基于化學(xué)危險(xiǎn)指數(shù)法的原油儲(chǔ)罐區(qū)火災(zāi)爆炸風(fēng)險(xiǎn)分析

基于化學(xué)危險(xiǎn)指數(shù)法的原油儲(chǔ)罐區(qū)火災(zāi)爆炸風(fēng)險(xiǎn)分析

0大型罐區(qū)的危險(xiǎn)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(fēng)險(xiǎn)。這些潛在的危險(xiǎn)性決定了在生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、使用等各個(gè)環(huán)節(jié)中必須嚴(yán)格管理。稍有不慎就會(huì)釀成重大事故,給人們的生命財(cái)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(shè)備。為了保持長(zhǎng)期的安全生產(chǎn),預(yù)防事故的發(fā)生,盡量減少事故發(fā)生后的損失,有必要對(duì)大型罐區(qū)進(jìn)行危險(xiǎn)性分析,找出安全隱患,積極改進(jìn),防患于未然。本文以我國(guó)某油庫(kù)為研究對(duì)象。該油庫(kù)是目前我國(guó)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(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果分析油庫(kù)所儲(chǔ)存的油品屬于甲B類易燃液體。在生產(chǎn)儲(chǔ)運(yùn)過(guò)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(guó)道化學(xué)公司的火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)指數(shù)法(第七版),先對(duì)輸油、儲(chǔ)運(yùn)工程固有的潛在火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)指數(shù)進(jìn)行計(jì)算;然后提出在設(shè)計(jì)建設(shè)過(guò)程中,應(yīng)考慮設(shè)置的必要的安全設(shè)施;最后進(jìn)行補(bǔ)償火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)指數(shù)計(jì)算,從而對(duì)該油庫(kù)安全性進(jìn)行定量分析。根據(jù)整個(gè)油庫(kù)的工藝流程和設(shè)備的布置情況以及所研究對(duì)象的特點(diǎn),選取原油儲(chǔ)罐區(qū)3#罐及1#油泵房為計(jì)算單元進(jìn)行初期火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)指數(shù)和補(bǔ)償火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)指數(shù)進(jìn)行計(jì)算和分析。兩個(gè)單元的危險(xiǎn)指數(shù)計(jì)算結(jié)果匯總于表1。初期計(jì)算結(jié)果表明,這兩個(gè)計(jì)算單元的危險(xiǎn)等級(jí)為“高”。補(bǔ)償計(jì)算結(jié)果表明,所有單元的危險(xiǎn)等級(jí)都降為“較低”級(jí)別。這說(shuō)明該油庫(kù)所計(jì)算單元在采取安全措施和預(yù)防手段的條件下,危險(xiǎn)等級(jí)大大降低,達(dá)到可以接受的程度。原油具易燃、易爆性,一旦泄漏釋放出來(lái),將會(huì)產(chǎn)生多種危害,如易燃物的火災(zāi)及其輻射等都將對(duì)人員、財(cái)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(kuò)散規(guī)律,預(yù)測(cè)危害區(qū)域,可以給管理部門在制定事故預(yù)案和事故應(yīng)急處理方面提供一定的依據(jù),同時(shí)對(duì)減少人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失也具有重要的意義。鑒于此,以下將對(duì)泄漏擴(kuò)散等情形進(jìn)行仿真分析。2模擬分析2.1頻率分析和危險(xiǎn)分析目前,用于危險(xiǎn)性分析的計(jì)算機(jī)軟件有4種類型:危險(xiǎn)辨識(shí)軟件、事故后果模型軟件、事故頻率分析軟件以及綜合危險(xiǎn)定量分析軟件。本文將利用先進(jìn)的SAFETI(SoftwareforAssessmentofFlammable,ExplosiveToxicImpact)軟件,對(duì)可能發(fā)生的重大事故進(jìn)行仿真分析。計(jì)算步驟見(jiàn)圖1。2.2模型計(jì)算模型計(jì)算分為因果計(jì)算和風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算兩個(gè)部分。1池火排放系數(shù)及輻射能量的計(jì)算因果計(jì)算為氣候數(shù)據(jù)中規(guī)定的每種氣候條件進(jìn)行擴(kuò)散模擬和效應(yīng)模擬。擴(kuò)散模型對(duì)可燃物計(jì)算出到臨界濃度的距離,即可燃物的可燃性極限;對(duì)毒性材料計(jì)算出最低毒性級(jí)的距離。效應(yīng)模擬僅計(jì)算可燃材料,計(jì)算出噴火、池火和BLEVE(沸液膨脹蒸氣爆炸)到臨界輻射級(jí)的距離,以及對(duì)爆炸到臨界過(guò)壓的距離。給定條件泄露后通過(guò)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(guò)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(zhǎng)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(duì)分子質(zhì)量的函數(shù),用來(lái)計(jì)算以釋放氣體的相對(duì)分子質(zhì)量觀察的Fs變化;uj為物質(zhì)的化學(xué)勢(shì),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(shí)間,s。2環(huán)境情況研究風(fēng)險(xiǎn)影響計(jì)算依次選取可能的故障案例,同時(shí)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(shí)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(diǎn)火數(shù)據(jù)和參數(shù)數(shù)據(jù)計(jì)算得出恰當(dāng)?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(jìn)行事故后果的模擬計(jì)算,以預(yù)測(cè)油庫(kù)在運(yùn)行過(guò)程中,一旦發(fā)生事故可能造成的危害。油庫(kù)在運(yùn)行過(guò)程中可能發(fā)生的事故類型主要為:1)原油儲(chǔ)罐罐底板開(kāi)裂,原油泄漏;2)原油管線泄漏;3)原油儲(chǔ)罐罐底板開(kāi)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(diǎn)火源發(fā)生蒸氣云爆炸。事故仿真分析結(jié)果見(jiàn)圖2～4。當(dāng)原油儲(chǔ)罐發(fā)生孔徑為100mm泄漏時(shí),從原油泄露后蒸氣云團(tuán)擴(kuò)散俯視圖(圖2)可以看出,原油泄漏后會(huì)向臨近罐以及周邊環(huán)境擴(kuò)散,不同濃度影響的范圍不一樣,但濃度沒(méi)有達(dá)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(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行檢測(cè),以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)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(shí),能使木材燃燒;是塑料熔化的最小能量)對(duì)設(shè)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(shí),要注意鄰近罐的冷卻保護(hù)。池火輻射能量對(duì)人的傷害比較嚴(yán)重,1min內(nèi)可以達(dá)到1%燒傷;所以人員進(jìn)入罐區(qū),要特別注意個(gè)人防護(hù)。從原油泄漏后延遲點(diǎn)火爆炸影響范圍圖(圖4)可以看出,原油在距泄漏點(diǎn)較遠(yuǎn)處積聚,遇火源發(fā)生爆炸。爆炸超壓的影響范圍較大,沿風(fēng)向距泄漏點(diǎn)較遠(yuǎn)。由于油罐本身的特殊結(jié)構(gòu),對(duì)其自身的損失不會(huì)太大,但要注意對(duì)周邊環(huán)境內(nèi)建筑物以及人員的保護(hù)。3儲(chǔ)罐泄漏后危險(xiǎn)等級(jí)仿真分析通過(guò)危險(xiǎn)指數(shù)分析,其計(jì)算單元的初期計(jì)算結(jié)果危險(xiǎn)等級(jí)都為“高”,補(bǔ)償計(jì)算結(jié)果的危險(xiǎn)等級(jí)都降為“較低”。油庫(kù)所計(jì)算單元在采取安全措施和預(yù)防手