危險性化學物品儲槽的危害主要在於火災的熱輻射與爆炸的過壓,兩者都可 能對應變救災人員造成威脅,由於不同類型的儲槽,其外洩、火災、爆炸的類型 並不相同,但現有文獻、技術報告、書籍、規範等對於儲槽的一般性危害距離著 墨甚少,多局限於各別狀況的分析,與本研究較相關的有:
NFPA 易燃性與可燃性液體規範(NFPA 30, Flammable and Combustible Liquids Code )
緊急應變指引 (Emergency Response Guidebook)
ALOHA (Areal Location of Hazardous Atmospheres)模擬軟體 以下逐一簡要說明
第 一 節 NFPA 易 燃 性 與 可 燃 性 液 體 規 範
NFPA 易燃性與可燃性液體規範主要規範易燃性與可燃性液體的分類、儲存 量的上限、與儲存的安全距離,其中第 22 節是關於地上儲槽,其中有規範儲槽 與周界的最低隔離距離、兩個相鄰儲槽的最低隔離距離,如圖 3-1、3-2 所示。由 圖 3-1、3-2 可看出最低隔離距離是與儲槽直徑、儲槽槽體的防護設施有關,通常 約為儲槽直徑的 1/6~2,此結果並未提供其理論依據,但應是基於燃燒熱輻射 (Chen, et al., 1995),故此結果應具有應變救災的參考價值。
圖 3-1 NFPA 30 的儲槽與周界隔離距離。
(資料來源:NFPA)
圖 3-2 NFPA 30 的兩個儲槽相鄰的隔離距離。
(資料來源:NFPA)
第 二 節 緊 急 應 變 指 引
緊急應變指引 (Emergency Response Guidebook, ERG)是美國運輸部管線與 危險品安全署(U.S. Department of Transportation, Pipeline and Hazardous Materials
Safety Administration)所出版針對各類危險物質的初期應變指引,緊急應變指引針 對各物質有提供初期隔離距離(Initial Isolation Distance, IID)、大小洩漏、大小火 之防護作業距離(Protective Action Distance, PAD),初期隔離距離是在災害發生,
應變人員所做的隔離距離,如圖 3-3,人員若無適當的防護裝備不能進入此範圍;
防護作業距離則是洩漏點下風的方形範圍,在此區域內人員應該疏散(Evacuation) 或做室內避難(Shelter-in-place)。ERG 提供的距離屬於保守,通常固體、液體、
氣體的一般初期隔離距離分別是 25、50、100 公尺;防護作業距離則更大,如汽 柴油的大洩漏則是防護 300 公尺、火災則提高到 800 公尺,這些安全距離對於地 狹人稠的台灣是幾乎不可行,也不用於救災人員的安全距離。
圖 3-3 ERG 的隔離距離的示意圖與簡圖。
進一步探究 ERG 的距離估算依據,是依據外洩與擴散模式,加上統計分析 而得(Brown 等人,2000)。對每一化學物質,進行上千種假設性的外洩分析以涵 蓋各種外洩量與大氣條件,危害距離的估算是參考美國環保署的急性暴露指引濃 度 -2(AEGL-2) 或 美 國 工 業 衛 生 協 會 (AIHA) 的 緊 急 應 變 計 畫 指 引 濃 度 -2(ERPG-2),但以 AEGL-2 為優先。防護作業距離是依據模擬出的危害距離選取 90%的機率會避開危害的距離,亦即此距離有 90%機率不會有危害,如圖 3-4 所 示為氯氣、夜間、小洩漏的安全距離與危害機率的關聯圖,當避開危害機率達 90%時,安全距離為 0.13 英里(208 公尺);當避開危害機率達 50%時,安全距離 為 0.06 英里(96 公尺)。故距離與危害之關係是反映在危害機率上,而非一絕對的 關係,ERG 為求更安全,採取較保守的 90%避開危害機率,故防護作業距離皆 是保守的,也因此並不適用於應變人員救災作業用,但此評估方法仍可套用於個 案的分析。
圖 3-4 ERG 的防護作業距離與危害機率的示意圖。
(資料來源:Brown 等人,2000)
第 三 節 ALOHA 危 害 模 式
