管道安全距離

1、在油庫平面優(yōu)化設(shè)計中的應(yīng)用在油庫平面優(yōu)化設(shè)計中的應(yīng)用中國石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計分公司中國石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計分公司n1油庫常見的事故狀態(tài)n1.1泄漏n1.2火災(zāi)n1.3爆炸n2油庫主要危險源分析及平面優(yōu)化n2.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)n2.2計算方法n2.3油庫與周邊設(shè)施的相對關(guān)系n3結(jié)論n參考文獻(xiàn)主要內(nèi)容n火災(zāi)、爆炸是油庫常見的重大事故，經(jīng)常造成嚴(yán)重的人員傷亡和巨大的財產(chǎn)損失，影響社會安定。本文重點闡述有關(guān)火災(zāi)、爆炸事故后果分析，在分析過程中要運用數(shù)學(xué)模型，對辨識事故的危險性來說是可參考的。通過對事故后果的模擬分析指導(dǎo)平面設(shè)計方案的優(yōu)化。摘要n由于設(shè)備損壞或操作失誤引起泄漏從而大量釋放易燃、易爆、有

2、毒有害物質(zhì)，將會導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸等重大事故發(fā)生。因此，后果分析由泄漏開始。n 1)泄漏的主要設(shè)備n根據(jù)各種設(shè)備泄漏情況分析，可將油庫中易發(fā)生泄漏的設(shè)備分類，通常歸納為：管道、撓性連接器、過濾器、閥門、泵、儲罐和放散管等。n2)造成泄漏的原因n從人-機系統(tǒng)來考慮造成各種泄漏事故的原因主要有四類：n（1）設(shè)計失誤：n（2）設(shè)備原因：n（3）管理原因：n（4）人為失誤：油庫常見的事故狀態(tài)泄漏 泄漏后果n泄漏一旦出現(xiàn)，其后果不單與物質(zhì)的數(shù)量、易燃性、毒性有關(guān)，而且與泄漏物質(zhì)的相態(tài)、壓力、溫度等狀態(tài)有關(guān)。這些狀態(tài)可有多種不同的結(jié)合，在油庫后果分析中。 n一般情況下，泄漏的液體在空氣中蒸發(fā)而生成氣體，泄漏后

3、果與液體的性質(zhì)和貯存條件（溫度、壓力）有關(guān)。n油庫一般是常溫常壓下液體泄漏。這種液體泄漏后聚集在防液堤內(nèi)或地勢低洼處形成液池，液體由于池表面風(fēng)的對流而緩慢蒸發(fā)，若遇引火源就會發(fā)生池火災(zāi)。n泄漏量的多少都是決定泄漏后果嚴(yán)重程度的主要因素，而泄漏量又與泄漏時間長短有關(guān)。油庫常見的事故狀態(tài)泄漏 n1)液體泄漏量n液體泄漏速度可用流體力學(xué)的柏努利方程計算，其泄漏速度為：油庫常見的事故狀態(tài)ghPPACQd2200式中，Q0液體泄漏速度，kg/s；Cd液體泄漏系數(shù)，按表1-1選取s； A裂口面積，m2； 泄漏液體密度，kg/ m3； P容器內(nèi)介質(zhì)壓力，Pa；P0環(huán)境壓力，Pa g重力加速度，9.8 m/

4、s2； h裂口之上液位高度，m。泄漏 泄漏后的擴散n泄漏物質(zhì)的特性多種多樣，而且還受原有條件的強烈影響，但大多數(shù)物質(zhì)從容器中泄漏出來后，都可發(fā)展成彌散的氣團向周圍空間擴散，對可燃?xì)怏w若遇到引火源會著火。n油庫內(nèi)油品泄露后，液體泄漏后立即擴散到地面，一直流到低洼處或人工邊界，如防火堤、岸墻等，形成液池。 油庫常見的事故狀態(tài)泄漏 n易燃、易爆的氣體、液體泄漏后遇到引火源就會被點燃而著火燃燒。它們被點燃后的燃燒方式有池火、噴射火、火球和突發(fā)火四種。 池火n可燃液體(如汽油、柴油等)泄漏后流到地面形成液池，或流到水面并覆蓋水面，遇到火源燃燒而成池火。n當(dāng)液池中的可燃液體的沸點高于周圍環(huán)境溫度時，液體表

