基于PHAST的甲醇储罐定量风险分析.docx

煤浆制备装置二甲醚装置消防水加压泵站甲醇甲醇汽车装卸设施二甲醚 二甲醚 备煤装置汽车装卸设施二甲醚 二甲醚图1 甲醇罐区及周边布置示意图基于phast的甲醇储罐定量风险分析李保良1赵东风21、中国石油大学 机电工程学院，山东东营，2570612、中国石油大学 化学化工学院，山东青岛，266555【摘 要】基于甲醇在储存中可能存在的各种泄漏事故类型，结合挪威船级社（dnv）定量风险分析软件safeti中的phast模块，分析了甲醇的危险特性以及储存中泄漏事故危险 性，并运用phast对甲醇储罐发生泄漏后的火灾、爆炸事故后果及风险进行定量风险评价，模 拟预测事故后果及风险。通过模拟分析，得出事故影响程度的计算机模拟图表和报告，并提出 了防止和减轻事故危害的措施，从而为甲醇罐区的安全提供指导。【关键词】甲醇储罐 池火灾 中毒 蒸气 云爆炸危险分析一、引言甲醇是一种最简单的饱和醇，其用途非常广泛，是基础化工原料和优质燃料，用来制造甲醛、醋酸、 氯甲烷、甲氨、硫酸二甲酯等多种有机产品，也是农1、甲醇罐区基本情况神华集团某甲醇厂罐区于2007年5月建成，8月正 式投入生产使用，罐区由2座10000m3 的浮顶罐及其相 关的管道、机泵等辅助装置组成，储罐直径30米，罐 高 15米，有效容积为10000m3，并排布置，设计为常 压。储罐及周边装置情况如图1。1药、医药的重要原料之一 。同时甲醇也具有较强的毒性，对人的神经系统和血液系统有较大的影响，摄入 量过大可致双目失明，甚至死亡2。近年来随着世界各国环保意识的加强，甲醇的身 价倍增，其需求量也明显增加，其制造原料多为煤、石油和天然气，工艺装置同属于石油化工行类，具有 工艺复杂，设备庞大的特点。伴随甲醇工业的快速发 展，甲醇在生产、储存及运输环节存在的危险日益暴 露，尤其是甲醇聚集的罐区，一旦泄漏，发生火灾、爆炸和中毒事故，将造成大量的人员伤亡及财产损 失，因此对甲醇罐区潜在风险进行泄漏后果模拟及定 量风险程度分析，提出经济、合理并且有效的措施对保证罐区安全有重大的意义。二、甲醇储罐区概况及危险性分析2、介质危险性分析甲醇为甲类液态易燃易爆有毒物质，闪点为 11，自燃点为464，相对密度0.792（20/4），燃 烧热725.76kj/mol，蒸气密度1.11，蒸气压13.33kpa， 爆炸极限范围为6.0%36.5%（体积比）。甲醇爆炸下- 6 -池火热辐射 甲醇泄漏事故类型蒸气云爆炸超压毒性浓度图2 甲醇泄漏分析流程图表1 池火灾事故预测结果死亡半径 重伤半径 轻伤半径图3 甲醇罐区池火灾事故影响效果图研究与探索2011 1限比较低，范围广，与空气混合形成爆炸性混合物，一旦遇火源和高热就有可能发生火灾、爆炸事故，另 外甲醇有毒，误食或是吸入体内可能导致失明甚至死 亡。3、罐区重大危险源辨识根据危险化学品重大危险源辨识（gb18218-2009）的规定，重大危险源的辨识依据是危险化学品 的危险特性及其数量。辨识指标规定，单元内存在危 险化学品的数量等于或超过标准（gb18218-2009）中 规定的临界量，即被定为重大危险源。该甲醇厂的罐 区储存量（16000t）远大于临界量（500t），所以构成 重大危险源。三、phast软件及分析流程1、phast软件近年来，依据不同的数学扩散模型，用计算机编 制了很多泄漏扩散模拟软件。这些软件可以模拟危险 化学品泄漏后，在空气中的扩散路径及其浓度，从而 确定发生火灾、爆炸或毒性事故的影响范围。比如挪 威船级社研发的safeti，壳牌公司研发的fred，荷兰 应用技术研究院研发的damage，美国环境保护署研 发的aloha等。