风险分析在化工储罐区中的运用

文文题目：风险分析在化工储罐区中的运用目录TOC\o"1-2"\h\u目录 2摘要 3ABSTRACT 31绪论 41.1本文研究的目的和现实意义 41.2国内外研究现状 41.3课题研究目标研究内容 52风险分析的理论基础 62.1风险分析概念 63液化石油气各类特性和储存 63.1LPG组成及特性 63.2LPG储罐类型及规格 83.3LPG储存条件 113.4LPG储罐失效原因 123.5LPG储罐事故事故树机理分析及事故树建立 143.6小节 194事故模拟并使用ALOHA软件进行分析与评价 204.1ALOHA软件简介 204.2模拟事故单位概况 204.3ALOHA软件的模拟与分析 214.4小结 285罐区消防安全设计及管理建议 295.1LPG罐区消防间距设计 295.2防止泄漏气体聚集设计 295.3消防给水和灭火设施 295.4液化石油气储罐区管理制度 305.5小结 306结论 31参考文献 32致谢 34摘要由于我国石油化工行业不断的发展和升级，规模逐渐朝生产自动化、装置大型化、产量高效化、工艺复杂集成化的方向发展，国内的各种化工企业的环境风险面临着严峻挑战。因为在化工行业的生产过程中高温高压的生产条件,易燃、易爆、毒性较强的物质特征,还有运输、储存数量巨大的特点,导致在化工行业普遍存在着各种火灾、爆炸和毒物泄漏等各种风险问题，所以对于化工行业的风险分析是十分重要的。风险分析不仅能有效提高化工企业风险管理水平，保证化工企业正常生产和运行，还可以推进社会的可持续发展进程，是使得化工企业安全运行的重要手段，。本论文选取液化石油气储罐系统常见的火灾爆炸模型，分别有池火灾（PF）、喷射火（JF）、蒸气云爆炸（VCE）和沸腾液体扩展蒸汽爆炸(BLEVE)四种火灾，并以此为基础建立事故树对火灾模型进行数理分析，并运用软件ALOHA进行风险区域分析。关键词：火灾，储罐系统，风险分析，ALOHAABSTRACTDuetothecontinuousdevelopmentandupgradingofChina'spetrochemicalindustry,thescaleisgraduallydevelopingtowardsthedirectionofproductionautomation,large-scaleequipment,high-efficiencyoutputandcomplexprocessintegration,andtheenvironmentalrisksofvariousdomesticchemicalenterprisesarefacingseverechallenges.Becauseintheproductionprocessofchemicalindustryproductionconditionsofhightemperatureandhighpressure,inflammable,explosive,toxicmaterialcharacteristicsofstrong,thereareahugenumberoftransportation,storage,resultinginthechemicalindustrywidelyexistallkindsofriskssuchasfire,explosionandpoisonleakproblem,soforthechemicalindustry'sriskanalysisisveryimportant.Riskanalysiscannotonlyeffectivelyimprovetheriskmanagementlevelofchemicalenterprises,ensurethenormalproductionandoperationofchemicalenterprises,butalsopromotethesustainabledevelopmentofsociety,whichisanimportantmeanstoensurethesafeoperationofchemicalenterprises.Inthispapertheselectionofliquefiedpetroleumgasstoragetanksystemcommonfireexplosionmodel,respectively(PF)poolfire,jetfire(JF),vaporcloudexplosion(VCE)andboilingliquidexpandingvaporexplosion(BLEVE)fourkindsoffire,andonthisbasistoestablishfaulttreetomathematicalanalysisoffiremodel,andusingthesoftwareusingriskareaanalysis.Keywords:Fire,tanksystem,riskanalysis,ALOHA.1绪论1.1本文研究的目的和现实意义随着国内经济的快速发展，石化产业产能升级逐步展开；石化企业逐步朝向装置大型化、生产自动化、产能高效化、工艺复杂集成化等方向发展；为保证能源可持续化发展、社会生态文明发展以及产业高效低能发展的顺利进行，国内外对生产工艺和生产条件提出更为苛刻的要求；众所周知，化工企业涉及的大部分危险化学品都具有易燃、易爆、有毒有害、腐蚀性强等特性参考文献为上标；其生产制造装置、工艺要求、生产设备、工艺条件也常常伴随高温、高压等生产条件。因此，对石油化工企业的风险评估势在必行，避免化工企业发生风险，引起灾难性的后果。近一百年以来，石油化工行业在突飞猛进发展的同时，也伴随着各种严重的安全生产事故的发生，1984年发生在印度博帕尔化工的毒气泄漏事故共造成6495人死亡、20万人受伤，5万多人受害，总计12.5万人中毒；2017年4月2日，位于安徽省安庆市大观经济开发区的安庆万华油品有限公司厂区内发生一起爆燃事故，造成5人死亡，3人受伤，直接经济损失786.6万元。2017年6月5日凌晨1时左右，临沂市金誉石化有限公司储运部装卸区的一辆液化石油气运输罐车在卸车作业过程中发生液化气泄漏，引起重大爆炸着火事故，造成10人死亡，9人受伤，直接经济损失4468万元。…..风险评估理论体系已经经过数十年的发展。风险评估技术是一种系统工程方法，在系统中对潜在风险进行预先识别、分析和评价，为防灾减灾措施和决策提供依据，保证企业在最低事故率下运行，最小的损失和收益是最合适的风险控制，成为实现风险可控的系统。1.2国内外研究现状针对LPG罐区火灾爆炸研究方面，国外一直领先于国内。相关的研究起步较早，特别是在其相关的安全评价和风险管控措施方面有较为完善的学科依据。国外以英、美、日等国家在这方面的研究尤为突出，在针对LPG火灾方面做出来大量的研究和科研调查。这些国外的科研人员从火灾产生机理到火灾风险评估以及火灾安全评价都以完善出一套完整的体系。目前国内关于LPG罐区火灾爆炸的事故评价大多运用事故树分析法，同时国内周洋使用风险评估分析的方法对LPG储罐的环境风险进行了深入分析；广州中国科学院工业技术研究院城市公共安全技术研究中心通过使用ALOHA软件研究并综合分析了各类主要次生灾害事故发生的后果,确定了火灾险情扑救和应急救援行动中消防官兵的危险区域。同时研究结果也可谓LPG储罐区制定相关的应急救援预案提供科学依据。1.3课题研究目标研究内容本文旨在通过对化工储罐区进行风险分析，降低化工储罐区的事故风险。（1）研究LPG罐区4种火灾爆炸模型的运行机理并且运用数理关系得出相应的火灾爆炸参数。从数学模型中得出爆炸产生的热辐射量、燃烧特性参数以及相关参数。