5、面上 單位面積的燃燒速度dm/dt為：油庫常見的事故狀態(tài)火災(zāi) HTTCH.dtdmbpc00010 式中，dm/dt 單位表面積燃燒速度，kg/m2s；Hc液體燃燒熱；J/kg；Cp液體的定壓比熱；J/kgK；Tb液體的沸點，K；T0環(huán)境溫度，K；H液體的氣化熱，J/kg。n噴射火n加壓的可燃物質(zhì)泄漏時形成射流，如果在泄漏裂口處被點燃，則形成噴射火。這里所用的噴射火輻射熱計算方法是一種包括氣流效應(yīng)在內(nèi)的噴射擴散模式的擴展。把整個噴射火看成是由沿噴射中心線上的所有幾個點熱源組成，每個點熱源的熱輻射通量相等。n點熱源的熱輻射通量按下式計算：油庫常見的事故狀態(tài)火災(zāi) q=Q0Hc 式中，q點熱源熱輻射

6、通量，W；效率因子，可取0.35; Q0泄漏速度，kg/s;Hc燃燒熱，J/kg。突發(fā)火n泄漏的可燃?xì)怏w、液體蒸發(fā)的蒸氣在空中擴散，遇到火源發(fā)生突然燃燒而沒有爆炸。此種情況下，處于氣體燃燒范圍內(nèi)的室外人員將會全部燒死。n突發(fā)火后果分析，主要是確定可燃混合氣體的燃燒上、下極限的廓線及其下限隨氣團擴散到達(dá)的范圍。為此，可按氣團擴散模型計算氣團大小和可燃混合氣體的濃度。油庫常見的事故狀態(tài)火災(zāi) 火災(zāi)損失n火災(zāi)通過輻射熱的方式影響周圍環(huán)境，當(dāng)火災(zāi)產(chǎn)生的熱輻射強度足夠大時，可使周圍的物體燃燒或變形，強烈的熱輻射可能燒毀設(shè)備甚至造成人員傷亡等。油庫常見的事故狀態(tài)火災(zāi) 入射通量kW/m2對設(shè)備的損害對人的傷害

7、37.5操作設(shè)備全部損壞1%死亡/10s100%死亡/1min25在無火焰、長時間輻射下，木材燃燒的最小 能量重大燒傷/10s100%死亡/1min12.5有火焰時，木材燃燒，塑料熔化的最低能量1度燒傷/10s1%死亡/1min4.020s以上感覺疼痛，未必起泡1.6長期輻射無不舒服感n爆炸是物質(zhì)的一種非常急劇的物理、化學(xué)變化，也是大量能量在短時間內(nèi)迅速釋放或急劇轉(zhuǎn)化成機械功的現(xiàn)象。它通常是借助于氣體的膨脹來實現(xiàn)。n從物質(zhì)運動的表現(xiàn)形式來看，爆炸就是物質(zhì)劇烈運動的一種表現(xiàn)。物質(zhì)運動急劇增速，由一種狀態(tài)迅速地轉(zhuǎn)變成另一種狀態(tài)，并在瞬間內(nèi)釋放出大量的能。n1）爆炸過程進行得很快；n2）爆炸點附近壓

8、力急劇升高，產(chǎn)生沖擊波；n3）發(fā)出或大或小的響聲；n4）周圍介質(zhì)發(fā)生震動或鄰近物質(zhì)遭受破壞。油庫常見的事故狀態(tài)爆炸n按爆炸性質(zhì)可分為物理爆炸和化學(xué)爆炸。物理爆炸就是物質(zhì)狀態(tài)參數(shù)（溫度、壓力、體積）迅速發(fā)生變化，在瞬間放出大量能量并對外做功的現(xiàn)象。化學(xué)爆炸就是物質(zhì)由一種化學(xué)結(jié)構(gòu)迅速轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N化學(xué)結(jié)構(gòu)，在瞬間放出大量能量并對外做功的現(xiàn)象。如可燃?xì)怏w、蒸氣或粉塵與空氣混合形成爆炸性混合物的爆炸。 n從油庫爆炸事故案例分析來看，有以下幾種化學(xué)爆炸類型：n（1）蒸氣云團的可燃混合氣體遇火源突然燃燒，是在無限空間中的氣體爆炸；n（2）受限空間內(nèi)可燃混合氣體的爆炸；n總之，發(fā)生化學(xué)爆炸時會釋放出大量的化學(xué)

