2.2　化工泄漏及其控制

化工、石油化工行业火灾、爆炸和人员中毒事故很多是由于物料的泄漏引起的。导致泄漏的原因可能是腐蚀、设备缺陷、材质选择不当、机械穿孔、密封不良以及人为操作失误等；充分准确地判断泄漏量的大小，掌握泄漏后有毒有害、易燃易爆物料的扩散范围，对明确现场救援与实施现场控制处理非常重要。

2.2.1　化工生产常见泄漏源

一般情况下，根据泄漏面积的大小和泄漏持续时间的长短，可将泄漏源分为两类：一是小孔泄漏，此种情况通常为物料经较小的孔洞长时间持续泄漏，如反应容器、储罐、管道上出现小孔，或者是阀门、法兰、机泵、转动设备等处密封失效；二是大面积泄漏，即大量物料经较大孔洞在很短的时间内泄漏出，如大管径管线断裂、爆破片爆裂、反应容器因超压爆炸等瞬间泄漏出大量物料。

图2-1和图2-2简单示意了各种类型的有限孔释放，蒸气和液体以单相或两相状态从过程单元中喷射的情况。

图2-1所示为化工厂常见的小孔泄漏情况。对于这种泄漏，物料从储罐和管道上的孔洞和裂纹，以及法兰、阀门和泵体的裂缝及严重破坏或断裂的管道中泄漏出来。

图2-2显示了物料的物理状态对泄漏过程的影响。对于储存于罐内的液体，储罐内液面以下的裂缝会导致液体泄漏出来。如果液体储存压力大于其在大气环境下沸点所对应的压力，那么液面以下的裂缝将导致泄漏的液体一部分闪蒸为蒸气。液体经闪蒸可能会形成小液滴或雾滴。液面以上的蒸气空间的裂缝能够导致蒸气流或气液两相流的泄漏，这主要依赖于物质的物理特性。

2.2.2　泄漏模式与泄漏量计算

泄漏量计算是泄漏分析与控制的重要内容，根据泄漏量可以进一步研究泄漏物质的情况。当发生泄漏的设备的裂口规则、裂口尺寸已知，泄漏物的热力学、物理化学性质及参数可查到时，可以根据流体力学中的有关方程计算泄漏量。

2.2.2.1　普通液体泄漏的泄漏量计算

液体泄漏时，液体与外界无热交换，假设液体为不可压缩流体，密度恒定不变，根据机械能守恒定律，液体流动的不同能量形式遵守如下方程：

　　        （2-1）

式中　p——压强，Pa；

ρ——密度，kg/m³；

α——动能校正因子；

u——流体的平均速度，m/s；

g——重力加速度，m/s²；

z——高度，m；

F——阻力损失，J/kg；

W_s——轴功，J；

m——质量，kg。

上式中动能校正因子需用速度分布曲线进行计算。对于层流，取0.5；对于活塞流，取1.0；对于湍流，接近于1.0。在工程计算过程中可近似取为1。另外，对于不可压缩流体，其密度在计算时可视为常数。

（1）液体通过小孔泄漏的泄漏量计算　在暂不考虑轴功的情况下，当液体在稳定的压力作用下经薄壁小孔泄漏时，过程单元中的势能转化为动能。设容器内的压力为p₁，小孔的直径为d，泄漏面积为A，容器外为大气压力，此时容器内液体的流速可以忽略，不计摩擦损失和液位变化，考虑到因惯性引起的截面收缩以及摩擦引起的速度降低，引入孔流系数C₀，则通过小孔泄漏的实际质量流量为：

　　        （2-2）

对于修圆小孔，孔流系数值C₀约为1；对于薄壁小孔（壁厚≤d/2），当Re>10⁵时，C₀值约为0.61；若为厚壁小孔（d/2<壁厚≤4d）或在容器孔口处外伸有一段短管，则C₀值约为0.81。大多数情况下，难以确定泄漏孔口的孔流系数，为选取一定的安全系数，确保估算出最大的泄漏量和泄漏速度，C₀值可取为1。

（2）液体通过储罐上的小孔泄漏的泄漏量计算　假设一液体储罐，距液面z₀处有一小孔，在静压能和势能的作用下，储罐中的液体流经小孔向外泄漏。泄漏过程由式（2-1）来描述，忽略储罐内的液体流速，假设液体为不可压缩流体，储罐内的液体压力为p_g，外部为大气压力（表压p=0）。孔流系数为C₀，则泄漏速度为：