（2）运用ALOHA软件模拟出LPG罐区火灾事故的泄漏扩散区域影响图、伤亡分布图、热辐射伤害图和风险区域分析图等。更加直观的研究分析储罐爆炸事故带来的各种后果，并根据分析结果制定相关的应急预案。（3）通过研究和分析四种火灾爆炸模型，提出一些LPG罐区安全管理建议和措施。2风险分析的理论基础风险分析是对系统中可能发生事故或引起事帮的风险进行定性以及定量的分析，从而识别系统发生风险的可能性及后果的严重程度，降低风险发生率、减少经济损失和产生最优的投资效益。对企业进行风险分析，从而增强化工企业的风险控制水平以及事故应急能力，同时遏制事故发生，最大可能的减轻重大恶性事故的影响，保护人员生命财产，企业的安全生产，使企业得到最大的经济效益，提升安全生产能力。因此，风险分析具有非常重要的现实意义和实行必要。2.1风险分析概念不同的人对风险有不同的定义，对风险的认识也在不断更新和补充。风险是自然存在于特定环境和特定时间所造成的经济损失的变化。它还强调，风险是客观和可衡量的，这是日本学者竹井的看法。而既强调风险的不确定性，又强调不确定性是在一定条件和一定时期内可能产生结果的变化这种观点在我国很是流行。概率可以用来衡量风险的不确定性，不同的风险程度可以用来比较不同的风险结果。在估量工业风险中，风险（R）可以简单的使用潜在的事故后果（C）与事故发生的可能性（P）来表达风险的大小即R=C×P式中，R是风险C是事故的后果P是事故发生的可能性3液化石油气各类特性和储存3.1LPG组成及特性3.1.1LPG物理性质液化石油气主要是由丙烷和丁烷组成的。丁烷的沸点约为-0.6摄氏度，在十分低的温度下就不会蒸发。所以产丁烷用途比较有限，一般要与丙烷混合使用，而不是独自使用。丙烷的沸点为-42摄氏度，是一种作用很大且质量轻的燃料。因此，哪怕是在很低的温度下，一旦把丙烷从高压容器中放出来，就可以马上汽化。所以它是一个十分清洁的燃料，不需要太多设备就能够蒸发并与空气混合。常温常压下为无色低毒的气体。一般由炼厂气或天然气(包括油田伴生气)通过加压、降温、液化等一系列处理得到的一种无色、易挥发的气体。当临界温度达到90℃以上时，5～10个大气压下即能使其液化。下表是液化石油气的各种理化性质：表2.1LPG各组分的物理化学性质Table2.1PhysicalandChemicalPropertiesofLPGComponents项目甲烷乙烷丙烷正丁烷异丁烷分子式CH4C2H6C3H8n-C4H10i-C4H10相对分子量16.0430.0744.00458.12458.12蒸气压/MPa0℃2.430.4760.1040.10720℃3.750.81040.2030.299气体密度/(kg/m3)0℃0.71681.35622.0202.59852.672615.5℃0.6771.2691.8602.4522.452沸点(0.1013MPa)/℃-161.5-88.63-42.07-0.5-11.73汽化潜热(沸点及0.1013MPa下)/(kJ/kg)569.4489.9427.1386.0367.6临界压力/MPa4.644.884.253.8O3.66临界密度/(kg/L)0.1620.2030.2360.2270.233临界温度-82.532.396.8152.0134.9低热值（0，1013MPa,15.6℃）(kJ/kg)液态460994535845375气态342076075388388115561115268气态比热容（0，1013MPa,15.6℃）[(kJ/kg·k)]定压比热容2.211.721.631.661.62定容比热容1.681.441.441.521.47爆炸极限（体积分数）/%上限5.33.22.371.861.80下限14.012.59.508.418.443.1.2液化石油气的危险特性液化石油气十分易燃，其是石油的主要成分，包括各种典型的烃类化合物，如丙烷、丁烷、丙烯、丁烯等，但是可燃性是烃类化合物最大的特点。