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贝鲁特港口爆炸对燃气企业风险意识的启示

2020年8月4日黎巴嫩首都贝鲁特当地时间下午6点10分,一名电焊工正在焊补仓库铁门,不幸引燃了附近存放了6年的2750吨硝酸铵,造成了震惊世界的大爆炸。截止8月22日,这场爆炸已经造成至少180人罹难及6000多人受伤,城市内大量建筑物受损,近30万人无家可归。贝鲁特当局以非法存放爆竹和硝酸铵的罪名逮捕三人。
 
一、燃气企业是否存在同样重大风险
1、硝酸铵的爆炸威力
中海油天津化工设计院防爆中心安全评价室李主任指出,贝鲁2700吨的硝酸铵(NH4NO3爆炸释放的能量相当于900多吨TNT当量。
2015年8月12日位于天津市滨海新区天津港的瑞海国际物流有限公司危险品仓库发生火灾爆炸事故。事故调查组技术组杜组长介绍,根据监控视频和地震台网的监测,一共发生两次大的爆炸。经过测算事故总的爆炸能量相当于450吨TNT当量。事发当日,在瑞海公司危险品仓库里储存11300多吨危险货物中,有800吨硝酸铵290吨硝化棉类爆炸物
2、国内燃气企业存有如此威力的爆炸源吗?
众多燃气企业拥有的5千立方米LNG储罐,最大充装量为4500立方米(液态),破损时泄漏并气化气化后的天然气体积约2.8×106 Nm3
扩散并充分混合后燃气云团爆炸最大当量WTNT = 700吨TNT。
最大TNT当量指的是燃气和空气混合于最佳浓度Cm时的爆炸威力。最佳浓度Cm即为最危险的浓度(略低于化学恰当浓度Cst),从安全角度看爆炸威力最大,破坏效应最严重,相应的爆炸反应热也达到极值。一般天然气泄漏很难充分、均匀混合并聚集成为相对稳定的爆炸云团,所以绝大部分燃气尤其是天然气爆炸极难达到最大TNT当量。
假如我们燃气企业发生如此威力的爆炸,后果不堪设想,更无法向国家和人民交代,我们不得不高度警觉并对此开展风险管控的讨论和研究。
 
3、国内燃气企业常见典型危险源梳理
(假定燃气与空气充分混合并聚集为易爆云团)
1)1万立方米LNG储罐(液态),受到破损时泄漏并完全气化。燃气云团爆炸时最大当量约为1400吨TNT。
2)1千立方米LPG储罐(液化石油气),受到破损时泄漏并气化。燃气云团爆炸时最大当量约为150吨TNT。(如果是若干个LPG储罐陆续破损泄漏并爆炸,应考虑多米诺效应。最大TNT当量计算较复杂,目前难以建立精确的数学模型,我们将另行论证。)
3)5千立方米天然气高压球罐态),压力为1.2MPa,受到破损时泄漏并扩散。燃气云团爆炸时最大当量约为 16吨TNT。
4)天然气管道断泄漏:假定断点与门站、储配站距离为10公里,管径DN500、运行压力为0.4MPa。30分钟泄漏量7.5万标态立方米燃气云团爆炸时最大当量约为18吨TNT。
5)一辆LNG槽车(按最大液态容量36立方米计算)受到破损时泄漏并气化。燃气云团爆炸时最大当量约为5吨TNT。
 
