液化天然气储罐火灾爆炸事故的定量分析.docx

液化天然气储罐火灾爆炸事故的定量分析飞1，2闫家伟1 ，宋文华2 ，董影超2 ，谢( 1 天津市公安消防局，天津 300090)( 2 天津工业大学，天津300160)摘 要: 介绍了某天然气站的基本情况，利用道化学指数评价法，对该站储罐区的 1 个 3000m3 球罐进行风险评价，评价结果表明: 该罐火灾爆炸指数为 149. 1，危险等级是较大。一旦罐内天然气 在储存过程中发生火灾、爆炸，将使半径 38. 17m 内，面积 4574. 82m2 内的设备、设施受到损害，最 大可能财产损失为 0. 66a 万元。由于罐区采取了一些安全措施对储罐安全进行补偿，有效地降低 了事故损失。为操作管理者更加全面地了解整个罐区的风险状况提供参考，有利于天然气储罐区 的规划、管理及事故预防等。关键词: 天然气; 道化学; 火灾爆炸; 储罐中图分类号: x913文献标识码: aquantitative analysis on fire and explosion accident of lng tankyan jia-wei1 ，song wen-hua2 ，dong ying-chao2 ，xie fei1，2( 1 tianjin public security fire station，tianjin 300090，china) ( 2 tianjin pol ytechnic university，tianjin 300160，china)abstract: in this paper the basic situation of a gas station was introduced one 3000 m3 spherical tank of naturalgas tank area was analyzed by american dow chemical index evaluation method the evaluation result showed that the danger index for fire explosion was 149. 1 and its risk level was larger during the storage process，if the gas in storage tank fired and exploded，the equipments，facilities and personnel within the radius 38. 17m and area4574. 82 m2 would be destroyed and damaged this case would cause great economic losses，and the maximum property damage was 0. 66a million yuan because some security measures had been taken to this unit for safety compensation，the loss of accidents was effectively reduced it provided reference for opreating managers to com- pletely understand the risk status of the tank field the indicators provided a basis for natural gas tank area plan- ning management，accident prevention and emergency rescuekey words: natural gas; dow chemical; fire and explosion; tanks发生火灾爆炸事故，必定会造成重大的人员伤亡和财产损失。因此，对天然气储罐进行危险性评价，及 时采取针对性的预防措施，已经成为减少火灾爆炸 事故发生的重要手段。有关的评价方法很多，其中 以美国“道化法”和英国“蒙德法”应用最为广泛。 本文根据美国道化学公司的火灾、爆炸危险指数评 价法，对天然气储罐进行风险评价，使操作管理者了引言1天然气储罐的火灾爆炸危险性很大，而且一旦收稿日期: 2011-05-19作者简介: 闫家伟，硕士。第 7 期中国安全生产科学技术 89解储罐区的危险程度，并对进一步提高安全生产管理水平提出改进意见。系数( mf) 为依据，运用大量的实验数据和实践结果，一般工艺危险系数( f1) 表示影响事故损害大小 的主要因素，特殊工艺危险系数( f2) 表示影响事故 发生概率的主要因素。mf f1 f2 为火灾爆炸危 险指数，用来确定事故的可能影响区域和估计事故 可能造成的破坏; 由物质系数( mf) 和单元工艺危 险系数( f3 = f1 f2 ) 得出单元危险系数，从而计 算评价单元基本最大可能财产损失，然后再对工程 中拟采取的安全措施取补偿系数( c) ，确定发生事 故时实际最大可能财产损失和停产损失。该方法优 点是能用经济的大小来反映所采取安全措施的有效 性以及生产过程中火灾爆炸性的大小。3. 1 定量分析过程现将储罐区内某一储罐作为分析的危险单元。 该储罐区天然气的主要成分是甲烷，故其物质系数 选取甲烷的物质系数值，即 mf = 21。案例基本情况2某天然气站位于某市东北郊某镇，东临马路，交通便利。有一条城市输电线路在附近通过，供电方 便。北面为交警支队，西面、南面均为农田。该 站 占 地 面 积 28237m2 ，总 建 筑 面 积 为3888m2 。