散小组及时做好事故发生地周边一公里范围的人群安置和疏散工作。
5结论
近年来，大量的危化品运输导致了事故发生的频率日趋上升，面对危化品的特性，事故现场在处置时需要客服有毒物质的危害，突发事件的可能性和现场处理难度大等多重困难。
对危化品事故的处置，整个消防部队一直都比较重视，但在救援过程中还是存在着诸多问题。
特别是在消防人员到场后，如何准确、快速的对事故现场进行控制是当前处置工作面临的一项重要课题。
本文通过对湖南省怀化市沅陵县“10·6”槽罐车侧翻事故伤亡情况的分析，结合工业企业防火教材所学的“TNT当量法”“TNO多能法”以及“丙烷当量法”计算出此次事故中的蒸气云爆炸的危险距离196.6m，蒸气云爆炸冲击波损害半径362m及死亡距离41.6m，重伤距离89.0m，轻伤距离173.2m。
通过对计算结果与事故真实情况的对比分析，得出了TNT当量法在计算大型爆炸危险事故时能够得出更为符合实际的计算值的结果，研究出对于危化品事故现场警戒范围控制有效的解决办法，对此次事故的处理措施提出合理性的建议，并对今后遇到类似事故提供了有价值的参考方法。
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