由前述的 ERG 分析可知,要訂定警戒範圍最好的方式是逐一針對事故狀況 進 行 危 害 分 析 , 包 括 洩 漏 或 火 災 狀 況 , 目 前 已 有 許 多 後 果 分 析 軟 體 如 ALOHA(Areal Locations of Hazardous Atmospheres; US EPA/NOAA, 2016)、
PHAST(Process Hazard Analysis Software Tools; DNV GL, 2017) 、 SAFER (Safersystem, 2017)等軟體進行分析,事實上若能於事故中使用這類軟體進行分析 將能提供最精確的防護警戒與疏散距離,惟實務上國內於事故發生當下受限於人 力、經驗、資訊傳遞等,甚少於事故中使用這類軟體進行分析;故本計畫希望能 事先透過收集國內重要石化工業區的儲槽資料,逐一進行危害範圍分析,並進一 步彙整出類似美國 ERG,但符合國內現況的「簡易」救災用的危害距離的模式 或公式,以提供救災人員的參考。
在各種分析軟體中,ALOHA 是美國環保署(EPA)與美國國家海洋暨大氣總 署(NOAA)所共同開發的模擬軟體,最新版本為 5.4.7,可根據外洩物質之物理、
化學特性配合氣象條件,分別進行外洩、火災或爆炸後果模擬,並估算其影響範 圍。ALOHA 軟體可依據實際化學品特性、大氣條件、外洩來源與破孔形式等設 定值,執行擴散與各種危害模擬。ALOHA 軟體是架構在完整的外洩、擴散、火 災爆炸的分析模式上,詳細的模式可於參考其技術文件(Jones 等人, 2013)。
ALOHA 軟體為美國環保署風險管理法案(Risk Management Program, RMP; US EPA, 2018)所建議使用之後果分析軟體,為免費下載,其使用之模式已廣泛驗 證過,並不遜於其他商用軟體,故本計畫將採用之。
圖 3-5 為 ALOHA 軟體之簡易操作流程,其中 ALOHA 軟體共有四種外洩 來源模式,分別為 Direct(直接洩放)、Puddle(液池)、Tank(儲槽)與 Pipe(管線),
因本次計畫著重於石化工廠化學儲槽區火災警戒範圍,故外洩來源皆選擇 Tank(儲槽) 模式,再依不同的破孔大小進行危害模擬。在 ALOHA 軟體中有臥 式槽(圖 3-6)、圓柱槽(圖 3-7)與球槽(圖 3-8)3 種儲槽類型,可依實際化工廠儲槽 型式進行點選。
圖 3-5 ALOHA 軟體之簡易操作流程圖。
(資料來源:陳政任,2011)
圖 3-6 ALOHA 軟體臥式槽之設定。
(資料來源:ALOHA, 2016)
圖 3-7 ALOHA 軟體圓柱槽之設定。
(資料來源:ALOHA, 2016)
圖 3-8 ALOHA 軟體球槽之設定。
(資料來源:ALOHA, 2016)
在 ALOHA 軟體中,對於具有火災爆炸危害之化學品,再選擇完儲槽洩漏型 式後,會有三種對於儲槽失誤模式可以進行模擬,三種儲槽失誤模式如下所述。
壹 、 第 一 種 儲 槽 失 誤 模 式。
ALOHA 軟體中的第一種儲槽失誤模式的條件是當化學品自儲槽洩漏,化學 品未燃燒且自集液堤揮發或逸散置大氣中,如圖 3-9。選擇此失誤模式可用來模 擬毒性氣雲危害範圍、可燃性蒸氣雲危害範圍及爆炸過壓危害區域,如圖 3-10。
圖 3-9 第一種儲槽失誤模式。
(資料來源:ALOHA, 2016)
圖 3-10 第一種儲槽失誤模式之危害分析。
(資料來源:ALOHA, 2016)
貳 、 第 二 種 儲 槽 失 誤 模 式 。
ALOHA 軟體中的第二種儲槽失誤模式的條件,是當化學品自儲槽洩漏,且 產生燃燒。當儲槽為高壓儲槽,燃燒型態是為噴射火焰(圖 3-11);反之,當儲槽 是為常壓儲槽(圖 3-12),其燃燒便為池火型態。選擇此失誤模式可模擬火災熱輻 射之危害區域。
圖 3-11 第二種儲槽失誤模式(高壓儲槽)。
(資料來源:ALOHA, 2016)
圖 3-12 第二種儲槽失誤模式(常壓儲槽)。
(資料來源:ALOHA, 2016)
參 、 第 三 種 儲 槽 失 誤 模 式 。
第三種儲槽失誤模式(圖 3-13)為沸騰液體膨脹蒸氣雲爆炸(Boiling liquid expanding vapor explosion, BLEVE),使儲槽破裂,產生火球,模擬火球熱輻射之 危害區域。
各種模式的分析結果將於下一章列舉說明。
圖 3-13 第三種儲槽失誤模式。
(資料來源:ALOHA, 2016)