按功能分区布置，分为生产区和生产辅助 区。生产区设宽 6. 0m 的环形消防通道，通道处设 2个宽度大于 4. 0m 对外出入口。其中，生产区设 4个储罐，双排布置，每个储罐的容积为 3000m3 ，间距 为 33m。罐区防火堤长 69m，占地面积 4761m2 。站内自备一台 200kw 柴油发电机组做为备用电源，用电负荷为二级。球罐区、调压计量区、天然 气加气母站、加气岛等区电气设备均采用隔爆型。 球罐区、调压区等及站内架空工艺管道均设防静电 接地。站内设自动控制系统一套，主要检测球罐压力、温度、调压器前后压力、电动阀门开关、天然气泄漏 浓度等，控制电动阀门的开启，实现自动化安全生产 运行。同时能通过 rtu 向调度中心传递数据。在消防水泵房内设消防电泵三台，站区内设置 地上式消火栓 6 个和 4 个水炮，每个消火栓设消火箱一个，箱内配直流水枪，开花水枪各一支。配置mf8 型手提式干粉灭火器、mt7 型手提式 co2 灭火 器及 mft35 型推车式干粉灭火器若个。工艺设置: 站内贮罐进口、出口设有电动阀门或 气动阀门，贮罐设有安全放散阀，当贮罐压力或液位达到设定值时进气阀或进液阀自动关闭，一旦超压至安全阀设定值时，安全阀自动放散，以确保球罐 安全。站内调压器选用超压切断式调压器，且调压器 前设电动球阀，调压器后设安全放散阀，调压器后运行压力过高时安全放散阀或紧急切断阀动作以防止 事故的发生。储配站内安全放散的气体经放散塔排 至高空。( 1) 确定一般工艺过程危险系数 f1f1 的值等于其基本系数( 一般为 1. 00 ) 与放热反应、吸热反应、物料的储运和输送、封闭结构单元 或室内单元、通道、排放和泄漏等 6 项内容的危险系 数之和( 上述 6 项不一定全部采用) 。( 2) 确定特殊工艺过程危险系数 f2f2 的值等于其基本系数( 一般为 1. 00 ) 与毒性 物质、负压、在燃烧范围内或附近操作、粉尘爆炸、压 力等 12 项内容的危险系数之和( 上述 12 项不一定 全部采用) 。按照第七版所规定的取值原则，结合装置的实 际情况，储罐单元危险系数分析和火灾、爆炸指数分 析结果见表 1。其中，易燃及不稳定物质的能量计算如下: 该罐区内一个 3000m3 储罐天然气重量为: 3000 0. 46 103 = 1. 38 106 kg，燃 烧 热 为: 47. 4103 btu / kg，因此，天然气总能量: x = 65. 412 ( btu 109 )依 据lgy = 0. 289069 + 0. 472171 ( lgx ) 0. 074585( lgx) 2 0. 018641 ( lgx) 3 可以得出，贮存中的液体及气体的危险系数 y = 1. 62，即为易燃及 不稳定物质能量的危险系数。根据火灾、爆炸危险指数( fei) 与危险等级对 照表( 表 2) 划分的标准进行判断，天然气储罐单元 fei = 149. 1，危险等级是很大。运用道化学对该站储罐区的定量分析3火灾爆炸指数法，以被评价单元中的重要物质中国安全生产科学技术 第 7 卷90表 1 天然气储罐区火灾、爆炸指数( fei) 表暴露区域面积: s = r2 =3. 14 38. 172 =4574. 82m2 。( 3) 安全措施补偿系数的确定 安全补偿措施系数见表 3。确定 mf 的物质天然气1 物质系数( mf)212 一般工艺危险危险系数范围 采用危险系数表 3 天然气储罐区安全措施补偿系数 基本系数1. 001. 00项目补偿系数范围 采用补偿系数a 放热化学反应b 吸热反应c 物料处理与输送d 密闭式或室内工艺单元e 通道f 排放和泄漏控制0. 30 1. 250. 20 0. 400. 25 1. 050. 25 0. 900. 20 0. 350. 25 0. 50 1 工艺控制安全补偿系数( c1 ) 应急电源冷却装置抑爆装置紧急切断装置计算机控制惰性气体保护操作规程 / 程序化学活泼性物质检查 其他工艺危险分析0. 980. 97 0. 990. 84 0. 980. 96 0. 990. 93 0. 990. 94 0. 960. 91 0. 990. 91 0. 980. 980. 970. 850. 990. 990. 50一般工艺危险系数( f1 )2. 350. 910. 983 特殊工艺危险基本系数1. 001. 000. 91 0. 98 0. 94 c1 值a 毒性物质b 负压( 66. 5kpa)c 易燃范围内及接近易燃范围的操作罐装易燃液体过程失常或吹扫故障一直在燃烧范围内d. 粉尘爆炸e 压力0. 78 0. 20 0. 800. 500. 202. 物质隔离安全补偿系数( c2 )遥控阀卸料 / 排空装置排放系统联锁装置0. 96 0. 980. 96 0. 980. 91 0. 970. 980. 960. 500. 300. 800. 25 2. 000. 95 c2 值0. 91 3. 防火措施安全补偿系数( c3 ) 泄漏检测装置结构钢消防水供应系统特殊灭火系统洒水灭火系统水幕泡沫灭火装置手提式灭火器材 / 喷水枪电缆防护0. 94 0. 980. 95 0. 980. 94 0. 970. 910. 74 0. 970. 97 0. 980. 92 0. 970. 93 0. 980. 94 0. 980. 98操作压力( kpa)0. 94 f 低温0. 20 0. 30 g 易燃及不稳定物质的能量0. 97物质重量( kg)物质燃烧热 he( j / kg)工艺中的液体及气体贮存中的液体及气体贮存中的可燃固体及工艺中的粉尘h 腐蚀与磨蚀i 泄漏 接头和填料j 使用明火设备k 热油热交换系统l 转动设备9. 