天然气管网工程火灾、爆炸事故后果分析法

1、5.5火灾、爆炸事故后果分析法为评价天然气管道破裂事故后果的严重程度，ASME B31.8S介绍了美国运输部管道安全办公室（DOTOPS）2000年委托美国天然气研究所所作的研究报告“确定天然气管道事故高危区的模型”（GRI00/0189，A Model for Sizing High Consequence Areas Associated with Natural Gas Pipeline），提出了一个计算天然气等管道断裂引燃事故的热辐射高危区半径的方程式。表5.5-1 国际上通用的热辐射危害后果标准辐射强度/（KW/）危 害 后 果对设备及构筑物的影响对人的影响37.5严重损坏工艺设备，

2、连续暴露30min以上，很可能会造成钢结构断裂或倒塌10s内死亡率为1；1min内死亡率为10025.0长时间辐射下，木材燃烧10s内严重烧伤，1min内死亡率10012.5对工艺设备有破坏作用；有明火时，木材点燃；塑料管熔化10s内1度烧伤，1min内死亡率14.0基本无影响20s以上感觉疼，未必起泡该方程式是以热辐射量为5000Btu/h·f t2（15.8KW/）作为临界危险强度的，即其伤亡判据为：在这样的辐射强度下，该处的人群如果在30s之内没找到掩蔽场所，则100人中有1个会死亡。该判据与国际上通用的热辐射危害后果标准类似。 r=0.69d 式中：r为受影响区域的半径，f

3、t; 0.69是天然气管道的计算因子，对其他气体或富气管道，该因子值不同； d为管道外径，in; P为该管道最大允许操作压力（MAOP）,psi;据此，计算高安市城区天然气管网工程高危区范围如下表。表5.5-2 天然气管道破裂引燃事故的热辐射高危区半径范围（m）管线位置管道条件高危区半径门站站内DN250 P=4.0MPa36.4门站与分输站之间的管网DN273 P=4.0MPa39.3上述计算指地面上管道，而埋地管道则范围应小些。5.2.4.1 罐区火灾爆炸事故造成人员伤亡涉及范围项目206B储罐区储存有甲醇、乙酸乙酯、丙酮、醋酸、吡啶、乙醇、四氢呋喃等等易燃易爆性物质，种类较多，且储量较大

4、，现取罐区储量较大，物料相对较为危险的物质甲醇进行计算分析根据本项目生产涉及的物料特性，罐区储存的甲醇为甲类易燃液体，3只储罐容积50m³，甲醇燃烧速度为0.0576 kg /·s，则本报告选用易燃危险物质甲醇为罐区池火灾事故伤害模型进行计算。根据池火灾事故伤害模型，可燃液体泄漏后流到地面形成液池，或流到水面并覆盖水面，遇到火源燃烧而形成池火。假设本项目甲类易燃储罐区1只甲醇储罐发生泄漏，覆盖易燃液体罐区防火堤内而形成液池，遇到点火源燃烧而成池火。易燃液体罐区防火堤面积约为：62×15.6=967.2。1、液池直径根据液池覆盖面积S（m2）计算池当量圆半径r(m)

5、：r =(S/3.14)1/2=（967.2/3.14)1/2=17.55m2、 燃烧速度查有关资料可知，甲醇燃烧速度=dm/dt=0.0576kg /·s3、火焰高度若液池为一半径为r的圆池，火焰高度为 (2)式中 h火焰高度，m； r液池半径，m； 0周围空气密度，kg/m3； g重力加速度，g=9.8m/s2； 经计算甲醇的火焰高度h=24.62m4、热辐射通量 (3)式中Q总热辐射通量，W；效率因子，可取0.130.35, 取平均值=0.24；Hc燃烧热；甲醇燃烧热：22.59×106J/kg。经计算甲醇总热辐射通量为:1.22×108W 5、伤害半径目标

6、入射热辐射强度计算公式为：式中 I热辐射强度，W/m2； Q总热辐射通量，W； tc热传导系数，可取为1；x目标点到液池中心距离，m。表5.2-1 不同入射通量所造成的损失及伤害半径入射通量kW/2甲醇伤害半径m伤害情况对设备的损害对人的伤害37.55.09操作设备全部损坏1分钟内100%的人死亡，10秒钟内1的人死亡。256.23在无火焰、长时间辐射下，木材燃烧的最小能量1分钟内100%的人死亡,10秒钟内严重烧伤。 12.58.81有火焰时，木材燃烧，塑料熔化的最低能量1分钟内1%的人死亡,10秒钟内1度烧伤。4.015.5720秒会引起疼痛1.624.62受辐射无不适感。通过以上燃烧计算