所以液化石油气闪点和自燃点都非常低，极易引起燃烧现象。液化石油气的另一特点就是易爆性。它通常在各种化式企业事故时发生爆炸，在燃烧前爆炸。因为液化石油气的热值就高出普通天然气好几倍，所以当液化石油气出现安全漏洞发生事故时，就会发生爆炸。爆炸后会紧接着出现燃烧现象，液化石油气燃烧的威力与爆炸相似，具有十分强大的破坏性。液化石油气同埋是一种有毒气体，在一定的条件下它会挥发。当空气中的液化石油气浓度超过10%时，它就会会变得有毒，足以使人体产生中毒反应。当人体吸入这种毒气时，会发生呕吐、恶心乃至于昏迷，对人体造成极大的危害。液化石油气是极为流动的，一旦发生泄漏，液化石油气就会流出储罐。一般情况下，一升液化石油气在暴露在空气中时会蒸发成350升左右的气体，一旦接触到明火或者电气就会引起严重的火灾。3.2LPG储罐类型及规格目前，我国液化石油气的储存方式主要有地面储存和地下储存两种。由于地下储气库在加油站较为普遍，国内化工企业一般不采用地下储气库，因此本文不讨论地下储气库。地上储罐可分为两类：一类是常温高压储罐的压力球罐；另一类是低温常压储罐的拱顶罐，通常为双壁拱顶罐。这两种罐的规格见下表：表3.1常用球形储罐规格序号12345678910公称容积（m3）5012020040065010002000300040005000内径（m）4.66.17.19.210.712.315.718.020.021.2几何容积（m3）521191884086409752025305442894989图3.1球形储罐阀件配置及连接管表3.2LPH常用柱体储罐规格公称容积（m3）几何容积（m3）最大充装重量（t）公称直径（mm）总长（mm）设备质量（kg）22.010.8510002740931155.072.14120047041848.51010.014.22160053583156.82020.118.492000676255473030.0312.672200830671355050.0421.122600990012659100100.0142.2030001476422729100100.0242.2132001300823965120120.0750.6732001549627957图3.2圆柱形储罐的连接管及阀件配置3.2.1液化石油气储罐的储存安全技术（1）液化石油气存储的防火技术在选择液化石油气储罐放置地点的时候，一定要选择所在城市的边缘位置，以及把明火和火花放在顺风方向和侧风方向，并在其周围筑起防火的实心墙体，同时确保实心墙达到规定的高度、配电室、办公室，辅助区设值班室等，生产区设储罐、烃泵房、压缩机房等。对于独立压缩机房、烃泵房等各种场所的布置，它们之间的防火间距也必需达到要求的距离。（2）液化石油气承压储罐技术要求为确保压力罐符合有关安全技术规定，压力表、阻火器、安全阀、吸入阀等设备必须处于良好状态。液化石油气需要保持在规定的温度以下，在没有任何绝缘的情况下，需要一个冷水喷淋系统来达到冷却的主要目的。（3）液化石油气储罐的处理技术储罐防火堤安装时，在出口管道上设置水封井和截止阀。有些储存低沸点的危险品，需要在液体蒸气压力完成后，以规定要求操作液体，避免液体在进入空罐后产生损坏。（4）液化石油气气瓶仓库的技术建立专门的液化石油气储存仓库，仓库的各项指标需要根据具体要求建设，在仓库内绝对不能有隧道、沟渠等条件，同时严禁火源或热源。仓库应安装通风设备，保持设备干燥，防止阳光直射进入钢瓶。同时，不应使用电磁起重机。设备颈部应拧紧，气缸上应设置防震环，在装载或搬运过程中不得碰撞或敲击。（5）液化石油气气瓶的处理技术钢瓶和其他危险化学品应按下列贮存规则贮存：钢瓶应摆放整齐，并盖上瓶盖。在立放过程中，需要固定，并留有一定的通道。在水平放置的过程中，需要让液化石油气气瓶的头部保持方向一致，对堆垛的高度也要要求的十分严格。