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文檔簡介
液化油氣田罐區(qū)事故危險(xiǎn)性定量評(píng)價(jià)
液化石油氣(lpg)是十危險(xiǎn)化學(xué)品之一。一旦大量泄漏,極易與周圍空氣混合形成爆炸性混合物,如遇到明火引起火災(zāi)爆炸,其產(chǎn)生的爆炸沖擊波及爆炸火球熱輻射破壞、傷害作用極大,并且危害范圍大,極易導(dǎo)致次生災(zāi)害。國內(nèi)外曾發(fā)生過多起LPG罐區(qū)池火災(zāi)、蒸氣云爆炸(UVCE)和沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸(BLEVE)事故,傷亡、損失極為嚴(yán)重。1液化氣罐區(qū)的主要危險(xiǎn)分析1.1uvce范圍蒸氣云爆炸(UVCE)是指可燃?xì)怏w或蒸氣與空氣的云狀混合物在開闊地上空遇到點(diǎn)火源引發(fā)的爆炸。UVCE發(fā)生有一定的條件,包括一定量的液化石油氣泄漏并與周圍空氣預(yù)混、延遲點(diǎn)火、局限化的空間等。UVCE具有以下特點(diǎn):一般由火災(zāi)發(fā)展成的爆燃,而不是爆轟;是由于存儲(chǔ)溫度一般高于LPG的常壓沸點(diǎn)的LPG大量泄漏的結(jié)果;是一種面源爆炸模型。UVCE發(fā)生后的破壞作用有爆炸沖擊波、爆炸火球熱輻射對(duì)周圍人員、建筑物、儲(chǔ)罐等設(shè)備的傷害、破壞作用。1.2下正常破裂,壓力平衡破壞沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸(BLEVE)是指液化氣儲(chǔ)罐在外部火焰的烘烤下突然破裂,壓力平衡破壞,LPG急劇氣化,并隨即被火焰點(diǎn)燃而產(chǎn)生的爆炸。BLEVE發(fā)生后主要爆炸產(chǎn)生的火球熱輻射危害,同時(shí)爆炸產(chǎn)生的碎片和沖擊波超壓也有一定的危害,但與火球熱輻射危害相比,危害次要。1.3罐區(qū)池火災(zāi)原因池火災(zāi)(PoolFire)指可燃液體或易燃固體作為燃料的火災(zāi)。罐區(qū)池火災(zāi)主要是由于超載或雷擊等原因?qū)е翷PG泄漏而形成液池,遇到火源而引起池火災(zāi)。罐區(qū)池火災(zāi)的主要危害是火焰的強(qiáng)烈熱輻射對(duì)周圍人員及裝備的危害,在火焰環(huán)境下,易導(dǎo)致周圍儲(chǔ)罐的破裂而引發(fā)二次災(zāi)害。2種事故危險(xiǎn)性的定量模擬評(píng)價(jià)從上述LPG罐區(qū)危險(xiǎn)性分析,可見罐區(qū)主要危險(xiǎn)性是UVCE、BLEVE和PoolFire,下面利用災(zāi)害定量評(píng)價(jià)技術(shù)和相應(yīng)的傷害評(píng)價(jià)模型對(duì)這三種事故的危險(xiǎn)性進(jìn)行定量模擬評(píng)價(jià)。本文利用此定量模擬評(píng)價(jià)模型對(duì)某化工廠罐區(qū)進(jìn)行了UVCE、BLEVE和PoolFire危害的定量模擬評(píng)價(jià),罐區(qū)基本參數(shù)為:共6個(gè)LPG柱形儲(chǔ)罐,存儲(chǔ)LPG(丙烷、丁烷)量共為110t,LPG燃燒熱為46.5MJ/kg,存儲(chǔ)壓力為0.4MPa。2.1nono-pu模型法對(duì)蒸氣云爆炸(UVCE)進(jìn)行定量評(píng)價(jià)方法主要有兩種:TNT當(dāng)量法和TNO(Multi-Energy)模型法,由于這兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn),本文把這兩種評(píng)價(jià)方法結(jié)合使用。