丙、丁烷儲(chǔ)罐事故后果分析

1、丙、丁烷儲(chǔ)罐事故后果分析摘 要：分析了丙、丁烷的危險(xiǎn)特性及丙、丁烷儲(chǔ)罐潛在的泄漏、火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)性及發(fā)生火災(zāi)爆炸事故的原因；比較了丙、丁烷儲(chǔ)罐區(qū)池火、噴射火和沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸事故后果分析方法；提出了預(yù)防丙、丁烷儲(chǔ)罐區(qū)火災(zāi)爆炸事故的技術(shù)措施。關(guān)鍵字：丙、丁烷儲(chǔ)罐、火災(zāi)、爆炸、事故后果分析1前言事故后果分析是一種對(duì)危險(xiǎn)源預(yù)測(cè)和控制的有效方法。它通過(guò)估計(jì)重大事故發(fā)生后會(huì)有哪些不良的影響，以及這些不良影響所造成的傷亡、損害的嚴(yán)重性，來(lái)為人們制定防范措施提供依據(jù)。丙、丁烷常用于有機(jī)物合成和乙烯制造，用作燃料和制冷劑，具有易燃易爆性，如果泄漏至空氣中，可能產(chǎn)生火災(zāi)爆炸事故。丙、丁烷儲(chǔ)罐儲(chǔ)量大，潛在危險(xiǎn)性

2、高，蘊(yùn)含巨。大能量的儲(chǔ)罐一旦發(fā)生重大事故將波及周?chē)h(huán)境，甚至引起嚴(yán)重的連鎖反應(yīng)，后果不堪設(shè)想。因此，通過(guò)分析可能發(fā)生事故的原因，對(duì)其發(fā)生池火災(zāi)、噴射火、沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸和蒸氣云爆炸事故后果進(jìn)行模擬分析并提出相應(yīng)的建議和對(duì)策，可為同類(lèi)儲(chǔ)罐使用企業(yè)的安全管理提供科學(xué)依據(jù)和參考，有利于幫助企業(yè)制定防范措施以及事故應(yīng)急救援預(yù)案，減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，對(duì)預(yù)防重特大事故發(fā)生具有重要意義。2丙、丁烷主要危險(xiǎn)性分析表1為丙、丁烷的燃燒爆炸特性。丙、丁烷火災(zāi)危險(xiǎn)性類(lèi)別為甲A類(lèi)，閃點(diǎn)低（丙烷為-104，丁烷為-82），爆炸下限低（2.25）且爆炸范圍大。丙、丁烷常溫下極易氣化，氣化后氣體體積迅速擴(kuò)大2503

3、00倍，而且氣態(tài)比重是空氣的1.52.0倍，易向低洼處積聚或沿表面擴(kuò)散，欲遇火極易發(fā)生燃燒爆炸。丙、丁烷熱膨脹系數(shù)高，受熱極易膨脹，當(dāng)容器內(nèi)滿(mǎn)液時(shí)，溫度每升高1，體積膨脹0.30.4，氣壓增大19.629.4千帕，密閉容器內(nèi)極易發(fā)生物理性爆炸。此外，丙、丁烷的電阻率高達(dá)10111014，據(jù)測(cè)定，從容器、設(shè)備、管道中噴出時(shí)產(chǎn)生的靜電位可達(dá)9000伏，極易引起爆炸事故。 表1 丙、丁烷的燃燒爆炸特性 主要成分 丙烷 丁烷 閃點(diǎn) -104 -82自然點(diǎn) 493 408最小引燃能量mJ 0.31 0.25爆炸下限（體積分?jǐn)?shù)） 2.37 1.86爆炸上限（體積分?jǐn)?shù)） 9.50 8.41高熱值10

4、9;kJm³ 101.2 133.8低熱值10³kJm³ 93.1 123.5火災(zāi)危險(xiǎn)類(lèi)別 甲A 甲A 3丙、丁烷儲(chǔ)罐發(fā)生火災(zāi)爆炸事故原因分析根據(jù)世界石油化工企業(yè)近30年100起特大型火災(zāi)爆炸事故匯編的統(tǒng)計(jì)，引起儲(chǔ)罐區(qū)火災(zāi)爆炸事故事故的原因分布情況見(jiàn)表2 表2 液化石油氣儲(chǔ)罐區(qū)火災(zāi)爆炸事故的原因分布情況 序號(hào) 事故原因 事故件數(shù) 事故比例 位序 1 閥門(mén)管道泄漏 34 35.1 12 泵設(shè)備故障 18 18.2 23 操作失誤 15 15.6 34 儀表電氣設(shè)備失靈 12 12.4 45 反應(yīng)失控 10 10.4 56 雷擊引起火災(zāi)爆炸 8 8.2 6 合計(jì) 97