0 10653713. 680. 950. 950. 941. 62c3 值0. 76安全措施补偿系数c = c1 c2 c30. 540. 10 0. 750. 10 1. 500. 100. 10补偿后火灾爆炸指数为 80. 51，危 险 等 级 是较轻。0. 15 1. 150. 50单元危害系数: 由 f = 7. 10，mf = 21，查相关3资料得该单元危害系数为 0. 81。该单元提供资料不够详尽，在影响区域内的财 产损失无法准确确定，故假设评价单元影响区域内 的财产价值( 装备、设施等的总投资) 为 a 万元，以 此计算出最大可能的财产损失( 基本 mppd) a1 万 元和实际可能的财产损失( 实际 mppd) a2 元。该 计算结果只是单元影响区域内财产价值的损失率， 而无法得到损失的绝对值，以此为基础的工作日的 损失也就无法计算。特殊工艺危险系数( f2 )3. 024 工艺单元危险系数( f1 f2 = f3 )7. 105 火灾、爆炸指数( f3 mf = fei)149. 1表 2 fei 值与危险等级对照表fei 值1 6061 96 97 127 128 158 159危险等级最轻较轻中等很大非常大暴露半径: r = 0. 84 fei = 0. 84 149. 1 =125. 24ft = 38. 17m;第 7 期中国安全生产科学技术 91( 5) 最大可能财产损失( 基本 mppd) a1a1 = 影响区域内的财产价值 a 单元危害系数 0. 82= a 单元危害系数 0. 82= a 0. 81 0. 82 = 0. 66a( 万元)( 6) 实际最大可能财产损失( 实际 mppd) a2a2 = 最大可能财产损失 a1 安全措施补偿系 数 c = 0. 66a 0. 54 = 0. 36a( 万元)参考文献1吴钢，吴隽，闫茹 浅析天然气储配站消防安全及相关对策j 消防技术与产品信息，2007( 2) : 55-56wu gang，wu jun，yan ru the analysis of lng chupeizhans fire safety and countermeasuresj fire technique and products information，2007( 2) : 55-56 田兰 化工安全技术m 第二版 北京: 化学工业出 版社，1984康荣学，吴宗之，桑海泉，谷海波 cng 加气站危险性 分析及事故预防措施研究j 中国安全生产科学技 术，2009，5( 4) : 20-22kang rong-xue，wu zong-zhi，sang hai-quan，gu hai-bo cng stationa fire fatalness analysis and preven- tive measures discussedj journal of safety science and technology，2009，5( 4) : 20-22chu jiacheng guangdong lng terminaltnmkline pro- ject labor safetyhealth pre-assessment outline water- borne transportation institute of ministry of communica- tions，2002jan staw czyk experimental evaluation of lpg tank ex- plosion hazards j journal ofhazardous materials，2003，7young-do jo，bum jong ahn a simple model for the re- lease rate of hazardousgas from a hole on high-pressure pipelinesj journal of hazardous materials，2003，5 贾伟，朱建新，高增梁，等 区域定量风险评价方法及 其在化 工 园 区 中 的 应 用j 中国安全科学学 报2009，19( 5) : 140-146jia wei，zhu jan-xin，gao zeng-liang，et al the method of quantitative area risk assesem ent and its ap- plication in the chemical industrial pankj china safety science joumal，2009，19( 5) : 140-146李一铷 火灾、爆炸危险评价方法选择及介绍j 劳 动保护科学技术，2000，20( 1) : 43-46li yi-ru the selection and introduction of fire and explosions evaluation methodsj labor protection sci- ence and technology，2000，20( 1) : 43-4623分析结果从计算结果可以看出，一旦压缩储罐发生危险， 其后果及造成的损失都是巨大的。本单元火灾爆炸 指数计算表明，火灾爆炸指数为 149. 1，根据火灾爆 炸指数评价法提供的火灾爆炸指数与危险等级关系 表可知，其危险等级是很大。评价的危险单元中有1 个 3000m3 球罐，一旦罐内的天然气在储存过程中 发生火灾、爆炸，将把 38. 17m 半径内，4574. 82m2 区 域面积范围内的设备、设施暴露在本单元发生