苯儲(chǔ)罐火災(zāi)爆炸事故傷害范圍研究

苯儲(chǔ)罐火災(zāi)爆炸事故傷害范圍研究

苯通常用于塑料、合成纖維、石油精煉等行業(yè)。在運(yùn)輸、儲(chǔ)存和設(shè)備檢修過(guò)程中,苯儲(chǔ)罐及其管道、閥門的意外破損、爆裂將導(dǎo)致苯的大量泄漏,若未采取安全措施,均容易引起火災(zāi)、爆炸和中毒事故的發(fā)生。苯的危險(xiǎn)性表現(xiàn)在兩個(gè)方面:一是易引起火災(zāi)爆炸事故,即儲(chǔ)罐破裂泄漏,遇火源發(fā)生的火災(zāi)爆炸;二是中毒事故,若泄漏后的苯迅速蒸發(fā)為苯蒸氣,未遇火源,高濃度苯蒸氣漂浮在空氣中,人在短時(shí)間內(nèi)吸入可引起急性中毒,同時(shí)隨著苯蒸氣的擴(kuò)散,污染環(huán)境,危害人的身體健康。本文著重對(duì)苯儲(chǔ)罐的火災(zāi)爆炸事故后果進(jìn)行分析。1火炬燃燒效果蒸氣云爆炸是由于氣體或易于揮發(fā)的液體燃料的大量快速泄漏,與周圍空氣混合形成覆蓋很大范圍的“預(yù)混云”,在某一有限制空間遇點(diǎn)火而導(dǎo)致的爆炸。蒸氣云爆炸的能量通常用TNT當(dāng)量描述,即將參與爆炸的可燃?xì)怏w釋放的能量折合為能釋放相同能量的TNT炸藥的量,這樣,就可以利用有關(guān)TNT爆炸效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)蒸氣云爆炸效應(yīng)。應(yīng)用實(shí)例:河南神馬尼龍化工廠苯儲(chǔ)罐,容積為3000m3,最大儲(chǔ)存量為2244000kg,儲(chǔ)存壓力1.0MPa,苯的分子量為78.11,燃燒熱為40258kJ/kg。其事故后果模擬計(jì)算如下:苯儲(chǔ)罐最大儲(chǔ)存時(shí)的總能量為:蒸氣云爆炸傷害半徑為:式中:C——爆炸實(shí)驗(yàn)常數(shù),取決于損害等級(jí),取值為0.03~0.4(不同取值損害程度見(jiàn)表1)N——爆炸發(fā)生系數(shù),根據(jù)荷蘭應(yīng)用科學(xué)院[TNO(1979)]標(biāo)準(zhǔn),取10%將表1數(shù)值代入式(1),得到爆炸的傷害半徑,如表2所示。假設(shè)儲(chǔ)罐發(fā)生BLEVEs(沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸)時(shí),儲(chǔ)罐內(nèi)充填系數(shù)為0.5,則儲(chǔ)罐BLEVE時(shí)火球直徑可達(dá)到765m,火球燃燒時(shí)間為35s?；鹎虻臒彷椛湫?yīng)見(jiàn)圖1,儲(chǔ)罐發(fā)生物理性爆炸時(shí),釋放的能量除了很少一部分消耗于容器進(jìn)一步撕裂和將容器或其碎片拋出以外,大部分將轉(zhuǎn)化為空氣的沖擊波,使周圍的空氣受到強(qiáng)烈的擾動(dòng),即空氣瞬間壓力變化,其破壞性具體表現(xiàn)在開(kāi)始產(chǎn)生的沖擊波陣面上的正向超壓。顯然,該事故影響范圍大且事故后果嚴(yán)重,對(duì)工廠及其臨近建筑而言將是災(zāi)難性的,也是工廠要避免發(fā)生的災(zāi)難事故。通常認(rèn)為,可燃蒸汽云即使在爆炸下限值也可能被點(diǎn)火,本次計(jì)算以爆炸下限值的60%為閃火邊界,如圖2所示。結(jié)果表明,在距離泄漏源下風(fēng)向62m處,苯濃度可達(dá)到60%LEL值,在距離泄漏源下風(fēng)向167m處,苯濃度可達(dá)到10%LEL值。2熱輻射試驗(yàn)計(jì)算儲(chǔ)罐隔堤面積為1134m2(長(zhǎng)37.8m,寬30m),若儲(chǔ)罐瞬間發(fā)生災(zāi)難性破壞、或儲(chǔ)罐大尺寸液相管道斷裂性長(zhǎng)時(shí)間泄漏并點(diǎn)火導(dǎo)致液池火災(zāi)(假設(shè)有苯全部泄漏),則此時(shí),熱輻射將會(huì)對(duì)周圍設(shè)備構(gòu)成威脅。