基于化學危險指數(shù)法的原油儲罐區(qū)火災爆炸風險分析

基于化學危險指數(shù)法的原油儲罐區(qū)火災爆炸風險分析

0大型罐區(qū)的危險性分析石油生產(chǎn)中的材料通常具有燃料、易爆、腐蝕、中毒等風險。這些潛在的危險性決定了在生產(chǎn)、運輸、儲存、使用等各個環(huán)節(jié)中必須嚴格管理。稍有不慎就會釀成重大事故,給人們的生命財產(chǎn)造成破壞和損失。大型罐區(qū)在石油化工工業(yè)中是量大面廣的設備。為了保持長期的安全生產(chǎn),預防事故的發(fā)生,盡量減少事故發(fā)生后的損失,有必要對大型罐區(qū)進行危險性分析,找出安全隱患,積極改進,防患于未然。本文以我國某油庫為研究對象。該油庫是目前我國最大的原油集輸、中轉(zhuǎn)基地。罐區(qū)的安全直接影響著華北地區(qū)各煉化企業(yè)的平穩(wěn)生產(chǎn)。1現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果分析油庫所儲存的油品屬于甲B類易燃液體。在生產(chǎn)儲運過程中,若發(fā)生原油泄漏等事故,可能引發(fā)燃燒和爆炸事故。為此,采用美國道化學公司的火災、爆炸危險指數(shù)法(第七版),先對輸油、儲運工程固有的潛在火災、爆炸危險指數(shù)進行計算;然后提出在設計建設過程中,應考慮設置的必要的安全設施;最后進行補償火災、爆炸危險指數(shù)計算,從而對該油庫安全性進行定量分析。根據(jù)整個油庫的工藝流程和設備的布置情況以及所研究對象的特點,選取原油儲罐區(qū)3#罐及1#油泵房為計算單元進行初期火災、爆炸危險指數(shù)和補償火災、爆炸危險指數(shù)進行計算和分析。兩個單元的危險指數(shù)計算結(jié)果匯總于表1。初期計算結(jié)果表明,這兩個計算單元的危險等級為“高”。補償計算結(jié)果表明,所有單元的危險等級都降為“較低”級別。這說明該油庫所計算單元在采取安全措施和預防手段的條件下,危險等級大大降低,達到可以接受的程度。原油具易燃、易爆性,一旦泄漏釋放出來,將會產(chǎn)生多種危害,如易燃物的火災及其輻射等都將對人員、財產(chǎn)、建筑物及大氣環(huán)境產(chǎn)生一定影響。正確分析泄漏擴散規(guī)律,預測危害區(qū)域,可以給管理部門在制定事故預案和事故應急處理方面提供一定的依據(jù),同時對減少人員傷亡及財產(chǎn)損失也具有重要的意義。鑒于此,以下將對泄漏擴散等情形進行仿真分析。2模擬分析2.1頻率分析和危險分析目前,用于危險性分析的計算機軟件有4種類型:危險辨識軟件、事故后果模型軟件、事故頻率分析軟件以及綜合危險定量分析軟件。本文將利用先進的SAFETI(SoftwareforAssessmentofFlammable,ExplosiveToxicImpact)軟件,對可能發(fā)生的重大事故進行仿真分析。計算步驟見圖1。2.2模型計算模型計算分為因果計算和風險計算兩個部分。1池火排放系數(shù)及輻射能量的計算因果計算為氣候數(shù)據(jù)中規(guī)定的每種氣候條件進行擴散模擬和效應模擬。擴散模型對可燃物計算出到臨界濃度的距離,即可燃物的可燃性極限;對毒性材料計算出最低毒性級的距離。效應模擬僅計算可燃材料,計算出噴火、池火和BLEVE(沸液膨脹蒸氣爆炸)到臨界輻射級的距離,以及對爆炸到臨界過壓的距離。給定條件泄露后通過孔的排放率可表示為m=CdA0ρ0?2(H0?Hi)???????????√m=CdA0ρ0-2(Η0-Ηi)式中Cd為排放系數(shù);A0為小孔面積,m2;ρ0為小孔中材料的密度,kg/m3;(H0-Hi)為泄漏前后液面的高度差,m。