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技术 | 火电厂氨站重大突发事件情景构建的研究与应用

北极星电力网新闻中心  来源:电力行业节能环保公众服务平台  作者:梁天杰等  2019/11/22 12:09:41  我要投稿  
所属频道: 火力发电   关键词: 火电技术 火电厂 火力发电

北极星火力发电网讯:摘要:采用先进的“情景构建”理论与方法,针对火电厂氨站可能存在的重大危害事件,通过科学地推演突发事件演化过程,梳理有效的处置措施和应急任务,开展必要的应急准备战略性研究,为提高火电厂的应急管理水平提供科学依据。

(来源:微信公众号“电力行业节能环保公众服务平台”  ID:dljnhb  作者:梁天杰  陈国军  王刚 贾明松 安广海 赵明 中国华能集团有限公司 华能吉林发电有限公司长春热电厂 深圳中质安股份有限公司)

关键词:火电厂;氨站;重大突发事件;情景构建;应急能力

0 引言

突发事件情景构建是基于风险评估与脆弱性分析,对未来一定时期内可能发生的事件进行科学假定,分析与模拟情景的演化过程与灾难后果,梳理应对情景需要面对的任务列表,对照评估既有的能力现状,提出提升应急准备能力建议措施的一个研究过程。

近年来情景构建理论已被广泛应用于国家应对重大突发社会事件的应急准备研究,北京、上海、广州等城市开展了突发事件情景构建多项课题的研究,为提高和完善政府应对重大突发事件起到重要的推动作用。将情景构建的基本理论,开发应用于中海油 LNG 接收站重大生产安全事故的研究,为企业应急能力的建设贡献了新的战略性的建议,使企业对本单位可能发生的各类重大突发事件有了更直观的认知,研究成果得到普遍认同和高度评价。

火力发电企业较石油化工企业风险程度相对较低,发生重大影响的灾难性事故的可能性极小,同样火电厂对于应对突发重大事件的主观意识和应对能力建设亦存在差距。通过对火电厂典型生产安全事故的重大突发事件情景构建研究,结合企业安全生产管理现状,分析并评估企业的应急能力建设状况,为企业完善和提高安全生产体系建设提供支持。

火电厂烟气脱硝采用纯度为 99.6%的氨气做为反应剂,使用的氨气是通过液氨槽车运送到厂内氨区的液氨储罐内,使用时液氨经蒸发器蒸发为氨气,通过氨气管道输送至脱硝反应器。液氨属于危险化学品,储存单元构成重大危险源,是火电厂风险最大的危险源。液氨沸点(一个大气压) 是-33.5℃,在常温下(20℃) 其饱和蒸气压达0.857MPa,液氨泄漏会迅速气化扩散,氨气属于有毒气体,在突发大量氨泄漏且不能有效控制时,氨气的大量扩散,不仅会影响企业生产、员工造成伤害,还会对周边社区人民群众的人身安全和身体健康造成重大的威胁,产生严重的社会影响。为能够有效应对该类突发事件,承担应有的社会责任,有必要充分了解其危害产生规律。我们通过模拟液氨泄漏演化过程,模拟事件发展方式,构建液氨泄漏可能产生的典型情景,梳理情景阶段的应急任务,分析应急准备存在的缺失与差距。

1 研究与应用过程

通过收集事故案例,分析整理,了解液氨泄漏原因及后果,特别是严重突发事件发生的演化过程。进行实地调研,了解液氨存储使用状态及作业过程,分析事件的发生并演化的因素与逻辑,并邀请相关领域的专家对事故的演化规程进行探讨。

1.1 案例分析

多年来该类生产安全事故偶有发生。通过对历年来液氨泄漏典型生产安全事故分析,可以得知:

①液氨为液化气体,泄漏后会迅速气化形成氨气,氨气为有毒物质,人吸入会造成伤害;氨与空气混合后的体积浓度达到 16~25%时容易发生爆炸,爆炸冲击波能够对周边建构筑物及人员造成破坏和伤害;若氨气被引燃形成火灾,会造成周边设备设施损坏,或造成人员伤害。

②氨气较空气轻,氨在空气中形成氨雾,并随空气流动,就像风一样能很快改变方向。在一些大气条件下,氨雾几乎是不可见的,但当空气潮湿时,氨雾变得就像云一样白。

③当氨浓度较低时,操作人员闻到氨的臭味一般会远离现场;当氨浓度比较高时,操作人员还没来得及逃离现场前就已经吸入了危险剂量的氨。由于整个呼吸系统很潮湿,氨很容易被吸进身体。当一定浓度的氨被吸入,其烧伤呼吸系统的速度很快,致呼吸困难,甚至窒息死亡。

