低溫乙烯罐泄漏擴(kuò)散危險(xiǎn)性分析

1、低溫乙烯罐泄漏擴(kuò)散危險(xiǎn)性分析摘要：發(fā)生泄漏擴(kuò)散是低溫乙烯罐事故危害的重要原因之一， 因此建立低溫 乙烯罐泄漏擴(kuò)散的動(dòng)態(tài)模型是正確評(píng)估低溫乙烯區(qū)周圍危險(xiǎn)性的主要內(nèi)容。 本文 在分析Pasquill-Gifford 模型和DEGADlS模型等各種氣體泄漏擴(kuò)散數(shù)學(xué)模型的 基礎(chǔ)上，結(jié)合低溫乙烯泄漏擴(kuò)散動(dòng)態(tài)過(guò)程的特點(diǎn)， 以及重力作用和水平風(fēng)速對(duì)乙 烯擴(kuò)散的影響，采用包含幾種擴(kuò)散模型的ALOHA模擬軟件，對(duì)天津某乙烯罐和油 罐共建區(qū)由于乙烯擴(kuò)散泄漏造成的危險(xiǎn)性進(jìn)行了模擬分析。 結(jié)果表明，對(duì)乙烯罐 泄漏實(shí)施監(jiān)測(cè)并與可能出現(xiàn)明火區(qū)域?qū)崿F(xiàn)防火預(yù)警聯(lián)動(dòng)可有效地降低低溫乙烯 罐泄漏擴(kuò)散所引起爆炸的危險(xiǎn)性。1 、前言

2、眾所周知，乙烯是一種重要的石油化工原料，乙烯相對(duì)分子質(zhì)量是 28.053 在常壓下為無(wú)色可燃性氣體 , 具有烴類特有的臭味。 標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體的密 度 1.2604kg/m3,液體的比重 05699(- 103.9 C)熔點(diǎn):-169.4 C,沸點(diǎn):-103.9 C 臨界溫度9.9 C,臨界壓力：5.137Mpa,爆炸極限27 %36%(體積)。根據(jù)乙烯的 特性，其貯存除需要有良好的絕熱保溫性能以外， 更需要考慮儲(chǔ)存中的其它安全 問(wèn)題。例如， 在考慮低溫乙烯儲(chǔ)罐的建設(shè)規(guī)劃時(shí)， 就應(yīng)充分考慮到貯存過(guò)程中如 果發(fā)生意外情況， 乙烯有可能發(fā)生泄漏擴(kuò)散， 這樣會(huì)對(duì)附近人員設(shè)施和重要設(shè)備 造成潛在的爆炸危

3、險(xiǎn)。 一旦出現(xiàn)乙烯的大量泄漏， 泄漏的乙烯一般先被收集在防 液堤或蓄液坑內(nèi)， 乙烯與防液堤或蓄液坑的表面直接接觸， 兩者之間存在很大的 溫差，乙烯會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的汽化。 同時(shí)乙烯表面同時(shí)會(huì)與空氣直接接觸， 也會(huì)產(chǎn)生 大量的蒸氣， 這些蒸氣與空氣混合形成蒸氣云團(tuán)隨風(fēng)擴(kuò)散。 當(dāng)乙烯與空氣混合的 比值，這到爆炸極限值時(shí)， 蒸氣云團(tuán)所覆蓋的范圍就有爆炸的危險(xiǎn)， 其引發(fā)的危 害后果是非常嚴(yán)重的。因此，為了避免和減小低溫乙烯罐由于泄漏擴(kuò)散引發(fā)的燃燒爆炸危害， 本文對(duì)低溫乙烯罐的泄漏過(guò)程和擴(kuò)散模型進(jìn)行了研究， 希望可以從理論上模擬泄 漏事故發(fā)展的動(dòng)態(tài)過(guò)程， 預(yù)測(cè)過(guò)程中的濃度變化以及影響范圍， 這對(duì)于低溫乙烯 罐

