液化石油氣罐區(qū)安全評價和緊急防災(zāi)系統(tǒng)的開發(fā).docx

液化石油氣罐區(qū)安全評價和緊急防災(zāi)系統(tǒng)的開發(fā)王鐵民(洛陽石油化工總廠, 洛陽 471012)摘要 分析了液化石油氣罐區(qū)的特點(diǎn), 把安全評價、數(shù)學(xué)模型、流程控制、事故處理專家系統(tǒng)與多媒體技術(shù)結(jié)合起來, 開發(fā)了液化石油氣罐區(qū)安全評價和緊急防災(zāi)系統(tǒng)。將系統(tǒng)模型和仿真結(jié)果與 國內(nèi)外一系列試驗(yàn)數(shù)據(jù)和一些典型事故分析結(jié)果進(jìn)行比較, 吻合良好。主題詞: 罐區(qū) 安全 數(shù)學(xué)模型 系統(tǒng) 開發(fā)液化石油氣1 前 言液化石油氣罐區(qū)系統(tǒng) (包括液化丙烯、乙烯等系 統(tǒng)) 一旦發(fā)生事故便極難控制。大量泄漏的危險物質(zhì) 可彌散至數(shù)萬乃至數(shù)十萬平方米, 如遇明火則可使 此區(qū)域內(nèi)的設(shè)備、人員受到傷害, 甚至引發(fā)二次災(zāi)害。 因此, 預(yù)防液化石油氣罐區(qū)事故的發(fā)生、降低事 故規(guī)模、減小事故惡果是企業(yè)家和技安人員奮斗的目標(biāo)之一。從防御的角度采取措施是防止災(zāi)害的最有效的 措施之一。 洛陽石油化工總廠和原化工部職業(yè)安全衛(wèi)生研究院在發(fā)明專利“一種智能化煉油化工危險源事故預(yù)案和應(yīng)急處理方法”( 9517237. 4) 與“石油 儲罐區(qū)事故預(yù)案和緊急防災(zāi)系統(tǒng)”、“石油儲罐區(qū)安 全評價方法”兩項科技成果的基礎(chǔ)上, 進(jìn)一步分析了液化石油氣罐區(qū)的特點(diǎn), 把安全評價、數(shù)學(xué)模型、流程控制、事故處理專家系統(tǒng)與多媒體技術(shù)有機(jī)地結(jié) 合起來, 開發(fā)了“液化氣罐區(qū)安全評價和緊急防災(zāi)系統(tǒng)”。 該項研究 1997 年底通過中國石化總公司科技 成果鑒定, 1998 年獲中國石化集團(tuán)公司科技進(jìn)步三等獎。2 系統(tǒng)概況在 586 以上的微機(jī)、W in dow s 操作環(huán)境下, 使 用 Bo r lan d C + + 語言將數(shù)據(jù)采集、信息處理、圖形繪制、智能判斷、圖象處理和通訊接口融為一體, 開發(fā)出一套適用于液化石油氣罐區(qū)安全評價、生產(chǎn)管 理、事故仿真和緊急防災(zāi)的綜合系統(tǒng)。系統(tǒng)由信息查詢、數(shù)據(jù)采集、事故仿真、事故預(yù) 案和流程管理 5 個子系統(tǒng)組成。 各子系統(tǒng)既有相對 獨(dú)立性, 又有密切的聯(lián)系, 構(gòu)成一個有機(jī)的整體。 為便于維護(hù)和系統(tǒng)擴(kuò)充, 采用了組件式結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)組成和子系統(tǒng)間的聯(lián)系見圖 1, 硬件連接和功能聯(lián)系見 圖 2。3 安全評價安全評價是綜合運(yùn)用安全系統(tǒng)工程方法對評價 對象 ( 系統(tǒng)) 存在的危險性進(jìn)行定性和定量分析, 揭示系統(tǒng)在設(shè)計、施工、運(yùn)行和管理上遺留下來的缺陷和隱患, 預(yù)測事故發(fā)生的可能性及其后果, 提出改善 安全狀況的信息, 尋求最佳的安全投資效益的過程。 它是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)本質(zhì)安全的重要基礎(chǔ)和現(xiàn)代安全管理的重要內(nèi)容。