LNG液化天然氣項目事故后果模擬分析評價

LNG液化天然氣項目事故后果模擬分析評價根據(jù)天然氣的特性，本項目最大危險事故是火災(zāi)爆炸。有關(guān)研究表明：當CH4百分比濃度在9.5％時其爆炸力最大，爆炸時的瞬間壓力可達9個大氣壓，為充分考慮事故的影響，通常應(yīng)按最不利情況對天然氣爆炸事故的影響范圍、危害程度等進行預(yù)測評價。該項目液化天然氣儲罐有6個，容積為150m3。在此假設(shè)其火災(zāi)爆炸能量為全部天然氣的量，即150噸/天。其事故模型有兩種：蒸氣云爆炸(VCE)和沸騰液體擴展蒸氣爆炸(BLEVE)。前者屬于爆炸型，后者屬于火災(zāi)型。1.1蒸汽云爆炸(VCE)后果模擬分析蒸汽云爆炸是指當泄漏到空氣中的易燃易爆物質(zhì)與空氣混合，形成的云狀混合物的濃度處于爆炸極限范圍內(nèi)時，遇到點火源發(fā)生的爆炸，其主要危害形式是沖擊波。單罐液化天然氣泄漏后引發(fā)蒸汽云爆炸，其后果可以采用TNT當量法和超壓準則來預(yù)測。1.1.1蒸汽云爆炸的TNT當量蒸汽云爆炸的TNT當量WTNT計算式如下：WTNT＝aWfQf/QTNT式中：WTNT——蒸汽云的TNT當量（kg）；a——蒸汽云的TNT當量系數(shù)，取4%；Wf——蒸汽云爆炸中燃燒掉的總質(zhì)量（kg）；Qf——燃料的燃燒熱，為56.1MJ/kg；QTNT——TNT的爆熱（MJ/kg），QTNT=4.12～4.69MJ/kg，本次模擬取4.50MJ/kg。如果儲罐內(nèi)的液化天然氣全部泄漏，則：Wf＝kρV式中：k——單罐充裝系數(shù)，取90%；ρ——泄漏前儲罐內(nèi)液化天然氣的密度，為437.7kg/m3；V——儲罐的容積，為150m3；得:Wf＝0.9×437.7×150＝59089.5kgWTNT＝0.04×59089.5×56.1/4.5＝29466kg（TNT）可燃氣體的爆炸總能量為：E=1.8aWfQf=1.8×0.04×29466×56.1=119019.1MJ相當于梯恩梯(TNT)的摩爾量為：N=WTNT/M=29466/16=1841.6mol1.1.2蒸汽云爆炸的傷害分區(qū)利用超壓準則模擬預(yù)測單個LNG儲罐泄漏后發(fā)生蒸汽云爆炸得后果，為了估算爆炸所造成的人員傷亡情況，將危險源周圍依次劃分為死亡區(qū)、重傷區(qū)、輕傷區(qū)和安全區(qū)?！劳鰠^(qū)：該區(qū)內(nèi)的人員如缺少保護，則被認為無例外地蒙受嚴重傷害或死亡，其內(nèi)徑為零，外經(jīng)為R1（m），該圓周處人員因沖擊波作用導(dǎo)致肺出血而死亡的概率為50%，計算式為：R1＝13.6（WTNT/1000）0.37＝13.6（53038.7/1000）0.37＝40.92m≈41m——重傷區(qū)：該區(qū)內(nèi)的人員如缺少保護，則被認為將去例外地蒙受嚴重傷害，極少數(shù)人可能死亡或受輕傷。其內(nèi)徑為R1，外經(jīng)為R2（m），計算式為：△Ps＝0.137Z-3+0.119Z-2+0.269Z-1－0.019Z＝R2/(E/P0)1/3E＝WTNT×QTNT＝53038.7×4.50＝238674.15MJ式中：△Ps——引起人員重傷沖擊波峰值，為44000Pa；E——爆源總能量（MJ）；P0——為環(huán)境壓力（近似為101325Pa）；QTNT——TNT的爆熱（MJ/kg）。