④若液氨从储罐中泄漏到大气中,温度为-33℃以下,此时接触到人体皮肤将会造成皮肤严重冻伤。氨发生泄漏后,随即气化并大量吸热,氨气将很快从泄漏点向四周扩散,如容器或管道发生破裂,喷出的液氨将射出 3 至 6m。当液氨喷溅到潮湿的皮肤和衣服上时,衣服将被冻结在身体上,此时必须先解冻,切记不能试着脱下任何被冻结在皮肤上的衣服,否则连同皮肤也会被扯下来。

⑤液氨对水有非常强的亲和力。发生喷溅后,如果及时用大量的水进行冲洗稀释,能最大程度地减轻对身体潮湿部位的伤害,这些部位包括眼睛、呼吸系统(口、喉咙、肺)和特别潮湿的皮肤。一旦有人不小心接触了液氨,必须立即进行现场急救。现场急救指在现场用大量的水长时间对身体受害部位进行冲洗,在伤者被送到医院前一直保持连续不断的水冲洗。冲洗时尽可能多用水,水不要重复使用。

⑥一旦出现严重的氨中毒,第一时间达到现场的救援人员也无法救助伤者,由于出现呼吸困难,带来的呼吸器也派不上用场了。因此,如果现场发生氨泄漏事故,保护呼吸非常重要,但由于受条件限制不能及时得到有效的呼吸设备,使伤者人生安全受到严重威胁。

1.2 情景筛选

将情景构建应用于火电厂,对情景的筛选应结合企业特点和环境现状,危险源的设置情况,分析事件的演化规律,筛选具有典型意义的现实情景。

筛选依据:

①代表性和典型性。所筛选的情景应能代表所在火电厂的高风险特点。

②后果严重性。所筛选出的情景应是导致人员伤亡、财产损失和环境影响,造成公众恐慌或者引发不良社会影响的重特大生产安全事故。

③影响范围和处置难度。所筛选的情景应是超出本厂的处置能力,需要属地政府支援并协调外部的应急响应资源,组织外部相关方配合或更高层面组织的统一协调和处置的重特大生产安全事故。

④任务覆盖面广。所筛选的情景应覆盖更多的应急响应任务。

⑤发生可能性。所筛选的情景应是合理的、可信的。

可以参考以下因素判断:

历史事件:在组织风险范畴内虽然发生概率较低,但后果严重,在国内外的事故案例中确实出现过。

灾害趋势:由于火电生产需求与周边环境的变化,某些生产安全事故的发生频率或后果呈现加大的趋势。

专家推论:相关领域专家普遍认为,某些生产安全事故发生的风险正在不断提升,需要重点关注。

生产安全事故或未遂事故的历史案例数据,是判断是否可能发生该类事故,以及事故严重程度的支撑资料。着重从本地区、本行业的安全生产历史数据统计方面研究相关生产安全事故发生的可能性。预测生产安全事故发生的可能性时,还应考虑其发展趋势的变化,可使用基于历史数据统计规律的外延预测方法,并参考国内外相关研究结论。

1.3 事件树分析

通过事件树分析“火电厂液氨泄漏”逻辑过程。

1.jpg

图 1 火电厂液氨泄漏后果分析图

情景 1:液氨泄漏,液氨快速气化并逐渐扩散。氨气是强烈刺激性气味、有毒,氨气密度较空气小,容易扩散,若有风,扩散会更加迅速。若不能有效控制氨气扩散,微量随着其扩散范围的扩大和浓度的提高,会对周边区域人员造成中毒伤害。

情景 2:氨气泄漏后,因出现外来明火、电气火花、静电、摩擦火花等明火,会引燃氨气。由于蒸发气体发生爆燃,短时间发生闪火引燃蒸发气体,泄漏口形成喷射火,随着液氨流动扩散,在围堰内形成池火。池火危害性与管内液体存量与压力、持续时间有关。池火热辐射可能影响区域人员受到伤害,设备设施被引燃致使火灾蔓延,造成财产损失。

情景 3:随着液氨蒸发氨气扩散,氨气蒸汽云团随风扩散,部分气体浓度会形成燃爆范围内的气体区域,遇到明火、火星、静电火花等,在该区域发生闪火爆燃,燃爆闪火可能引燃围堰内蒸发气体形成池火;亦可能引燃区域内的可燃物质,造成火灾;燃爆冲击波会导致区域内人员伤亡,设备、设施损坏。

火电厂氨区设置在电厂的边缘位置,为严格设防的独立封闭且严禁烟火的严管区域,液氨储存装置按规范配置安全设施和监控装置。

以上三种情景的演化风险程度分析如下:

氨气在区内被引燃的可能性较小。液氨快速蒸发形成周边温度的急剧下降,氨区内出现明火的可能性较小,氨的引燃温度是 651℃,泄漏的氨气被引燃的可能性较小。扩散到外界的氨气形成蒸汽云爆炸的可能性小。氨气的爆炸极限%(V/V):16~25%,爆炸极限范围较窄,且氨气较空气轻(0.6),扩散较快,区域扩散至外界的氨气形成燃爆空间的可能性小。

