硫磺回收装置酸性气泄漏情景构建研究

硫磺回收装置酸性气泄漏情景构建研究

陈晶晶

 中韩武汉石化股份有限公司 湖北武汉 430082

摘要：通过对硫磺装置风险特点分析，结合同类典型事故案例，构建硫磺回收装置酸性气泄漏事故情景，通过数值模拟不同风速下酸性气扩散的最远距离，计算可能造成的事故后果，设计事故情景的演化过程，并对应急任务进行分析和梳理，分析能力差距、提出对策措施，达到检验应急预案、规范应急响应、完善应急准备、提高应急能力的目的。

关键词：硫磺装置 酸性气泄漏 情景构建

0.引言

高硫原油加工过程中产生的硫化氢主要存在于酸性水和酸性气中。酸性水中硫化氢含量低，酸性气中硫化氢含量高，一般为40～80%，有的高达90%，一旦发生大量泄漏，可能造成重大的人员伤亡和社会影响，必须进行无害化处理。硫磺回收装置是炼油及天然气企业中重要的组成部分，它的主要作用是使原油中所含的硫元素以单质或某些化合物的状态得以回收利用，以减轻或避免其直接排放对环境造成的污染。近年来随着环境问题日趋严重，环境威胁日益受到广泛的重视，同时随着一些法律和管理办法的实施，硫磺回收装置的地位在石化工业中变的更为重要，因此，开展硫磺装置酸性气体泄漏事故风险分析与应急研究具有重要意义。

情景构建是指对某类事件发生的可能性、发生发展的方式和过程、可能产生的严重后果等，作出尽可能科学、可信的描述。通过情景构建，为应急准备规划、应急预案编制和应急培训演练工作提供依据，使规划、预案和演练等工作在目标和方向上保持一致，并得以整合，是将应急准备中的目标明确化、风险实例化的有效途径[1]。本文基于情景构建“情景—任务—应对”基本架构，对硫磺回收装置酸性气泄漏的高风险情景开展情景构建，有效遏制重特大事故，提升企业应急准备与应急管理工作。

1.硫磺回收装置事故风险分析

硫磺回收装置存在的主要有毒有害因素为硫化氢、氨、噪声、粉尘等，原料酸性气中含有高浓度硫化氢和氨；易燃易爆物质包括硫磺、酸性气、燃料气等。存在的主要风险为: 火灾、爆炸和硫化氢中毒等。

近年国内石油化工行业领域在硫磺回收装置发生多起硫化氢泄漏事故。选取近几年国内外发生的439起有毒化学品泄漏事故，事故涉及的有毒化学品种类将近60种，其中氨、氯、硫化氢三种有毒气体事故最多。硫化氢泄漏中毒事故分布在化工生产、石油炼制、油气开采、储存与管输四个板块，其中石油炼制事故最多。对64起硫化氢泄漏中毒事故进行事故原因分析，发现造成硫化氢泄漏的原因主要有操作不当、检维修中毒、阀门破裂、管道破裂、井喷等。

2.硫磺回收装置酸性气体泄漏数值模拟

2.1 数值模拟背景信息

硫磺装置酸性气进气管线直径为600mm，运行压力0.03MPa，管内温度90℃，酸性气中含90%的H2S。泄漏破裂面积按照管径面积的20%计算，已知H2S 摩尔质量34.1，气体比热比系数1.326，计算可得泄漏速率为13kg/s，为混合气体泄漏速率。

2.2 数值模拟模型

利用panache软件按照1：1比例对装置进行三维模型的绘制，针对厂区内主要建筑物、装置等进行建模。厂区平面简图见图1。对模型进行假设，装置区域利用模块代替，地面默认为是平面，地面粗糙度为0.3。

图1厂区平面简图

图2厂区三维模型图

根据破裂口径、管道内气体压力温度等信息，计算得到其质量流量约为13kg/s，其中硫化氢体积分数占90%，排放时间为1200s，方向垂直管道向上。

2.3 模拟结果与分析

设定风向为东北风，模拟计算了不同风速下酸性气扩散的最远距离，如表1所示。

表1不同风速下扩散的最远距离计算表

3.硫磺回收装置酸性气体泄漏情景构建

3.1情景设计

在管廊区域使用吊机进行铺设管线作业时，吊机发生侧翻，吊臂及吊装的管线砸到管廊上，酸性气进料管线开裂，含高浓度硫化氢的酸性气大量泄漏并扩散。结合风险分析和现场实际情况，对磺回收装置酸性气进料管线发生泄漏的条件做出如下假设：