目前, 國內(nèi)外已有數(shù)十種安全評價方法, 但還沒 有一種適用于液化石油氣罐區(qū)的方法。 在對液化石 油氣罐區(qū)事故調(diào)查分析和“石油儲罐區(qū)安全評價方 法”的基礎(chǔ)上, 根據(jù)液化石油氣易燃、易爆、低毒的特性和罐區(qū)儲量大、機(jī)械設(shè)備少、工藝簡單的特點(diǎn), 借 鑒國內(nèi)外先進(jìn)的評價方法, 開發(fā)了單元固有危險度 評級2單元安全檢查表評分2單元綜合危險度分級和 應(yīng)急能力分析2罐區(qū)固有危險度分級2罐區(qū)安全檢查 表評分2罐區(qū)綜合危險度分析及對策分析六步驟綜合安全評價程序和方法, 其主體是危險度評價和安 全檢查表。 方法設(shè)計了 14 個數(shù)據(jù)采樣表, 囊括了液 化石油氣罐區(qū)的方方面面, 可通過自動采集和人工 輸 入 對 它 進(jìn) 行 評 價, 有 針 對 性 地 提 出 切 實(shí) 可 行 的收稿日期: 1999202208。作者簡介: 王鐵民, 高級工程師, 1963 年哈爾濱石油?？茖W(xué)校畢 業(yè), 河南省石油學(xué)會理事, 先后有多項科技成果通過省部級鑒定 并獲得獎勵, 在省部級以上學(xué)術(shù)、技術(shù)期刊及學(xué)術(shù)會議上發(fā)表論 文 20 篇, 現(xiàn)從事石化企業(yè)技術(shù)安全開發(fā)、管理和評價工作。53第 9 期王鐵民. 液化石油氣罐區(qū)安全評價和緊急防災(zāi)系統(tǒng)的開發(fā)圖 1系統(tǒng)組成框圖整改措施和管理對策, 并可為修改設(shè)計和安全設(shè)施優(yōu)化提供依據(jù)。 評價程序見圖 3。4 仿真系統(tǒng)開發(fā)系統(tǒng)仿真是該項研究的核心和基礎(chǔ), 是通過對 大量液化石油氣罐區(qū)事故的分析和歸納找出事故的 基本形態(tài), 形成事故模型, 并根據(jù)國內(nèi)外規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)對事故所需的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行比較、篩選, 開 發(fā)確定事故的仿真數(shù)學(xué)模型的過程。由事故模型、數(shù) 學(xué)模型和專家系統(tǒng)構(gòu)成。4. 1 事故模型液化石油氣罐區(qū)災(zāi)害性事故的主要形態(tài)是泄 漏、火災(zāi)和爆炸三大類。 事故模型能對事故形態(tài)、發(fā)展趨勢和可能后果進(jìn)行描述。 開發(fā)過程中事故形態(tài)考慮了不同事故部位和破壞形式, 其中包括低溫撞擊、應(yīng)力腐蝕開裂、超壓、機(jī)械損壞, 以及熱作用釀成的破壞。事故類型中泄漏事故的基本形態(tài)考慮了瞬間氣體泄漏、瞬間液化氣體 泄漏、連續(xù)液體泄漏、連續(xù)氣體泄漏、兩相泄漏等; 火 災(zāi)事故包括各部位的噴射火災(zāi)、閃燃、火球和池火; 爆炸事故包括器外蒸氣云爆炸、沸騰液體擴(kuò)展蒸氣 云爆炸等?？赡芎蠊歉鶕?jù)事故可能引起的火災(zāi)、爆炸和 毒性傷害來確定。其中, 泄漏事故以可燃?xì)怏w爆炸下 限的 50% 濃度線劃定危險區(qū)域, 并以濃度等值線為參考。有毒害物質(zhì)以 TL V 2C 濃度 (瞬間不得超過的 最高濃度) 等值線劃定危險區(qū)域, 以自定義濃度等值線為參考?；馂?zāi)事故以熱通量、熱強(qiáng)度以及熱通量和 熱強(qiáng)度復(fù)合作用構(gòu)成對人的傷害準(zhǔn)則, 其傷害程度依照 P ie te r sen 1990 年發(fā)表的數(shù)據(jù)1 。 對臨近設(shè)備 的影響, 考慮了常壓和壓力儲罐兩種接受器模型。