　　        （2-3）

若小孔截面积为A，则质量流量Q为：

　　        （2-4）

由式（2-3）和式（2-4）可见，随着泄漏过程的延续，储罐内液位高度不断下降，泄漏速度和质量流量均随之降低。如果储罐通过呼吸阀或弯管与大气连通，则内外压力差却为0，式（2-4）可以简化为：

Q=ρuA=ρAC₀　　        （2-5）

质量流量随时间变化的公式为：

　　        （2-6）

若储罐内盛装易燃液体，一般情况下会采取氮气保护的措施。设液体的表压力（即内外压差）为p_g，则任意时刻的质量流量为：

　　        （2-7）

（3）液体通过管道泄漏的泄漏量计算　在化工生产中，如果管线发生爆裂、折断等造成液体经管口泄漏，泄漏过程可用式（2-1）描述，其中阻力损失F的计算是估算泄漏速度和泄漏量的关键。

对于任意一种有摩擦的设备，可以使用下面的公式计算阻力损失F：

　　        （2-8）

式中　K_f——管道或管道配件导致的压差损失；

u——液体流速，m/s。

流经管道的液体压差损失为：

　　        （2-9）

式中　f——范宁摩擦系数；

L——管道长度，m；

d——管道直径，m。

范宁摩擦系数f是管道粗糙度ε和雷诺数Re的函数。表2-4给出了各种类型干净管道的粗糙度ε值。

在计算得到f和K_f后，物料从管道系统流出时质量流量的求解过程如下所示。

①假设已知管道长度、直径和类型，管道系统的压力和高度变化，泵、涡轮等对液体的输入或输出功，管道附件的数量和类型，液体的特性（包括密度和黏度）。

②指定初始点（假设为点1）和终止点（假设为点2），指定时必须仔细，因为式（2-1）中的高度依赖于该指定。

③确定点1和点2处的压力和高度，确定点1处的初始流速。

④确定点2处的液体流速，如果认为是完全发展的湍流，则这一步不需要。

⑤确定管道的摩擦系数。

⑥确定管道的超压位差损失、管道附件的超压位差损失和进、出口效应的超压位差损失，将这些压差损失相加，计算净摩擦损失。

⑦计算式（2-1）中各项的值，并将其代入方程中，如果式（2-1）中所有项之和为零，计算结束，如果不等于零，返回到第4步重新计算。

⑧确定质量流量。

如果认为是完全发展的湍流，求解是非常简单的。将已知项代入式（2-1）中，将点2的速度设为变量，可直接求解该速度。

2.2.2.2　气体或蒸气通过小孔泄漏的泄漏量计算

上面运用机械能守恒方程描述了液体的泄漏过程，其中一条很重要的假设是液体为不可压缩流体，密度恒定不变，而对于气体或蒸气，这条假设只有在初态、终态压力变化较小和较低的气体流速的情况下才可应用。当气体或蒸气的泄漏速度与声速相近或超过声速时，会引起很大的压力、温度、密度变化，则根据不可压缩流体假设得到的结论不再适用。本部分将讨论可压缩气体或蒸气以自由膨胀的形式经小孔泄漏的情况。

图2-3为气体或蒸气通过小孔泄漏示意图。其中轴功为0，忽略势能变化，则机械能守恒方程可简化为：

　　        （2-10）

若孔流系数为C₀，忽略气体或蒸气的初始动能，此过程中气体或蒸气在小孔内绝热流动，其压力与密度的关系符合绝热方程，于是计算得到泄漏的质量流量为：

　　        （2-11）

在泄漏过程中，p/p₀始终发生变化，以其作为自变量，泄漏的质量流量作为因变量，通过求导计算得到最大流速和最大流量分别如式（2-12）和式（2-13）所示：

　　        （2-12）

　　        （2-13）

2.2.2.3　闪蒸液体泄漏的泄漏量计算

储存温度高于其通常沸点的受压液体，如果储罐、管道或其他盛装设备出现孔洞，部分液体会闪蒸为蒸气，可能会发生爆炸。闪蒸发生的速度很快，其过程可以假设为绝热。过热液体中的额外能量使液体蒸发，并使其温度降到新的沸点。