一般情况下，一些特殊材料的钢瓶需要按照特殊规定的方式存放。一些暂时无用的空瓶，也需要保持残余压力。3.3LPG储存条件3.3.1液化石油气的常温高压储存液化石油气常温高压储存是指储罐储存温度与环境温度相同，压力为常温饱和压力的情况下对液化石油气进行加压储存。在50℃时，丙烷的饱和蒸气压约为1.7mpa，正丁烷的饱和蒸气压约为0.49mpa，异丁烷的饱和蒸气压约为0.68mpa。由于储存压力大，在相同体积下，球体的表面积最大，所受压力最小，所以一般选用球形罐。但由于球罐壁厚和制造方法的限制，国家对球罐的布置制定了相关的消防法律法规，明确规定球罐的容积一般不能超过5000m3。同时，对于大型的液化石油气储存基地，如果采用压力球罐储存液化石油气，必然会导致储罐需求量增加，占地面积大，浪费土地资源，不经济，不环保，不安全。3.3.2液化石油气的低温常压储存低温常压液化石油气储存是指在低温常压下储存液化石油气，在饱和温度常压下储存液化石油气。例如，在常压下，丙烷的饱和温度为-42℃，正丁烷的饱和温度为0.5℃，异丁烷的饱和温度为-12℃。拱顶储罐一般用于低温常压储罐，储罐容积一般不会超过100000m3。考虑到液化石油气低温储存的冷绝缘和安全问题，罐体一般采用双层壁设计。由于拱顶罐储藏量大，与球罐相比，所需储藏量少，大大增加了储藏量的安全系数，且占地面积小，便于管理。由于低温储罐在我国还处于起步阶段，国内也没有明确的消防法规，因此我国主要采用常温、高压储罐。3.4LPG储罐失效原因LPG储罐失效原因大致如图3.3所示，在储罐的生产运输中或者操作使用中，由于人的操作失误或者是管理不到位，没能及时发现安全隐患都有可能造成LPG储罐的失效情况，从而导致液化石油气的泄漏。其主要的失效形式有三种，包括表面损伤失效、断裂失效、过量变形失效。图3.3LPG储罐失效分析图Figure3.3FailureAnalysisDiagramofStorageTank通过我们现场勘测和以往的经验教训，LPG储罐泄漏的主要原因来自下面几个因素：（1）储罐上、下环焊缝焊接质量差，焊缝表面及内部存在许多咬边、错边、裂纹、熔合不良的情况，存在夹渣及气孔等；（2）螺栓松紧不均匀的固定在法兰上，从而导致法兰间垫片长时间受到不均匀压力，使得压力较高一侧的垫圈快速老化，引起泄漏；（3）LPG混合组分未经脱硫、脱水处理，含有的硫化氢杂质的LPG在潮湿的环境下容易与钢板罐壁发生化学反应，再加上罐内的高压，罐壁不断承受拉应力，最终导致罐壁应力腐蚀穿孔，引起泄漏；（4）安全检查管理不完善。储罐投入使用后，未按时进行检查。制造、安装中的先天性缺陷未能及时发现和消除。当储罐内压力稍有波动就会引起低压力脆性断裂。（5）输气压力管道管理缺陷以及专业管理人员工作失职。由于弯头材料内部的缺陷，其延展性和冲击韧性不符合国家标准，就会导致长期低温或荷载变化，从而引起管道疲劳，使管道发生低温脆性开裂。3.4.1液化石油气爆炸的防范措施当发生泄漏，必须马上采取科学有效的合理措施，在保证自身安全的前提下尽可能的堵漏，防止爆炸。不要盲目对待，以免事故扩大。如果发生了泄漏和火灾，为了避免蒸汽爆炸，应该使用水冷却水箱，防止造成更严重的后果。同时为了从源头上防止液化石油气爆炸事故的发生，应该加强安全生产教育宣传和科学应急演练，加强管理，对工艺设备优化，确保严格按规章操作。3.5LPG储罐事故事故树机理分析及事故树建立3.5.1事故树分析法原理事故树分析(FaultTreeAnalysis,简称FTA)也称故障树分析。它从一个可能的事故(顶事件)开始，自上而下、一层一层地寻找顶事件的直接原因事件和间接原因事件，直到基本原因事件(基本事件)，并用逻辑图把这些事件之间的逻辑关系表达出来。事故树分析是一-种演绎分析方法，即从结果分析原因的方法。