爆54石油煉制與化工1999 年第 30 卷圖 2硬件組成及相互之間的聯(lián)系炸事故考慮了峰值超壓和飛射物體對目標(biāo)體構(gòu)成的傷害, 其中對人的傷害選擇了致死、重傷和輕傷三個 超壓峰值, 對設(shè)備的影響依照 Gu gan 在 1979 年發(fā) 表的數(shù)據(jù)2 。4. 2 數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型是根據(jù)事故模型和液化石油氣的 物化特性開發(fā)的。 其中泄漏、彌散、蒸發(fā)過程主要參考美國過程安全中心 (CC P S) 出版的“蒸氣云擴(kuò)散模 型 指南”, 擴(kuò)散模型還參考了美國空軍 (A FA ) 和美國環(huán)保局 (E PA ) 的有關(guān)規(guī)范; 火災(zāi)模型主要參考美國氣體協(xié)會 (A GA ) 和美國防火協(xié)會 (N F PA ) 的有 關(guān)規(guī)范; 接受器模型主要參考英國安全性和可靠性管理局的有關(guān)規(guī)范, 蒸氣云爆炸和沸騰液體擴(kuò)展蒸 氣爆炸過程還參考了國家“八五”攻關(guān)成果和風(fēng)洞試驗(yàn)報告。 這些模型包括: 氣體泄放速度模型、液體泄放速度模型、液池彌散模型、閃蒸模型、液池蒸發(fā)模 型、絕熱擴(kuò)散模型、氣體擴(kuò)散模型、非典型擴(kuò)散模型、 重氣擴(kuò)散模型、熱輻射強(qiáng)度及衰減模型、蒸氣云爆炸模型、火球模型、接受器模型等。4. 3 數(shù)據(jù)庫在應(yīng)用矢量化技術(shù)建立可任意縮放的評價對象的企業(yè)平面布置圖和周圍環(huán)境詳圖的基礎(chǔ)上, 開發(fā)了罐區(qū)安全管理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng), 其中包括危險源分布、 火源分布、報警點(diǎn)分布、儲罐信息庫、罐區(qū)信息庫、危險品安全數(shù)據(jù)庫、消防力量及設(shè)施分布數(shù)據(jù)庫、泡沫 儲備和分布數(shù)據(jù)庫、企業(yè)供水系統(tǒng)及管網(wǎng)情況數(shù)據(jù) 庫、企業(yè)污水及明溝流向和分布數(shù)據(jù)庫、企業(yè)防災(zāi)組 織職能分工數(shù)據(jù)庫、典型案例多媒體數(shù)據(jù)庫和應(yīng)急 處理專家系統(tǒng)等在內(nèi)的一系列數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是事故仿真和事故預(yù)案、緊急防災(zāi) 的依據(jù)和基礎(chǔ), 各種數(shù)據(jù)庫接口和矢量化技術(shù)的應(yīng) 用為防災(zāi)系統(tǒng)提供了豐富的人機(jī)界面, 可操作性強(qiáng)。4. 4 事故仿真事故仿真是模擬現(xiàn)場事故的過程, 可根據(jù)事故 現(xiàn)場或模擬現(xiàn)場情況 (事故形態(tài)、物質(zhì)、設(shè)施、地面情況等) 和有關(guān)的物質(zhì)參數(shù)及氣象參數(shù)確定事故模型,選擇數(shù)學(xué)模型, 模擬并輸出模擬結(jié)果的過程。 事故仿真結(jié)果包括事故狀態(tài)下的液體泄放速度、氣體泄放速度、液池蒸發(fā)速度、液池彌散速度、液池彌散面積、爆炸危險性氣體擴(kuò)散影響區(qū)域、毒害性 氣體擴(kuò)散危害區(qū)域、熱輻射強(qiáng)度或熱通量隨距離衰 減 和對人的安全距離、器外蒸氣云爆炸峰值超壓等55第 9 期王鐵民. 液化石油氣罐區(qū)安全評價和緊急防災(zāi)系統(tǒng)的開發(fā)預(yù)案內(nèi)容是系統(tǒng)在自動采集或有關(guān)信息輸入的同時, 根據(jù)現(xiàn)場情況, 給出事故發(fā)展不同階段的處理 原則和響應(yīng)提示, 其執(zhí)行程序按泄漏、火災(zāi)和爆炸三 種模式分別考慮。