液化石油氣儲(chǔ)罐設(shè)置方式初探.doc

液化石油氣儲(chǔ)罐設(shè)置方式初探液化石油氣作為一種通用燃料廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和人民生活中，但由于其具有易燃易爆的特性，在其生產(chǎn)、貯運(yùn)和使用過程中極易引起火災(zāi)爆炸事故，尤其在液化石油氣的貯罐區(qū)，貯罐集中貯量大，一旦發(fā)生火災(zāi)爆炸，將會(huì)造成嚴(yán)重的后果。例如1984年墨西哥某液化石油氣貯備站，一個(gè)球型和枕型貯罐相繼發(fā)生爆炸著火，爆炸半徑達(dá)400m，碎片飛出最遠(yuǎn)的達(dá)1200m，死亡500余人，傷2000余人，損失達(dá)5000萬美元。1998年3月5日，發(fā)生在西安市液化石油氣站的一個(gè)儲(chǔ)罐區(qū)內(nèi)，相繼發(fā)生了4次爆炸，出事現(xiàn)場(chǎng)一片火海，有6個(gè)儲(chǔ)罐被焚毀，造成12人死亡，32人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失470多萬元。盛裝液化石油氣的儲(chǔ)罐屬壓力容器，壓力通常有1.57MPa，一旦發(fā)生爆炸，危害極大。如果液化石油氣儲(chǔ)罐設(shè)在地上，為了確保儲(chǔ)罐與周圍的人和建筑物的安全距離，需要很大的空間，可是現(xiàn)在城市用地十分緊張，很難找到一片專用空地；如果液化石油氣儲(chǔ)罐直接埋在地下，發(fā)生泄漏很難發(fā)現(xiàn)和維修，容易造成地下水和土壤污染；如果設(shè)置在地下室里，同體積的液化石油氣比空氣大約重0.5倍，一旦泄漏出來，地下室里空氣流通不好，很容易在較低處聚集，可能形成爆炸性混合物，遇到火源就會(huì)爆炸。所以，液化石油氣儲(chǔ)罐不管設(shè)置在地上還是地下都會(huì)有危險(xiǎn)。本文從儲(chǔ)罐發(fā)生爆炸后會(huì)造成的影響后果考慮，就怎樣設(shè)置儲(chǔ)罐相對(duì)比較安全進(jìn)行探討，對(duì)液化石油氣儲(chǔ)罐的安全管理和安全評(píng)價(jià)具有現(xiàn)實(shí)意義。1研究方法本文從能量釋放的角度出發(fā)，以爆炸理論為基礎(chǔ)，利用相關(guān)模型估算爆炸沖擊波的波及范圍。液化石油氣儲(chǔ)罐屬于壓力容器，當(dāng)它發(fā)生爆炸時(shí)有兩種形式：一種是壓力容器爆炸，由于罐內(nèi)操作壓力過大或儲(chǔ)罐受腐蝕、老化，抗壓能力下降，導(dǎo)致壓力容器爆炸。二是蒸氣云爆炸，由于儲(chǔ)罐或各種附件破裂、磨損、密封不嚴(yán)而導(dǎo)致的泄漏，形成爆炸性混合氣體遇火源發(fā)生爆炸。這兩種爆炸都會(huì)產(chǎn)生沖擊波。沖擊波的計(jì)算可采用TNT當(dāng)量法，即將爆炸的能量換算為TNT當(dāng)量，然后將等量的TNT炸藥爆炸的沖擊波即近似認(rèn)為是液化石油氣爆炸的沖擊波。由于液化石油氣爆炸速度沒有TNT炸藥爆炸速度快，因此按TNT當(dāng)量計(jì)算的沖擊波要高于液化石油氣爆炸的實(shí)際產(chǎn)生的沖擊波，但是這種方法簡(jiǎn)單而且偏于安全，所以在工程經(jīng)常采用。1.1蒸氣云爆炸的能量式中：WTNT蒸氣云的TNT當(dāng)量（kg）；蒸氣云的當(dāng)量系數(shù)，通常取4；Wf蒸氣云爆炸中燃燒掉的總質(zhì)量（kg）；Qf燃料的燃燒熱（MJ/kg）；QTNTTNT的爆炸熱（MJ/kg）。1.2沖擊波超壓液化石油氣儲(chǔ)罐設(shè)置在地上時(shí)，采用空氣中爆炸的沖擊波超壓計(jì)算公式：式中：P沖擊波超壓（kgf/cm2）；W爆炸蒸氣云的TNT當(dāng)量（kg）；R爆心到所研究點(diǎn)的距離（m）。液化石油氣儲(chǔ)罐設(shè)置在地下室或直埋地下時(shí)，當(dāng)液體泄漏一段時(shí)間，形成爆炸性混合氣體，不管是地下室還是儲(chǔ)罐都融為一體，假設(shè)成一個(gè)理想爆炸源，在地下粘土中發(fā)生爆炸，其爆炸沖擊波的計(jì)算公式：式中，p、W、R意義同上。1.3超壓準(zhǔn)則超壓準(zhǔn)則認(rèn)為，爆炸波是否對(duì)目標(biāo)造成傷害由爆炸波超壓唯一決定，只有當(dāng)爆炸波超壓大于或等于某一臨界值是地，才會(huì)對(duì)目標(biāo)造成一定的傷害。否則，爆炸波不會(huì)對(duì)目標(biāo)造成傷害。研究表明，超壓準(zhǔn)則并不是對(duì)任何情況都適用。相反，這級(jí)嚴(yán)格的適用范圍，即爆炸波正相持續(xù)時(shí)間必須滿足如下條件：t40，（為目標(biāo)響應(yīng)角頻率（s-1）,t為爆炸波持續(xù)時(shí)間（S）。