液化油氣田罐區(qū)氣氛爆炸事故后果計算

液化油氣田罐區(qū)氣氛爆炸事故后果計算

壓力容器是一種潛在的爆炸危險設(shè)備。一旦發(fā)生爆炸和泄漏，就會造成嚴(yán)重的后果。因此確保此類設(shè)備的安全性,不僅對于保護和發(fā)展生產(chǎn)力具有重要的意義,而且對維護社會安定和促進改革開放更有重要的意義。風(fēng)險評價,也稱安全評價或危險評價,是對系統(tǒng)發(fā)生事故的危險性進行定性或定量分析,評價系統(tǒng)發(fā)生危險的可能性及其嚴(yán)重程度,以尋求最低的事故率、最少的損失和最優(yōu)的安全投資效益。風(fēng)險評價是安全管理和決策科學(xué)化的基礎(chǔ),是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)預(yù)防事故的具體體現(xiàn)。目前,用于生產(chǎn)過程或設(shè)施的危險評價方法已達幾十種。液化石油氣在儲存過程中如果管理不當(dāng),很容易引發(fā)火災(zāi)、爆炸等危險事故,從而造成財產(chǎn)損失、人員傷亡。如何防止儲罐泄漏及其引起的各種火災(zāi)、爆炸等事故是當(dāng)前液化石油氣生產(chǎn)的重要安全問題。1事故后果分析液化石油氣即經(jīng)加壓或降溫液化的石油氣,為甲A類火災(zāi)危險性液體,閃點低,極易燃,在空氣中只需要很小的點火能量;沸點很低,容易通過蒸發(fā)產(chǎn)生引起燃燒所需的最低限度的蒸氣量,從而增大火災(zāi)危險性。液化石油氣主要成份為丙烷、丁烷,是易燃易爆氣體,其主要危險特性見表1。由于儲罐破損或操作失誤引起泄漏從而使大量易燃、易爆、介質(zhì)的釋放,可能會導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸等重大事故發(fā)生。因此,事故后果分析時應(yīng)由泄漏分析開始。一旦泄露,后果不僅與泄漏的數(shù)量、易燃性和毒性有關(guān),而且與泄漏物質(zhì)的相態(tài)、壓力、溫度等狀態(tài)有關(guān)。池火災(zāi)、蒸氣云爆炸和沸騰液體擴展蒸氣云爆炸是液化石油儲備區(qū)較為常見的事故類型。池火災(zāi)是指可燃液體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。池火災(zāi)的危險性主要是池火災(zāi)火焰熱輻射對附近人員的傷害和對周圍建筑物和設(shè)備的破壞。蒸氣云爆炸是指可燃?xì)怏w或蒸氣與空氣的云狀混合物在開闊地上空遇到點火源引發(fā)的爆炸。蒸氣云爆炸除高溫燃燒產(chǎn)生熱輻射等傷害外,沖擊波是造成對周圍人員、建筑物、設(shè)備的傷害、破壞作用的主要因素。沸騰液體擴展蒸氣爆炸,是指液化氣儲罐在外部火焰的烘烤下突然破裂,壓力平衡破壞,急劇氣化,并隨即被火焰點燃而產(chǎn)生的爆炸。沸騰液體擴展蒸氣爆炸發(fā)生后,主要危害是爆炸產(chǎn)生的火球熱輻射。同時,爆炸產(chǎn)生的碎片和沖擊波超壓也有一定的危害。與火球熱輻射的危害相比,爆炸沖擊波超壓和容器碎片的危害相對較小。不同的傷害模型將有不同的傷害、破壞半徑,不同的傷害、破壞半徑所包圍的封閉面積內(nèi)的人員多少、財產(chǎn)價值多少將影響事故嚴(yán)重程度的大小。2泄漏速度分析本文僅選取蒸氣云爆炸數(shù)學(xué)模型對某液化氣儲備站進行事故后果嚴(yán)重度模擬分析。假設(shè)某液化氣儲備站有2臺液化石油氣儲罐,每臺儲罐直徑3.2m,容積為100m3,充裝系數(shù)為0.85,液化石油氣儲罐設(shè)計壓力為1.77MPa,其工作壓力0.5MPa。分析泄漏后可能產(chǎn)生的后果,假設(shè)儲罐泄漏為與罐體相連管路的法蘭,也可能是罐體本身如人孔、觀測孔等密封連接處泄漏,泄漏孔可能是不規(guī)則的,但仍為小孔泄漏,其當(dāng)量直徑d為5cm。從堵漏技術(shù)可行性考慮,泄漏15分鐘后泄漏源被切斷。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:式中,Q0為液體泄漏速度,kg/s;Cd為液體泄漏系數(shù),按表2選取;ρ為泄漏液體密度,kg/m3;g為重力加速度,g=9.8m/s2;3超壓tnt法運用TNT當(dāng)量法[4~6]來計算液化石油氣泄漏導(dǎo)致的蒸汽云爆炸。用下式來估計蒸汽云爆炸的TNT當(dāng)量WTNT:式中,WTNT為蒸汽云的TNT當(dāng)量,kg;A為蒸汽云的TNT當(dāng)量系數(shù),取0.04;Qf為燃料的燃燒熱,J/kg;QTNT為TNT的爆熱,取4500kJ/k。