為便于程序管理, 把事故響應(yīng)分為五個階段: ( 1) 事故初起階段, 以報警、現(xiàn)場第一處 理為主線提出響應(yīng)內(nèi)容; ( 2) 事故的初期階段, 以組 織救援、人員疏散為主線提出各單位的應(yīng)急響應(yīng)內(nèi) 容, 該階段是確保應(yīng)急響應(yīng)過程順利進(jìn)行和減少人 員傷亡的重要環(huán)節(jié); ( 3) 事故處理準(zhǔn)備階段, 以預(yù)測事故影響, 生產(chǎn)和現(xiàn)場準(zhǔn)備為主線開展工作, 這是能 否做好事故響應(yīng)的基礎(chǔ), 也是各單位能否主動工作, 各自為戰(zhàn), 減少事故損失的關(guān)鍵; ( 4) 事故處理、火 災(zāi)撲救階段, 這是事故響應(yīng)能否成功地處理事故的 關(guān)鍵過程, 也是現(xiàn)場指揮員掌握情況、運(yùn)籌帷幄、下達(dá)決策命令的時刻, 系統(tǒng)以提供相關(guān)數(shù)據(jù)、條件分 析、處理原則、處理方案和禁忌事項為主要內(nèi)容進(jìn)行 響應(yīng)和做出判斷; ( 5) 事故的后期處理階段, 該階段 主要以預(yù)防次生災(zāi)害和恢復(fù)生產(chǎn)為中心進(jìn)行響應(yīng), 這個階段是事故處理過程中需格外慎重的一個環(huán)節(jié), 在這個階段中系統(tǒng)將為解除警戒、恢復(fù)生產(chǎn)提出 必要的條件, 并自動記錄事故過程, 編寫和提供事故 報告初稿。6 可靠性分析為了確認(rèn)系統(tǒng)的可靠性, 收集了包括現(xiàn)場擴(kuò)散 試驗(yàn)、火災(zāi)模擬試驗(yàn)、接受器試驗(yàn)、液化石油氣儲罐暴露于火中的燒烤試驗(yàn)等在內(nèi)的國內(nèi)外一系列試驗(yàn)數(shù)據(jù)和一些典型事故的分析結(jié)果, 與系統(tǒng)模型和仿 真結(jié)果進(jìn)行比較。6. 1 蒸氣云擴(kuò)散把液化氣罐區(qū)的泄漏形態(tài)歸納為射流重氣擴(kuò) 散、液池蒸發(fā)擴(kuò)散、瞬間重氣擴(kuò)散、連續(xù)氣體擴(kuò)散、瞬間氣體擴(kuò)散五種擴(kuò)散模式, 按這五個方面與國外大規(guī)模試驗(yàn)的 528 個數(shù)據(jù)用 H an n a 博士 1992 年推薦 的方法進(jìn)行比較, 試驗(yàn)數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)之比 95% 的 置信區(qū)間落于兩倍之內(nèi)。 而后又模擬計算了我國的三起典型事故, 吻合較好。6. 2 熱輻射強(qiáng)度隨距離的變化搜集 A DL 3 的 13 次試驗(yàn)數(shù)據(jù), 并與它進(jìn)行了 模 擬比較。 模擬數(shù)據(jù)與試 驗(yàn) 數(shù) 據(jù) 之 比 為 1. 0321. 671, 預(yù)測值高于試驗(yàn)值。 與中國石化集團(tuán)公司長 嶺煉油廠滅火演習(xí)中輻射熱強(qiáng)度檢測數(shù)據(jù)相比也有類似的結(jié)果4 。6. 3 對周圍設(shè)施的影響圖 3石油液化氣罐區(qū)安全評價程序圖值線和對人的影響距離、臨近設(shè)施 ( 罐) 發(fā)生危險的 時間等。5 緊急防災(zāi)系統(tǒng)的開發(fā)緊急防災(zāi)系統(tǒng)是在數(shù)據(jù)采集和事故仿真的基礎(chǔ) 上, 經(jīng)計算機(jī)智能化處理制訂出應(yīng)急響應(yīng)和救災(zāi)方案的過程。5. 1 系統(tǒng)模式在對現(xiàn)有事故預(yù)案、模擬事故演習(xí)和有關(guān)規(guī)范 標(biāo)準(zhǔn)以及典型事故案例分析整理后建立事故處理經(jīng)驗(yàn)、原則和程序的基礎(chǔ)上, 開發(fā)出推理機(jī)制和相關(guān)的 支持知識庫系統(tǒng), 最終形成緊急防災(zāi)系統(tǒng)模式。