如果泄漏的流程长度很短（通过薄壁容器上的孔洞），则存在不平衡条件，液体没有时间在孔洞内闪蒸，而在孔洞外闪蒸。这种情况应使用描述不可压缩流体通过孔洞流出的方程。

如果泄漏的流程长度大于10cm（通过管道或厚壁容器），那么就能达到平衡闪蒸条件，且流型是活塞流。可假设活塞压与闪蒸液体的饱和蒸气压相等，但该结果仅适用于储存在高于其饱和蒸气压环境下的液体。在此假设下，质量流量由下式给出：

　　        （2-14）

式中　A——泄放面积，m²；

C₀——孔流系数；

ρ_f——液体密度，kg/m³；

p——储罐内压力，Pa；

p^sat——闪蒸液体处于周围环境下的饱和蒸气压，Pa。

2.2.2.4　易挥发液体泄漏的蒸发量计算

在化工生产过程中，如果装置或储存容器中的易挥发液体泄漏至地坪或围堰中，会逐渐向大气蒸发。根据传质过程的基本原理，该蒸发过程的传质推动力为蒸发物质的气液界面与大气之间的浓度梯度，液体蒸发为气体的摩尔质量可用下式表示：

N=k_cΔc　　        （2-15）

式中　N——摩尔通量，mol/（m²·s）；

k_c——传质系数，m/s；

Δc——浓度梯度，mol/m³。

通常情况下，液体在某一饱和温度T下的饱和蒸气压p^sat远大于其在大气中的分压p，则Δc可由下式算得：

　　        （2-16）

流体蒸发的质量流量为其摩尔通量N与蒸发面积A及蒸发物质的摩尔质量M的乘积，即：

　　        （2-17）

2.2.3　泄漏物质扩散

2.2.3.1　液体扩散

（1）液池　液体泄漏后会立即扩散到地面，一直流至低洼处或人工边界（如防火堤、岸墙等），形成液池。液体泄漏出来不断蒸发，当液体蒸发速度等于泄漏速度时，液池中的液体量将维持不变。如果泄漏的液体挥发量较少，则不易形成气团。如果泄漏的是挥发性液体或低温液体，泄漏后液体蒸发量也大，会在液池上方形成蒸气云。

液体泄漏后在地面上形成液池。由于液体的自由流动特性，液池会在地面上蔓延。图2-4显示了周围不存在任何障碍物时，液池在地面上的蔓延过程。在这种情况下，液池起初是以圆形在地面上蔓延。但是，即使泄漏点周围不存在任何障碍物，液池也不会永远蔓延下去，而是存在一个最大值，即液池有一个最小厚度。对于低黏性液体，不同的地面类型，液池的最小厚度是不一样的。液池的面积和厚度与液体的泄漏速度、泄漏位置处的地面形状密切相关。

实际情况下，泄漏点周围都或多或少地存在着障碍物，如防火堤。如果周围存在障碍物，则液池在地面上的蔓延要复杂一些。开始阶段，液池如同周围不存在防火堤一样以圆形向周围蔓延。遇到防火堤后，液池停止径向蔓延，同时液池形状发生改变。之后，随着泄漏的不断进行，液池转而围绕储罐蔓延，直至包围整个储罐，随后液面开始上升，其蔓延的动态过程如图2-5所示。

（2）泄漏物质在水中的扩散　液体泄漏事故若发生在货船、岸边或穿越河流的管线上，液体危险物质在水流的作用下将呈浓度梯度向外扩散，危险物质所到之处，特别是河流的下游方向将会受到不同程度的污染。

若泄漏源是一维瞬时面源，危险物质可于较短时间内在与水流垂直的断面上完全混合，则扩散方程可表示为：

　　        （2-18）

　　        （2-19）

　　        （2-20）

　　        （2-21）

式中　x——河流下游方向上的距离，m；

t——扩散时间，s；

m——断面单位面积上的泄漏源强，g/m²；

v——水流速度，m/s；

σ_x——扩散长度尺寸，m；

k_x——纵向扩散系数；

ω——河流宽度，m；

h——河流深度，m；

u——剪切速度，m/s；

i——坡降。

若河流是宽浅型的，则泄漏源为二维瞬时线源，其扩散方程可表示为：

　　        （2-22）

　　        （2-23）

式中　x——河流下游方向上的距离，m；

y——垂直水流方向上的扩散距离，m；

t——扩散时间，s；

m——泄漏源强，g/m²；

v——水流速度，m/s；

σ_x，σ_y——扩散长度尺寸，m；

ε_x，ε_y——紊流扩散系数，可取为0.6hv。

2.2.3.2　气体扩散

（1）气体喷射扩散浓度分布的计算　气体喷射是指泄漏时气体从泄漏口喷出而形成的喷射。大多数情况下，气体直接喷出后，其压力高于周围环境大气压力，温度低于环境温度。如果气体泄漏能瞬时达到周围环境的温度和压力，在进行气体喷射计算时，等效喷射的孔口直径可取泄漏口孔径。

