基于化學(xué)危險指數(shù)法的原油儲罐區(qū)火災(zāi)爆炸風(fēng)險分析

基于化學(xué)危險指數(shù)法的原油儲罐區(qū)火災(zāi)爆炸風(fēng)險分析

0大型罐區(qū)的危險性分析石油生產(chǎn)中的材料通常具有燃料、易爆、腐蝕、中毒等風(fēng)險。這些潛在的危險性決定了在生產(chǎn)、運輸、儲存、使用等各個環(huán)節(jié)中必須嚴(yán)格管理。稍有不慎就會釀成重大事故,給人們的生命財產(chǎn)造成破壞和損失。大型罐區(qū)在石油化工工業(yè)中是量大面廣的設(shè)備。為了保持長期的安全生產(chǎn),預(yù)防事故的發(fā)生,盡量減少事故發(fā)生后的損失,有必要對大型罐區(qū)進(jìn)行危險性分析,找出安全隱患,積極改進(jìn),防患于未然。本文以我國某油庫為研究對象。該油庫是目前我國最大的原油集輸、中轉(zhuǎn)基地。罐區(qū)的安全直接影響著華北地區(qū)各煉化企業(yè)的平穩(wěn)生產(chǎn)。1現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果分析油庫所儲存的油品屬于甲B類易燃液體。在生產(chǎn)儲運過程中,若發(fā)生原油泄漏等事故,可能引發(fā)燃燒和爆炸事故。為此,采用美國道化學(xué)公司的火災(zāi)、爆炸危險指數(shù)法(第七版),先對輸油、儲運工程固有的潛在火災(zāi)、爆炸危險指數(shù)進(jìn)行計算;然后提出在設(shè)計建設(shè)過程中,應(yīng)考慮設(shè)置的必要的安全設(shè)施;最后進(jìn)行補(bǔ)償火災(zāi)、爆炸危險指數(shù)計算,從而對該油庫安全性進(jìn)行定量分析。根據(jù)整個油庫的工藝流程和設(shè)備的布置情況以及所研究對象的特點,選取原油儲罐區(qū)3#罐及1#油泵房為計算單元進(jìn)行初期火災(zāi)、爆炸危險指數(shù)和補(bǔ)償火災(zāi)、爆炸危險指數(shù)進(jìn)行計算和分析。兩個單元的危險指數(shù)計算結(jié)果匯總于表1。初期計算結(jié)果表明,這兩個計算單元的危險等級為“高”。補(bǔ)償計算結(jié)果表明,所有單元的危險等級都降為“較低”級別。這說明該油庫所計算單元在采取安全措施和預(yù)防手段的條件下,危險等級大大降低,達(dá)到可以接受的程度。原油具易燃、易爆性,一旦泄漏釋放出來,將會產(chǎn)生多種危害,如易燃物的火災(zāi)及其輻射等都將對人員、財產(chǎn)、建筑物及大氣環(huán)境產(chǎn)生一定影響。正確分析泄漏擴(kuò)散規(guī)律,預(yù)測危害區(qū)域,可以給管理部門在制定事故預(yù)案和事故應(yīng)急處理方面提供一定的依據(jù),同時對減少人員傷亡及財產(chǎn)損失也具有重要的意義。鑒于此,以下將對泄漏擴(kuò)散等情形進(jìn)行仿真分析。2模擬分析2.1頻率分析和危險分析目前,用于危險性分析的計算機(jī)軟件有4種類型:危險辨識軟件、事故后果模型軟件、事故頻率分析軟件以及綜合危險定量分析軟件。本文將利用先進(jìn)的SAFETI(SoftwareforAssessmentofFlammable,ExplosiveToxicImpact)軟件,對可能發(fā)生的重大事故進(jìn)行仿真分析。計算步驟見圖1。2.2模型計算模型計算分為因果計算和風(fēng)險計算兩個部分。1池火排放系數(shù)及輻射能量的計算因果計算為氣候數(shù)據(jù)中規(guī)定的每種氣候條件進(jìn)行擴(kuò)散模擬和效應(yīng)模擬。擴(kuò)散模型對可燃物計算出到臨界濃度的距離,即可燃物的可燃性極限;對毒性材料計算出最低毒性級的距離。效應(yīng)模擬僅計算可燃材料,計算出噴火、池火和BLEVE(沸液膨脹蒸氣爆炸)到臨界輻射級的距離,以及對爆炸到臨界過壓的距離。給定條件泄露后通過孔的排放率可表示為m=CdA0ρ0?2(H0?Hi)???????????