（引用自《安全系统工程》）他就像一个倒立的树，每个节点下都有一个事件，这些事件以各种组合汇总起来可以发生最上方的顶事件。3.5.2建立LPG罐区火灾爆炸事故树研究认为，造成液化石油气储罐火灾爆炸事故的原因主要有两个：一是化学机理所产生的爆炸，即液化石油气储罐发生泄漏事故后，泄漏的液化石油气在空气中与火源相遇，引发火灾爆炸；二是物理机理引起的火灾爆炸，也就是说，由于物理因素，罐内压力在短时间内急剧上升，罐内减压系统失灵，最终罐内压力超过罐能承受的最大压力，导致爆炸事故。为此，从“液化石油气储罐化学爆炸”和“液化石油气储罐物理爆炸”两个顶板事件分别分析了液化石油气储罐火灾爆炸事故。建立顶事件后，通过分析引起顶事件的充分必要原因，本文建立了两个LPG物理爆炸事故树，具体如下图。下表是物理爆炸的基本事件。第一个确定液化石油气储罐区的基本事件，然后得出相应的事故树。表3.4LPG储罐物理爆炸基本事件符号事件类型符号事件类型符号事件类型符号事件类型TLPG储罐物理爆炸A7安全阀故障A14降温系统故障X7报警器故障A1压力表失效A8液面指示计失效X1未装压力表X8操作员失误A2超压A9没有操作员干预X2未装安全阀X9未装温度计A3安全阀失效A10温度计失效X3压力表损坏X10未装降温系统A4压力表故障A11降温系统失效X4设计缺陷X11液面指示计损坏A5充装过量A12液面指示计故障X5安全阀损坏X12温度计损坏A6温度过高A13温度计故障X6未装液面指示计X13降温系统损坏图3.4LPG储罐物理爆炸事故树将LPG储罐燃烧爆炸的基本事件罗列出来如下表所示，其基本事件有29个，其中包括LPG储罐流速过高、未安装避雷针、未设置静电接地装置、储罐损坏泄露等等，将这些事件绘制成相应的事故树。表3.5LPG储罐燃烧爆炸基本事件符号事件类型符号事件类型符号事件类型符号事件类型TLPG储罐燃爆A11人体静电放电X8未定时排风X20未装避雷器P爆炸极限A12避雷器失效X9储罐撞击X21LPG流速高A1LPG气源A13静电积累X10使用铁制工具作业X22管道内壁粗糙A2火源A14接地X11穿带铁钉的鞋工作X23LPG液冲击金属容器A3LPG泄漏A15避雷器故障X12防雷接地电阻超标X24未设静电接地装置A4库内通风不良X1管道损坏泄漏X13储罐区吸烟X25接地电阻不符合要求A5撞击火花X2储罐损坏泄漏X14储罐区动火X26接地线损坏A6静电火花X3阀门密封失效X15电器设备不防爆X27防雷接地电阻超标A7雷击火花X4挠性连接器失效X16罐区内使用电子通信工具X28避雷设施损坏A8明火X5违章操作X17防爆电器损坏X29设计缺陷A9电火花X6无排风设施X18化纤品与人体摩擦A10储罐静电放电X7排风设备损坏X19作业中与人体摩擦图3.5LPG储罐燃烧爆炸事故树3.5.3四种常见火灾模型事故树本文主要研究在液化石油气火灾中最常发生的喷射火、池火灾、沸腾液体扩展蒸汽爆炸和蒸汽云爆炸四种火灾。根据四种火灾事故发生的过程，建立对应的火灾模型事故树。顶上事件为LPG储罐疲劳、腐蚀或撞击，不同的事故因素会使的造成的事故类型和结果都不尽相同，但最后一般会发生的较为常见的事故类型均为池火灾（PF）、喷射火（JF）、沸腾液体扩展蒸汽爆炸(BLEVE)、闪火（FF）和蒸气云爆炸（UVCE）这四种。图3.6四种常见火灾爆炸模型事故树图3.6小节本章主要是认识了液化石油气的组成及特性，包括物理性质，化学性质，主要成分和其危险特性，并介绍了液化石油气的储罐类型及规格，还有风险产生的原因。然后列出液化石油气罐区基本事件，并以事故树分析法建立了LPG罐区四种火灾爆炸事故树，更直观的看到四种火灾的成因和过程。4事故模拟并使用ALOHA软件进行分析与评价4.1ALOHA软件简介ALOHA是美国环境保护局和美国国家海洋和大气管理局联合开发的一个应用程序，全称是ArealLocationsofHazardousAtmospheres。