環氧乙烷反應器之洩漏模擬分析

科技發展一日千里,產業所製造、使用的化學物質種類越繁複、數量越龐大,惟工廠運作過程中,往往伴隨著洩漏的風險,尤其是毒性化學物質,若因操作不當或意外事故造成大量外洩,將擴散至大氣中,而造成重大之環境與人員的傷害,對此,國內對於化學品的安全管理、環保方面以及毒化災事故的處理也趨於重視,為防範災害發生時可能對人命安全造成的威脅,以列管特定化學物質進行模擬評估,以利規劃完善的應變機制。

目前國內法規,包含《空氣污染突發事故緊急應變措施計畫及警告通知作業辦法》、《毒性及關注化學物質危害預防及應變計畫作業辦法》等,針對列管之化學物質,明定應提供災害模擬分析資料或嚴重洩漏之影響範圍分析資料,並推薦使用ALOHA作為分析災害模擬之軟體。

ALOHA,全名為Areal Locations of Hazardous Atmospheres,由美國國家海洋與大氣管理局(NOAA)緊急響應部門(ERD)與美國環境保護署(EPA)合作開發與維護,不僅是免費的軟體,具有豐富的化學品資料庫,及可分別模擬毒性氣體洩漏、油池火災、蒸氣雲爆炸、沸騰液體膨脹蒸氣爆炸(BLEVE)等不同情境,推估可能受威脅的危害影響範圍,如毒化物危害、爆炸性氣雲擴散、爆炸過壓、火災熱輻射等,此外,亦為美國環保署風險管理法案(Risk Management Program, RMP)於1996年建議使用的後果分析軟體。起初,ALOHA軟體作為提供初期災害資訊,以作為應變指揮官進行決策參考,後續發現ALOHA軟體亦可提供預防與應變規劃,提升業者應變之量能。

環氧乙烷(Ethylene oxide, EO)是一種易燃氣體及致癌物質,在工業上主要用於製造乙二醇、丙烯腈的原料、清潔劑的起始劑等;在醫療上用於消毒醫療用品。短期接觸環氧乙烷可能造成心動過緩、失音症、腎臟損傷等危害;長期接觸則影響腎臟功能、傷害神經系統、呼吸道過敏反應等危害。目前臺灣《勞工作業場所容許暴露標準》規定,環氧乙烷於工作場所中八小時日時量平均容許濃度(PEL-TWA)為1 ppm,1.8 mg/m3。

以某工業區工廠內危害風險較高的環氧乙烷反應器為對象,使用ALOHA軟體模擬環氧乙烷反應器洩漏導致蒸氣雲爆炸之壓力波危害影響範圍,進行廠內後果分析。大氣條件設定為,前一年之平均風速7.73 m/s,前一年之平均風向為北風,前一年之平均氣溫26.38 ℃,前一年之平均濕度為73 %,大氣穩定度為D級。反應器設定條件為,操作溫度280 ℃,環氧乙烷含量為2.56 tons。

模擬結果為嚴重危害區域(8.0 psi)為16公尺,於此範圍中可使建築物受到毀壞;中度危害區域(3.5 psi)為23公尺,於此範圍中人員可能會有嚴重傷亡;低度危害區域(1.0 psi)為48公尺,於此範圍中其震波會造成玻璃震動。影響範圍如圖 1所示。

圖 1. EO反應器洩漏模擬結果

環氧乙烷為易燃氣體,經模擬分析後,雖範圍不會影響該工廠之行政大樓及人員,惟事故發生仍造成附近設備損壞,若附近有其他化學品之儲槽或反應製程,可能導致連鎖反應,使事故後果嚴重度提高,應持續確定保護措施之有效性,並藉由緊急應變演練來提升應變量能。

按:黃豐榮,曾任中華民國工業安全衛生協會安全與環保技術服務處工程師。
參考文獻
1. Risk Management Programs guidance for offsite Consequence Analysis ,US EPA,1999。
2. EPA ALOHA Software(https://www.epa.gov/cameo/aloha-software)
3. 環氧乙烷健康危害(http://nehrc.nhri.org.tw/toxic/toxfaq_detail_mobile.php?id=62)、
4. 環氧乙烷中毒之認定基準(https://www.osha.gov.tw/media/2865/1c1ed5cd60be64d1efabb65a5c08561f.pdf)