蒸氣云爆炸主要因沖擊波造成傷害,因而按超壓-沖量準(zhǔn)則確定人員傷亡區(qū)域及財(cái)產(chǎn)損失區(qū)域。沖擊波超壓破壞準(zhǔn)則見表1。2.1.1lpg的tnt及最大應(yīng)加量的確定LPG的TNT當(dāng)量:WTNT=aWQ/QTNT(1)WTNT,kg;a為LPG蒸氣云當(dāng)量系數(shù)(統(tǒng)計(jì)平均值為0.04);W為蒸氣云中LPG質(zhì)量,kg;Q為LPG的燃燒熱,J/kg;QTNT為TNT的爆炸熱,J/kg。由式(1)可求得LPG的TNT當(dāng)量WTNT=48752.4kg。LPG的爆炸總能量:E=1.8aWQ(2)E為LPG的爆炸總能量,J;式中1.8為地面爆炸系數(shù)。由式(2)可求得LPG的爆炸總能量E=396.65MJ。2.1.2有限空間內(nèi)爆炸發(fā)生系數(shù)nR=C(NE)1/3(3)C為爆炸實(shí)驗(yàn)常數(shù),取值;0.03-0.4;N為有限空間內(nèi)爆炸發(fā)生系數(shù),取10%。由式(3)可求得爆炸傷害半徑R=478m。2.1.3r計(jì)算LPG的爆炸沖擊波正相最大超壓:ln(ΔP/P0)=-0.9216-1.5058ln(R′)+0.167ln2(R′)-0.0320ln3(R′)(4)R′=D/(E/P0)1/3(5)R′無量綱距離;D為目標(biāo)到蒸氣云中心距離,m;P0為大氣壓。由式(4)可求得離氣云中心475m處的爆炸沖擊波超壓ΔP=8.60kPa。2.1.4lpg蒸發(fā)云死亡半徑指人在沖擊波作用下頭部撞擊致死半徑,由下式確定:R1=1.98WP0.447(6)WP為LPG蒸氣云的丙烷當(dāng)量(kg)。由式(6)可求得死亡半徑R1=81m。2.1.5%破裂半徑重傷半徑指人在沖擊波作用下耳鼓膜50%破裂半徑,由下式確定:R2=9.187WP1/3(7)由式(7)可求得重傷半徑R2=146m。2.1.6半徑r3輕傷半徑指人在沖擊波作用下耳鼓膜1%破裂半徑,由下式確定:R3=17.87WP1/3(8)由式(8)可求得輕傷半徑R3=285m。2.1.7iiiiijt1/3/1+3koii建筑物3級(jí)破壞系數(shù)財(cái)產(chǎn)損失半徑指在沖擊波作用下建筑物3級(jí)破壞半徑,由下式確定:R4=KIIIWTNT1/3/(1+(3175/WTNT)2)1/6(9)KIII建筑物3級(jí)破壞系數(shù)。由式(9)可求得財(cái)產(chǎn)損失半徑R4=341m。若知道LPG罐區(qū)的人員密度和財(cái)產(chǎn)密度,即可評(píng)價(jià)確定人員的傷亡數(shù)量和財(cái)產(chǎn)損失大小。2.2模型的選擇沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸(BLEVE)的經(jīng)典模型有:ILO模型、H.R.Greeberg&J.J.Cramer模型和A.F.Roberts模型等,本文在分析比較的基礎(chǔ)上選用H.R.Greeberg&J.J.Cramer模型和A.F.Roberts模型相結(jié)合使用。BLEVE主要危害是火球產(chǎn)生的強(qiáng)烈熱輻射傷害,因而采用瞬態(tài)火災(zāi)作用下的熱劑量準(zhǔn)則確定人員的傷亡和財(cái)產(chǎn)損失的區(qū)域。2.2.1火焰持續(xù)時(shí)間計(jì)算R=2.9W1/3(10)t=0.45W1/3(11)由于LPG采用多罐存儲(chǔ),LPG質(zhì)量取90%W,由式(10)可求得火球當(dāng)量半徑R=134m;火球持續(xù)時(shí)間t=21s。BLEVE發(fā)生后,消防人員及緊急救災(zāi)人員最小安全工作建議距離為4R,人群安全逃脫最小建議距離為15R。