在喷射轴线上距孔口x处的气体浓度c（x）按下式计算：

　　        （2-24）

式中　b₁，b₂——分布函数，其表达式如下：

b₁=50.5+48.2ρ-9.95ρ²　　        

b₂=23+41ρ　　        

（2）气云在大气中的扩散　液体、气体泄漏后在泄漏源附近扩散。例如，在泄漏源上方形成气云，气云将在大气中进一步扩散，影响扩大区域。因此，气云在大气中的扩散成为重大事故后果分析的重要内容。

气云在大气中的扩散情况与气云自身性质有关。当气云密度小于空气密度时，气云将向上扩散而不会影响下面的人员；当气云密度大于空气密度时，气云将沿着地面扩散，给附近人员带来严重的危害。如果泄漏物质易燃、易爆，则局部空间的体积分数很容易达到燃烧、爆炸范围，且维持时间较长，增大了发生燃烧、爆炸的可能性。

根据物质泄漏后形成的气云物理性质不同，可以将描述气云扩散的模型分为重气扩散模型和非重气扩散模型两种。

①重气扩散

a.重气扩散的分类　危险物质泄漏后会由于以下三个方面的原因而形成比空气重的气体。

（a）泄漏物质的分子量比空气大，如氯气等物质。

（b）由于储存条件或者泄漏的温度比较低，泄漏后的物质迅速闪蒸，而来不及闪蒸的液体泄漏后形成液池，其中一部分液态介质以液滴的方式雾化在蒸气介质中并达到气液平衡。因此泄漏的物质在泄放初期，形成夹带液滴的混合蒸气云团，使蒸气密度高于空气密度，如液化石油气等。

（c）由于泄漏物质与空气中的水蒸气发生化学反应，导致生成物的密度比空气大。

判断泄漏后的气体是否为重气，可以用R_i来判断，它表示质点的湍流作用导致的重力加速度变化值与高度为h的云团由于周围空气对其剪切作用而产生的加速度的比值，其表达式为：

　　        （2-25）

式中　ρ，ρ_a——云团和空气的密度，kg/m³；

v——空气对云团的剪切力产生的摩擦速度，m/s。

通常定义一个临界R_i0，当R_i超过R_i0时，即认为该扩散物质为重气。R_i0的选取具有很大的不确定性，其值一般为10。

b.重气扩散模型

（a）经典模型　经典模型即BM模型，它是根据一系列重气扩散的试验数据绘制成的图表，Hanna等对其进行了无量纲处理并拟合成解析公式，发现能与Britter和McQuaid绘制的试验曲线较好地吻合。该模型具有简单、易用的特点。

（b）一维模型　该模型主要包括用于重气瞬时泄漏的箱模型和用于连续泄漏的板块模型。重气形成后会由于重力的作用而在近地面扩散，一维模型认为其扩散过程包括重力沉降阶段、重气扩散向非重气扩散转换阶段和被动扩散阶段。

在重力沉降阶段，重气泄漏后由于其密度比周围空气的密度大，云团的顶部会由于重力的作用而下陷，从而导致云团径向尺寸增大，高度减小。

在重气扩散向非重气扩散转换阶段，云团会发生空气卷吸，空气卷吸的过程就是云团稀释冲淡的过程。空气卷吸分为顶部空气卷吸和侧面空气卷吸，总的空气卷吸质量等于两者之和。试验以及模型的预测结果表明，与顶部空气卷吸质量相比，侧面空气卷吸的质量可以忽略，在此阶段除了由于卷吸空气的进入而导致云团的体积、质量发生改变外，云团还会与周围的环境发生热量交换，从而导致云团温度的改变。