9、能，爆炸影響范圍較大；而物理爆炸僅釋放出機械能，其影響范圍較小。油庫常見的事故狀態(tài)爆炸n儲罐爆炸時，爆破能量在向外釋放時以沖擊波能量、碎片能量和容器殘余變形能量三種形式表現(xiàn)出來。根據(jù)介紹，后二者所消耗的能量只占總爆破能量的3%15%，也就是說大部分能量是產(chǎn)生空氣沖擊波。油庫常見的事故狀態(tài)爆炸超壓P(MPa)傷害作用0.020.03輕微損傷0.030.05聽覺器官或骨折0.050.10內(nèi)臟嚴(yán)重?fù)p傷或死亡0.10大部分人員死亡距離RO(m)56789101112超壓PO(Mpa)2.942.061.671.270.950.760.500.33距離RO(m)1618202530354045超壓PO(

10、Mpa)0.2350.170.1260.0790.0570.0430.0330.027距離RO(m)505560657075超壓PO(Mpa)0.02350.02050.0180.0160.01430.0131000kgTNT爆炸時的沖擊波超壓 n根據(jù)下列公式進行計算：油庫常見的事故狀態(tài)成品油TNT摩爾量與可燃性化學(xué)品燃燒熱熱計算13.227/TNTffeTNTHHWAWffHWQ 式中，WTNT 燃料的TNT摩爾量；Q 燃料燃燒后放出的總熱量；Wf 云團中燃料的質(zhì)量（kg）；Hf 燃料的燃燒熱（kJ/kg）；HTNT TNT的爆熱（kJ/kg），HTNT4500kJ/kg；Ae TNT當(dāng)量系

11、數(shù)，推薦Ae=0.04。n舉例：某油庫庫內(nèi)共布置3個罐組，分別為柴油罐組、汽油罐組、柴油乙醇罐組，對不同的罐組選取最差條件下油罐泄漏引發(fā)火災(zāi)爆炸事故時，根據(jù)計算，本油庫出現(xiàn)火災(zāi)、爆炸事故事故造成人員傷亡的范圍見下表。n本工程可能出現(xiàn)的最嚴(yán)重的事故為儲罐泄漏發(fā)生火災(zāi)爆炸事故。分別以5000m3汽油儲罐、9000m3柴油儲罐以及2000m3乙醇儲罐發(fā)生池火災(zāi)事故為例進行模擬。油庫平面優(yōu)化基礎(chǔ)數(shù)據(jù)n 危險源分析序號項目單位不同介質(zhì)的數(shù)據(jù)汽油柴油1密度t/m30.7280.832容積m3500090003介質(zhì)的質(zhì)量kg328500068040004燃燒熱kJ/kg43687434555爆炸熱kJ/kg

12、4368743455序號名稱數(shù)量（t）狀態(tài)最高溫度（）最高壓力（MPa）相當(dāng)TNT摩爾量（kmol）燃燒熱量（MJ）1汽油3285液態(tài)40常壓56161435117952柴油6804液態(tài)40常壓11571295667820危險化學(xué)品的數(shù)量、分布及狀態(tài)表 注：選取5000m3汽油儲罐和9000m3柴油儲罐。油庫平面優(yōu)化n 危險源分析序號儲罐罐容（m3）所在隔堤容積（m3）相臨兩側(cè)的隔堤容積（m3）10323-TK101C900013680720820322-TK101C50007241584830326-TK101B200024752475注：防火堤高為1.8m，隔堤高為1.6m。油庫平面優(yōu)化n

