摘要：氢气泄漏后，如不能及时进行处理，可能会引起火灾、爆炸等事故。因此，文章以某实验项目氢气管束车为研究对象，利用QRA定量风险评价软件，模拟氢气管束车发生喷射火灾、蒸气云爆炸和压力容器爆炸等事故后果，并围绕可能造成的事故后果，对氢气管束车作业过程提出有针对性的安全对策措施与建议。

　　关键词：氢气管束车；QRA定量风险评价；事故后果；数值模拟

　　0引言

　　当前，为响应国家氢能源发展战略，一些气体生产经营公司与能源研究院联合共建氢燃料发动机耐久实验项目(以下简称“实验项目”)，通过采用鱼雷管束车和管道供氢的方式对氢燃料电池发动机供氢，产出的氢气用于补给实验用氢管路，形成氢气与电的循环利用。其中氢气管束车由氢气瓶组、管路、阀门和测量设备等组成。氢气属于易燃气体，在空气中最小点火能为0.019 MJ，在氧气中最小点火能为0.007 MJ，一般情况下的撞击、摩擦、不同电位之间的放电、各种易燃物的引燃、明火、热气流、高温烟气、雷电感应、电磁辐射等都能引起氢气与空气混合物的燃烧。因此，本文基于QRA评价法模拟分析氢气管束车在作业过程中若发生氢气泄漏可能造成的喷射火灾、蒸气云爆炸和压力容器爆炸等事故后果，并结合项目实际情况提出有针对性的安全对策措施和建议，具有一定实践指导和参考意义。

　　1项目概况

　　该项目位于重庆市大渡口区某工业园C区某气体生产经营公司东南角空地内，主体装置包括氢气管束车、低压撬装式减压系统、氢气管网、试验车间(甲类厂房)，其中氢气管束车布置在场地东侧、试验车间布置在场地西侧、调压撬位于试验车间与氢气管束车之间、氢气放空管位于调压撬北侧。由第三方供应的氢气管束车放置在管束车区域，通过低压撬装式减压系统供应至主管网，主管网压力区间为2.0～4.0 MPa，减压撬设置为双通道，即一用一备，以便于更换管束车时保持稳定供气。

　　根据实验用气量，现场设置了一用一备两个管束车停车位。依据GB 50016—2014《建筑设计防火规范》(2018年版)、GB 50516—2010《加氢站技术规范》(2021修订版)等，该项目装置、车间内部总平面布置与周边建构筑物、道路的防火间距均满足标准规范要求。周边建构筑物防火间距如表1所示。

　　2氢气管束车危险、有害因素辨识

　　2.1氢气危险、有害因素

　　氢气管束车中的氢气无色无味、扩散系数大，在不同条件下扩散系数从6.1×10-5～6.8×10-5 m2/s不等。泄漏后很难被发现，若泄漏后立即被点燃，会产生喷射火焰，若泄漏后发生延迟点燃，则会产生蒸气云爆炸[1]。

　　氢气密度很小，是空气的0.07倍，因此泄漏后的氢气会迅速向上扩散，影响更大空间。氢气属于易燃气体、燃烧范围宽，在空气中可燃范围(20℃,101.325 kPa)为4.0%～74.5%。氢气易与空气形成爆炸性混合物，只要达到4.0%～75.0%的体积浓度，就可与空气形成爆炸极限混合物。

　　氢气反应活性较强，可与空气、氧气、卤素和强氧化剂发生剧烈反应，产生火焰、高热甚至爆炸，某些金属催化剂会加速这些反应进行。氢气体积与温度相关，当温度升高时体积增大，因此高压氢气容器若过热，会导致内压升高，可能引起容器爆炸与氢气泄漏。

　　2.2氢气管束车危险、有害因素

　　该项目氢气管束车运行过程中可能产生的主要危险、有害因素情况如表2所示。

　　3 QRA评价法介绍

　　定量风险评价法(QRA)是通过建立物理模型并结合数学计算对设备可能发生的灾害后果进行风险评价，为风险控制决策提供依据[2]。QRA法是对某一设施或作业活动中发生的事故频率和后果进行定量分析[3]，其评价范围广，可以对较多类型的风险进行定量分析。QRA法已广泛用于工区危险、有毒有害物质运输，环境中有毒物质浓度及评价发生概率小而后果严重的事故中[4]。

　　本文采用南京安元QRA定量风险评价软件，测算出个人风险、社会风险及其安全范围，并以图形表示。输入环境参数、装置信息参数以及周边人口区域分布信息后，可模拟出不同事故类型的后果[5]。