4、周圍地區(qū)的安全設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)具有指導(dǎo)意義。2 、低溫乙烯罐泄漏擴(kuò)散模型及其動(dòng)態(tài)模擬乙烯罐泄漏有兩種方式，即連續(xù)性泄漏和瞬時(shí)性泄漏，它們都是實(shí)際泄漏源的理想化。所謂連續(xù)性泄漏是指泄漏源是連續(xù)源或泄放時(shí)間大于或等于擴(kuò)散 時(shí)間，而瞬時(shí)性泄漏是指泄放時(shí)間相對(duì)于擴(kuò)散時(shí)間比較短的泄漏。1987年，Britter 和Mcquaid通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析,提出了瞬時(shí)泄漏和連續(xù)泄漏的如下 判斷準(zhǔn)則：如果VTO/x 2.5泄漏為連續(xù)泄漏如果：VTO/x bJ圖？ DEGAD【S模式(2) Pasquill-Gifford 模型(Gaussian model)3 Pasquill-Gifforcl 式3、實(shí)例模擬分析天津

5、某一石化小區(qū)中原有一個(gè)1.2萬(wàn)立方米的低溫乙烯儲(chǔ)罐，在附近擬 擴(kuò)建了一個(gè)65萬(wàn)立方米的大型原油罐區(qū)，兩罐區(qū)儲(chǔ)罐之間最小相隔75米。位于 乙烯罐260m處設(shè)有原油罐區(qū)的油泵房，油泵房是距離乙烯罐最近的可能明火源。 因此，為了模擬分析由于乙烯罐泄漏擴(kuò)散造成的對(duì)整個(gè)罐區(qū)危險(xiǎn)性影響，本文采用美國(guó)環(huán)保署（USEPA與海洋大氣署（DOAA所共同開發(fā)的軟件：ALOHA莫擬 軟件（這種軟件包含 Pasquill-Gifford 模型和DEGADI模型）進(jìn)行了危險(xiǎn)性模 擬計(jì)算?？紤]到當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件，本文針對(duì)不同氣象條件（濕度50%溫度20CC、 三級(jí)風(fēng)速3.4m/s5.4m/s ），配合泄漏地點(diǎn)環(huán)境特性（開闊地

6、區(qū)）及泄漏源特性 與重氣云團(tuán)擴(kuò)散模型，預(yù)估由于低溫乙烯罐泄漏擴(kuò)散后形成爆炸危險(xiǎn)性物質(zhì)云團(tuán) 可能影響的危險(xiǎn)區(qū)域。A.模擬事件參數(shù)選定：1.2萬(wàn)立方料的低溫乙烯罐（充罐量 83%泄漏 點(diǎn)位于地面高度1m處，考慮了 2cm 5cm 10cm 20cm四種破孔尺寸的連續(xù)泄漏， 和與連續(xù)泄漏有相同速率 （127kg/min,793kg/min,3130kg/min,12200kg/min）的瞬時(shí)泄漏，考察危險(xiǎn)性氣體所能影響的范圍，以及位于下風(fēng)距離260m處的油泵房為可能明火源位置的危險(xiǎn)性。選定的連續(xù)泄漏持續(xù)時(shí)間為60分鐘，瞬時(shí)泄漏持續(xù)時(shí)間為1分鐘；濃度檢測(cè)點(diǎn)高度距離地面為 2mB.氣象條件：以當(dāng)?shù)貧庀髼l

7、件（3m/s、4m/s大氣穩(wěn)定度E、5m/s、6m/s大氣穩(wěn)定度D）及大氣溫度以平均溫度20C，相對(duì)濕度50%為模擬所需的氣象資 料。在乙烯擴(kuò)散范圍圖中，橫軸為順風(fēng)向距離，模擬圖形外邊輪廓是乙烯可 以擴(kuò)散最大面積，深色部分為濃度選到 2.7 所覆蓋的范圍，泄漏源中間部分表 示濃度可以達(dá)到 10；黑色原點(diǎn)是距離乙烯罐 260 米處的油泵房的位置。在順 風(fēng)向濃度分布圖中， 橫軸為擴(kuò)散持續(xù)時(shí)間， 縱軸為濃度范圍， 實(shí)曲線為 260 米處 油泵房室外濃度分布， 虛線為門窗緊閉時(shí)油泵房室內(nèi)濃度分布， 水平線指濃度為 2.7 的限定值。當(dāng)泄漏為瞬時(shí)泄漏時(shí)，乙烯擴(kuò)散影響持續(xù)時(shí)間較短，導(dǎo)致室內(nèi) 濃度非常小，因