在被动扩散阶段，由于云团的密度接近或者小于空气，受浮力的影响，云团向高处扩散。判断的准则为前述的准则。此后其扩散模型可采用高斯（Gauss）模型进行计算。

（c）三维流体力学模型　该模型是基于计算流体力学（CFD）的数值方法，以N-S方程为理论依据，结合一些初始条件和边界条件，加上数值计算理论和方法，从而实现预报真实过程。该方法在原理上具有可以模拟任何复杂情况下的重气扩散过程的能力。目前CFD的数值计算方法主要是对重气扩散的湍流模拟，由于重气扩散过程发生在大气边界层内，尤其是靠近地面的底层，即近地层，而大气边界层研究的主要是湍流输送的问题，其中比较成熟的湍流模拟模型有k-ε模型，且国内外不同的学者对该模型均做过不同的修正。

c.重气扩散影响因素　影响重气扩散的因素很多，根据其泄漏的实际情况及国内外研究现状，可归纳如下。

（a）初始释放状态　初始释放状态包括泄漏物质的储存相态、储存的压力及温度、储存容器的填充程度、泄漏源在储存容器上的位置、泄漏的面积、泄漏形式（瞬时泄漏或连续泄漏）、泄漏物质的密度等，这些因素均会影响重气在大气中的扩散。

（b）环境风速与风向　风速对重气扩散的影响是复杂的，不同高度的风速是不断变化的，风速的增大会加剧重气和空气之间的传热和传质，使得重气的扩散加剧。风速越大，风对重气云团的平流输送作用越大，同时使紊流扩散作用增大，导致重气云团的浓度下降，下风向处气体浓度降低，重气与周围空气的热量交换加剧。试验结果表明，风速较大时，下风向各处气体体积分数较小；风速较小时，下风向各处气体体积分数较大。

（c）地面粗糙度　重气在扩散过程中，若遇到障碍物，风场结构会发生变化，使重气扩散情况变得复杂，特别是当泄漏源在障碍物的背风面时，由于低压会发生回流，导致重气在泄漏源附近的体积分数较高，不利于扩散。研究表明，不同类型的障碍物导致地表粗糙程度不同，对重气扩散影响也不同。

（d）空气湿度　空气湿度对扩散的影响主要表现在两个方面：一是空气湿度影响空气的密度，进而影响扩散气云转变为重气的时间；二是空气湿度影响气云与外界环境之间的热量交换。

（e）大气温度与稳定度　重气扩散过程中存在其与大气之间的热量交换，空气的温度直接影响重气云团的温度以及其转换为非重气的时间。大气稳定度与气温的垂直分布有关，不同温度层的重气云团的状态不同。一般来说，对于近地源，不稳定条件可以加速重气的扩散。

（f）地面坡度　试验结果表明，坡度对重气扩散具有重要的影响，不同的坡度对扩散的影响不同。对于顺势扩散，坡度越大，云团到达同一地点的时间越短，云团在斜面上的停留时间越短。

（g）太阳辐射　重气在扩散过程中不仅与卷吸空气和地面发生热量交换，同时太阳的热辐射也对其产生影响。太阳的热辐射影响泄漏物质的蒸发量，进而影响重气扩散时的体积分数。太阳辐射越强，蒸发量越多，重气体积分数越高，扩散所需要的时间越长。

②非重气扩散

a.非重气扩散的定义　根据气云密度与空气密度的大小，将气云分为重气云、中性气云和轻气云三类。如果气云密度显著大于空气密度，气云将受到方向向下的重力作用，这样的气云称为重气云。如果气云密度显著小于空气密度，气云将受到方向向上的浮力作用，这样的气云称为轻气云。如果气云密度与空气密度相当，气云将不受明显的浮力作用，这样的气云称为中性气云。轻气云和中性气云统称为非重气云。

非重气云在空气中的扩散过程可用高斯模型来描述。泄漏气体或气体与空气混合后的密度接近空气密度时，重力下沉与浮力上升作用可以忽略，扩散主要是由空气的湍流决定。在假设均匀湍流场的条件下，有害物质在扩散截面的浓度分布呈高斯分布，所以称为高斯扩散。

高斯模型包括高斯烟羽模型和高斯烟团模型。烟羽模型适用于连续点源的泄漏扩散，而烟团模型适用于瞬间点源的泄漏扩散。

高斯扩散模型建立较早，模型简单，试验数据充分，应用非常广泛。在重气泄漏场合，可以先使用重气模型，当湍流扩散起主要作用时，再改用高斯扩散模型。

b.泄漏物质非重气扩散方式　物质泄漏后，会以烟羽、烟团两种方式在空气中传播、扩散，利用扩散模式可描述泄漏物质在事故发生地的扩散过程。

一般情况下，对于泄漏物质密度与空气接近的情况或经很短时间的空气稀释后即与空气接近的情况，可用图2-6所示的烟羽扩散模式描述连续泄漏物质的扩散过程，通常泄漏时间较长。图2-7所示的烟团扩散模式描述的是瞬时泄漏物质的扩散过程。瞬时泄漏源的特点是泄漏在瞬间完成。连续泄漏源包括连接在大型储罐上的管道穿孔、挠性连接器处出现的小孔或缝隙的泄漏、连续的烟囱排放等；瞬时泄漏源包括液化气体钢瓶破裂、瞬时冲料形成的事故排放、压力容器安全阀的异常启动、放空阀的瞬时错误开启等。