　　4事故后果模拟分析

　　对该项目中氢气管束车可能发生的事故后果进行模拟，共模拟了喷射火灾、蒸气云爆炸以及压力容器爆炸三种事故后果，得出各事故安全范围，装置基本参数如表3所示。

　　4.1事故后果模拟结果

　　使用南京安元QRA定量风险评价软件进行事故后果模拟，其中氢气管束车事故后果模拟中输出距离是距离装置原点的距离。

　　4.1.1喷射火灾事故后果模拟

　　喷射火灾事故后果模拟的相关参数如表4所示。事故后果分析结果如图1所示。

　　由图1可以看出，喷射火灾事故死亡半径为26.27 m，重伤半径为32.23 m，轻伤半径为48.63 m。

　　4.1.2蒸气云爆炸事故后果模拟

　　蒸气云爆炸事故后果模拟的相关参数如表5所示。

　　事故后果分析结果如图2所示。

　　由图2可以看出，蒸气云爆炸事故死亡半径为3.43 m，重伤半径为13.83 m，轻伤半径为26.90 m。

　　4.1.3压力容器物理爆炸事故后果模拟

　　压力容器物理爆炸事故后果模拟的相关参数如表6所示。

　　事故后果分析结果如图3所示。

　　由图3可以看出，压力容器物理爆炸事故死亡半径为8 m，重伤半径为10 m，轻伤半径为13.5 m。

　　由模拟计算可知，该项目发生火灾、爆炸事故时，最大影响半径为48.63 m，在此范围之内，并无人员密集场所。

　　4.2各装置的多米诺半径模拟结果图

　　触发多米诺效应的重大事故具体形式主要为：火灾(池火、喷射火)、爆炸(早期点火爆炸、晚期点火爆炸)，其中池火和喷射火的多米诺效应为热辐射作用，而爆炸所引起的多米诺效应是冲击波超压和爆炸碎片相互结合的效果[6]。

　　4.2.1常压容器

　　当目标装置类型为常压容器时，半径为70.775 m，模拟图如图4所示。

　　4.2.2压力容器

　　当目标装置类型为压力容器时，半径为38.765 m，模拟图如图5所示。

　　4.2.3长型设备

　　当目标装置类型为长型设备时，半径为17.408 m，模拟图如图6所示。

　　4.2.4小型设备

　　当目标装置类型为小型设备时，半径为15.449 m，模拟图如图7所示。

　　由计算可知，该项目氢气管束车发生事故时，导致的多米诺事故会影响该项目试验车间，但不会对企业其他生产装置、设施造成影响。

　　5安全对策措施与建议

　　事故模拟结果表明，本项目氢气管束车发生火灾爆炸事故后的最大影响半径为48.63 m，并且事故导致的多米诺效应会对试验车间造成影响。为提升氢气管束车使用过程中的安全性，根据本项目事故后果模拟，提出以下安全对策措施与建议。

　　(1)调整试验车间位置间距。确保氢气管束车与周边其他建构筑物的防火间距满足安全范围和法律法规及标准规范的要求。

　　(2)强化安全教育和培训。对企业内部人员进行氢危害的宣传及安全教育培训，以增强员工的安全意识及规范作业的能力。

　　(3)严格遵守操作规程。制定科学合理的操作规程和管理制度，严格执行各项操作规程，杜绝非标准化作业。

　　(4)完善安全监控。在车辆上安装泄漏、火灾、压力等安全监控装置，实时监测危险因素，一旦出现预警情况及时采取应急措施。

　　(5)加强定期维护。制定完善的维护保养制度，定期对设备和管路进行维护检查，发现问题要及时修复，确保系统的安全可靠运行。

　　(6)配备应急设备。车上应配备消防、抢修、通风等应急装置，并定期检查维护，确保在事故发生时能够立即启动并发挥作用。

　　(7)定期开展事故应急演练。检验和提高员工的应急处置能力，优化应急预案，掌握科学有效的救援方法。

　　(8)加强管理和监督。相关部门应加强对氢气管束车的管理和监督，制定出台更严格的安全规章制度，并定期进行安全检查，确保各项规定得以落实。

　　(9)在可行区域内设置专用行驶道路，避开人口密集区和易燃易爆区域。

　　(10)超负荷运输前应进行风险评估，采取必要的安全防护措施。

　　6结语

　　本文通过实例，证明QRA法能对氢气管束车事故后果进行科学量化，也验证了其有效性。利用QRA定量风险评价软件模拟氢气管束车可能发生的事故后果，研究结果表明，氢气管束车发生喷射火灾、蒸气云爆炸以及压力容器爆炸三种事故时，最大影响半径为48.63 m，事故所导致的多米诺事故仅会对该项目试验车间造成影响，并且提出了相应安全对策措施与建议。

　　参考文献：

　　[1]刘自亮,熊思江,花争立,等.埋地输氢管道泄漏爆炸事故后果模拟分析[J].中国安全生产科学技术,2019,15(12):94-100.

　　[2]夏维,魏可可.基于QRA技术的油气田安全管理提升研究[J].项目管理技术,2023,21(2):150-154.

　　[3]单新新.基于HAZOP、LOPA和QRA的天然气储罐综合风险评估[J].云南化工,2022,49(3):113-116.

　　[4]白毅,冯锦平,晏国顺,等.浅析HAZOP分析结合QRA分析在水电施工安全管理中的应用[J].水电与新能源,2020,34(11):55-58.

　　[5]陈晨.航空燃油罐区事故后果模拟与定量风险评估[J].长沙航空职业技术学院学报,2022,22(4):14-17.

　　[6]钟俊.低温压力容器罐区发生爆炸的事故后果模拟分析[J].化工管理,2022(24):105-108.