8、此在圖 4 的濃度分布圖中虛線部分接近于零。從圖 4 可以看出， 當(dāng)風(fēng)速為 5ms 、泄漏速度為 9000kgmin 時(shí) , 乙烯擴(kuò)散速度很快 ,但是持續(xù)時(shí) 間較短,濃度為2.7 %所能達(dá)到的范圍只有258m,盡管油罐區(qū)處于濃度為2.7 %所 影響的范圍內(nèi) , 但油泵房所處的位置為爆炸極限范圍以外的安全地帶。從圖 5 可 以看出當(dāng)風(fēng)速為5m/s、泄漏孔徑為20cm時(shí)，乙烯擴(kuò)散持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng),濃度為2.7 % 所能達(dá)到的范圍可以影響到 420m但是，盡管泄漏量不斷在增加，危險(xiǎn)氣體擴(kuò) 散的影響范圍也不會(huì)再隨著泄漏量的增加而增大； 而且，盡管油泵房室外濃度已 經(jīng)達(dá)到了爆炸極限， 但如果油泵房是關(guān)好門窗

9、的封閉狀態(tài)， 室內(nèi)濃度也處于爆炸 極限范圍之外。nete rsGMOfdoor Co 邏：EE聲味笛藍(lán)銘壬去卑=芒一套“圖7橫坐標(biāo)為1分鐘的泄漏量，縱坐標(biāo)為擴(kuò)散所能影響的最遠(yuǎn)距離。對(duì) 于瞬時(shí)泄漏，由于泄漏速度相對(duì)較快，泄漏量較小，所以室內(nèi)外濃度持續(xù)時(shí)間較短，一般就幾分鐘。對(duì)于瞬時(shí)泄漏同樣存在這樣一個(gè)規(guī)律，在定的風(fēng)速下，小于 一定的泄漏量時(shí)（如風(fēng)速為6m/s，泄漏量小于9000kg/min）260m處油泵房的乙烯 濃度在2.7 %以下,不會(huì)出現(xiàn)爆炸的危險(xiǎn)。但是，一旦泄漏超過(guò)一定限定值，如 果明火處在泄漏后沒(méi)有及時(shí)做好預(yù)防措施，門窗都沒(méi)有關(guān)閉，這樣會(huì)使得明火處的濃度應(yīng)以室外側(cè)濃度為燃燒爆炸計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)

10、，因此明火源處的濃度會(huì)很快達(dá)到爆炸極限范圍，因此將導(dǎo)致整個(gè)泄漏擴(kuò)散過(guò)程會(huì)出現(xiàn)爆炸的危險(xiǎn)。500E i E s g 5 a aX3埜* z圖7瞬時(shí)泄漏4、結(jié)論泄漏擴(kuò)散問(wèn)題是低溫儲(chǔ)罐安全性評(píng)價(jià)的重要內(nèi)容。本文從泄漏擴(kuò)散機(jī)理以及影響因素出發(fā)，對(duì)低溫乙烯罐泄漏的動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行了模擬和分析；通過(guò)針對(duì)低溫乙烯罐和油罐工程實(shí)際項(xiàng)目的危險(xiǎn)性研究， 發(fā)現(xiàn)在低溫乙烯罐發(fā)生泄漏擴(kuò)散 的影響范圍以及濃度分布和泄漏擴(kuò)散參數(shù)和大氣環(huán)境等很多因素有關(guān)。從上面的事例分析可知當(dāng)乙烯的泄漏速度較小時(shí)（即泄漏孔徑較?。谝欢ǖ娘L(fēng)速下，位 于順風(fēng)向260m的可能明火點(diǎn)油泵房的乙烯濃度小于 2.7 %,即使泄漏量不斷增加，該處的濃度也不再增加，因此是相對(duì)較安全的。 當(dāng)泄漏速度較大時(shí)，由于擴(kuò)散作用，影響的范圍會(huì)有所增加，這