5、 100 從表中可以看出，事故原因中排名前3位的分別是閥門(mén)管道泄漏、泵設(shè)備故障和操作失誤。因此，建議化工行業(yè)企業(yè)加強(qiáng)對(duì)液化石油氣儲(chǔ)罐的安全管理，政府部門(mén)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)企業(yè)的監(jiān)督和指導(dǎo)。4丙、丁烷儲(chǔ)罐事故后果分析火災(zāi)爆炸事故類(lèi)型包括池火災(zāi)、噴射火災(zāi)、沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸和未封閉蒸氣云爆炸。沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸事故是當(dāng)儲(chǔ)罐突然破裂使儲(chǔ)罐內(nèi)物質(zhì)的壓力平衡被破壞，造成介質(zhì)急劇氣化，并隨即被火焰點(diǎn)燃時(shí)發(fā)生沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸。未封閉蒸氣云爆炸是指泄漏出來(lái)的介質(zhì)與空氣形成混合氣體中可燃物質(zhì)的濃度在爆炸極限范圍內(nèi)，并遇到延遲點(diǎn)火的情況下所導(dǎo)致蒸氣云爆炸。丙、丁烷通常在常溫高壓條件下儲(chǔ)存，如果操作失誤導(dǎo)致儲(chǔ)罐充裝過(guò)

6、量，儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)或施工存在缺陷，儲(chǔ)罐材料腐蝕或疲勞，儲(chǔ)罐處于機(jī)械碰撞作用下或處于火災(zāi)環(huán)境中時(shí)，其可能發(fā)生破裂或引起管道、閥門(mén)損壞造成丙、丁烷泄漏。因?yàn)楸?、丁烷溫度遠(yuǎn)高于其大氣壓下的沸點(diǎn)，泄漏出的丙、丁烷立即劇烈氣化，發(fā)生閃蒸。對(duì)于儲(chǔ)罐管道、閥門(mén)損壞的情況，丙、丁烷液相連續(xù)噴射泄漏、閃蒸，如果立即被點(diǎn)燃，則發(fā)生噴射火，如果沒(méi)有立即被點(diǎn)燃，氣相擴(kuò)散與空氣混合形成蒸氣云，延遲或遠(yuǎn)處點(diǎn)燃則發(fā)生閃火或蒸氣云爆炸；液相積聚并流向低洼處形成液池，延遲或遠(yuǎn)處點(diǎn)燃則發(fā)生池火。若儲(chǔ)罐破裂嚴(yán)重，丙、丁烷大量泄漏、閃蒸，如果立即被點(diǎn)燃，則發(fā)生沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸，如果沒(méi)有立即被點(diǎn)燃，與上述儲(chǔ)罐管道、閥門(mén)損壞丙、丁烷泄漏情

7、況相同，氣相擴(kuò)散與空氣混合形成蒸氣云，延遲或遠(yuǎn)處點(diǎn)燃則發(fā)生閃火或蒸氣云爆炸液相積聚并流向低洼處形成液池，延遲或遠(yuǎn)處點(diǎn)燃則發(fā)生池火。圖1為儲(chǔ)罐管道閥門(mén)損壞致丙、丁烷液相連續(xù)噴射泄漏發(fā)生火災(zāi)爆炸事故樹(shù)形圖。圖2為儲(chǔ)罐破裂丙、丁烷大量泄漏發(fā)生火災(zāi)爆炸事故樹(shù)形圖。下面僅就池火災(zāi)、噴射火災(zāi)、沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸進(jìn)行分析。儲(chǔ)罐破裂丙、丁烷泄漏沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸液相積聚形成液池氣相擴(kuò)散成蒸氣云池火閃火或蒸氣云爆炸是否延遲或遠(yuǎn)處點(diǎn)燃儲(chǔ)罐管道閥門(mén)損壞致丙、丁烷泄漏噴射火液相積聚形成液池氣相擴(kuò)散形成蒸氣云池火閃火或蒸氣云爆炸是立即點(diǎn)燃延遲或遠(yuǎn)處點(diǎn)燃立即點(diǎn)燃圖2 儲(chǔ)罐破裂丙、丁烷大量泄漏發(fā)生火災(zāi)爆炸事故樹(shù)形圖圖1

8、 儲(chǔ)罐管道閥門(mén)損壞致丙、丁烷液相連續(xù)噴射泄漏發(fā)生火災(zāi)爆炸事故樹(shù)形圖否4.1丙、丁烷儲(chǔ)罐區(qū)池火事故后果分析池火計(jì)算模式采用TNDL標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)驗(yàn)公式確定輻射熱1. 計(jì)算儲(chǔ)罐區(qū)的池直徑DD=(4S3.14) ½式中S為防火堤內(nèi)的液池面積，m²。2. 確定火焰高度 h h=42D式中D為池直徑，m；為燃燒速度，kg··；為空氣密度，kg·；g為重力加速度，9.8kg·。3. 計(jì)算液池燃燒時(shí)的熱輻射通量Q=式中，r為池半徑，m；為燃燒熱，丙、丁烷為15605.5kJkg；為燃燒速度，kg··；為效率因子，可取0.24；h為火焰