二、贝鲁特港口硝酸铵爆炸事故剖析及危化品风险防范
1、对危险化学品的管理管理混乱
这批从一艘货船上查没的硝酸铵被卸在贝鲁特港口第12区,六年来一直未挪出过港口,据称也未采取任何有效的安全措施。
贝鲁特港口的安全报告显示:“前段时间,在对仓库进行检查时,发现仓库的库门急需维修。工作人员在对库门进行维修焊接过程中产生的火花,引燃了仓库中储存的炸药(烟花爆竹),导致在另一仓库中存放的硝酸铵发生爆炸”。
2、对硝酸铵危险性认识不足
这次破坏力惊人的爆炸或与硝酸铵储存不当有关。那么,常作为化肥的硝酸铵为何其爆炸威力会如此之大?
硝酸铵(NH4NO3简称为硝铵是一种呈白色结晶固体,主要用作氮肥同时也是一种炸药硝酸铵与明火或其他的引火装置接触会发生剧烈爆炸如果储存时间过长且通风不佳,那么其自身会发生反应产生热量,进而导致温度升高并燃烧,甚至引发爆炸。贝鲁特港口管理者只是将硝酸铵看做化肥而忽略了其爆炸特性。
3、危险化学品事故的防范
不管是发达国家还是发展中国家,工业事故都难以杜绝。硝酸铵爆炸事故“名单上,西方发达国家以及全球几大化学巨头孟山都、巴斯夫、道达尔无一幸免。贝鲁特大爆炸给许多国家敲响了警钟,事发后不久,世界各地的港口都开始清点本国潜在的危险化学品。据《华盛顿邮报》22日报道,目前已有多国在其港口发现了比导致贝鲁特爆炸事件储量更大的非法存放或无人认领的硝酸铵。
硝酸铵在大多数国家都受到严格管控,我国也将其列入危险化学品名录,实施重点监管。我国现有硝酸铵生产企业40家,产能约1000万吨/年,2019年产量约590万吨,国内实际需求量约500万吨/年,主要用作民爆物品生产原料。这次黎巴嫩爆炸也为我们敲响了警钟。
如何最大限度降低安全风险,防范遏制重特大事故?应针对危险化学品产生安全风险的主要环节,在法律法规和经济技术可行的条件下,研究推进实施管控措施。
例如通过建设信息平台进行危险化学品追溯管控、统一规范包装管理、严格安全生产准入、强化运输管理、存储定制化管理及其他手段,多方面、多维度地对危险化学品进行风险管控。
这次危险化学品爆炸导致的巨大悲剧,不会是最后一次。因此防范危险化学品重特大生产安全事故,容不得半点侥幸。
 
三、凝聚炸药、液化及气态燃气爆炸特性、爆炸威力分析
凝聚炸药(一般指固态及液态炸药,如硝酸铵、TNT、硝化甘油等)爆炸燃气爆炸存差异分析:
1、凝聚炸药爆炸特性
从触发到爆炸结束,几乎在一瞬间完成。这一过程一旦启动几乎不可中断,也不可能对其过程进行有效控制。
2、燃气爆炸特性
燃气爆炸(气体燃料爆炸)从泄漏、扩散、混合(达爆炸浓度范围)、触发直至爆炸结束须经历复杂多变的过程,这一过程随时可能因内在或外在的矛盾冲突而自动或意外中断,也可以主动从外部使其中断。与凝聚炸药相比,燃气爆炸需要外界氧化物的参与方可完成。燃气若实现爆炸,重要而必不可少的环节是燃气扩散并与空气充分混合达到爆炸浓度(处于爆炸极限范围内)并聚集成为相对稳定的爆炸云团,点火即可发生爆炸。如果空间复杂且浓度分布较不均匀,一旦混合浓度发生变化使之处于爆炸极限范围之外或相对稳定的爆炸云团解体,则爆炸过程则中止。
即使发生了燃气爆炸,一般状态下燃气爆炸也要经历轻爆——爆燃——爆轰演变、递增过程,也可能因外部结构及环境空间改变或限制导致爆炸威力锐减或陡增。直接进入燃气爆轰爆炸阶段只能发生在相对密闭空间,在开放空间难以直接发生燃气爆轰爆炸。
但从实践的角度,这种理论分析与实际过程尚有着巨大的差距,这主要是因为在建立爆炸云模型中,我们忽视了气体扩散、混合的过程中密度差距。在开放空间里,高中压管道或高压气体储罐破裂时,天然气成射流状被喷射至大气中。由于密度差距的原因,天然气上浮速度较快(高于水平方向扩散速度),很难聚集成相对稳定的爆炸云,发生大规模爆炸事故的几率很小。即使发生爆炸,也无法达到最大TNT当量。
在完全开放空间发生燃气爆炸时,有可能从爆炸开始至结束,爆炸过程始终处于轻爆过程,无法递增至爆燃甚至爆轰。某些状态下形成的轻爆对建筑物造成的破坏轻微,甚至对人员只造成烧伤而没有因冲击破造成的重伤和死亡。故,我们不得不深入研究开放空间发生燃气爆炸特殊性,以免走入爆炸风险研究的误区。
在风险评估中,在开放空间里天然气蒸汽云团爆炸威力计算(使用通用软件)仍然采用“最大TNT当量”模式。该模式虽然不尽合理,但一直是安评行业的通用做法。由于受到外部环境影响巨大,如果不采用“最大TNT当量”模式而采用“适当的TNT当量”模式,这种计算模式目前尚不能准确表达燃气爆炸的特殊性。
3、LNGLPG液态方式储存风险高气态方式储存输送
1)LNG、LPG单位体积能量密度远高于其气体状态;
2)由于液态的LNG、LPG发生泄漏后,其扩散需经过先气化、吸热、稀释扩散的过程,这一过程较气态天然气缓慢的多,这也造成爆炸的窗口期(进入爆炸模式的时间段)较其气体状态延长了很多,集聚成爆炸云团的可能性也大幅增加。
LNG的气化潜热略高于LPG,超低温储存等因素造成LNG的实际气化速度比LPG要慢。此外,气态天然气扩散速度以及上升速度又气态LPG要快很多,所以LPG更容易在低洼的区域聚集,这些都造成LPG的危险要远高于LNG。从实践角度来LPG引发的危害频度和烈度均远大于LNG和管道天然气与液化石油气相比,天然气难以形成爆炸气团。
凝聚炸药爆炸与气体燃料爆炸以及不同气体燃料之间具有的爆炸特性巨大差异,也就注定了爆炸事故的防范治理方式的不同以及侧重点选择的不同。
 