√m=CdA0ρ0-2(Η0-Ηi)式中Cd為排放系數(shù);A0為小孔面積,m2;ρ0為小孔中材料的密度,kg/m3;(H0-Hi)為泄漏前后液面的高度差,m。油罐中液體排放蒸發(fā)率me=mρvρ1me=mρvρ1式中m為通過孔的排放率,kg/s;ρv為汽化液質(zhì)量濃度,kg/m3;ρ1為膨脹液體的質(zhì)量濃度,kg/m3。池火表面輻射能量Es=E0[1?exp(?Dl)]Es=E0[1-exp(-Dl)]式中E0為最大表面輻射能量;l為輻射能量量度長度;D為池火的直徑。噴射火焰的輻射能量Es=FsQΔHcA0×10?3Es=FsQΔΗcA0×10-3式中ΔHc為物質(zhì)的熔變,kJ/kg;Q為物質(zhì)的發(fā)熱量,kJ/kg;Fs為輻射熱系數(shù),由下式給出。Fs=[0.21exp(-0.00323uj)+0.11]f(MW)式中f(MW)為相對分子質(zhì)量的函數(shù),用來計算以釋放氣體的相對分子質(zhì)量觀察的Fs變化;uj為物質(zhì)的化學(xué)勢,kJ/kg。f(MW)=?????????????1MW<21MW21????√21<MW<601.69MW>60f(ΜW)={1ΜW<21ΜW2121<ΜW<601.69ΜW>60BLEVE的輻射能量Es=FsMcΔHc4πR2BΔt×10?3Es=FsΜcΔΗc4πRB2Δt×10-3式中Fs=0.00323Psv0.32,Psv為燃料飽和氣化液壓力,kPa;Mc為物質(zhì)的質(zhì)量,kg;RB為小孔半徑,m;Δt為沸液膨脹時間,s。2環(huán)境情況研究風(fēng)險影響計算依次選取可能的故障案例,同時模擬周圍環(huán)境情況。環(huán)境情況有賴于氣候條件、著火的位置和時間以及著火的性質(zhì)(著火還是爆炸)。該模型將考慮以上情況,并根據(jù)氣候數(shù)據(jù)、點火數(shù)據(jù)和參數(shù)數(shù)據(jù)計算得出恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)果。2.3泄漏后的健康影響事故仿真分析是從不利的情況考慮,給出假定的事故形態(tài),并進(jìn)行事故后果的模擬計算,以預(yù)測油庫在運行過程中,一旦發(fā)生事故可能造成的危害。油庫在運行過程中可能發(fā)生的事故類型主要為:1)原油儲罐罐底板開裂,原油泄漏;2)原油管線泄漏;3)原油儲罐罐底板開裂或管線泄漏。原油揮發(fā)組分與空氣形成爆炸性氣體,遇到點火源發(fā)生蒸氣云爆炸。事故仿真分析結(jié)果見圖2～4。當(dāng)原油儲罐發(fā)生孔徑為100mm泄漏時,從原油泄露后蒸氣云團(tuán)擴(kuò)散俯視圖(圖2)可以看出,原油泄漏后會向臨近罐以及周邊環(huán)境擴(kuò)散,不同濃度影響的范圍不一樣,但濃度沒有達(dá)到其爆炸下限以上。所以,蒸氣與空氣形成混合物遇明火、高熱能引起爆炸的可能性較小。但仍然要定期對儲罐進(jìn)行檢測,以便及時發(fā)現(xiàn)儲罐的缺陷。從原油泄漏形成池火熱輻射影響范圍圖(圖3)可以看出,熱輻射影響范圍較大,但輻射能量12.5kW/m2(有火焰時,能使木材燃燒;是塑料熔化的最小能量)對設(shè)備的損害不是很大。為了避免更大的損失,原油泄露后遇火燃燒時,要注意鄰近罐的冷卻保護(hù)。池火輻射能量對人的傷害比較嚴(yán)重,1min內(nèi)可以達(dá)到1%燒傷;所以人員進(jìn)入罐區(qū),要特別注意個人防護(hù)。從原油泄漏后延遲點火爆炸影響范圍圖(圖4)可以看出,原油在距泄漏點較遠(yuǎn)處積聚,遇火源發(fā)生爆炸。爆炸超壓的影響范圍較大,沿風(fēng)向距泄漏點較遠(yuǎn)。由于油罐本身的特殊結(jié)構(gòu),對其自身的損失不會太大,但要注意對周邊環(huán)境內(nèi)建筑物以及人員的保護(hù)。3儲罐泄漏后危險等級仿真分析通過危險指數(shù)分析,其計算單元的初期計算結(jié)果危險等級都為“高”,補(bǔ)償計算結(jié)果的危險等級都降為“較低”。油庫所計算單元在采取安全措施和預(yù)防手