港區(qū)加油站埋地儲(chǔ)油罐爆炸危險(xiǎn)性定量分析

劉動(dòng)動(dòng) 劉斌(日照中燃船舶燃料供應(yīng)有限公司，山東 日照 276800)

0 引言

港區(qū)加油站是港口必要的生產(chǎn)輔助性設(shè)施，承擔(dān)著港內(nèi)作業(yè)機(jī)械及進(jìn)出港車輛的供油服務(wù)。加油站通常儲(chǔ)存大量的汽油、柴油，儲(chǔ)存的油品易揮發(fā)，揮發(fā)油品蒸氣的密度比空氣重，易在低洼處積聚，形成易爆炸性混合氣體，遇到點(diǎn)火源容易發(fā)生火災(zāi)甚至爆炸事故，一旦發(fā)生火災(zāi)爆炸事故，將可能會(huì)造成人員傷亡和重大財(cái)產(chǎn)損失等嚴(yán)重后果，因此發(fā)生火災(zāi)爆炸事故是加油站面臨的最大威脅。本文通過(guò)研究港區(qū)加油站埋地儲(chǔ)罐爆炸時(shí)放出的能量，確定各種傷害效應(yīng)的安全距離，對(duì)預(yù)測(cè)事故影響范圍和做好加油站火災(zāi)爆炸事故應(yīng)急救援具有重要意義。

1 港區(qū)加油站概況

本文以日照中燃公司港區(qū)加油站為例進(jìn)行埋地儲(chǔ)油罐爆炸危險(xiǎn)性定量分析。日照中燃港區(qū)加油站位于日照港石臼港區(qū)，擁有雙槍雙油品潛油泵加油機(jī)4臺(tái)，埋地油罐共5個(gè)(95#汽油、92#汽油30m3儲(chǔ)罐各1個(gè)，柴油40m3儲(chǔ)罐3個(gè))，油罐總?cè)莘e120m3(柴油油罐容積折半計(jì)算)，根據(jù)《汽車加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》該港區(qū)加油站屬于二級(jí)加油站。

港區(qū)加油站埋地儲(chǔ)罐發(fā)生火災(zāi)爆炸事故的影響范圍及造成的危害最大，如果儲(chǔ)罐內(nèi)的混合油氣達(dá)到爆炸極限，遇到明火、靜電放電火花、雷電等，并達(dá)到燃燒所需的最低能量，就可能會(huì)發(fā)生火災(zāi)甚至爆炸事故。加油站在嚴(yán)格按照《汽車加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》的規(guī)定，做好防雷電、防靜電、防電火花、防明火、防高溫、防泄漏滿溢等方面安全技術(shù)措施以及規(guī)范操作的情況下，埋地油罐發(fā)生爆炸事故的概率很小[1]。

2 爆炸危險(xiǎn)性定量分析

日照中燃港區(qū)加油站儲(chǔ)油罐按照《汽車加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》要求，埋設(shè)在砂質(zhì)土壤中。本文以日照中燃公司港區(qū)加油站為例，根據(jù)巖土中的爆炸力學(xué)理論、G.M萊克霍夫爆炸沖擊波超壓與距離的關(guān)系式推算出儲(chǔ)罐爆炸釋放的能量和沖擊波對(duì)人、建筑物影響的范圍。

2.1 爆炸釋放的能量(TNT當(dāng)量)

根據(jù)爆炸力學(xué)理論，可以將易燃易爆物質(zhì)爆炸時(shí)釋放的能量，換算成TNT當(dāng)量來(lái)表示，即認(rèn)為事故爆炸產(chǎn)生的破壞后果與多少質(zhì)量TNT爆炸造成的破壞程度相當(dāng)。

式中：mTNT為蒸氣云的TNT當(dāng)量(kg)；?為蒸氣云的當(dāng)量系數(shù)，通常取值0.04；mf為蒸氣云爆炸中燃燒物燃燒的質(zhì)量(kg)；Qf為燃燒物的燃燒熱(kJ/kg)；QTNT為TNT 的爆炸熱(kJ/kg)。