phast是挪威船级社研发的safeti中 的一个计算事故影响后果的软件模块2，可以用来模拟 计算泄漏、扩散、火灾及毒性事故的影响范围。它要 求在熟悉可能发生的事故情形情况下，输入物质参 数、工艺参数、气象参数及平面布置图等，对设置事 故模型的影响范围及危险程度进行计算，并形成计算 机模拟图表和报告。2、甲醇储罐泄漏分析流程甲醇既有毒性又易燃易爆，若甲醇储罐发生泄 漏，基本限制在防火堤内，如遇点火源将发生池火灾 事故，可能对暴露人员或财产造成危害。若未被点 燃，随着甲醇蒸发，甲醇蒸汽的扩散将会引起周边人 员中毒事故的发生，当与空气混合形成爆炸性混合 物，遇点火源或高热就可能发生蒸气云爆炸。假定甲醇储罐发生泄漏，输入数据后应用不同的 模型进行计算，得出火灾、爆炸及毒性事故的影响范 围，分析步骤如图2。四、泄漏后果模拟与定量风险分析1、事故情景及预测参数（1）事故情景 情景 1：甲醇厂一座 10000m3的甲醇储罐发生泄 漏，储罐容积10%的甲醇泄漏至防火堤内，遇到点火源发生池火灾事故。 情景2：储罐容积10%的甲醇泄漏至防火堤内，未遇点火源，甲醇蒸气在大气作用下扩散，采用多烟团 模型4-5对甲醇泄漏蒸气扩散影响范围进行后果预测。情景3：甲醇泄漏至大气环境中遇热发生气化，其挥发蒸气与空气混合，被点火源引爆发生蒸气云事 故。（2）预测参数 池火灾泄漏量790t，液池面积3319m2，燃烧速率 0.016kg.m-2.s-1；毒性扩散考虑当地的气象条件，选取大气稳定度d、e5，风速（0.5m/s、1.5m/s、3.1m/s） 的组合气象条件进行预测；发生蒸气云爆炸的温度为40，风速5（d）m/s，泄漏高度选取5m。2、泄漏池火灾事故后果模拟（1）模拟结果 运用phast计算机模拟软件，对甲醇罐区可能发生的池火灾事故后果进行预测，结果见表1，池火灾事故后果影响范围见图3。- 7 -表2 甲醇对人的危害阈值一览表表3 不同气象条件下甲醇蒸发速率表4 甲醇泄漏扩散后果预测图4 甲醇蒸气扩散影响区域图研究与探索2011 1（2）结果分析1）伤害半径定义 各伤害半径是指在30s的曝露时间下，各伤害（概率=50%）对应热辐射强度的伤害半径：死亡半径是指有衣服保护时（20%皮肤裸露）的死亡伤害对应辐射强度=18.420 kw/m2； 重伤半径是指有衣服保护时（20%皮肤裸露）的二度烧伤对应辐射强度=12.200 kw/m2； 轻伤半径是指有衣服保护时（20%皮肤裸露） 的一度烧伤对应辐射强度=5.360 kw/m2； 财产损失半径对应辐射强度=25.403 kw/m2。 2）伤害范围分析 由池火灾事故影响效果图可以看出，若甲醇储罐泄漏发生池火灾事故，其死亡半径、重伤半径和轻伤 半径的影响范围均局限于甲醇罐区范围之内，其中轻伤半径影响到罐区的专用泵房，泵房内的设备受热辐 射的影响可能会有轻微损害。3、蒸气扩散中毒事故后果模拟（1）甲醇蒸气毒性资料 将美国工业卫生协会出版的erpgs中定义的甲醇三个中毒浓度范围，列于表2。度下，甲醇泄漏的扩散范围见表4。由模拟结果可以看出，甲醇蒸气扩散形成的最大死亡浓度半径为25.7 m，出现在大气稳定度d，风速3.1 m/s情形下；最大重伤浓度半径为128.8 m，最大轻伤浓 度半径为 561.8 m，均出现在大气稳定度 e，风速1.5 m/s情形下。根据三个最大伤害半径绘制甲醇蒸气扩散 中毒效果，见图4所示。