所以蒸汽云的TNT當(dāng)量WTNT=6115kg。蒸氣云爆炸造成的危害主要來自沖擊波。容器破裂時,容器內(nèi)的高壓氣體大量沖出,使它周圍的空氣受到?jīng)_擊而發(fā)生擾動,使其壓力、密度、溫度等發(fā)生突躍變化,這種擾動在空氣中的傳播成為沖擊波。沖擊波的傷害、破壞作用是由超壓ΔP引起的。超壓準(zhǔn)則認(rèn)為,只要沖擊波超壓達到一定值時,便會對目標(biāo)造成一定的傷害或破壞。超壓波對人體的傷害和對建筑物的破壞作用如表3和表4所示。實驗數(shù)據(jù)表明,不同數(shù)量的同類炸藥發(fā)生爆炸時,如果距離爆炸中心的距離R之比與炸藥量q三次方根之比相等,則產(chǎn)生的沖擊波超壓相同,用公式表示如下:則,ΔP=ΔP0R為目標(biāo)與爆炸中心距離,m;R0為目標(biāo)與基準(zhǔn)爆炸中心的相當(dāng)距離,m;q為爆炸時產(chǎn)生沖擊波所消耗的能量,TNT,kg;ΔP為目標(biāo)處的超壓,MPa;ΔP0為基準(zhǔn)目標(biāo)處的超壓,MPa;式(3)可以寫成為:利用式(4)就可以根據(jù)某些已知藥量的試驗所測得的超壓來確定各種相應(yīng)距離下任意藥量爆炸時的超壓。表5是1000kgTNT炸藥在空氣中爆炸時所產(chǎn)生的沖擊波超壓。4確定危險源周圍劃分為了估計爆炸所造成的人員傷亡情況,一種簡單但較為合理的預(yù)測程序是將危險源周圍劃分為死亡區(qū)、重傷區(qū)、輕傷區(qū)和安全區(qū)。根據(jù)人員因爆炸而傷亡概率的不同,將爆炸危險源周圍由里向外依次劃分。4.1嚴(yán)重創(chuàng)傷或死亡死亡區(qū)內(nèi)的人員如缺少防護,則被認(rèn)為將無例外地蒙受嚴(yán)重重傷或死亡。其內(nèi)徑為零,外徑記為R1,它與爆炸量的關(guān)系由下式確定:將WTNT=6115kg代入式(5)得到:R1=26.6m≈27m。4.2死亡半徑的計算重傷區(qū)的人員如缺少防護,則絕大多數(shù)將遭受嚴(yán)重傷害,極少數(shù)人可能死亡或受輕傷。其內(nèi)徑就是死亡半徑R1,外徑記為R2,它要求的沖擊波峰值超壓為0.044MPa,即ΔP2=0.044MPa,由表5取R0=35m。由式(3)計算R2:式中,q2=WTNT=6115kg;q0=1000kg,所以4.3創(chuàng)傷區(qū)的安全計算輕傷區(qū)的人員如缺少防護,則絕大多數(shù)將遭受輕微傷害,少數(shù)人將受重傷或者平安無事,死亡的可能性極小。輕傷區(qū)的內(nèi)徑為重傷區(qū)的外徑R2,外徑記為R3,它要求的沖擊波峰值超壓為0.017MPa,即ΔP3=0.017MPa,由表5取R0=62.5m。由式(3)計算R3:式中,q3=WTNT=6115kg;q0=1000kg,所以安全區(qū)內(nèi)人員即使無防護,絕大多數(shù)人也不會受傷,死亡的概率幾乎為零。安全區(qū)內(nèi)徑為輕傷區(qū)的外徑R3,外徑為無窮大。4.4該半徑外的財產(chǎn)完全損失假定財產(chǎn)損失半徑內(nèi)沒有損失的財產(chǎn)和此半徑外損失的財產(chǎn)相互抵消?；蛘?此半徑內(nèi)的財產(chǎn)完全損失,此半徑外的財產(chǎn)完全無損失。財產(chǎn)損失半徑R4可由式(6)確定:將WTNT=6115kg代入式(6)得到:R4=80m。5液化氣流泄漏(1)液化石油氣易燃、易爆,在空氣中只需要很小的點火能量,泄漏的液化石油氣在常壓常溫環(huán)境下,迅速氣化,當(dāng)擴散濃度達到爆炸極限范圍時遇到點火源便可能發(fā)生火災(zāi)、爆炸事故,可能導(dǎo)致池火災(zāi)、蒸氣云爆炸和沸騰液體擴展蒸氣云爆炸。因此在存儲過程中必須小心對待,嚴(yán)防泄漏,避免事故的發(fā)生。(2)如果液化石油氣罐發(fā)生泄漏,由計算結(jié)果可以得到:當(dāng)量直徑為5cm的小孔15分鐘會泄漏8298kg的液化氣。(3)液化石油氣泄漏,形成混合性爆炸氣體遇到明火產(chǎn)生爆炸。如果發(fā)生蒸氣云爆炸,以泄漏點為中心,死亡半徑、重傷半徑、輕傷半徑、財產(chǎn)損失半徑分別為:27m、64m、114m、80m。以上液化石油氣蒸氣云爆炸傷害—破壞半徑的定量計算的結(jié)果,可以作為液化氣站安全決策的依據(jù)。通過結(jié)果可以看出,液化石油氣泄漏所造成的傷害和破壞與泄漏時間