該模 式的事故處理原則和程序是不同階段事故響應(yīng)的工作綱要, 是根據(jù)事故的不同情況、不同階段進(jìn)行推理、判斷并給出各種相關(guān)信息的依據(jù)。5. 2 預(yù)案內(nèi)容56石 油 煉制 與 化 工1999 年 第 30 卷對周圍設(shè)施的影響, 主要以對臨近儲罐的影響結(jié)果進(jìn)行比較。 系統(tǒng)開發(fā)中首先利用新加坡的一起 典型事故案例的升級時間進(jìn)行比較, EN GU L F 的 模擬數(shù)據(jù)為 1. 4 h , 該系統(tǒng)的模擬數(shù)據(jù)為 1. 6 h , 實(shí)(3) 系統(tǒng)把罐區(qū)生產(chǎn)管理、安全評價、事故應(yīng)急和反事故演練有機(jī)地結(jié)合起來, 在國內(nèi)外具有先進(jìn) 性。(4) 系統(tǒng)采用了矢量化技術(shù), 事故模擬過程中 的平面圖可以任意縮放, 并增加了系統(tǒng)內(nèi)涵。(5) 根據(jù)大量的事故資料、專家經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場演 習(xí)情況確立的應(yīng)急響應(yīng)程序、原則和內(nèi)容具有合理 性和實(shí)用性。參考文獻(xiàn)際事故升級時間為 1. 5 h。此外, 還利用 K.M oo d ie等 1988 年發(fā)表的液化氣儲罐試驗(yàn)數(shù)據(jù)5 進(jìn)行接受器時間、溫度和壓力變化情況的比較, 模擬數(shù)據(jù)與試 驗(yàn)數(shù)據(jù)之比基本上在兩倍的誤差范圍之內(nèi), 吻合良 好。7 結(jié) 論(1) 在微機(jī)上結(jié)合液化石油氣罐區(qū)實(shí)際建立的 安全評價和緊急防災(zāi)系統(tǒng), 集文字、圖文圖象、視頻、 通訊和數(shù)據(jù)采集為一體, 操作方便、界面友好、形象 生動。(2) 根據(jù)液化石油氣罐區(qū)的特征所深入開發(fā)的 事故類型、數(shù)學(xué)模型、仿真模型合適可用。12P ite r sen C M . J L o ss P reo ce ss Ind, 1990, ( 3) : 1Gugan K. U nco nf ined V apo u r C lo ud E xp lo sio n s, Geo rge Go d2w in L im ited, 1979: 104M udan K S. F ire h aza rd ca lcu la t io n s o f la rge op en h yd ro ca rbo n f ire, in: S F P E h andboo k o f an L P G tank , J H az M a t, 1988. 20張連虎. 石油化工消防監(jiān)督管理技術(shù), 北京: 群眾出版社, 1993.172 173M oo d ie K , Cow ley L. J H aza rdo u s M a te r ia ls, 1998, 20: 5571345R ISK A SSESSM ENT FO R L PG TA NK FA RMA ND D EVELO PM ENT O F EM ERGENCY SY STEM FO R PREVENT ING CAL AM IT IESW an g T iem in(L u oy ang P e t roch em ica l G ene ra l P lan t, L u oy ang 471012)A bstra c tT h ro u gh an a ly sis o f th e fea tu re s o f L P G tan k fa rm , an d in teg ra t io n o f r isk a sse ss2m en t, m a th em a t ica