这是国家海洋和大气管理局（Noaa）开发的第一个应用程序。它是计算机辅助应急操作管理套件中的一个风险建模程序。ALOHA广泛应用于化学紧急情况的规划和应对，其软件包括1000多种常用化学品的数据库，其中包括化学品的类型、事故发生地点、事故发生地的水文还有意外事故发生的变量等。ALOHA奔驰在小型计算机（微软、Windows或Macintosh）很容易可移动的。它被设计为易于使用，你可以成功地在高压情况下操作。其计算精度和速度之间的一种折衷代表；ALOHA的设计是为了产生好的结果很快就可以使用反应。ALOHA是为了最大限度地减少操作误差。检查您输入的信息和警告你，当你做一个错误。ALOHA的屏幕上的帮助，为您提供快速访问ALOHA的功能解释计算，以及背景信息来帮助你解释它的输出。4.2模拟事故单位概况本文事故模拟企业选择广州华隆石油化工有限公司，其公司地点位于中国广东省广州市南沙区，主要以石油制品，化工产品，化学危品储存等为经营项目。本文选择的石油储罐区拥有3*2即6个地上储罐，是十分常见的化工企业石油液化气储罐。其储罐分布位置如下图：图4.1模拟单位卫星地图4.3ALOHA软件的模拟与分析本文利用ALOHA软件模拟分析该化工厂液化石油气储罐发生泄露后引发的火灾爆炸，结合第二章所述进行液化石油气罐区评价。本文将模拟该化工厂中间球罐发生泄炸漏后的火灾爆，如上图所示中间部分3×2排列的球罐区域。假设直径为20米，几何容积为188立方米的球罐发生泄露，并遇到火源发生火灾爆炸事故。4.3.1当地水文气候条件根据气象网查询，广州华隆石油有限公司位于北纬22.6°东经113.5°，平均海拔为43m，是南亚热带季风气候，一年的平均气温为21.9℃，一年的平均风速为1.9m/s，一年的平均降雨量为1696.5毫米,风向受季节影响变化明显，4至7月份期间,盛行东南风;9月至次年3月份期间,主导风向为北风，因北风时间较长，在此我们设定北风为主导风向。其地区年平均湿度为78%。4.3.2模拟毒气伤害后果分析LPG储罐发生泄漏后主要有两种后果，第一种为储罐泄露未发生火灾事故，此时罐内的液化石油气会发到空气中，主要以毒气伤害和罐体炸裂的压力波和碎片为主。第二种为储罐泄露时遇到火源引发火灾爆炸，包括池火灾、喷射火、沸腾液体蒸汽扩展爆炸等，以热辐射伤害和冲击波伤害为主。本次模拟设定企业罐内7000吨的原液，占总球罐容积的86%。因为外力或者偶发因素下在球罐距离底部5m处出现了一个直径为1米的圆形穿孔，以此分析其各种后果。在ALOHA模型中，毒性浓度标准主要包括急性暴露指导浓度(AEGL)、应急响应计划指南(ER-PG)、短期暴露限值(IDLH)。当人体暴露在化学物质浓度超过临界阈值的环境中时，会对人体健康造成危害。本文模拟在晴朗的天气下，液化石油气罐罐体因外力因素出现了一个直径约为1m的泄露空洞，废弃的液化石油气在空洞出快速挥发汽化，并进入到大气中，由于内外压力差较大，罐体发生破碎，进一步扩大了罐内液体的释放。在此基础上运用软件输入湿度、风速、球罐尺寸、泄漏物质种类等相关数据，我们可以得到气云有毒区域图和蒸汽云易燃区域图，如下图所示。图4.2蒸气云的有毒区域在图4.2气云有毒区域图中，我们可知液化石油气接触到外界环境汽化扩散的方向，跟风向一致并呈现扇形区域扩散。在此模型中可知，一旦发生泄露扩散事故，在LPG储罐70码下风向扇形区域范围内，在60分钟里会出现使人员死亡的有毒气体，如图中红色范围区域所示，其液化石油气与空气混合的毒雾超过33000ppm；在储罐70码~100码范围内，如图中橙红色边框区域所示，毒雾浓度超过17000ppm，在60分钟内会导致人员机体严重损伤，长时间暴露在此区域被会有生命危险；在储罐100码~170码范围内，如图中黄色扇形区域所示，60分钟内毒雾浓度超过5500ppm，人员暴露在此浓度的毒雾中会出现恶心、头晕不适等症状，长时间暴露可能会导致晕厥休克甚至死亡。