泄漏物质的最大浓度是在释放发生处（可能不在地面上）。由于有毒物质与空气的湍流混合和扩散，因此在下风方向的浓度渐低。

c.非重气扩散模式及影响因素　物质泄漏后，会以烟羽（图2-6）或烟团（图2-7）两种方式在空气中传播、扩散。

众多因素影响着有毒物质在大气中的扩散，如风速、大气稳定度、地面条件（建筑物、水、树）、泄漏处离地面的高度、物质释放的初始动量和浮力等。

随着风速的增加，图2-6中的烟羽变得又长又窄；物质向下风向输送的速度变快，但是被大量空气稀释的速度也加快了。

大气稳定度与空气的垂直运动有关。白天，空气温度随着高度的增加迅速下降，促使了空气的垂直运动。夜晚，空气温度随高度的增加下降不多，导致较少的垂直运动。有时相反的现象也会发生。在相反的情况下，温度随着高度的增加而增加，导致最低限度的垂直运动。这种情况经常发生在夜间，因为热辐射导致地面迅速冷却。

大气稳定度划分为三种类型：不稳定、中性和稳定。对于不稳定的大气情况，在上午早些时候的地面吸收热量的速度大于热量散失的速度，因此，地面附近的空气温度比高处的空气温度高。这导致了大气不稳定，因此较低密度的空气位于较高密度的空气的下方。这种浮力的影响增强了大气的机械湍流。对于中性稳定度，地面上方的空气温度较高，风速增加，减弱了太阳能或日光照射的影响。空气的温度差不影响大气的机械湍流。对于稳定的大气情况，太阳加热地面的速度没有地面的冷却速度快，因此地面附近的温度比高处空气的温度低。这种情况是稳定的，因为高密度的空气位于较低密度的空气的下面。浮力的影响抑制了机械湍流。

地面条件影响地表的机械混合和随高度而变化的风速。树木和建筑物的存在加强了这种混合，而湖泊和敞开的区域则减弱了这种混合。

泄漏高度对地面浓度的影响很大。随着释放高度的增加，地面浓度降低，这是因为烟羽需要垂直扩散更长的距离，如图2-8所示。

泄漏物质的动量和浮力改变了泄漏的有效高度，如图2-9所示。高速喷射所具有的动量将气体带到泄漏处上方，导致更高的有效泄漏高度。如果气体密度比空气小，则泄漏的气体一开始具有浮力，并向上升高。如果密度比空气大，则泄漏的气体开始就具有沉降力，并向地面下沉。泄漏气体的温度和分子量决定了相对于空气的气体密度。对于所有气体，随着气体向下风向传播和同新鲜空气混合，最终将充分稀释，并认为具有中性浮力。此时，扩散由周围环境的湍流所支配。

2.2.4　泄漏扩散控制

一旦发生化工泄漏事故，迅速控制泄漏源，采取正确有效的泄漏控制、防火防爆、现场环境处理、抢险人员个体防护等措施，对于遏制事故发展，减少事故损失，防止次生事故发生，具有十分重要的作用。