同時(shí),苯燃燒產(chǎn)物的毒物性擴(kuò)散也會(huì)對(duì)周邊人群、環(huán)境等造成危害。液池當(dāng)量半徑為:式中:R5為液池當(dāng)量半徑;S為按圍堤長(zhǎng)度和寬度計(jì)算出的面積,為2160m2;p為圓周率。將儲(chǔ)罐隔堤面積代入計(jì)算可得:R5=26.2m。火焰的高度為:式中:h為火焰高度;R5為液池當(dāng)量半徑;P0為周圍空氣密度;g為重力加速度;m5為燃燒速度。已知發(fā)生事故使空氣溫度為25℃,空氣密度為P0=1.208kg/m3,苯的燃燒速度m5=0.0459kg/m2s,液池半徑R5=26.2m,將各值代入式(3)得:熱輻射量的計(jì)算如式(4)所示:液池燃燒時(shí)放出的總熱輻射通量為式中:Q為總熱輻射通量;n為效率因子,可取0.13~0.35,這里取0.30;Hc為液池燃燒熱,苯的燃燒熱取4.19×107J/kg;r為液池當(dāng)量半徑,取26.2m。將各值代入式(4)可得:目標(biāo)入射輻射強(qiáng)度的計(jì)算:假設(shè)全部輻射量由液池中心的小球面輕射出來(lái),則距液池中心點(diǎn)某一距離處的入射熱輻射強(qiáng)度為:式中:I為熱輻射強(qiáng)度;Q為總熱輻射通量;Tc為熱傳導(dǎo)系數(shù),在物象對(duì)象理想的數(shù)據(jù),可取值為1;x為目標(biāo)點(diǎn)到液池中心距離。將表3中入射通量(即熱輻射強(qiáng)度I)各值代入式(5)可求出各種火災(zāi)損失情況下的目標(biāo)點(diǎn)到液池中的距離x值。當(dāng)I=37500W/m2、25000W/m2、12500W/m2、1600W/m2時(shí),x值分別為31.5m、38.6m、54.8m、152m。即距液池中心31.5m范圍內(nèi)的操作設(shè)備全部損失:人在10s內(nèi)死亡的概率為1%,1min內(nèi)死亡的概率為100%;以液池中心為中心,以31.5m為半徑,以38.6m為外半徑的環(huán)形區(qū)域內(nèi),有火焰時(shí),木材會(huì)燃燒,人員在10s內(nèi)會(huì)遭受重大燒傷,1min內(nèi)的死亡概率為100%;以液池中心為中心,以38.6m為內(nèi)半徑,以354.8m為外半徑的環(huán)形區(qū)域內(nèi),木材燃燒,塑料溶化,人員在10s內(nèi)會(huì)受到1度燒傷,1min內(nèi)的死亡概率為1%;距液池中心152m之外為安全區(qū)。計(jì)算結(jié)果表明,液池火焰高度可以達(dá)到46m,火災(zāi)可能持續(xù)31min,這足以使整個(gè)儲(chǔ)罐面臨被火焰包圍加熱的危險(xiǎn),從而在數(shù)十分鐘范圍內(nèi)誘發(fā)儲(chǔ)罐的BLEVE爆炸;池火災(zāi)火焰熱輻射后果見(jiàn)圖3。另外,兩儲(chǔ)罐之間距離為10m,計(jì)算表明,該儲(chǔ)罐壁面位置點(diǎn)的熱輻射強(qiáng)度為19.2kW/(sqm),見(jiàn)圖4,參照Domino效應(yīng)判定方法,見(jiàn)表4,在該條件下,將不會(huì)導(dǎo)致熱輻射效應(yīng)類型的多米諾事故效應(yīng)。若安全閥泄漏后即點(diǎn)火,產(chǎn)生噴射火火焰最長(zhǎng)可達(dá)97m,火焰熱輻射后果見(jiàn)圖5。在距離火焰中心59m位置處,熱輻射強(qiáng)度可達(dá)10kW/(sqm),該熱輻射強(qiáng)度足以在60s時(shí)間內(nèi)致人死亡;在距離火焰中心156m位置處,熱輻射強(qiáng)度可達(dá)5kW/(sqm),該熱輻射強(qiáng)度足以在60s時(shí)間內(nèi)致人二度燒傷。3熱輻射傷害半徑及事故源分析(1)根據(jù)數(shù)值模擬計(jì)算:苯儲(chǔ)罐發(fā)生泄漏事故后,爆炸傷害半徑為:62.48m,124.96m,312.45m,833.2m;熱輻射傷害半徑為:31.5m,38.6m,54.8m,152m。