液化石油气储罐设置方式初探.doc

液化石油气储罐设置方式初探液化石油气作为一种通用燃料广泛应用于工业生产和人民生活中，但由于其具有易燃易爆的特性，在其生产、贮运和使用过程中极易引起火灾爆炸事故，尤其在液化石油气的贮罐区，贮罐集中贮量大，一旦发生火灾爆炸，将会造成严重的后果。例如1984年墨西哥某液化石油气贮备站，一个球型和枕型贮罐相继发生爆炸着火，爆炸半径达400m，碎片飞出最远的达1200m，死亡500余人，伤2000余人，损失达5000万美元。1998年3月5日，发生在西安市液化石油气站的一个储罐区内，相继发生了4次爆炸，出事现场一片火海，有6个储罐被焚毁，造成12人死亡，32人受伤，直接经济损失470多万元。盛装液化石油气的储罐属压力容器，压力通常有1.57MPa，一旦发生爆炸，危害极大。如果液化石油气储罐设在地上，为了确保储罐与周围的人和建筑物的安全距离，需要很大的空间，可是现在城市用地十分紧张，很难找到一片专用空地；如果液化石油气储罐直接埋在地下，发生泄漏很难发现和维修，容易造成地下水和土壤污染；如果设置在地下室里，同体积的液化石油气比空气大约重0.5倍，一旦泄漏出来，地下室里空气流通不好，很容易在较低处聚集，可能形成爆炸性混合物，遇到火源就会爆炸。所以，液化石油气储罐不管设置在地上还是地下都会有危险。本文从储罐发生爆炸后会造成的影响后果考虑，就怎样设置储罐相对比较安全进行探讨，对液化石油气储罐的安全管理和安全评价具有现实意义。1研究方法本文从能量释放的角度出发，以爆炸理论为基础，利用相关模型估算爆炸冲击波的波及范围。液化石油气储罐属于压力容器，当它发生爆炸时有两种形式：一种是压力容器爆炸，由于罐内操作压力过大或储罐受腐蚀、老化，抗压能力下降，导致压力容器爆炸。二是蒸气云爆炸，由于储罐或各种附件破裂、磨损、密封不严而导致的泄漏，形成爆炸性混合气体遇火源发生爆炸。这两种爆炸都会产生冲击波。冲击波的计算可采用TNT当量法，即将爆炸的能量换算为TNT当量，然后将等量的TNT炸药爆炸的冲击波即近似认为是液化石油气爆炸的冲击波。由于液化石油气爆炸速度没有TNT炸药爆炸速度快，因此按TNT当量计算的冲击波要高于液化石油气爆炸的实际产生的冲击波，但是这种方法简单而且偏于安全，所以在工程经常采用。1.1蒸气云爆炸的能量式中：WTNT蒸气云的TNT当量（kg）；蒸气云的当量系数，通常取4；Wf蒸气云爆炸中燃烧掉的总质量（kg）；Qf燃料的燃烧热（MJ/kg）；QTNTTNT的爆炸热（MJ/kg）。1.2冲击波超压液化石油气储罐设置在地上时，采用空气中爆炸的冲击波超压计算公式：式中：P冲击波超压（kgf/cm2）；W爆炸蒸气云的TNT当量（kg）；R爆心到所研究点的距离（m）。液化石油气储罐设置在地下室或直埋地下时，当液体泄漏一段时间，形成爆炸性混合气体，不管是地下室还是储罐都融为一体，假设成一个理想爆炸源，在地下粘土中发生爆炸，其爆炸冲击波的计算公式：式中，p、W、R意义同上。1.3超压准则超压准则认为，爆炸波是否对目标造成伤害由爆炸波超压唯一决定，只有当爆炸波超压大于或等于某一临界值是地，才会对目标造成一定的伤害。否则，爆炸波不会对目标造成伤害。研究表明，超压准则并不是对任何情况都适用。相反，这级严格的适用范围，即爆炸波正相持续时间必须满足如下条件：t40，（为目标响应角频率（s-1）,t为爆炸波持续时间（S）。根据超压准则所确定的人员伤害程度及建筑物破坏程度见表1和表2。