2.2.4.1　化工生产中泄漏控制的原则

（1）无论气体泄漏还是液体泄漏，泄漏量的多少都是决定泄漏后果严重程度的主要因素，而泄漏量又与泄漏时间有关。因此，控制泄漏应该尽早发现泄漏并尽快阻止泄漏。

（2）通过人员巡回检查可以发现较严重的泄漏，利用泄漏检测仪器、气体泄漏检测系统可以尽早发现各种泄漏。

（3）利用停车或关闭遮断阀，停止向泄漏处供应物料可以控制泄漏。一般来说，与监控系统联锁的自动停车速度快，仪器报警后人工停车速度较慢，需3～15min。

2.2.4.2　化工泄漏的预防及控制

泄漏控制的关键是要坚持预防为主，采取积极的预防措施，有计划地对装置进行防护、检修、改造和更新，变事后堵漏为事前预防，可以有效地减少泄漏的发生，减轻其危害。

（1）提高认识，加强管理

①从思想上要树立“预防泄漏就等于提高经济效益”的认识。

②完善管理、按章行事，这是防止泄漏的重要措施。

事实上，各种物质的泄漏根本原因都是管理上出问题。制定一套完善的管理措施是非常必要的。强化劳动纪律，经常对职工进行业务培训和职业教育，提高技术素质和责任感。职工要熟悉生产工艺流程和设备，了解、掌握泄漏产生的原因和条件，才能做到心中有数，及早采取措施，减少泄漏发生。

③要加强立法，以提高管理者的责任。

除此之外，还必须依靠多种技术措施，进行综合治理。

（2）可靠性设计

①紧缩工艺过程。化工行业应尽量缩小工艺设备，采用危害性小的原材料和工艺步骤，简化工艺和装置，减少危险物储存量。

②生产系统密闭化。生产工艺中的各种物料流动和加工处理过程应该全部密闭在管道、容器内部，防止物料泄漏或空气窜入负压管道、容器内。

③正确选择材料和材料保护措施。选用材料的材质要与使用的温度、压力、腐蚀性等条件相适应，能够满足耐高温、强腐蚀等苛刻条件，不能适应的要采取防腐蚀、防磨损等保护措施。例如，在含硫化氢及硫蒸气腐蚀环境中，各种金属材料的耐腐蚀性中铝的耐腐蚀性最好，且其力学性能和价格的优越性都使之成为高硫油加氢精制反应装置上密封垫的首选材料。

④冗余设计。为了提高可靠性，应提高设防标准。如在强腐蚀环境中，壁厚一般都设计有一定的腐蚀裕量，重要的场合要使用双层壁。

⑤降额使用。设施的各项技术指标（特别是工作压力）在任何情况下都不能超过最大额定值，即使是瞬时的超过也不允许。同时还要综合考虑异常情况、异常反应、操作失误、杂质混入以及静电、雷击等引起的后果。

⑥合理的结构形式。为避免零件的磨损，应采用润滑系统。为防止润滑油泄漏，应尽量使用固体润滑剂。为了避免设备和管道冻裂，须采取保温、伴热等措施。

⑦正确地选用密封装置，密封结构设计应合理。采用先进的密封技术，如机械密封、柔性石墨、液体密封胶，改进落后的、不完善的密封结构。正确选用密封垫圈，在高温、高压和强腐蚀性介质中，宜采用聚四氟乙烯材料或金属垫圈。如果填料密封达不到要求，可加水封和油封。

⑧设计应方便使用维修。设计时应考虑装配、操作、维修、检查的方便，同时也有利于处理应急事故和及时堵漏。开关应设在便于操作处，阀门尽量设在一起。处于空中的阀门应设置平台，以便操作。有密封装置的部位，特别是动密封部位，要留有足够的空间，以便更换和堵漏。法兰和压盖螺栓应便于安装和拆卸，空间位置不能太小。对于容易出现泄漏以及重要的部位和设备，应设副线、备用容器和设备。

⑨新管线、新设备投用前要严格按照规程做好耐压试验、气压试验和探伤，严防有隐患的设施投入生产。

（3）日常维护　生产装置状况不良常常是引发泄漏事故的直接原因，因此及时检修是非常重要的。生产装置在新建和检修投产前，必须进行气密性检测，确保系统无泄漏。

设备交付投用后，必须正确使用与维护。生产装置要经常进行检查、保养、维修、更换，及时发现并整改隐患，以保证系统处于良好的工作状态。要严格按规程操作，不得超温、超压、超振动、超位移、超负荷生产，控制正常生产的操作条件，减少人为操作所导致的泄漏事故；必须定期对装置进行全面检修，更换改进零部件、密封件，消除泄漏隐患；严格执行设备维护保养制度，认真做好润滑、盘车、巡检等工作，做到运转设备振动不超标，密封点无漏气、漏液。

出现故障时，要及时发现，及时按维护检修规程维修，及时消除缺陷，防止问题、故障及后果扩大。如果设备老化、技术落后，泄漏事故频发，就应该对其更新换代，从根本上解决泄漏问题。加强管理，强化全员参与意识，完善各项管理制度和操作规程，加强职工业务培训，提高员工操作技能。