9、高度。4. 計(jì)算目標(biāo)入射熱輻射強(qiáng)度I假定全部熱輻射通量由液池中心點(diǎn)的小球面輻射出來(lái)，則在距離液池中心某一距離x處的入射熱輻射強(qiáng)度為I=Q （4）式中，I為熱輻射強(qiáng)度，W m²；Q為總熱輻射通量，W；為熱出傳導(dǎo)系數(shù)，在無(wú)相對(duì)理想的數(shù)據(jù)時(shí)可取1；x為目標(biāo)點(diǎn)到液池中心距離，m。4.2丙、丁烷儲(chǔ)罐區(qū)噴射火事故后果分析加壓氣體泄漏時(shí)形成射流，如果在裂口處被點(diǎn)燃則形成噴射火，在計(jì)算噴射火的熱通量時(shí)把它看成一系列位于射流軸線上的總熱源，每個(gè)點(diǎn)熱源的熱輻射通量都是q，可是可以按射流擴(kuò)散公式計(jì)算總熱輻射通量。點(diǎn)熱源熱輻射通量可按下式計(jì)算： Q=式中，為效率因子，可取0.35；為燃燒熱，Jkg。噴射火的

10、火焰長(zhǎng)度等于從裂口到可燃混合氣體燃燒下限的射流軸線長(zhǎng)度。有時(shí)為了計(jì)算簡(jiǎn)便，取射流軸線距離該點(diǎn)x處一點(diǎn)的熱輻射強(qiáng)度為： 式中，R為輻射率，可取0.2；q為點(diǎn)熱源的輻射通量，W；x為點(diǎn)熱源到對(duì)象點(diǎn)的距離，m。4.3丙、丁烷儲(chǔ)罐區(qū)沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸事故后果分析沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸的危險(xiǎn)性有火球熱輻射、爆炸沖擊波超壓和容器碎片。與火球熱輻射的危險(xiǎn)性相比，爆炸沖擊波超壓與容器碎片的危險(xiǎn)性比較小，因此，沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸的主要危險(xiǎn)性是火球熱輻射。發(fā)生火球燃燒時(shí)，火球的最大半徑r為： r=2.665式中，M為急劇蒸發(fā)的可燃物質(zhì)的質(zhì)量，kg；火球燃燒的持續(xù)時(shí)間t為：t=1.089火球燃燒時(shí)發(fā)出的輻射通量為

11、：Q式中，為燃燒熱，Jkg；M 為燃燒的物質(zhì)量，kg；t為燃燒的時(shí)間，s ; 為效率因子，取決于設(shè)備中可燃物質(zhì)的飽和蒸汽壓P。=0.27距火球中心x處一點(diǎn)的入射熱輻射強(qiáng)度I可按下式計(jì)算：I式中，Q為火球燃燒輻射通量，；為空氣導(dǎo)熱系數(shù)。5丙、丁烷儲(chǔ)罐區(qū)火災(zāi)爆炸事故預(yù)防技術(shù)措施為有效防止丙、丁烷儲(chǔ)罐區(qū)火災(zāi)爆炸事故的發(fā)生，針對(duì)丙、丁烷氣的特性和事故特點(diǎn)，應(yīng)采取嚴(yán)格的事故預(yù)防措施：1.嚴(yán)格遵守相關(guān)法律法規(guī)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，儲(chǔ)罐區(qū)的工藝設(shè)計(jì)及其附件、輸流管線、安全閥及放空設(shè)備、安全補(bǔ)償裝置、檢測(cè)儀表、消防給水排水、滅火器材、電氣防爆、防雷防靜電、防火堤等必須嚴(yán)格符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。2.為減少在儲(chǔ)罐區(qū)內(nèi)引發(fā)火災(zāi)創(chuàng)造條件，在儲(chǔ)罐區(qū)內(nèi)嚴(yán)禁明火，同時(shí)注意防止靜電產(chǎn)生。儲(chǔ)罐區(qū)應(yīng)具有良好通風(fēng)條件，不得有丙、丁烷氣聚集、積存的地方。3.加強(qiáng)管理，制定相應(yīng)的檢查制度，定期對(duì)各密封點(diǎn)、焊縫及罐體進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)對(duì)安全工作人員加強(qiáng)訓(xùn)練，加強(qiáng)責(zé)任心教育，減少人的不安全行為。4.設(shè)計(jì)儲(chǔ)罐區(qū)與周?chē)k公、住宅等建筑物距離時(shí)，除滿(mǎn)足防火防爆間距要求外，還應(yīng)考慮根據(jù)儲(chǔ)罐區(qū)儲(chǔ)量計(jì)算的火焰熱輻射或爆炸沖擊波導(dǎo)致的各種傷害破壞半徑大小，以減少突發(fā)事故對(duì)儲(chǔ)罐區(qū)外人員和建筑物的傷害破壞。參考文獻(xiàn)1.將軍成. 事故調(diào)查與分析技術(shù)M.