根據(jù)爆炸性混合氣體爆炸極限范圍，計(jì)算出儲(chǔ)罐中爆炸性混合氣體的爆炸TNT當(dāng)量。查閱相關(guān)資料：汽油的爆炸極限1.3%～6.0%，柴油的爆炸極限0.5%～4.1%，汽油蒸氣相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下干空氣的密度為3.5，柴油蒸氣相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下干空氣的密度為4.0，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下干空氣的密度為1.293kg/m3，汽油的燃燒熱為4.37×104kJ/kg，柴油的燃燒熱為4.35×104kJ/kg，TNT的爆炸熱為4.52×103kJ/kg。利用上述公式，以每個(gè)油罐容積為限，可以計(jì)算出達(dá)到爆炸極限時(shí)油品蒸氣的爆炸能量，并根據(jù)危險(xiǎn)概率求和原則，對(duì)港區(qū)加油站的5個(gè)埋地儲(chǔ)罐進(jìn)行了加和計(jì)算，結(jié)果如表1所示。

2.2 各種傷害效應(yīng)的安全距離分析

如前所述，港區(qū)加油站埋地儲(chǔ)罐由沙土覆蓋和充填，采用G.M萊克霍夫爆炸沖擊波超壓與距離的關(guān)系式，估算出爆炸沖擊波對(duì)人員的傷害和建筑物的影響范圍。

表1 港區(qū)加油站埋地儲(chǔ)罐爆炸能量計(jì)算結(jié)果

式中：Δpm為爆炸沖擊波超壓(kgf/cm2)；R為爆炸中心到所研究點(diǎn)的距離(m)；mTNT為蒸氣云的TNT當(dāng)量(kg)。

由公式(2)，可得：

根據(jù)超壓準(zhǔn)則，爆炸波超壓決定爆炸沖擊波對(duì)目標(biāo)的傷害程度，當(dāng)爆炸沖擊波超壓大于等于某臨界值時(shí)，才可能會(huì)對(duì)目標(biāo)造成傷害。否則，爆炸沖擊波將不會(huì)對(duì)目標(biāo)產(chǎn)生影響。按照超壓準(zhǔn)則，討論分析埋地儲(chǔ)油罐爆炸沖擊波對(duì)人員和建筑物影響情況，如表2和表3所示[2]。設(shè)Δp=Δpm，按照危險(xiǎn)最大化原則，將各儲(chǔ)罐爆炸能量最大值代入公式(3)，可得出港區(qū)加油站埋地儲(chǔ)油罐爆炸沖擊波對(duì)人員傷害和建筑物破壞的距離。可以通過(guò)參照文獻(xiàn)中給出的TNT藥量爆炸對(duì)于目標(biāo)傷害情況的相關(guān)數(shù)據(jù)[3,4]，討論埋地儲(chǔ)油罐爆炸沖擊波對(duì)人員及建筑物的影響情況。

由表2可知，若港區(qū)加油站發(fā)生儲(chǔ)油罐爆炸事故，距離8.6m以外則可以保證人員不受爆炸沖擊波傷害。

由表3可得，若港區(qū)加油站發(fā)生儲(chǔ)油罐爆炸事故，距離油罐區(qū)13.7m以外，可以保證周邊建筑物不受爆炸沖擊波損壞。

表2 埋地儲(chǔ)油罐爆炸沖擊波對(duì)人員的傷害距離

表3 埋地儲(chǔ)油罐爆炸沖擊波對(duì)建筑物的破壞距離

3 結(jié)語(yǔ)

(1)根據(jù)爆炸性性混合氣體爆炸極限范圍，計(jì)算出各儲(chǔ)罐中爆炸性混合氣體的爆炸TNT當(dāng)量：汽油30m3埋地油罐的爆炸TNT當(dāng)量為0.68kg～3.15kg；柴油40m3埋地油罐的爆炸TNT當(dāng)量為0.40kg～3.27kg；按照危險(xiǎn)概率求和原則，日照中燃公司港區(qū)加油站5個(gè)埋地儲(chǔ)罐的總爆炸TNT當(dāng)量為2.56kg～16.11kg。

(2)采用G.M萊克霍夫爆炸沖擊波超壓與距離的關(guān)系式，估算出日照中燃港區(qū)加油站埋地儲(chǔ)油罐爆炸沖擊波對(duì)人員和建筑物的安全距離分別為8.6m和13.7m。