四、燃气企业对于爆炸事故是“预防”还是“治理”的辩证
《安全生产法》制定的“安全第一、预防为主、综合治理”安全方针是我们安全管理的最高指导思想和行动纲领,这一“安全方针”正确而科学安全观将贯穿城市燃气企业的设计、建设到运营管理直至事故应急预案启动。然而具体到城市燃气输配体系中某一特定的环节、领域或某一阶段,应当着重于“预防”还是“治理”?这不仅牵涉到企业有限资源如何科学、合理地配置,更多的是如果决策者忽视或模糊了燃气事故发生的内在及外在的主、次要矛盾,将会导致燃气企业运营风险增高。
1、如何理解风险的“预防”与“治理”之间的辩证关系
以“防病治病”为例解析:疾病就是健康的风险,基于普通人群对于重大疾病的认识,理所当然地认为对待健康风险应当“以防为主、以治为辅”,把疾病消灭在萌芽阶段,甚至不需要去医院。这当然是最理想的健康理念,但这并不是放之四海而皆准之真理。解决任何问题的关键皆是必须符合正确而完备的逻辑。防病必须准确了解发病机制,治病必须准确了解疾病发展规律和后果,并获得阻断其继续恶化的方法和手段。可惜的是现阶段医疗水平对大部分疾病无法知晓其发病机制,大部分疾病无法有效防范,所以现实生活中大多数病人只能待疾病爆发时再去医院治疗。由于防病缺少紧迫感,更多地依赖政府指导和媒体的保健宣传。
在燃气安全领域,“防”或“治”孰重孰轻?本人曾经多次向从事安全管理工作的专家咨询,得到的回答大多是:“以防为主、以治为辅”、“安全无小事,应做到万无一失”、“对生命负责,应确保绝对安全”。在实践中我们认识到风险管理领域不存在绝对安全,追求绝对安全的理念无意中坠入“形而上学”思维陷阱,也完全违背了辩证唯物主义哲学观念。
任何企业的人力、物力、财力和精力总是有限的,无法做到在生产和运营过程中绝对安全。依据统筹学原则,对待所有影响风险管控的要素,应当有所为有所不为、有所轻有所重,这才是科学而理性地选择。深入研究并正确处置安全与成本之间的辩证关系、防或治之间的辩证关系才是我们追求安全的最高目标。
2、燃气企业如何看待爆炸事故风险“预防”与“治理”
凝聚炸药从爆炸机理以及在运输、存储中可能出现的隐患已是十分了解,一旦从触发瞬间完成爆炸,不可中断。所以对凝聚炸药爆炸导致的事故只能“预防”,难以有效地在从触到完成爆炸过程中进行“治理”。目前绝大多数城市燃气企业已不具备生产与净化环节,不再拥有类似的“凝聚炸药”,在此不再过多讨论对凝聚炸药爆炸风险的“预防”与“治理”问题。
城市燃气工程在设计阶段落实本质安全的设计理念,施工过程的全过程监检,运行阶段的制度落实、严格管控,先进信息化手段的运用,以及管道全寿命周期完整性管理的引入,都是对风险的“预防”,政府部门开展的安全、技术监督等也是对燃气事故风险的“预防”;
隐患整治、对设施维修抢修、事故应急预案启动等皆属于隐患和事故的“治理”。
3、如何降低燃气企业的重大风险,杜绝重大事故
1)燃气输配管网事故风险“预防”与“治理”
对待管网事故风险应当“预防”与“治理”并举,不可偏颇,不可或缺。
根据事故分析与统计,庞大的城市地下燃气管网,最主要的隐患和最大危险是腐蚀引发的损坏和第三方造成的意外破坏。
在管网建设阶段对于“预防”金属管道腐蚀,目前已采用了极佳的被动防腐措施(3PE表面涂层)和主动防腐措施(阴极保护),并大规模的引入耐腐蚀的PE管材。
在运行阶段对于金属管道腐蚀的“预防”主要手段是腐蚀的隐患排查,目前已经具备了多种探测手段,如:“交、直流电位梯度检测技术”、“管道漏磁内检测技术”、“电磁超声内检测技术”等技术手段逐步成熟,准确率不断提高。
对于金属管道腐蚀、破坏导致泄漏事故的“治理”,则是根据严重程度(泄漏规模、管道压力、人群密度等)进行风险识别,启动不同级别的事故应急预案。