（1）爆炸冲击波对人员的伤害，采用表1所示的伤害准则。（2）爆炸冲击波对建筑物的破坏，采用表2所示的破坏准则。表1冲击波对人的伤害效应冲击波超压（kgf/cm2）伤害效应1.0死亡（大部分人员会死亡）0.51.0重伤（损伤人的听觉器官或产生骨折）0.20.3轻伤（人体受到轻微损伤）0.2能保证人员安全表2冲击波对建筑物的破坏效应超压P105,Pa建筑物被破坏的程度2.0钢架桥位移1.02.0防震建筑物破坏或严重破坏0.51.0钢骨架或轻型钢筋混凝土建筑物破坏0.30.5不含混凝土厚0.20.3m的砖板因剪切或弯曲而破裂，房屋几乎完全破坏0.150.3砖砌房屋50被破坏，无框架、自约束的钢板建筑完全破坏，油罐破裂0.070.015房屋的一部分完全破坏，无法继续居住0.020.07房屋结构受到轻微破坏，大小窗玻璃经常震碎0.01玻璃开始破裂2结果与讨论设一个50m3的液化石油气储罐分别设置在地上、地下室内和直埋在地下，在地下室内爆炸时，蒸气云扩散到地下室有限的空间内，使整个地下室和储罐融为一体，相当于一个直埋地下的储罐，按直埋地下储罐估算其爆炸影响范围。具体的蒸气云爆炸的冲击波伤害效应，见表3。表3在空气中和粘土中爆炸冲击波伤害效应的比较影响半径R（m）伤害效应空气中爆炸冲击波粘土中爆炸冲击波冲击波超压P105Pa建筑物被破坏情况人员伤害情况40.532.02.0砖木结构全破坏大部分人死亡56.040.52.01.0砖墙部分倒塌，土房倒塌80.051.51.00.5土墙开裂或局部倒塌可能造成死亡108.061.00.50.3木房架折断，顶棚部分破坏重伤170.577.00.30.15门窗破坏，屋面瓦大部分掀掉轻伤304.099.00.150.07门窗部分破坏玻璃破碎，屋面瓦部分破坏不能造成伤害913.0150.00.070.02砖墙部分破坏，屋面瓦部分翻动表4地下爆炸和地下爆炸破坏半径比较人员伤害情况建筑物损坏情况死亡半径（m）重伤半径（m）轻伤半径（m）严重损坏（m）轻微损坏（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%通过对液化石油气储罐设在粘土中和大气中爆炸后果估算结果来看，同一个储罐在粘土中爆炸的影响范围比在大气中小。这是因为在粘土中爆炸，周围的土壤要吸收一部分爆炸能量，所以对地面影响范围小，因此，就爆炸后果来看，储罐埋在地下要比地上安全。从表4中比例项可以看出，随着影响半径的增加，比例逐渐减小。说明对地上爆炸和地下爆炸的影响范围的估算，应分别采用相应的计算公式，否则误差很大。所以，对液化石油气储罐进行安全管理和安全评价时，应注意这点。3结论（1）从储罐设置角度考虑，如果储罐直接埋在土壤中，虽然爆炸影响范围最小，不便于发现和维修，受水土腐蚀，出现破裂、老化、磨损、密封不严等情况，一旦发生泄漏，会造成地下水和土壤污染。设在地上爆炸影响范围最大，比较危险，要保障安全距离就得占用大量的空间，不利于整体环境的规划。设在地下室中，爆炸的影响范围较小，便于检查，甘肃省空间，不会造成环境污染，与前两者比较，具有一定的优势。前两者的弊端是不可避免的，而设在地下室中的隐患是可控制的。通过本文的研究，为液化石油气储罐的安全设置提供了理论依据。（2）保证液化石油气储罐安全有两种途径，一是主要通过比较大的安全间距来减少事故的危害，二是主要通过技术措施保证运行的安全。在土地日益紧张的今天，前者很难实现，只能通过第二条途径来实现。（3）液化石油气储罐设置在地下室内，可以通过相应的