液化油氣田罐區(qū)氣氛爆炸事故后果計(jì)算

液化油氣田罐區(qū)氣氛爆炸事故后果計(jì)算

壓力容器是一種潛在的爆炸危險(xiǎn)設(shè)備。一旦發(fā)生爆炸和泄漏，就會(huì)造成嚴(yán)重的后果。因此確保此類設(shè)備的安全性,不僅對(duì)于保護(hù)和發(fā)展生產(chǎn)力具有重要的意義,而且對(duì)維護(hù)社會(huì)安定和促進(jìn)改革開(kāi)放更有重要的意義。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià),也稱安全評(píng)價(jià)或危險(xiǎn)評(píng)價(jià),是對(duì)系統(tǒng)發(fā)生事故的危險(xiǎn)性進(jìn)行定性或定量分析,評(píng)價(jià)系統(tǒng)發(fā)生危險(xiǎn)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(xiǎn)評(píng)價(jià)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(guò)程或設(shè)施的危險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法已達(dá)幾十種。液化石油氣在儲(chǔ)存過(guò)程中如果管理不當(dāng),很容易引發(fā)火災(zāi)、爆炸等危險(xiǎn)事故,從而造成財(cái)產(chǎn)損失、人員傷亡。如何防止儲(chǔ)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(wèn)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(xiǎn)性液體,閃點(diǎn)低,極易燃,在空氣中只需要很小的點(diǎn)火能量;沸點(diǎn)很低,容易通過(guò)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(xiǎn)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(xiǎn)特性見(jiàn)表1。由于儲(chǔ)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(huì)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(shí)應(yīng)由泄漏分析開(kāi)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(kuò)展蒸氣云爆炸是液化石油儲(chǔ)備區(qū)較為常見(jiàn)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(xiǎn)性主要是池火災(zāi)火焰熱輻射對(duì)附近人員的傷害和對(duì)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(kāi)闊地上空遇到點(diǎn)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(duì)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(kuò)展蒸氣爆炸,是指液化氣儲(chǔ)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(diǎn)燃而產(chǎn)生的爆炸。沸騰液體擴(kuò)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(shí),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(duì)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(cái)產(chǎn)價(jià)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(duì)某液化氣儲(chǔ)備站進(jìn)行事故后果嚴(yán)重度模擬分析。假設(shè)某液化氣儲(chǔ)備站有2臺(tái)液化石油氣儲(chǔ)罐,每臺(tái)儲(chǔ)罐直徑3.2m,容積為100m3,充裝系數(shù)為0.85,液化石油氣儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)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(chǔ)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(cè)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(jì)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(yùn)用TNT當(dāng)量法[4~6]來(lái)計(jì)算液化石油氣泄漏導(dǎo)致的蒸汽云爆炸。用下式來(lái)估計(jì)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(lái)自沖擊波。容器破裂時(shí),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(dòng),使其壓力、密度、溫度等發(fā)生突躍變化,這種擾動(dòng)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(dá)到一定值時(shí),便會(huì)對(duì)目標(biāo)造成一定的傷害或破壞。超壓波對(duì)人體的傷害和對(duì)建筑物的破壞作用如表3和表4所示。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,不同數(shù)量的同類炸藥發(fā)生爆炸時(shí),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(shí)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(yàn)所測(cè)得的超壓來(lái)確定各種相應(yīng)距離下任意藥量爆炸時(shí)的超壓。表5是1000kgTNT炸藥在空氣中爆炸時(shí)所產(chǎn)生的沖擊波超壓。4確定危險(xiǎn)源周圍劃分為了估計(jì)爆炸所造成的人員傷亡情況,一種簡(jiǎn)單但較為合理的預(yù)測(cè)程序是將危險(xiǎn)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(xiǎn)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(hù),則被認(rèn)為將無(wú)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(jì)算重傷區(qū)的人員如缺少防護(hù),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(jì)算R2:式中,q2=WTNT=6115kg;q0=1000kg,所以4.3創(chuàng)傷區(qū)的安全計(jì)算輕傷區(qū)的人員如缺少防護(hù),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(wú)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(jì)算R3:式中,q3=WTNT=6115kg;q0=1000kg,所以安全區(qū)內(nèi)人員即使無(wú)防護(hù),絕大多數(shù)人也不會(huì)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(wú)窮大。4.4該半徑外的財(cái)產(chǎn)完全損失假定財(cái)產(chǎn)損失半徑內(nèi)沒(méi)有損失的財(cái)產(chǎn)和此半徑外損失的財(cái)產(chǎn)相互抵消?；蛘?此半徑內(nèi)的財(cái)產(chǎn)完全損失,此半徑外的財(cái)產(chǎn)完全無(wú)損失。財(cái)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(diǎn)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(kuò)散濃度達(dá)到爆炸極限范圍時(shí)遇到點(diǎn)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(kuò)展蒸氣云爆炸。因此在存儲(chǔ)過(guò)程中必須小心對(duì)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(jì)算結(jié)果可以得到:當(dāng)量直徑為5cm的小孔15分鐘會(huì)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(diǎn)為中心,死亡半徑、重傷半徑、輕傷半徑、財(cái)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(jì)算的結(jié)果,可以作為液化氣站安全決策的依據(jù)。通過(guò)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(shí)間