根據(jù)超壓準(zhǔn)則所確定的人員傷害程度及建筑物破壞程度見表1和表2。（1）爆炸沖擊波對(duì)人員的傷害，采用表1所示的傷害準(zhǔn)則。（2）爆炸沖擊波對(duì)建筑物的破壞，采用表2所示的破壞準(zhǔn)則。表1沖擊波對(duì)人的傷害效應(yīng)沖擊波超壓（kgf/cm2）傷害效應(yīng)1.0死亡（大部分人員會(huì)死亡）0.51.0重傷（損傷人的聽覺器官或產(chǎn)生骨折）0.20.3輕傷（人體受到輕微損傷）0.2能保證人員安全表2沖擊波對(duì)建筑物的破壞效應(yīng)超壓P105,Pa建筑物被破壞的程度2.0鋼架橋位移1.02.0防震建筑物破壞或嚴(yán)重破壞0.51.0鋼骨架或輕型鋼筋混凝土建筑物破壞0.30.5不含混凝土厚0.20.3m的磚板因剪切或彎曲而破裂，房屋幾乎完全破壞0.150.3磚砌房屋50被破壞，無框架、自約束的鋼板建筑完全破壞，油罐破裂0.070.015房屋的一部分完全破壞，無法繼續(xù)居住0.020.07房屋結(jié)構(gòu)受到輕微破壞，大小窗玻璃經(jīng)常震碎0.01玻璃開始破裂2結(jié)果與討論設(shè)一個(gè)50m3的液化石油氣儲(chǔ)罐分別設(shè)置在地上、地下室內(nèi)和直埋在地下，在地下室內(nèi)爆炸時(shí)，蒸氣云擴(kuò)散到地下室有限的空間內(nèi)，使整個(gè)地下室和儲(chǔ)罐融為一體，相當(dāng)于一個(gè)直埋地下的儲(chǔ)罐，按直埋地下儲(chǔ)罐估算其爆炸影響范圍。具體的蒸氣云爆炸的沖擊波傷害效應(yīng)，見表3。表3在空氣中和粘土中爆炸沖擊波傷害效應(yīng)的比較影響半徑R（m）傷害效應(yīng)空氣中爆炸沖擊波粘土中爆炸沖擊波沖擊波超壓P105Pa建筑物被破壞情況人員傷害情況40.532.02.0磚木結(jié)構(gòu)全破壞大部分人死亡56.040.52.01.0磚墻部分倒塌，土房倒塌80.051.51.00.5土墻開裂或局部倒塌可能造成死亡108.061.00.50.3木房架折斷，頂棚部分破壞重傷170.577.00.30.15門窗破壞，屋面瓦大部分掀掉輕傷304.099.00.150.07門窗部分破壞玻璃破碎，屋面瓦部分破壞不能造成傷害913.0150.00.070.02磚墻部分破壞，屋面瓦部分翻動(dòng)表4地下爆炸和地下爆炸破壞半徑比較人員傷害情況建筑物損壞情況死亡半徑（m）重傷半徑（m）輕傷半徑（m）嚴(yán)重?fù)p壞（m）輕微損壞（m）地下爆炸40.561.077.099.0150.0地上爆炸56.0108.0170.5304.0913.0比例72.3%56.5%45.2%32.6%16.4%通過對(duì)液化石油氣儲(chǔ)罐設(shè)在粘土中和大氣中爆炸后果估算結(jié)果來看，同一個(gè)儲(chǔ)罐在粘土中爆炸的影響范圍比在大氣中小。這是因?yàn)樵谡惩林斜?，周圍的土壤要吸收一部分爆炸能量，所以?duì)地面影響范圍小，因此，就爆炸后果來看，儲(chǔ)罐埋在地下要比地上安全。從表4中比例項(xiàng)可以看出，隨著影響半徑的增加，比例逐漸減小。說明對(duì)地上爆炸和地下爆炸的影響范圍的估算，應(yīng)分別采用相應(yīng)的計(jì)算公式，否則誤差很大。所以，對(duì)液化石油氣儲(chǔ)罐進(jìn)行安全管理和安全評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)注意這點(diǎn)。3結(jié)論（1）從儲(chǔ)罐設(shè)置角度考慮，如果儲(chǔ)罐直接埋在土壤中，雖然爆炸影響范圍最小，不便于發(fā)現(xiàn)和維修，受水土腐蝕，出現(xiàn)破裂、老化、磨損、密封不嚴(yán)等情況，一旦發(fā)生泄漏，會(huì)造成地下水和土壤污染。設(shè)在地上爆炸影響范圍最大，比較危險(xiǎn)，要保障安全距離就得占用大量的空間，不利于整體環(huán)境的規(guī)劃。設(shè)在地下室中，爆炸的影響范圍較小，便于檢查，甘肅省空間，不會(huì)造成環(huán)境污染，與前兩者比較，具有一定的優(yōu)勢(shì)。前兩者的弊端是不可避免的，而設(shè)在地下室中的隱患是可控制的。通過本文的研究，為液化石油氣儲(chǔ)罐的安全設(shè)置提供了理論依據(jù)。（2）保證液化石油氣儲(chǔ)罐安全有兩種途徑，一是主要通過比較大的安全間距來減少事故的危害，二是主要通過技術(shù)措施保證運(yùn)行的安全。在土地日益緊張的今天，前者很難實(shí)現(xiàn)，只能通過第二條途徑來實(shí)現(xiàn)。（3）液化石油氣儲(chǔ)罐設(shè)置在地下室內(nèi)，可以通過相應(yīng)的