液化石油气储罐设置方式初探

液化石油气储罐设置方式初探液化石油气储罐设置方式初探 液化石油气作为一种通用燃料广泛应用于工业生产和人民 生活中 但由于其具有易燃易爆的特性 在其生产 贮运和使 用过程中极易引起火灾爆炸事故 尤其在液化石油气的贮罐区 贮罐集中贮量大 一旦发生火灾爆炸 将会造成严重的后果 例如 1984 年墨西哥某液化石油气贮备站 一个球型和枕型贮罐 相继发生爆炸着火 爆炸半径达 400m 碎片飞出最远的达 1200m 死亡 500 余人 伤 2000 余人 损失达 5000 万美元 1998 年 3 月 5 日 发生在西安市液化石油气站的一个储罐区内 相继发生了 4 次爆炸 出事现场一片火海 有 6 个储罐被焚毁 造成 12 人死亡 32 人受伤 直接经济损失 470 多万元 盛装液化石油气的储罐属压力容器 压力通常有 1 57mpa 一旦发生爆炸 危害极大 如果液化石油气储罐设在 地上 为了确保储罐与周围的人和建筑物的安全距离 需要很 大的空间 可是现在城市用地十分紧张 很难找到一片专用空 地 如果液化石油气储罐直接埋在地下 发生泄漏很难发现和 维修 容易造成地下水和土壤污染 如果设置在地下室里 同 体积的液化石油气比空气大约重 0 5 倍 一旦泄漏出来 地下 室里空气流通不好 很容易在较低处聚集 可能形成爆炸性混 合物 遇到火源就会爆炸 所以 液化石油气储罐不管设置在 地上还是地下都会有危险 本文从储罐发生爆炸后会造成的影 响后果考虑 就怎样设置储罐相对比较安全进行探讨 对液化 石油气储罐的安全管理和安全评价具有现实意义 1 研究方法 本文从能量释放的角度出发 以爆炸理论为基础 利用相 关模型估算爆炸冲击波的波及范围 液化石油气储罐属于压力容器 当它发生爆炸时有两种形 式 一种是压力容器爆炸 由于罐内操作压力过大或储罐受腐 蚀 老化 抗压能力下降 导致压力容器爆炸 二是蒸气云爆 炸 由于储罐或各种附件破裂 磨损 密封不严而导致的泄漏 形成爆炸性混合气体遇火源发生爆炸 这两种爆炸都会产生冲 击波 冲击波的计算可采用 tnt 当量法 即将爆炸的能量换算 为 tnt 当量 然后将等量的 tnt 炸药爆炸的冲击波即近似认为 是液化石油气爆炸的冲击波 由于液化石油气爆炸速度没有 tnt 炸药爆炸速度快 因此按 tnt 当量计算的冲击波要高于液 化石油气爆炸的实际产生的冲击波 但是这种方法简单而且偏 于安全 所以在工程经常采用 1 1 蒸气云爆炸的能量 式中 wtnt 蒸气云的 tnt 当量 kg 蒸气云的当量系数 通常取 4 wf 蒸气云爆炸中燃烧掉的总质量 kg qf 燃料的燃烧热 mj kg qtnt tnt 的爆炸热 mj kg 1 2 冲击波超压 液化石油气储罐设置在地上时 采用空气中爆炸的冲击波 超压计算公式 式中 p 冲击波超压 kgf cm2 w 爆炸蒸气云的 tnt 当量 kg r 爆心到所研究点的距离 m 液化石油气储罐设置在地下室或直埋地下时 当液体泄漏 一段时间 形成爆炸性混合气体 不管是地下室还是储罐都融 为一体 假设成一个理想爆炸源 在地下粘土中发生爆炸 其 爆炸冲击波的计算公式 式中 p w r 意义同上 1 3 超压准则 超压准则认为 爆炸波是否对目标造成伤害由爆炸波超压 唯一决定 只有当爆炸波超压大于或等于某一临界值是地 才 会对目标造成一定的伤害 否则 爆炸波不会对目标造成伤害 研究表明 超压准则并不是对任何情况都适用 相反 这 级严格的适用范围 即爆炸波正相持续时间必须满足如下条件 t 40 为目标响应角频率 s 1 t 为爆炸波持续时间 s 根据超压准则所确定的人员伤害程度及建筑物破坏程 度见表 1 和表 2 1 爆炸冲击波对人员的伤害 采用表 1 所示的伤害准则 2 爆炸冲击波对建筑物的破坏 采用表 2 