一个中等城市拥有数千公里的高中压燃气管线,低压管道长度更甚目前的主要“预防”手段主要是加强宣传燃气安全知识、加强对第三方的交底、监护,利用信息化手段对施工过程进行预防性控制;但地下管道受到意外破坏具有极大的偶然性和随意性,对管道遭受意外破坏的准确预测几乎是不可能的。既然对燃气输配管网意外事故的积极“预防”极其困难,要做到管网万无一失是不现实的、其投入的人力、物力,也是当前任何燃气企业、政府所不可能承受的。
目前燃气企业对输配管网风险防范所应具备的安检、巡查、预警等制度和手段已基本完善,对输配管网安全事故的“治理”就更凸显其重要性。
所以燃气管网风险管控的重点:一是对管道腐蚀、破坏的“预防”;二是一旦隐患失控或事故出现,立刻投入维修抢修或启动事故应急预案。
其中启动事故应急预案重点是:速度、强度、力度。
反应速度—决断速度快、响应速度快、到达事故现场速度快;
供应强度—抢险人员数量和应急设备供给应满足最高需求并有冗余;
支持力度—政府配属的各类公共资源应给予强有力支持。
2)燃气场站事故风险“预防”与“治理”
目前大型燃气场站(门站、储配站、应急站、气化站、液化石油气站等),均具有极高的危险能量储存,一旦泄漏、火灾、爆炸,后果不堪设想,使得管理者、决策者更易受到风险陷阱的困惑。对重大风险的防与治皆有必要,关键是谁更重要?皆重要、皆为重点,也就没了重点。
大型燃气场站风险主要来自于储气设备,由于其风险系数高,所以从设计到制造选取的安全系数也很高,同时选址也远离了人群密集区。
大型燃气场站的风险所在及管控特性:
a、燃气场站运行环境封闭、设备集中,不受第二方(用户)以及第三方干扰和侵犯,便于管理和控制。几乎可以排除外来因素造成燃气装置意外受损而导致的事故。环境封闭而便于管理恰恰是最好“预防”。
b、目前城市燃气企业的主要储气设施均为地上安装、建设装置,对燃气装置完全能够实现可视、可查、可控,这就给“预防”带来极大的便利。
c、雷击、静电、车辆、人员活动等一切可能的、潜在的点火源在燃气场站内能够得到严格地控制。
d、燃气场站内发生设备损伤导致物理爆炸或小规模泄漏,启动紧急预案主要目的和措施就是切断燃气输出输入以及开启必要的安全放散,疏散非抢险救援人员,这才是有效“治理”。
e、大型储气设备一旦发生大规模泄漏、火灾,控制其进一步恶化极为困难,最重要的措施则是站内和周边人员撤离、逃逸。这样的“治理”也只是为了最大程度减少人员伤亡而已。
由于燃气场站风险管控过程“预防”容易“治理”难,所以燃气场站风险管控的重点应当是:以防为主、以治为辅。
 
五、结束语
针对燃气行业的风险管理,应做好针对燃气种类、风险水平、周边环境和社会影响等做好分级分类管理,做到有的放矢,避免一刀切。从人力、管理、技术等多方面着手,提升专业人员水平、提高安全管理质量、增加专业技术手段。
目前燃气企业最重要、也是最缺乏的是对燃气输配系统下列问题的深刻认识和理解:一是所存在的危险源及危险点的排查、梳理和认定;二是隐患形成机理以及隐患失控条件以及向大规模泄漏事故发展趋势;三是点火源管理失控;四是从泄漏至发生火灾或形成爆炸一系列的变化趋势及内在关联。只有深刻认识上述问题,才能为燃气企业安全运行提供更科学、更可靠的防治依据和手段,极大地降低燃气发生恶性爆炸事故的可能性,降低发生事故时发生次生灾害的可能性和危害。
未得到作者同意,请勿发表或转载
Chenyun124@126.com
2020年8月30
        来源:合肥燃气集团有限公司
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