13、1）死亡半徑R1n 13.6(WTNT /1000)0.37nR1= n P1n2）重傷半徑R2n R2= R1/P2n3）輕傷半徑R3n R3= R1/P3n(三式中P1、2、3為沖擊波峰超壓值單位：kg/cm2)。n4）財產(chǎn)損失半徑n 對于爆炸性破壞，見財產(chǎn)損失半徑R財：nR財=KWTNT1/3/1+(3175/WTNT)21/6n式中：K二級破壞系數(shù)，取5.6計算方法油庫平面優(yōu)化計算方法京滬鐵路京福高速公路萊鋼永鋒鋼鐵廠專用線張辛村污水處理專用線引線長度445m序號儲罐名稱容積（m3）事故類型死亡半徑（m）重傷半徑（m）輕傷半徑（m）10323-TK101F9000池火災(zāi)71.5477.

14、21129.9820322-TK-101F500082.3991.14159.2530326-TK101B200065.0372.03126.7R=126.7R=129.98油庫平面優(yōu)化平面優(yōu)化京滬鐵路京福高速公路萊鋼永鋒鋼鐵廠專用線張辛村污水處理專用線引線長度445m序號儲罐名稱容積（m3）事故類型死亡半徑（m）重傷半徑（m）輕傷半徑（m）10323-TK101F9000池火災(zāi)71.5477.21129.9820322-TK-101F500082.3991.14159.2530326-TK101B200065.0372.03126.7R=159.25R=129.98油庫平面優(yōu)化平面優(yōu)化n 本

15、油庫平面布置儲罐區(qū)主要布置在庫區(qū)南側(cè)，影響最大的為庫區(qū)西側(cè)柴油乙醇罐組靠近村莊居民區(qū)，如果根據(jù)石油庫設(shè)計規(guī)范要求，二級油庫罐區(qū)防火堤至居民區(qū)距離90米即可滿足要求，但通過火災(zāi)爆炸模型分析得出柴油乙醇罐組爆炸輕傷半徑為126.7米，超過了規(guī)范要求。如果平面布置時，汽油罐組靠近村莊，則可以在其重傷半徑91.14內(nèi),對村莊的影響更大,通過平面優(yōu)化,最終采用小罐組靠近村莊方案。降低了事故對周邊的影響。油庫平面優(yōu)化結(jié)語n通過對本案例中的油庫火災(zāi)爆炸模型的分析顯示，同容量下爆炸當(dāng)量較大的汽油其影響范圍較大，而對于爆炸當(dāng)量較小的柴油和乙醇影響范圍較??；同種介質(zhì)情況下，單罐容量越大影響范圍較大。n火災(zāi)爆炸模型

16、計算間距是基于數(shù)學(xué)模型計算得出，從以上分析可以看出，與石油庫設(shè)計規(guī)范存在不同的結(jié)果，在平面設(shè)計優(yōu)化中，在滿足石油庫規(guī)范的前提下，要考慮火災(zāi)爆炸模型計算數(shù)據(jù)，通過方案優(yōu)化做到盡量減少事故狀態(tài)下對周邊的影響。n本案例中的油庫平面布局方案中，選擇罐容較小的罐組靠近村莊居民區(qū)，而影響范圍較大的汽油罐組設(shè)置在庫區(qū)中心位置。保證了油庫火災(zāi)爆炸狀態(tài)下對周邊設(shè)施特別是居民區(qū)的影響最小。參考文獻(xiàn)n1 郭光臣,董文蘭,張志廉.油庫設(shè)計與管理M.東營:石油大學(xué)出版社，1991.n2 樊寶德 油庫設(shè)計手冊，中國石化出版社，2007年.n3 英J.R.休斯著，潘光坦譯.石油儲存和裝卸的防火防爆M.北京:石油工業(yè)出版社，1987.n4 壽德清.儲運油料學(xué)M.東營:石油大學(xué)出版社,1988.n5危險化學(xué)品安全管理條例（中華人民共和國國務(wù)院令第344號，2002年3月15日起實施）；n6 竺柏康.油品儲運M.北京:中國石化出版社,1999.n7 GB500742002,石油庫設(shè)計規(guī)范（2003年版）S.n8 Howard B. Bradley. Petroleum