2.2.2儲(chǔ)罐形狀系數(shù)Q(r)=0.27P00.32bc(1-0.058ln(r))WQ/(4πr2)(12)b為儲(chǔ)罐形狀系數(shù);c為儲(chǔ)罐數(shù)量影響因子;r目標(biāo)為離儲(chǔ)罐距離,m;Q(r),kJ/m2。由式(12)求得4R處目標(biāo)接受熱劑量(Q(r))=164.63kJ/m2。2.2.3熱輻射傷害pr死亡熱通量q1:Pr=-37.23+2.56ln(Tq14/3)(13)重傷熱通量q2:Pr=-43.14+3.019ln(Tq24/3)(14)輕傷熱通量q3:Pr=-39.83+3.019ln(Tq34/3)(15)T為人體暴露于熱輻射的時(shí)間,s;Pr為傷害幾率單位。當(dāng)傷害概率為50%,熱輻射作用時(shí)間為21s時(shí),q1、q2、q3分別為24.069、15.928、6.999kW/m2。2.2.4熱劑量傷害準(zhǔn)則死亡、重傷、輕傷及財(cái)產(chǎn)損失半徑分別指熱輻射作用下的死亡、二度燒傷、一度燒傷和引燃木材半徑。由式(13)求得目標(biāo)處熱劑量Q(r),再根據(jù)熱劑量準(zhǔn)則來確定各種傷害半徑及財(cái)產(chǎn)損失半徑。瞬態(tài)火災(zāi)作用下的熱劑量傷害準(zhǔn)則見表2。本例求得的死亡、重傷、輕傷及財(cái)產(chǎn)損失半徑分別為290、354、525、223m。若知道LPG罐區(qū)的人員密度和財(cái)產(chǎn)密度,即可評(píng)價(jià)確定人員的傷亡數(shù)量和財(cái)產(chǎn)損失大小。2.3液化石油氣lpg儲(chǔ)存區(qū)域內(nèi)池火災(zāi)的定量評(píng)估池火災(zāi)的主要危害來自火焰的強(qiáng)烈熱輻射危害,而且火災(zāi)持續(xù)時(shí)間一般較長,因而采用穩(wěn)態(tài)火災(zāi)下的熱通量準(zhǔn)則來確定人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失區(qū)域。2.3.1罐區(qū)防護(hù)堤所圍面積和火焰高度的確定池火災(zāi)采用圓柱形火焰和池面積恒定假設(shè),火焰半徑Rf由下式確定:Rf=(S/π)1/2(16)池面積可由LPG儲(chǔ)罐的防護(hù)堤所圍的面積確定,本例中按S=500m2,LPG的燃燒速率μf=0.02kg/m2·s,由式(16)可求得火焰半徑Rf=12.61m。火焰高度L:L=84Rf[μf/ρ0(2gRf)1/2]0.61(17)μf為LPG的燃燒速率,kg/m2·s;ρ0為空氣密度,kg/m3。由式(17)可求得火焰高度L=15.26m。2.3.2大火持續(xù)時(shí)間tt=W/μf(18)由式(18)可求得火災(zāi)持續(xù)時(shí)間t=11000s。2.3.3燃燒效率測(cè)試Qf=2πRf2η1μfη2/(2πRf2+πRfL)(19)η1為燃燒效率;η2為熱輻射系數(shù),可取0.15;由式(19)可求得火焰表面熱輻射通量Qf=39.86kW/m2。2.3.4目標(biāo)位置視角系數(shù)q(r)=QfV(1-0.058ln(d))(20)V為目標(biāo)處視角系數(shù);d為目標(biāo)離火焰表面的距離,m。由式(19)可求得離火焰表面距離123m處的目標(biāo)接受熱通量q(r)=2.089kW/m2。2.3.5熱通量傷害準(zhǔn)則死亡、重傷、輕傷及財(cái)產(chǎn)損失半徑分別指熱輻射作用下的死亡、二度燒傷、一度燒傷和引燃木材半徑。根據(jù)計(jì)算出來的q(r),依據(jù)穩(wěn)態(tài)火災(zāi)作用下的熱通量傷害準(zhǔn)則來確定各個(gè)傷害及財(cái)產(chǎn)損失半徑。穩(wěn)態(tài)火災(zāi)作用下的熱通量傷害準(zhǔn)則見表3。