如意外出现明火出现燃烧爆炸,其危害范围可控制在厂内。

如扩散持续没能有效遏制,氨气扩散至外界会造成严重的社会影响。

出现液氨泄漏情景 1 的演化趋势可能性较大,其影响范围超出厂界,可能造成周边社区人员上到伤害,情景 2、3 危害均可控制在厂界内。情景 1 存在社会危害的可能,需要地方联动,具有社会影响,亦是目前政府和社会关注的问题。选择情景 1 作为情景构建研究,会产生包括与社会联动等更多和复杂的应急任务,且企业较为缺失,具有典型意义。

1.4 模拟计算

依据所在地气象状况,事件发生预设条件,选取事件基本参数,模拟运算典型场景。

①现场泄漏可分为小孔、中孔、大孔三种情况,泄漏口径相当于 5、25、100mm。

②泄漏时间:根据企业实际取探测系统等级为 A,隔离系统等级为 B。小孔泄漏最大泄漏持续时间:30min;中孔泄漏最大泄漏持续时间:20min;大孔泄漏最大泄漏持续时间:10min。

③ 根 据 挪 威 标 准 , 氨 气 浓 度 为55000ppm 时 , 人 5 分 钟 会 死 亡 。* 这 里 输 入 值 为55000ppm。

④建模 1:易燃气体模型,不考虑爆炸模型(露天环境);建模 2:有毒气体扩散。

1.4.1 参数设定

按照企业实际情况,收集区域气象数据,选择典型模拟参数,见表 1。

表 1 模拟设定基本参数表

2.jpg

1.4.2 计算结果

①泄漏扩散结果(表 2)

②大孔泄漏后的扩散曲线(图 2、图 3)

③大孔泄漏后的扩散情景图(图 4、图 5)

2 应急分析与评估

2.1 应急任务分析

根据情景演化过程的场景展现状况,分析应对任务,见表 3。

表 3 情景演化过程应急任务分析

8.jpg

2.2 应急任务梳理

按照应急管理划分为预防与应急准备、监测与预警、应急处置与救援、事后恢复与重建四个阶段,对每一阶段任务、承担该任务的主责部门、协同部门及其主要职责及资源清单进行了分析,共形成 36 个任务清单,其中预防与应急准备 6 个、监测与预警 4 个、应急处置与救援 23 个、事后恢复与重建 3 个。

依据情景演化过程,对照火电厂相关《应急预案》,梳理应急任务,查找应急准备、任务、处置等缺失,指出存在问题。

①基于情景对照,分析得出了“预防”、“应急准备”、“监测与预警”、“应急响应”、“事后恢复与重建”等五个阶段的任务,明确了应对该类突发事件的任务框架,形成了情景事件任务分析。

②基于应急任务分析,从多个方面分析了目前应急能力分布状况,梳理了需要完善加强的应急能力和可能导致应急响应失效的脆弱性环节。并通过多次探讨、现场考察,从多个方面对应急工作提出了若干具体的建议,形成了应急能力评估及对策措施建议。

③依据情景演化过程,对照热电厂相关《应急预案》,梳理应急任务,查找应急准备、任务、处置等缺失,发现涉及危险源辨识机制、安全监控装置、避难场所规划、应急物资管理等问题 30 余项。

2.3 应急能力评估

根据《安全生产应急准备评估指南(征求意见稿)》,对企业应急管理进行量化分析,评估企业应急管理状况。针对重视先期处置、明确应急任务、完善应急准备等方面提出意见与建议,为企业提升应急准备能力提供专业支持。经综合评估得分比例约为 81%,显示企业应急管理水平已达到一定的程度,但仍有较大的上升空间。针对存在的问题研究改善提高措施。

3 结论

火电厂液氨泄漏事件情景展现,以及对其应急准备能力的评估结果,为企业完善应急救援体系提供了针对性的支持。通过对应急组织机构完整,明确各应急组织的相关职责,建立了相应的专业应急队伍,配备必要的的专业应急设施装备,完善综合应急预案和专项应急预案。确保火电厂能够具备了应对相当规模重大事故的应急处置能力。本项目的开发是在火电厂首次应用情景构建的理论和方法开展应急准备与应急管理工作,目的是通过“情景分析-任务梳理-能力评估”技术,提高应急准备与应急响应的能力,对突发事件有效的预防、准备、响应和恢复。使所有参与应急管理的单位和人员目标一致、思想统一、行动协调、使整体的应急准备工作做到“有的放矢”,其对于发生概率小、灾难严重,很难预测又缺乏经验但危害严重的重大事件时做到从容,有准备的应对。从而提升火电厂整体应急准备能力

本文发表于《Value Engineering》 2019年

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