液化石油氣儲罐區(qū)火災危險性評價

●叢龍海，孫 寧

(齊齊哈爾市消防支隊，黑龍江齊齊哈爾 161100)

目前，石油化工企業(yè)向大型化發(fā)展，為保證正常的生產(chǎn)周轉(zhuǎn)需要，所設(shè)罐組的總?cè)萘?、單罐容量越來越大。如某石油化工企業(yè)共有近50個液化石油氣罐，最小的單罐容量1 000m3，最大的容量5萬m3。液化石油氣罐儲存的石油液化氣的主要成分為丙烷、丁烷、丙烯、丁烯等。如此巨大的液化石油氣罐區(qū)，一旦發(fā)生火災爆炸事故，后果將不堪設(shè)想。因此，對石油液化氣罐區(qū)的危險性進行分析評價十分必要。

1 液化石油氣的火災危險性分析

液化石油氣的火災危險性主要有:(1)易爆炸。液化石油氣的爆炸下限低，只要泄漏出少量的氣體，就會與空氣形成爆炸性混合氣體，遇火源即能引起著火爆炸。(2)易燃燒。液化石油氣屬一級可燃氣體，比煤氣、汽油等物質(zhì)更易燃。其燃燒熱值大于22 000kcal·m－3，火焰溫度高達2 120℃，著火熱輻射很強，極易引燃、引爆周圍的易燃易爆物質(zhì)，使火勢擴大。(3)易膨脹。液化石油氣受熱膨脹系數(shù)極大。儲存在容器內(nèi)的液化石油氣，溫度每升高1℃，體積膨脹約0.3% ～0.4%，氣壓增大約0.2% ～0.3%。(4)易氣化。液化石油氣在常溫常壓下為氣態(tài)，它是在低溫或高壓條件下被壓縮成液態(tài)。儲存在耐壓容器中，1L液體可氣化為250～350L氣體。由于它比空氣重，因而不易擴散，能長時間飄浮在地面或流向洼處積聚。因此一旦發(fā)生液體泄漏，極易釀成大面積火災或爆炸事故。(5)易產(chǎn)生靜電。液化石油氣含有液體固體顆粒，與管口、噴嘴產(chǎn)生強烈摩擦后能產(chǎn)生靜電。實驗表明，靜電電壓在350～450V時，所產(chǎn)生的放電火花就能引起可燃氣體燃燒或爆炸。

2 液化石油氣罐區(qū)的火災爆炸類型

2.1 蒸氣云爆炸

蒸氣云爆炸是指可燃氣體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。蒸氣云爆炸的發(fā)生有一定的條件，包括一定量的液化石油氣泄漏，并與周圍空氣預混、延遲點火、局限化的空間等有關(guān)。蒸氣云爆炸具有以下特點:一般是由火災發(fā)展成的爆燃，而不是爆轟;一般是由于存儲溫度高于常壓沸點而造成大量泄漏的結(jié)果;是一種面源爆炸模型。蒸氣云爆炸的破壞作用有爆炸沖擊波、爆炸火球熱輻射對周圍人員、建筑物、儲罐等設(shè)備的傷害、破壞。

2.2 沸騰液體擴展蒸氣爆炸

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。

3 液化石油氣罐區(qū)危險性評價

3.1 蒸氣云爆炸定量評價

蒸氣云爆炸定量評價主要通過計算TNT當量、傷害－破壞半徑、死亡區(qū)半徑、重傷區(qū)半徑、輕傷區(qū)半徑、財產(chǎn)損失等參數(shù)來實現(xiàn)，具體計算公式如下:

式中，WTNT——蒸氣云的TNT當量，g;

A——蒸氣云的TNT當量系數(shù)，取值4%;

Wf——蒸氣云中燃料的總質(zhì)量，g;

Qf——燃料的燃燒熱，MJ·kg－1;

α——地面爆炸系數(shù)，取1.8;

QTNT——TNT 的爆熱，4.12 ～4.69MJ·kg－1;

R——傷害－破壞半徑，m;

E ——爆炸能量，J;

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N——效率因子，一般取10%;

Cs——經(jīng)驗常數(shù)，取決于損害等級;

R0.5——死亡區(qū)半徑，m。0.5 表示人員死亡的概率;

Rdx——傷害半徑，m。x=0.5 為重傷區(qū)半徑，x=0.01為輕傷區(qū)半徑;

P0——環(huán)境壓力，Pa;

Rc——財產(chǎn)損失區(qū)半徑，m;

K ——常量，取4.6。

3.2 沸騰液體擴展蒸氣爆炸定量評價

式中，R——火球半徑，m;

W——火球中消耗的可燃物質(zhì)量，g。單罐儲存取罐容量的50%，雙罐儲存取罐容量的70%，多罐儲存取罐容量的90%;

t——火球持續(xù)時間，s;

q0——火球表面的輻射通量，kW·m－2;

r——傷害半徑，m;

q——財產(chǎn)燒毀熱通量，kW·m－2。

4 模擬評價實例分析

某罐區(qū)基本參數(shù)為:6個儲罐，存儲液化石油氣量共為130t，儲罐每個容量為60m3。防火堤所圍面積為500m2，石油液化氣燃燒熱為 46.5MJ·kg－1，存儲壓力為 0.4MPa。分別計算這兩組危險性評價的數(shù)據(jù)，(1)蒸氣云爆炸:WTNT=51.63 × 103kg;R =352.05m;R0.5=59.23m;Rd0.5=150.33m;Rd0.01=240.06m;Rc=170.86m。由以上數(shù)據(jù)得出，在發(fā)生蒸氣云爆炸后撲救人員離氣云中心的最小距離為240.06m。(2)沸騰液體擴展蒸氣爆炸:R=141.6m;t=22.5s;q0=19.2kW·m－2;q(死)=19.86kW·m－2;q(損)=28.31kW·m－2;r重=149.2m;r輕=308.83m。由以上數(shù)據(jù)可以得到，q0＜q(死)＜q(損)，因此在擴展蒸氣云爆炸時，在火球半徑范圍以外不會造成人員死亡和周圍財產(chǎn)和設(shè)備的破壞;由傷害半徑的數(shù)據(jù)可以得出，救援人員離火球中心的最小安全距離為308.83m。綜合以上兩組數(shù)據(jù)，利用對比擇優(yōu)的方法，可以選擇出最佳的預防對策及滅火疏散方案。

5 結(jié)語

對液化石油氣危險性的評價方法有很多種，本文采用定量評價方法重點對罐區(qū)火災爆炸事故的危險性進行評價，根據(jù)罐區(qū)已知的參數(shù)，計算在發(fā)生爆炸時，相應(yīng)周圍人員傷亡半徑、財產(chǎn)損失半徑及一些爆炸時的指數(shù)，旨在用具體的數(shù)據(jù)來顯示當前液化石油罐區(qū)危險程度，有針對性的制定預防對策，對于指導液化石油氣罐區(qū)的總體布局、安全設(shè)計、危險性評價、安全管理及事故預防均有一定參考價值。

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