7、表明，在缓慢泄漏形成池火燃烧的情况下，主要存在热辐射对人员和设备的伤害，伤害的范围基本局限于一定的距离内，在该距离内，附设的消防工程将起到重要的灭火保护作用，因此，该类事故后果是可以得到有效控制的。根据表5.2-1中的计算结果可以看出：在罐区发生甲醇泄漏池火火灾时，距离罐区液池中心5.09m 范围内，操作设备等相关的建筑物将全部损坏，人员也来不及逃生；在6. 23m8.81m 范围内，设施将受到严重损失，人员会有伤亡；在8.81m15.57m 范围内，设施将受到较大损失，人员也会受到伤害；在15.57m24.62m 范围内，设施将受到较小损失，人员只会受到轻微伤害；在24.62m 之外，可以说

8、是较安全的距离，在池火火灾模型计算中，液池面积按单个甲醇储罐全部泄漏和整个罐区防火堤的面积取值，取值偏大，因为在实际生产管理中，甲醇或其他物料泄露一般会在较短时间内发现，不太可能发生易燃物质泄露直至充满防火堤的情况，如果仅按池火火灾计算的数据来考虑建构筑物的安全距离，会偏于保守，加大站场的面积，造成人力与财力的浪费，因此，在实际生产中，要在池火火灾模型的基础上，结合其它相关的安全评价模型和相关的行业标准选择合适的安全距离，以减少投资和对人财物的损害。5.2.4.2中毒事故造成人员伤亡涉及范围本项目中储存和使用三氯氧磷（沸点105.1）、溴素（沸点59.5）、丙酮氰醇（沸点120）、氟化氢（沸点

9、19.5）等极度危害物质以及氨气（沸点-33.5）、三乙胺（沸点89.5）、N-甲基苯胺（沸点196.2）、氢氟酸（沸点120）、苯甲酰氯（沸点197）、硫代乙酸（沸点93）、三氯甲烷（沸点61.3）、碘甲烷（沸点42.5）等高度危害介质。现选取储量最大，沸点较低的氟化氢为例进行计算。当容器破裂时液化气体氟化氢会大量气化。当气温超过时，液体大量气化，会造成大面积的毒害区域。设气体质量为W（kg），容器破裂前器内介质温度为t（），液体介质比热为c（kJ/kg·），当容器破裂时，当气温超过其沸点，处于过热状态的液体温度迅速降至标准沸点t0（），此时全部液体所放出的热量为：Q=Wc（t -

10、 t0）如果这些热量全部用于液体的蒸发，如它的气化热q（kJ/kg），相对分子质量为M，则在沸点下其蒸发的气体体积V（m3）为：V=22.4Wc（t - t0）(273+ t0)/273Mq如已知物质的危险浓度，则可求出其危险浓度下的有毒空气体积，假设有毒空气以半球形向地面扩散，可求出该有毒气体扩散半径为：R=（V/L·2.0944）1/3式中：R为有毒气体的半径（m） L为有毒介质在空气中危险浓度值（%）。表5.2-2 氟化氢的物化性能及危险浓度名称相对分子质量M沸点t0（）比热c（kJ/kg·）汽化热q（kJ/kg）吸入510min致死浓度（%）氟化氢2019.50.7

11、079.860.049本项目203甲类物品库一储存2.5t设一个氟化氢钢瓶（800L/瓶）发生泄漏，则泄漏量W=0.833t=833kg，形成液面，气温为30，c=0.70kJ/kg·，M=20，q=79.86 kJ/kg，L=0.049%。无水氟化氢泄漏时的气化体积VV=22.4Wc（t - t0）(273+ t0)/273Mq =22.4×833×0.70×（30-19.5）（273+19.5)/273×20×79.86=76.7m3有毒气体致死浓度扩散半径RR=V/（L·2.0944）1/3=76.7/（0.049%×2.0944）1/3=42.1m。氟化氢气体吸入0.5