液化油气田罐区气氛爆炸事故后果计算

液化油气田罐区气氛爆炸事故后果计算

压力容器是一种潜在的爆炸危险设备。一旦发生爆炸和泄漏，就会造成严重的后果。因此确保此类设备的安全性,不仅对于保护和发展生产力具有重要的意义,而且对维护社会安定和促进改革开放更有重要的意义。风险评价,也称安全评价或危险评价,是对系统发生事故的危险性进行定性或定量分析,评价系统发生危险的可能性及其严重程度,以寻求最低的事故率、最少的损失和最优的安全投资效益。风险评价是安全管理和决策科学化的基础,是现代科学技术预防事故的具体体现。目前,用于生产过程或设施的危险评价方法已达几十种。液化石油气在储存过程中如果管理不当,很容易引发火灾、爆炸等危险事故,从而造成财产损失、人员伤亡。如何防止储罐泄漏及其引起的各种火灾、爆炸等事故是当前液化石油气生产的重要安全问题。1事故后果分析液化石油气即经加压或降温液化的石油气,为甲A类火灾危险性液体,闪点低,极易燃,在空气中只需要很小的点火能量;沸点很低,容易通过蒸发产生引起燃烧所需的最低限度的蒸气量,从而增大火灾危险性。液化石油气主要成份为丙烷、丁烷,是易燃易爆气体,其主要危险特性见表1。由于储罐破损或操作失误引起泄漏从而使大量易燃、易爆、介质的释放,可能会导致火灾、爆炸等重大事故发生。因此,事故后果分析时应由泄漏分析开始。一旦泄露,后果不仅与泄漏的数量、易燃性和毒性有关,而且与泄漏物质的相态、压力、温度等状态有关。池火灾、蒸气云爆炸和沸腾液体扩展蒸气云爆炸是液化石油储备区较为常见的事故类型。池火灾是指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,遇到火源燃烧而成池火。池火灾的危险性主要是池火灾火焰热辐射对附近人员的伤害和对周围建筑物和设备的破坏。蒸气云爆炸是指可燃气体或蒸气与空气的云状混合物在开阔地上空遇到点火源引发的爆炸。蒸气云爆炸除高温燃烧产生热辐射等伤害外,冲击波是造成对周围人员、建筑物、设备的伤害、破坏作用的主要因素。沸腾液体扩展蒸气爆炸,是指液化气储罐在外部火焰的烘烤下突然破裂,压力平衡破坏,急剧气化,并随即被火焰点燃而产生的爆炸。沸腾液体扩展蒸气爆炸发生后,主要危害是爆炸产生的火球热辐射。同时,爆炸产生的碎片和冲击波超压也有一定的危害。与火球热辐射的危害相比,爆炸冲击波超压和容器碎片的危害相对较小。不同的伤害模型将有不同的伤害、破坏半径,不同的伤害、破坏半径所包围的封闭面积内的人员多少、财产价值多少将影响事故严重程度的大小。2泄漏速度分析本文仅选取蒸气云爆炸数学模型对某液化气储备站进行事故后果严重度模拟分析。假设某液化气储备站有2台液化石油气储罐,每台储罐直径3.2m,容积为100m3,充装系数为0.85,液化石油气储罐设计压力为1.77MPa,其工作压力0.5MPa。分析泄漏后可能产生的后果,假设储罐泄漏为与罐体相连管路的法兰,也可能是罐体本身如人孔、观测孔等密封连接处泄漏,泄漏孔可能是不规则的,但仍为小孔泄漏,其当量直径d为5cm。从堵漏技术可行性考虑,泄漏15分钟后泄漏源被切断。液体泄漏速度可用流体力学的柏努利方程计算,其泄漏速度为:式中,Q0为液体泄漏速度,kg/s;Cd为液体泄漏系数,按表2选取;ρ为泄漏液体密度,kg/m3;g为重力加速度,g=9.8m/s2;3超压tnt法运用TNT当量法[4~6]来计算液化石油气泄漏导致的蒸汽云爆炸。用下式来估计蒸汽云爆炸的TNT当量WTNT:式中,WTNT为蒸汽云的TNT当量,kg;A为蒸汽云的TNT当量系数,取0.04;Qf为燃料的燃烧热,J/kg;QTNT为TNT的爆热,取4500kJ/k。