（4）模拟结果分析由甲醇泄漏扩散中毒图可以看出，若发生甲醇储 罐泄漏，在防火堤内形成液池蒸发扩散，在各种不利气象条件下：最大死亡浓度范围没有扩散至防火堤之外，可 认为死亡浓度半径没有出现；最大重伤浓度范围已扩散至甲醇储罐周边的其他罐区、装置和其他设施；最大轻伤浓度范围已覆盖了整个甲醇厂厂区，并已影响到其周边其他的企业；毒物扩散的影响区域受风向影响明显，其扩散 路径应是顺着下风向的椭圆形扩散，因此在事故应急时应根据风向制定详细的疏散和救援计划。4、泄漏蒸气云爆炸后果模拟运用计算机蒸气云爆炸后果模拟软件，根据上述 模拟参数对甲醇蒸气云爆炸事故进行模拟计算，模拟 结果见图56。（2）不同气象条件下甲醇蒸发量计算根据液体质量蒸发速率等计算公式，计算出在不 同大气稳定度和风速下，甲醇的蒸发质量，计算结果 列于表3中。（3）甲醇蒸气扩散预测结果通过计算机软件模拟计算，不同风速、大气稳定- 8 -图5 甲醇浓度随时间变化图图6 甲醇气云扩散发生爆炸产生冲击波的伤害半径研究与探索2011 1爆炸事故计算遵循冲击波超压伤害破坏准则，主要选取3种超压伤害情形，分别得出每种冲击波超压造 成影响的距离范围，为爆炸事故防护和应急提供参考 数据。0.020.03mpa（0.2068bar）情形下，冲击波超压 对人体造成伤害，可能造成建筑物墙裂缝或窗框损 坏，其伤害半径约为50 m；0.0060.015mpa（ 0.1379 bar）超压情形下，造成受压面的门窗玻璃大部分破 碎，对人员伤害不大，其伤害半径约为 65m；0.02068bar超压影响范围较大，可能造成玻璃窗破坏， 但对人基本无伤害，其伤害半径约为250m。就甲醇厂平面布置而言，当甲醇储罐发生爆炸 时，距离其最近的二甲醚球罐（约70m）可能产生裂缝、门窗等被破坏，从而导致二次事故的发生，另 外，甲醇罐区及二甲醚罐区的装卸设施也处于爆炸影 响范围之内。2、严格控制甲醇的泄漏（1）对设备、仪表、管线、机泵进行定期检查和 保养；（2）现场设置可燃气体报警器，并定期检测维 护，保证好用；（3）定期检查罐体状况，防止因腐蚀等原因造成 罐体开裂、穿孔。3、加强安全管理，严格控制点火源严格控制人员携带火种及一切可能产生火源的设 备，装置厂区内严禁吸烟，加强监管及安全检查；动 火时必须严格按动火手续办理动火证，并采取有效防 范措施；罐区内的所有电气设备都要采用防爆型并定 期维护、保养；作业时应采用不发火花工具，严禁使 用钢制工具敲打设备或相互撞击、抛掷等其他操作； 防雷、防静电设施应定期检查、检测，确保完好可靠 机动车辆加强管理，进入生产区及库区必须戴好阻火 器；不要在罐区周围维修车辆。六、结论运用挪威船级社（dnv）的phast软件对甲醇罐 区进行风险后果模拟分析，从而得出罐区存在的罐区一旦发生泄漏、导致火灾爆炸后对周边装置和设备的波及程度。通过模拟分析，得出储罐的危险性及危险 程度，从而为甲醇生产和储存企业制定安全措施及应急预案提供参考。【参考文献】1冯肇瑞, 杨有启等. 化工安全技术手册(m). 北京: 化学工业出版社, 1993.2姜海燕, 潘国军等. 池火灾模型在甲醇储罐定量 评价中的应用j.山东化工, 2010, 39(3): 41- 43.3梁韬,陈国华等. safeti在lpg储罐事故后果评价中的应用j. 油气储运, 2006, 25(2): 53-58.4潘旭海, 蒋军成等. 重气云团瞬时泄漏扩散的数 值模拟研究j. 化学工程, 2003, 31(1): 35-39.5吴笑, 龙长江等. 安全评价中的气体扩散模型及 应用j. 工业安全与环保, 2005, 31(8): 48-52.6daniel acrowl, joseph flouvar, chemical process safety-fundamentals with applica