本例中求得的死亡、重傷、輕傷及財(cái)產(chǎn)損失半徑分別為50、71、148、20m。若知道LPG罐區(qū)的人員密度和財(cái)產(chǎn)密度,即可評(píng)價(jià)確定人員的傷亡數(shù)量和財(cái)產(chǎn)損失大小。2.4熱劑量對(duì)離火焰中心工作距離的影響當(dāng)LPG罐區(qū)發(fā)生UVCE時(shí),離氣云中心半徑為478m的圓形區(qū)域內(nèi)的建筑物將會(huì)有不同程度上破壞,478m處的沖擊波超壓為8.6kPa能使受壓面玻璃大部分破碎(見表1),可見求得爆炸傷害半徑正確;離氣云中心外徑為285m,內(nèi)徑為146m的圓環(huán)區(qū)域內(nèi)人員大部分輕傷;離氣云中心外徑為146m,內(nèi)徑為81m的圓環(huán)區(qū)域內(nèi)人員大部分重傷,離氣云中心半徑為81m的圓形區(qū)域內(nèi)的人員可能大部分死亡;因而UVCE發(fā)生后,救災(zāi)人員的最小離氣云中心工作距離為285m。當(dāng)LPG罐區(qū)發(fā)生BLEVE時(shí),救災(zāi)人員最小的離火球中心工作距離為536m,人群安全逃脫最小的離火球中心距離為2010m;離火球中心536m處目標(biāo)接受的熱劑量為164.63kJ/m2,從表2可知此值略小于輕傷熱劑量值,可見536m基本上人員不會(huì)受熱輻射傷害,但可能受到碎片打擊傷害。當(dāng)LPG罐區(qū)發(fā)生池火災(zāi)時(shí),離火焰中心外徑為148m,內(nèi)徑為71m的圓環(huán)區(qū)域內(nèi)人員大部分輕傷;離火焰中心外徑為71m,內(nèi)徑為50m的圓環(huán)區(qū)域內(nèi)人員大部分重傷,離火焰中心半徑為50m的圓形區(qū)域內(nèi)的人員可能大部分死亡。以上分析以圓形傷害區(qū)域作為假設(shè)。3罐區(qū)防火設(shè)計(jì)為防止事故發(fā)生時(shí),高溫火焰燒烤環(huán)境下的LPG儲(chǔ)罐因罐內(nèi)LPG過熱而迅速氣化導(dǎo)致罐內(nèi)超壓、破裂所引起的二次災(zāi)害,應(yīng)采取水噴淋冷卻周圍儲(chǔ)罐外壁,降低罐內(nèi)溫度。同時(shí),在泄壓裝置設(shè)計(jì)方面應(yīng)考慮到事故狀態(tài)下泄壓裝置的動(dòng)作時(shí)間,避免動(dòng)作時(shí)間過晚因超壓導(dǎo)致儲(chǔ)罐破裂;在確定泄壓量時(shí),應(yīng)考慮到對(duì)罐內(nèi)氣液平衡的破壞影響。為防止池火災(zāi)發(fā)生時(shí),因池面積的擴(kuò)大而導(dǎo)致災(zāi)害的擴(kuò)大,應(yīng)根據(jù)儲(chǔ)罐容積來設(shè)計(jì)事故狀態(tài)下防護(hù)堤的半徑和高度。為了減少在罐區(qū)內(nèi)形成局限化空間為UVCE創(chuàng)造條件,儲(chǔ)罐布局時(shí)除了滿足防火防爆間距要求,還應(yīng)適當(dāng)減小儲(chǔ)罐分布密度;同時(shí)盡量避免罐區(qū)設(shè)計(jì)在山谷等低洼地區(qū)。點(diǎn)火源是引起火災(zāi)、爆炸的一個(gè)重要因素,應(yīng)采取以下措施來消除和控制火源:罐區(qū)內(nèi)嚴(yán)禁明火,同時(shí)注意防止靜電;進(jìn)入罐區(qū)的車輛必須配戴防火罩,裝卸過程中車輛必須熄火;嚴(yán)格執(zhí)行罐區(qū)內(nèi)動(dòng)火程序;罐區(qū)內(nèi)應(yīng)采用防爆電器設(shè)施。設(shè)計(jì)罐區(qū)與周圍辦公、住宅等建筑物距離時(shí),
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