所以蒸汽云的TNT当量WTNT=6115kg。蒸气云爆炸造成的危害主要来自冲击波。容器破裂时,容器内的高压气体大量冲出,使它周围的空气受到冲击而发生扰动,使其压力、密度、温度等发生突跃变化,这种扰动在空气中的传播成为冲击波。冲击波的伤害、破坏作用是由超压ΔP引起的。超压准则认为,只要冲击波超压达到一定值时,便会对目标造成一定的伤害或破坏。超压波对人体的伤害和对建筑物的破坏作用如表3和表4所示。实验数据表明,不同数量的同类炸药发生爆炸时,如果距离爆炸中心的距离R之比与炸药量q三次方根之比相等,则产生的冲击波超压相同,用公式表示如下:则,ΔP=ΔP0R为目标与爆炸中心距离,m;R0为目标与基准爆炸中心的相当距离,m;q为爆炸时产生冲击波所消耗的能量,TNT,kg;ΔP为目标处的超压,MPa;ΔP0为基准目标处的超压,MPa;式(3)可以写成为:利用式(4)就可以根据某些已知药量的试验所测得的超压来确定各种相应距离下任意药量爆炸时的超压。表5是1000kgTNT炸药在空气中爆炸时所产生的冲击波超压。4确定危险源周围划分为了估计爆炸所造成的人员伤亡情况,一种简单但较为合理的预测程序是将危险源周围划分为死亡区、重伤区、轻伤区和安全区。根据人员因爆炸而伤亡概率的不同,将爆炸危险源周围由里向外依次划分。4.1严重创伤或死亡死亡区内的人员如缺少防护,则被认为将无例外地蒙受严重重伤或死亡。其内径为零,外径记为R1,它与爆炸量的关系由下式确定:将WTNT=6115kg代入式(5)得到:R1=26.6m≈27m。4.2死亡半径的计算重伤区的人员如缺少防护,则绝大多数将遭受严重伤害,极少数人可能死亡或受轻伤。其内径就是死亡半径R1,外径记为R2,它要求的冲击波峰值超压为0.044MPa,即ΔP2=0.044MPa,由表5取R0=35m。由式(3)计算R2:式中,q2=WTNT=6115kg;q0=1000kg,所以4.3创伤区的安全计算轻伤区的人员如缺少防护,则绝大多数将遭受轻微伤害,少数人将受重伤或者平安无事,死亡的可能性极小。轻伤区的内径为重伤区的外径R2,外径记为R3,它要求的冲击波峰值超压为0.017MPa,即ΔP3=0.017MPa,由表5取R0=62.5m。由式(3)计算R3:式中,q3=WTNT=6115kg;q0=1000kg,所以安全区内人员即使无防护,绝大多数人也不会受伤,死亡的概率几乎为零。安全区内径为轻伤区的外径R3,外径为无穷大。4.4该半径外的财产完全损失假定财产损失半径内没有损失的财产和此半径外损失的财产相互抵消。或者,此半径内的财产完全损失,此半径外的财产完全无损失。财产损失半径R4可由式(6)确定:将WTNT=6115kg代入式(6)得到:R4=80m。5液化气流泄漏(1)液化石油气易燃、易爆,在空气中只需要很小的点火能量,泄漏的液化石油气在常压常温环境下,迅速气化,当扩散浓度达到爆炸极限范围时遇到点火源便可能发生火灾、爆炸事故,可能导致池火灾、蒸气云爆炸和沸腾液体扩展蒸气云爆炸。因此在存储过程中必须小心对待,严防泄漏,避免事故的发生。(2)如果液化石油气罐发生泄漏,由计算结果可以得到:当量直径为5cm的小孔15分钟会泄漏8298kg的液化气。(3)液化石油气泄漏,形成混合性爆炸气体遇到明火产生爆炸。如果发生蒸气云爆炸,以泄漏点为中心,死亡半径、重伤半径、轻伤半径、财产损失半径分别为:27m、64m、114m、80m。以上液化石油气蒸气云爆炸伤害—破坏半径的定量计算的结果,可以作为液化气站安全决策的依据。通过结果可以看出,液化石油气泄漏所造成的伤害和破坏与泄漏时间