基于化学危险指数法的原油储罐区火灾爆炸风险分析

基于化学危险指数法的原油储罐区火灾爆炸风险分析

0大型罐区的危险性分析石油生产中的材料通常具有燃料、易爆、腐蚀、中毒等风险。这些潜在的危险性决定了在生产、运输、储存、使用等各个环节中必须严格管理。稍有不慎就会酿成重大事故,给人们的生命财产造成破坏和损失。大型罐区在石油化工工业中是量大面广的设备。为了保持长期的安全生产,预防事故的发生,尽量减少事故发生后的损失,有必要对大型罐区进行危险性分析,找出安全隐患,积极改进,防患于未然。本文以我国某油库为研究对象。该油库是目前我国最大的原油集输、中转基地。罐区的安全直接影响着华北地区各炼化企业的平稳生产。1现场监测结果分析油库所储存的油品属于甲B类易燃液体。在生产储运过程中,若发生原油泄漏等事故,可能引发燃烧和爆炸事故。为此,采用美国道化学公司的火灾、爆炸危险指数法(第七版),先对输油、储运工程固有的潜在火灾、爆炸危险指数进行计算;然后提出在设计建设过程中,应考虑设置的必要的安全设施;最后进行补偿火灾、爆炸危险指数计算,从而对该油库安全性进行定量分析。根据整个油库的工艺流程和设备的布置情况以及所研究对象的特点,选取原油储罐区3#罐及1#油泵房为计算单元进行初期火灾、爆炸危险指数和补偿火灾、爆炸危险指数进行计算和分析。两个单元的危险指数计算结果汇总于表1。初期计算结果表明,这两个计算单元的危险等级为“高”。补偿计算结果表明,所有单元的危险等级都降为“较低”级别。这说明该油库所计算单元在采取安全措施和预防手段的条件下,危险等级大大降低,达到可以接受的程度。原油具易燃、易爆性,一旦泄漏释放出来,将会产生多种危害,如易燃物的火灾及其辐射等都将对人员、财产、建筑物及大气环境产生一定影响。正确分析泄漏扩散规律,预测危害区域,可以给管理部门在制定事故预案和事故应急处理方面提供一定的依据,同时对减少人员伤亡及财产损失也具有重要的意义。鉴于此,以下将对泄漏扩散等情形进行仿真分析。2模拟分析2.1频率分析和危险分析目前,用于危险性分析的计算机软件有4种类型:危险辨识软件、事故后果模型软件、事故频率分析软件以及综合危险定量分析软件。本文将利用先进的SAFETI(SoftwareforAssessmentofFlammable,ExplosiveToxicImpact)软件,对可能发生的重大事故进行仿真分析。计算步骤见图1。2.2模型计算模型计算分为因果计算和风险计算两个部分。1池火排放系数及辐射能量的计算因果计算为气候数据中规定的每种气候条件进行扩散模拟和效应模拟。扩散模型对可燃物计算出到临界浓度的距离,即可燃物的可燃性极限;对毒性材料计算出最低毒性级的距离。效应模拟仅计算可燃材料,计算出喷火、池火和BLEVE(沸液膨胀蒸气爆炸)到临界辐射级的距离,以及对爆炸到临界过压的距离。给定条件泄露后通过孔的排放率可表示为m=CdA0ρ0−2(H0−Hi)−−−−−−−−−−−√m=CdA0ρ0-2(Η0-Ηi)式中Cd为排放系数;A0为小孔面积,m2;ρ0为小孔中材料的密度,kg/m3;(H0-Hi)为泄漏前后液面的高度差,m。油罐中液体排放蒸发率me=mρvρ1me=mρvρ1式中m为通过孔的排放率,kg/s;ρv为汽化液质量浓度,kg/m3;ρ1为膨胀液体的质量浓度,kg/m3。池火表面辐射能量Es=E0[1−exp(−Dl)]Es=E0[1-exp(-Dl)]式中E0为最大表面辐射能量;l为辐射能量量度长度;D为池火的直径。喷射火焰的辐射能量Es=FsQΔHcA0×10−3Es=FsQΔΗcA0×10-3式中ΔHc为物质的熔变,kJ/kg;Q为物质的发热量,kJ/kg;Fs为辐射热系数,由下式给出。Fs=[0.21exp(-0.00323uj)+0.11]f(MW)式中f(MW)为相对分子质量的函数,用来计算以释放气体的相对分子质量观察的Fs变化;uj为物质的化学势,kJ/kg。f(MW)=⎧⎩⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪1MW<21MW21−−−−√21<MW<601.69MW>60f(ΜW)={1ΜW<21ΜW2121<ΜW<601.69ΜW>60BLEVE的辐射能量Es=FsMcΔHc4πR2BΔt×10−3Es=FsΜcΔΗc4πRB2Δt×10-3式中Fs=0.00323Psv0.32,Psv为燃料饱和气化液压力,kPa;Mc为物质的质量,kg;RB为小孔半径,m;Δt为沸液膨胀时间,s。2环境情况研究风险影响计算依次选取可能的故障案例,同时模拟周围环境情况。环境情况有赖于气候条件、着火的位置和时间以及着火的性质(着火还是爆炸)。该模型将考虑以上情况,并根据气候数据、点火数据和参数数据计算得出恰当的结果。2.3泄漏后的健康影响事故仿真分析是从不利的情况考虑,给出假定的事故形态,并进行事故后果的模拟计算,以预测油库在运行过程中,一旦发生事故可能造成的危害。油库在运行过程中可能发生的事故类型主要为:1)原油储罐罐底板开裂,原油泄漏;2)原油管线泄漏;3)原油储罐罐底板开裂或管线泄漏。原油挥发组分与空气形成爆炸性气体,遇到点火源发生蒸气云爆炸。事故仿真分析结果见图2～4。当原油储罐发生孔径为100mm泄漏时,从原油泄露后蒸气云团扩散俯视图(图2)可以看出,原油泄漏后会向临近罐以及周边环境扩散,不同浓度影响的范围不一样,但浓度没有达到其爆炸下限以上。所以,蒸气与空气形成混合物遇明火、高热能引起爆炸的可能性较小。但仍然要定期对储罐进行检测,以便及时发现储罐的缺陷。从原油泄漏形成池火热辐射影响范围图(图3)可以看出,热辐射影响范围较大,但辐射能量12.5kW/m2(有火焰时,能使木材燃烧;是塑料熔化的最小能量)对设备的损害不是很大。为了避免更大的损失,原油泄露后遇火燃烧时,要注意邻近罐的冷却保护。池火辐射能量对人的伤害比较严重,1min内可以达到1%烧伤;所以人员进入罐区,要特别注意个人防护。从原油泄漏后延迟点火爆炸影响范围图(图4)可以看出,原油在距泄漏点较远处积聚,遇火源发生爆炸。爆炸超压的影响范围较大,沿风向距泄漏点较远。由于油罐本身的特殊结构,对其自身的损失不会太大,但要注意对周边环境内建筑物以及人员的保护。3储罐泄漏后危险等级仿真分析通过危险指数分析,其计算单元的初期计算结果危险等级都为“高”,补偿计算结果的危险等级都降为“较低”。油库所计算单元在采取安全措施和预防手