2.2.4.3　化工泄漏应急处理

泄漏发生后，如果能及时发现，采取迅速、有效的应急处理方法，可以把事故消灭在萌芽状态。应对泄漏的处理方法，关键是三个环节。

一是及时找出泄漏点，控制危险源。危险源控制可从两方面进行，即工艺应急控制和工程应急控制。工艺应急主要措施有：切断相关设备（设施）或装置进料，公用工程系统的调度，撤压、物料转移，喷淋降温，紧急停工，惰性气体保护，泄漏危险物的中和、稀释等。工程应急主要措施有：设备设施的抢修，带压堵漏，泄漏危险物的引流、堵截等。

二是抢救中毒、受伤人员和解救受困人员。这一环节是应急救援过程的重要任务。主要任务是将中毒、受伤和受困人员从危险区域转移至安全地带，进行现场急救或转送到医院进行救治。

三是泄漏物的处置。现场物料泄漏时，要及时进行覆盖、收容、稀释处理，防止二次事故的发生。从事故处理经验来看，这一环节如不能有效地进行，将会使事故影响大大增加。对泄漏的控制或处理不当，可能会失去处理事故的最佳时机，使泄漏转化为火灾、爆炸、中毒等危害更大的恶性事故。

化工企业要制定有效的应急预案，泄漏发生后，根据具体情况，有效地进行救援，控制泄漏，努力避免处理过程中发生伤亡、中毒事故，把损失降到最低。

主要危险泄漏物质的应急处理如下。

（1）硫化氢　当发生硫化氢泄漏后，一定要逆风疏散，泄漏污染区人员要迅速撤离到上风处，并隔离至气体散尽，切断火源。合理通风，切断气源，喷雾状水稀释、溶解，注意收集并处理废水。如有可能，将残余气或漏出气用排风机送至水洗塔或与塔相连的通风橱内，或使其通过FeCl₃水溶液，管路装设止回装置以防止溶液倒吸。

发现有人硫化氢中毒后，抢救人员不能盲目地直接上前，一定要做好个人防护（戴防毒面具、防护眼镜等）。应急处理人员佩戴正压自给式呼吸器（临时没有时，可短时间用湿毛巾捂住口鼻），穿着一般消防防护服。当处理污水罐、污水道及下水道时，一定要穿戴防毒面具和救护带，最好用通风机吹风，使气体散逸。

硫化氢中毒引起的死亡大部分发生在现场，因此，对于中毒者要抓紧“黄金4分钟”，将中毒者迅速撤至空气新鲜处，并送医院抢救，在转送途中要坚持继续抢救。对呼吸困难者输氧，对眼膜损伤者及时用生理盐水冲洗。

（2）一氧化碳　一氧化碳比空气轻，故救护者应俯身进入有毒环境，立即通风，并迅速将患者移至空气新鲜处，揭开领口，保持呼吸道通畅，有条件可进行吸氧，并注意保暖。对呼吸停止者立即进行人工呼吸，及时转送医院，尽早用高压氧舱治疗，防治脑水肿、肺水肿和呼吸衰竭。

进入高浓度一氧化碳环境时，必须戴供氧式防毒面具或带氧气罐的专用防毒面具，并应有他人监护。

（3）氯气　由于氯气既具有火灾危险性，又有毒害性，其危险程度比单一具有火灾危险的天然气等易燃物质更高。为了减轻泄漏危害，使用氯气的单位应做好准备。如工业冷却循环水车间、加氯车间内应设水池，装满石灰水或碱液，一旦氯气瓶发生泄漏，能立即吊进水池。

泄漏污染区人员应迅速撤离到上风处，同时用湿毛巾捂住口鼻，不能大呼大叫，以防吸进更多的有害气体，同时杜绝火源。

抢险处理人员戴正压自给式呼吸器，穿一般消防防护服；合理通风，切断气源，喷雾状水稀释、溶解，并用碱液、氨水或石灰水进行中和处理。

（4）氨气　发生氨气泄漏时，尽快逃离现场到上风向，用湿毛巾捂住口鼻，不要大声呼叫。警戒区内应切断电源、消除明火。

抢救时严禁使用压迫式人工呼吸法。如沾染皮肤，应立即寻找水源（如跳进河水中，尽可能潜水游向安全地带），用大量水冲洗，然后用2%～3%乙酸或硼酸清洗。如溅入眼睛，应立即拉开眼睑，用清水冲洗，有条件可用可的松、氯霉素眼药水处理。