得：R2＝104.61m≈105m——輕傷區(qū)：該區(qū)內(nèi)的人員如缺少保護，絕大多數(shù)人將遭受輕微傷害，少數(shù)人將受到重傷或平安無事，其內(nèi)徑為R2，外經(jīng)為R3（m），計算式為：△Ps=0.137Z-3+0.119Z-2+0.269Z-1-0.019Z=R3/(E/P0)1/3E=WTNT×QTNT式中：△Ps——引起人員重傷沖擊波峰值，為17000Pa；E——爆源總能量（J）；P0——為環(huán)境壓力（近似為101325Pa）；QTNT——TNT的爆熱（MJ/kg）。得：R3＝187.36m≈188m——安全區(qū)：該區(qū)的人員不會受到傷害，死亡的概率幾乎為零。該區(qū)內(nèi)徑為R3，外經(jīng)為無窮大。1.1.3蒸汽云爆炸對建筑物的破壞蒸汽云爆炸會對爆源周圍的建筑物等設(shè)施造成不同程度的破壞，導(dǎo)致直接的經(jīng)濟損失，根據(jù)蒸汽云爆炸對周圍建筑物破壞的不同程度，按照下表確定其破壞等級，然后計算財產(chǎn)損失半徑R財，計算公式為：R財＝KUWTNT1/3/（1+（3175/WTNT）2）1/6式中：R財——財產(chǎn)損失半徑；KU——破壞系數(shù)；WTNT爆源的TNT當量(kg)。得：R財＝151.4m1.2沸騰液體擴展蒸汽爆炸(BLEVE)事故后果模擬分析1.2.1火球當量半徑R和持續(xù)時間火球當量半徑：R＝2.9Wf1/3火球持續(xù)時間：t＝0.45Wf1/3式中：R——火球當量半徑，m；t——火球持續(xù)時間，s；Wf——火球中消耗得可燃物質(zhì)量，kg；多罐儲存時按多罐總?cè)萘康?0％計，單罐充裝系數(shù)取90%。6個LNG儲罐的單罐容積為150m3，LNG的密度為447kg/m3，則：Wf＝6×0.9×0.9×150×437.7＝319083.3kg得：R＝198.2mt＝30.7s1.2.2死亡、重傷、輕傷和財產(chǎn)損失熱通量當傷害幾率5時，不同傷害程度熱通量的計算公式如下：死亡熱通量量：Pr＝－37.23+2.56ln(tq14/3)重傷熱通量：Pr＝－43.14+3.0188ln(tq24/3)輕傷熱通量：Pr＝－39.83+3.0186ln(tq34/3)財產(chǎn)損失的熱通量q＝6730t+25400按上述不同傷害所需的熱輻射通量，計算傷害，破壞半徑。熱輻射通量公式為：qr＝q0R2r(1－0.058Inr)/(R2+r2)3/2式中：qr——熱輻射通量，kW/m2；q0——火球表面輻射通量，柱型罐取270kW/m2；R——火球當量半徑，m；r——到火球中心的距離，m。由上式計算，得擴展蒸氣爆炸死亡、重傷、輕傷和財產(chǎn)損失熱通量qr分別為：18.10kW/m2、11990.3kW/m2、5272.4kW/m2、232011kW/m2；死亡、重傷、輕傷和財產(chǎn)損失破壞半徑分別是557m、699m、1067m、636m。1.3固有危險程度和風險程度分析通過以上計算可知，該項目儲罐區(qū)一旦泄漏，如果沒有得到有效控制，發(fā)生單個儲罐蒸汽云爆炸，可燃氣體的爆炸總能量為119019.1MJ，相當于梯恩梯(TNT)的摩爾量1841.6mol，將導(dǎo)致188m半徑范圍內(nèi)人員傷亡。如果其余6個儲罐連鎖發(fā)生沸騰液體擴展蒸汽爆炸，將導(dǎo)致近1067m半徑范圍內(nèi)人員傷亡的災(zāi)難性后果。LNG儲罐區(qū)泄漏