（1）硫磺回收装置酸性气进料管线因腐蚀减薄，受到吊机侧翻的外力作用开裂，泄漏位置如图3所示：

图3 情景构建泄漏发生位置

（2）泄漏口约为20%管径面积；

（3）阀组处的硫磺酸性气进料阀故障，关不上；

（4）关阀断料前已连续泄漏20分钟；

（5）外界环境条件：常温常压，东北风，风速2m/s。

3.2演化过程及后果

（1）事件孕育阶段

事件当日：按照施工计划，外协公司的12名工人在管廊铺设管线。吊机作业出现以下一种或一种以上情况时，可能导致吊机侧翻：一是吊机使用单位为了节省成本，接近满负荷使用吊机，而且受场地空间限制，吊机支腿又不能完全展开；二是吊装作业时风力较大；三是吊装过程吊机起吊转向速度过快；四是吊机位置距离管线架设在管廊上的位置比作业前设想得要远。

14时20分，由于吊机满负荷使用、支腿没有完全展开、起吊转向速度又过快，导致侧翻，吊臂及吊装的管线砸到施工管廊上。

（2）事件发生阶段

14时21分，因腐蚀已减薄的磺酸性气进料管线受到吊机侧翻外力的作用开裂，造成酸性气泄漏，现场施工人员来不及撤离，中毒倒地。

14时22分，中央控制室，焦化内操发现焦化装置区H2S报警仪报警，立即用对讲机联系焦化外操去现场勘察。

14时32分，硫磺两名外操佩戴空气呼吸器赶到现场，发现硫磺酸性气进料管线开裂，大量酸性气泄漏，现场已有多人中毒倒地，马上用对讲机报告班长。

（3） 事件控制阶段

14时33分，內操向公司消防119、气防12300和炼化医院报警，上报应急指挥中心办公室（总调度室），并汇报区域主管、值班和电仪。

14时35分，消防队接到报警后，立即按三级出动出警。

14时40分， 两名硫磺外操在硫磺值班班长指挥下关闭酸性气来料阀。

14时41分，成立现场应急指挥部，并组建消气防救援组、生产应急组、工程应急组、警戒疏散组、安环处置组。

14时50分，区政府将泄漏、扩散情况通报生活区的居委会，并通过广播、电视、网络等媒体发出紧急避难通知。

15时，12名现场中毒者经抢救无效死亡。

（4）事件恢复阶段

17时50分，泄漏发生后3.5小时，酸性气云团逐渐消散；地方环保部门对大气进行监测，酸性气含量达标；疏散居民陆续返回家中。

19时30分，政府召开新闻发布会，通告事故情况。

第二天，124名轻度中毒人员接受治疗并观察12小时后，检查正常，陆续出院。

一周后，开裂管道修复，磺开车，恢复生产。

半个月后，27名中度中毒人员陆续出院。

3个月后，10名重度中毒人员出院，善后处理完毕。

4个月后，善后处理完毕，社会影响基本消除，应急终止。

（5）事件后果

1）有毒气体扩散，造成部分人员伤亡，并导致较大规模的人员疏散；计算机模拟结果显示：管道敷设作业12人处于高浓度硫化氢分布区域，未能逃脱而中毒，其中9人经抢救无效死亡。

2）事故造成的装置停车、应急救援、人员救治、赔付等直接经济损失合人民币7000万元。

3）事故引起当地居民的恐慌，并引起其他石化企业聚集区居民对石化产业的抵触，对社会稳定造成了一定影响。

4）硫化氢中毒者一旦离开毒气环境，易于治疗。中度以下急性中毒者经过合理治疗，毒物不会蓄积在体内，不会造成后遗症。重度中毒者可留有神经、精神后遗症。有毒气体泄漏事件后，可能对居民的心理造成一定的影响，出现焦虑、沮丧、愤怒等不健康的负面情绪。

3.3应急任务分析与能力评估

按接警与报告、监测与评估、警戒与治安、疏散与避难、医疗救护、泄漏源控制、泄漏物处理、次生灾害防范、信息发布、恢复重建等10个方面，从运行部、公司、集团公司总部、地方政府四个层面分析对应的应急任务。

通过“情景-任务-能力”对照的方式进行应急能力分析和评估，发现各层级现有应急能力存在的不足。

（1）运行部应急能力评估与改进建议

运行部应急能力差距主要表现在疏散与避难和次生灾害防范两个方面。疏散与避难方面的差距主要包括未规划应急疏散线路和未规划应急避难室，次生灾害防范方面的差距主要是外操呼吸器配置数量不足。

硫化氢毒性高，参与事故应急处置的人员必须佩戴空气呼吸器。泄漏事件发生后，初期处置任务主要由运行部担任，外操担负着现场勘察、关阀断料、搜救中毒人员等任务，而且每项任务至少要2人同时投入工作。建议增加硫磺回收装置外操室空气呼吸器配置数量，最好按照当班外操数量进行配置，保证当班外操每人1套。