油罐中液體排放蒸發(fā)率me=mρvρ1me=mρvρ1式中m為通過孔的排放率,kg/s;ρv為汽化液質(zhì)量濃度,kg/m3;ρ1為膨脹液體的質(zhì)量濃度,kg/m3。池火表面輻射能量Es=E0[1?exp(?Dl)]Es=E0[1-exp(-Dl)]式中E0為最大表面輻射能量;l為輻射能量量度長度;D為池火的直徑。噴射火焰的輻射能量Es=FsQΔHcA0×10?3Es=FsQΔΗcA0×10-3式中ΔHc為物質(zhì)的熔變,kJ/kg;Q為物質(zhì)的發(fā)熱量,kJ/kg;Fs為輻射熱系數(shù),由下式給出。Fs=[0.21exp(-0.00323uj)+0.11]f(MW)式中f(MW)為相對分子質(zhì)量的函數(shù),用來計算以釋放氣體的相對分子質(zhì)量觀察的Fs變化;uj為物質(zhì)的化學勢,kJ/kg。f(MW)=?????????????1MW<21MW21????√21<MW<601.69MW>60f(ΜW)={1ΜW<21ΜW2121<ΜW<601.69ΜW>60BLEVE的輻射能量Es=FsMcΔHc4πR2BΔt×10?3Es=FsΜcΔΗc4πRB2Δt×10-3式中Fs=0.00323Psv0.32,Psv為燃料飽和氣化液壓力,kPa;Mc為物質(zhì)的質(zhì)量,kg;RB為小孔半徑,m;Δt為沸液膨脹時間,s。2環(huán)境情況研究風險影響計算依次選取可能的故障案例,同時模擬周圍環(huán)境情況。環(huán)境情況有賴于氣候條件、著火的位置和時間以及著火的性質(zhì)(著火還是爆炸)。該模型將考慮以上情況,并根據(jù)氣候數(shù)據(jù)、點火數(shù)據(jù)和參數(shù)數(shù)據(jù)計算得出恰當?shù)慕Y(jié)果。2.3泄漏后的健康影響事故仿真分析是從不利的情況考慮,給出假定的事故形態(tài),并進行事故后果的模擬計算,以預測油庫在運行過程中,一旦發(fā)生事故可能造成的危害。油庫在運行過程中可能發(fā)生的事故類型主要為:1)原油儲罐罐底板開裂,原油泄漏;2)原油管線泄漏;3)原油儲罐罐底板開裂或管線泄漏。原油揮發(fā)組分與空氣形成爆炸性氣體,遇到點火源發(fā)生蒸氣云爆炸。事故仿真分析結(jié)果見圖2～4。當原油儲罐發(fā)生孔徑為100mm泄漏時,從原油泄露后蒸氣云團擴散俯視圖(圖2)可以看出,原油泄漏后會向臨近罐以及周邊環(huán)境擴散,不同濃度影響的范圍不一樣,但濃度沒有達到其爆炸下限以上。所以,蒸氣與空氣形成混合物遇明火、高熱能引起爆炸的可能性較小。但仍然要定期對儲罐進行檢測,以便及時發(fā)現(xiàn)儲罐的缺陷。從原油泄漏形成池火熱輻射影響范圍圖(圖3)可以看出,熱輻射影響范圍較大,但輻射能量12.5kW/m2(有火焰時,能使木材燃燒;是塑料熔化的最小能量)對設備的損害不是很大。為了避免更大的損失,原油泄露后遇火燃燒時,要注意鄰近罐的冷卻保護。池火輻射能量對人的傷害比較嚴重,1min內(nèi)可以達到1%燒傷;所以人員進入罐區(qū),要特別注意個人防護。從原油泄漏后延遲點火爆炸影響范圍圖(圖4)可以看出,原油在距泄漏點較遠處積聚,遇火源發(fā)生爆炸。爆炸超壓的影響范圍較大,沿風向距泄漏點較遠。由于油罐本身的特殊結(jié)構(gòu),對其自身的損失不會太大,但要注意對周邊環(huán)境內(nèi)建筑物以及人員的保護。3儲罐泄漏后危險等級仿真分析通過危險指數(shù)分析,其計算單元的初期計算結(jié)果危險等級都為“高”,補償計算結(jié)果的危險等級都降為“較低”。油庫所計算單元在采取安全措施和預防手