史雨竹, 孟宇強(qiáng)

(沈陽化工大學(xué) 環(huán)境與安全工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110142)

隨著我國石油化工行業(yè)日漸成熟，LPG需求量也呈增長態(tài)勢(shì),其規(guī)模也越來越大。儲(chǔ)罐區(qū)作為行業(yè)化工原料及產(chǎn)品的集散地，其安全性關(guān)系到整個(gè)工廠的生產(chǎn)安全。因此對(duì)于罐區(qū)的日常安全管控尤為重要，從根源防止事故發(fā)生。在諸多是事故中沸騰液體擴(kuò)展蒸汽爆炸(BLEVE)發(fā)生頻率較高，事故后果嚴(yán)重。通過對(duì)BLEVE事故原因進(jìn)行時(shí)間跨度近四十年的分析,統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖1所示。

圖1 BLEVE主要事故成因統(tǒng)計(jì)圖

由圖1所示，儲(chǔ)罐發(fā)生BLEVE事故主要來源于罐體的腐蝕失效，造成泄漏事故進(jìn)而引發(fā)火災(zāi)爆炸。

本文首先對(duì)LPG儲(chǔ)罐區(qū)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析,對(duì)于LPG儲(chǔ)罐發(fā)生BLEVE事故后果進(jìn)行定量分析,并提出相應(yīng)安全管理措施。

1 LPG儲(chǔ)罐危險(xiǎn)性分析

LPG儲(chǔ)罐屬于壓力容器，又因?yàn)橐夯蜌庖兹家妆鋬?chǔ)存容器的生產(chǎn)制造有著很高標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，制造材料選取等環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，極容易在使用過程發(fā)生泄露事故。另外，當(dāng)儲(chǔ)罐的安全附件失效，如安全閥破裂，會(huì)造成儲(chǔ)罐超裝或超壓、另外人為操作失誤、LPG槽車運(yùn)輸不當(dāng)都會(huì)造成泄露事故。泄露事故進(jìn)而由會(huì)引發(fā)火災(zāi)爆炸事故。具體事故類型見表1。

表1 LPG儲(chǔ)罐泄漏事故分析

2 LPG儲(chǔ)罐BLEVE事故后果定量分析

2.1 BLEVE事故

圖2 LPG儲(chǔ)罐泄漏成災(zāi)路徑示意圖

BLEVE是過熱液體整體沸騰迅速膨脹引發(fā)的物理性爆炸。其具有極大的破壞性，常常伴隨著毀壞容器，造成帶有碎片的沖擊波。高速拋射的碎片對(duì)周圍設(shè)施造成嚴(yán)重傷害，甚至引發(fā)二次傷害。介質(zhì)在儲(chǔ)罐破裂失效時(shí)，瞬間釋放。遇到點(diǎn)火源會(huì)產(chǎn)生火球引發(fā)沖擊波和熱輻射傷害。當(dāng)介質(zhì)瞬間點(diǎn)燃，會(huì)擴(kuò)散成可燃?xì)庠?，引發(fā)蒸汽云爆炸。圖2為當(dāng)一個(gè)LPG儲(chǔ)罐失效后可能引發(fā)的一系列事故，在這些事故類型中，BLEVE造成的危害最為嚴(yán)重。

2.2 定量計(jì)算

熱輻射計(jì)算[4-5]；

1)由BLEVE事故造成的火球半徑由式(1)計(jì)算；

R=2.9W1/3

(1)

式中：R-火球半徑,m；

W-可燃物的質(zhì)量,kg；當(dāng)LPG儲(chǔ)罐的數(shù)量為一、二、大于二時(shí),W分別取容積的50%、70%、90%。

2)火球持續(xù)時(shí)間；

t=0.45W1/3

(2)

3)可接受熱輻射通量；

(3)

式中：q0-火球表面熱輻射通量,W/m2；柱形罐取值270kW/m2,球形罐取值200kW/m2；4)傷亡半徑；

BLEVE的主要傷害來源于火球的熱輻射,由火災(zāi)持續(xù)時(shí)間、熱通量結(jié)果以及公式(3)來計(jì)算死亡、重傷和輕傷半徑。

死亡、重傷、輕傷熱通量q1、q2、q3分別由式(4)、(5)、(6)表示：

(4)

(5)

(6)