（2）公司应急能力评估与改进建议

应急能力差距主要表现在疏散与避难和泄漏物处理两个方面。

1）疏散与避难。

疏散与避难是保护扩散影响范围内人员免受伤害的两种主要避险方式。据国外的研究表明，疏散本身有一定的危险，有时疏散会使人短时间内暴露于高浓度环境下，对身体造成更大的伤害。因此建议做以下改进：

a）依托中央控制室建设应急避难室

中央控制室是企业内员工集中的场所，事件的初期处置如报警、工艺流程调整、紧急停车等行动皆由中央控制室的内操和班长完成，完成初期处置任务后再撤离可能错过最佳疏散时间，带来不必要的人员伤亡。

目前中央控制室的设计只具有防爆功能，没有独立的供氧系统。建议依托中央控制室，在现有供风系统上加装独立的供氧系统，使中央控制室具有应急避难室的功能，事故时自动启动供氧系统，保证室内充足的氧气供应。

b）增加应急广播等信息通知方式

目前应急疏散指令主要依靠内线电话、对讲机、手机短信等方式传达。突发事件发生后，无法快速通知到影响区域内的每位员工、外来人员和石化生活区居民，可能贻误最佳疏散时间，造成不必要的伤亡。因此建议设置应急广播，紧急情况下可以确保应急信息快速传达到相关人员。

c）针对酸性气大量泄漏规划应急疏散线路和应急集合点

不具备就地避险条件的人员需要及时从危险区撤出。建议对酸性气大规模泄漏的风险进行评估，根据泄漏点位置以及风向、风速等气象条件，对疏散路线、应急集合点提前进行规划，并在应急集合点设置醒目的标志。定期开展应急疏散演练，使员工熟悉应急疏散线路和应急集合点的位置。

2）泄漏物处理

目前，处理泄漏的硫化氢方法较少，企业主要通过消防水喷淋来稀释，效果不明显，也不能完全消除硫化氢的危害。建议做以下改进：

a）配备大型洗消车

目前企业在应急装备配备上存在重消防、轻气防的现象，没有配备洗消车等处置泄漏气体的装备。国家标准《危险化学品单位应急救援物资配备要求》（GB 30077-2013）对洗消车的配备提出了具体要求。建议增加洗消车的配置，为酸性气、酸性水泄漏提供更有效的控制措施。

b）储备专用扑消剂

硫化氢捕消剂是近年研发的一个新产品，能够较好地与硫化氢进行吸附反应。当发生硫化氢泄漏时，将捕消剂喷洒在泄漏源周围的空气中，能够有效地清除泄漏的硫化氢气体，降低危害程度和范围，为人员疏散赢得时间。建议将硫化氢捕消剂作为应急物资进行储备。

c）地方政府应急能力评估与改进建议

地方政府应急能力差距主要表现在疏散与避难和次生灾害防范两个方面。疏散与避难方面的差距主要是公众普遍缺乏应急避难意识，次生灾害防范方面的差距则是组织公众疏散的公安人员的个体防护未得到重视。

公众采取正确的避险方式对减轻事故影响意义重大，建议加强宣传教育和应急演练，一方面，加强对硫化氢危害的宣传教育力度，提高居民对硫化氢毒性的认识；另一方面，完善地方政府和企业间的协同应急机制，联合开展针对性的公众疏散实战演练，培养普通民众的应急避险意识、正确的自救与互救方法。当事故发生时，公众才能按照要求及时响应，该撤离的按预定路线有序撤离，该就地避难的关闭门窗，耐心等待进一步的通知，从而减轻不必要的人员伤亡。

4结语

本文在对硫磺回收装置风险评估的基础上，基于以往案例借鉴、科学模拟分析，完成硫磺回收装置酸性气泄漏情景构建，围绕重大风险构建最坏可信情景，为应急准备提供科学目标和合理假想敌，能够帮助企业结合实际分析企业存在的安全风险、梳理应对任务、补全应急能力差距、有效应对各类突发事件。

Scenario Construction Study on Sour Gas Leakage in Sulfur Recovery Unit

Abstract: Through the analysis of risk characteristics of sulfur unit and combined with similar typical accident cases, the acid gas leakage accident scenario of sulfur recovery unit is constructed. Through numerical simulation of the longest distance of acid gas diffusion under different wind speeds, the possible accident consequences are calculated, the evolution process of accident scenario is designed, the emergency tasks are analyzed and sorted out, the capacity gap is analyzed, and countermeasures are put forward to test the emergency plan The purpose of standardizing emergency response, improving emergency preparedness and improving emergency capacity.

Keywords: sulfur acid, gas leakage, scenario building

参考文献：

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