所示的破坏准 则 表 1 冲击波对人的伤害效应 冲击波超压 kgf cm2 伤害效应 1 0 死亡 大部分人员会 死亡 0 5 1 0 重伤 损伤人的听觉 器官或产生骨折 0 2 0 3 轻伤 人体受到轻微 损伤 0 2 能保证人员安全 表 2 冲击波对建筑物的破坏效应 超压 p 105 pa 建筑物被破坏的程度 2 0 钢架桥位移 1 0 2 0 防震建筑物破坏或严重破坏 0 5 1 0 钢骨架或轻型钢筋混凝土建 筑物破坏 0 3 0 5 不含混凝土厚 0 2 0 3m 的砖 板因剪切或弯曲而破裂 房屋几 乎完全破坏 0 15 0 3 砖砌房屋 50 被破坏 无框 架 自约束的钢板建筑完全破坏 油罐破裂 0 07 0 015 房屋的一部分完全破坏 无 法继续居住 0 02 0 07 房屋结构受到轻微破坏 大 小窗玻璃经常震碎 0 01 玻璃开始破裂 2 结果与讨论 设一个 50m3 的液化石油气储罐分别设置在地上 地下室 内和直埋在地下 在地下室内爆炸时 蒸气云扩散到地下室有 限的空间内 使整个地下室和储罐融为一体 相当于一个直埋 地下的储罐 按直埋地下储罐估算其爆炸影响范围 具体的蒸 气云爆炸的冲击波伤害效应 见表 3 表 3 在空气中和粘土中爆炸冲击波伤害效应的比较 影响半径 r m 伤害效应 空 气中爆炸 冲击波 粘 土中爆炸 冲击波 冲击波 超压 p 105pa 建筑物被破坏情况 人员伤害情况 40 5 32 0 2 0 砖木结构全破坏 56 0 40 5 2 0 1 0 砖墙部分倒塌 土房倒 塌 大部分人死亡 土墙开裂或局部倒塌 可能造成死亡 80 051 51 0 0 5 108 0 61 0 0 5 0 3 木房架折断 顶棚部分 破坏 重伤 170 5 77 0 0 3 0 15 门窗破坏 屋面瓦大部 分掀掉 轻伤 304 0 99 0 0 15 0 07 门窗部分破坏玻璃破碎 屋面瓦部分破坏 913 0 150 0 0 07 0 02 砖墙部分破坏 屋面瓦 部分翻动 不能造成伤害 表 4 地下爆炸和地下爆炸破坏半径比较 人员伤害情况 建筑物损坏 情况 死亡 半径 m 重 伤半径 m 轻 伤半径 m 严 重损坏 m 轻 微损坏 m 地 下爆炸 40 5 61 0 77 0 99 0 150 0 地 上爆炸56 0108 0170 5304 0913 0 比 例 72 3 56 5 45 2 32 6 16 4 通过对液化石油气储罐设在粘土中和大气中爆炸后果估算 结果来看 同一个储罐在粘土中爆炸的影响范围比在大气中小 这是因为在粘土中爆炸 周围的土壤要吸收一部分爆炸能量 所以对地面影响范围小 因此 就爆炸后果来看 储罐埋在地 下要比地上安全 从表 4 中比例项可以看出 随着影响半径的增加 比例逐 渐减小 说明对地上爆炸和地下爆炸的影响范围的估算 应分 别采用相应的计算公式 否则误差很大 所以 对液化石油气 储罐进行安全管理和安全评价时 应注意这点 3 结论 1 从储罐设置角度考虑 如果储罐直接埋在土壤中 虽 然爆炸影响范围最小 不便于发现和维修 受水土腐蚀 出现 破裂 老化 磨损 密封不严等情况 一旦发生泄漏 会造成 地下水和土壤污染 设在地上爆炸影响范围最大 比较危险 要保障安全距离就得占用大量的空间 不利于整体环境的规划 设在地下室中 爆炸的影响范围较小 便于检查 甘肃省空间 不会造成环境污染 与前两者比较 具有一定的优势 前两者 的弊端是不可避免的 而设在地下室中的隐患是可控制的 通 过本文的研究 为液化石油气储罐的安全设置提供了理论依据 2 保证液化石油气储罐安全有两种途径 一是主要通过 比较大的安全间距来减少事故的危害 二是主要通过技术措施 保证运行的安全 在土地日益紧张的今天 前者很难实现 只 能通过第二条途径来实现 3 液化石油