3 實(shí)例計(jì)算

某儲(chǔ)罐區(qū)設(shè)有2個(gè)異丁烯儲(chǔ)罐(5200t)、3個(gè)丁烷儲(chǔ)罐(2200t)和4個(gè)丙烷儲(chǔ)罐(1500t)。對(duì)異丁烯、丁烷和丙烷儲(chǔ)罐進(jìn)行BLEVE事故后果計(jì)算如下。

(1)異丁烯儲(chǔ)罐事故后果計(jì)算

1)計(jì)算火球直徑R；

異丁烯儲(chǔ)罐數(shù)量為2,W取儲(chǔ)罐容積的70%。

R=2.9×(5200×103×0.7)1/3=446.10(m)

火球直徑計(jì)算結(jié)果為446.10m。

2)計(jì)算火球持續(xù)時(shí)間t；

t=0.45×(5200×103×0.7)1/3=69(s)

3)死亡、重傷、輕傷三種熱通量的計(jì)算；

4)根據(jù)熱通量計(jì)算對(duì)應(yīng)死亡、重傷、輕傷半徑；

r1=1681m。

r2=1827m。

r3=2766m。

(2)按照上述過程,再對(duì)丁烷和丙烷儲(chǔ)罐進(jìn)行沸騰蒸汽擴(kuò)展為蒸汽云爆炸事故后果定量分析，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示。

表2 儲(chǔ)罐重大事故后果分析

4 安全措施

防止LPG事故發(fā)生要加強(qiáng)行政管理、優(yōu)化工藝和設(shè)備、嚴(yán)格操作等方面入手。一旦發(fā)生泄漏，要采取有效措施制止泄露，防止發(fā)生爆炸。如果發(fā)射泄漏起火事故，要積極應(yīng)對(duì)，采取合理措施，避免發(fā)生BLEVE。

(1)對(duì)于儲(chǔ)罐區(qū)，罐區(qū)操作人員要經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)。具有應(yīng)急處置能力。工作場所要制定嚴(yán)格的管控方案，對(duì)于生產(chǎn)、儲(chǔ)存、使用LPG的場所設(shè)置泄露檢測報(bào)警裝置。儲(chǔ)罐安全附件，如安全閥、液位計(jì)等要分周期及時(shí)檢測。在生產(chǎn)、儲(chǔ)存區(qū)域要設(shè)置安全警示標(biāo)志。傳送過程中，鋼瓶和容器必須接地和跨接。運(yùn)送液化石油氣的槽車必須按照規(guī)定停運(yùn)，且做好定期檢查工作。

(2)對(duì)于預(yù)防BLEVE事故，要加強(qiáng)管理，操作人員遵守操作規(guī)程。要嚴(yán)格管控液化石油氣的儲(chǔ)存量，防止容器內(nèi)介質(zhì)壓力超壓發(fā)生事故。避免儲(chǔ)罐受太陽直接輻射，防止容器產(chǎn)生裂縫、開口或使液化石油氣泄露。對(duì)于容器的耐壓強(qiáng)度要定期安排人員檢測防止容器失效發(fā)生泄漏事故進(jìn)而導(dǎo)致火災(zāi)爆炸。定期檢查安全附件。防止由于腐蝕等原因造成器壁變薄。對(duì)裝載液化石油氣的車輛的運(yùn)輸與停放進(jìn)行嚴(yán)格管理。(3)根據(jù)罐區(qū)實(shí)際情況，建立應(yīng)急管理體系，針對(duì)不同風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目制定相應(yīng)應(yīng)急預(yù)案。做好安全培訓(xùn)工作，提高員工的安全素質(zhì)。

5 結(jié)論

(1)對(duì)LPG儲(chǔ)罐區(qū)進(jìn)行危險(xiǎn)性分析，介紹了LPG可能發(fā)生的事故類型。介紹了BLEVE事故發(fā)生的主要原因以及事故后果的定量計(jì)算方法。

(2)分別對(duì)異丁烯、丁烷和丙烷儲(chǔ)罐進(jìn)行BLEVE事故定量計(jì)算。根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知液化烴儲(chǔ)罐發(fā)生BLEVE時(shí)會(huì)對(duì)企業(yè)造成嚴(yán)重?fù)p害，對(duì)人的生命財(cái)產(chǎn)具有極大威脅。應(yīng)做好日常的安全管控，做到本質(zhì)安全。