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爆炸。有關研究表明：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、危害程度等進行預測評價。該項目液化天然氣儲罐有6個，容積為150m3。在此假設其火災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，其內徑為零，外經為R1（m），該圓周處人員因沖擊波作用導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。其內徑為R1，外經為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，其內徑為R2，外經為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)內徑為R3，外經為無窮大。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施造成不同程度的破壞，導致直接的經濟損失，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量，kg；多罐儲存時按多罐總容量的90％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，將導致188m半徑范圍內人員傷亡。如果其余6個儲罐連鎖發(fā)生沸騰液體擴展蒸汽爆炸，將導致近1067m半徑范圍內人員傷亡的災難性后果。LNG儲罐區(qū)泄漏