LPG罐内的液化石油气泄露扩散到空气中，与空气混合形成可燃蒸汽云，图3.3显示的是该蒸汽云的易燃范围图。图中红色扇形区域内，可燃蒸汽云浓度超过12600ppm达到了爆炸下限的60%，同时该区域也是发生爆炸后的主要火焰带区域；图中黄色区域可燃蒸汽云浓度超过2100ppm，达到了液化石油气爆炸下限的10%，此区域有发生爆炸的风险。综上可知，若遇到了LPG罐泄漏事故，应紧急向上风向逃离现场，并且在LPG罐区周围和下风向扇形区域内应切断电源，消除明火，以免发生爆炸事故。图4.3蒸气云的易燃区域4.3.3模拟池火灾后果分析池火灾主要以热辐射伤害为主，我们模拟LPG罐区发生泄露后，罐内原液在地面形成一个直径为22m，深度为0.2m的液池并遇到火源形成池火灾。输入数据我们可得出热辐射伤害区域图。图4.3池火灾后果模拟图池火灾主要的伤害形式主要以热辐射为主，用ALOHA模拟池火灾得出的热辐射伤害图，如图4.3所示。其伤害区域呈现圆形，在LPG储罐直径为50码的圆形范围内，其热辐射量超过10.0kw/m2，人员在此范围60秒内会导致人员死亡；在中间橙黄色的环形区域内，其热辐射量超过5.0kw/m2，人员在此区域60秒内会出现二级烧伤；在外层黄色区域，距离LPG储罐35码~50码内，人员在此区域暴露60秒会感到皮肤疼痛不适。4.3.4模拟喷射火后果分析喷射火主要是以热辐射伤害为主和池火灾模型在热辐射伤害区域上有相似之处，但喷射火的伤害范围明显比池火灾更大，伤害面积更加广，影响范围也越加大。本文模拟储罐发生泄露，罐内的高压力将液化石油气喷射出罐外，此时遇到火源形成喷射火，软件模拟图如下所示。图4.4喷射火后果模拟图在喷射火模型热辐射伤害图中（如图4.4），我们可以直观的看到，由于风速的影响LPG储罐并非在爆炸中心，而是在距离LPG储罐190码范围内，如图中红色中心范围所示，热辐射通量的平均强度超过了10.0kw/m2，若人员处在该区域内60秒，会立即致死；在距离LPG储罐190码~240码范围内，如图中橙红色区域所示，热辐射通量的平均强度超过5.0kw/m2，人员在此区域暴露60秒回导致二级烧伤；在距离LPG储罐240码~400码范围内，如图中外围黄色区域所示，其热辐射强度超过2.0kw/m2，在此区域60秒内人会感到疼痛不适。其中图5-6为爆炸中心点的热辐射强度，其热辐射量远远超过致死量，由此可见喷射火伤害之强。4.3.5沸腾液体扩展蒸汽爆炸的后果分析BLEVE的潜在危害主要来源于爆炸火球和池火灾的热辐射、危险碎片和爆炸产生的冲击波以及火灾副产物的毒性效应。经过模拟得出BLEVE的热辐射伤害区域图和蒸汽云爆炸区域压力分布图。在BLEVE模型热辐射伤害区域分布图中（如下图b）可知，相较于池火灾和喷射火，BLEVE的热辐射影响范围最广，面积最大。因此才使得LPG储罐越接近爆炸的中心位置。在LPG储罐为中心，直径800码范围内，热辐射的平均强度超过10.0kw/m2，在此区域内60秒会导致人员死亡；在LPG储罐400码~500码范围内，如图所示中间的橙红色区域，其热辐射平均强度超过5.0kw/m2，人员在此区域60秒内会导致二级烧伤；在距离LPG储罐500码~750码范围内，图中黄色区域所示。其热辐射的平均强度超过2.0kw/m2，人员在此区域60秒会感到疼痛不适。（b）图4.6沸腾液体扩展蒸汽爆炸后果模拟图图4.6（b）为BLEVE的爆炸压力分布图，由图可知随风向的位置上，爆炸压力最强（区域已与横坐标重合），其压力超过8.0psi（psi为压力单位，为磅力/平方英寸）,其伤害作用能导致房屋破坏；在中心橙红色椭圆区域，其压力超过了3.5psi，能导致人员机体严重受损；在外层的黄色圆形区域内，其压力大于1.0psi，会导致周围建筑玻璃破碎。其中白色为风向置信线。4.4小结通过ALOHA软件对上述几种事故进行模拟，定量得出各种事故活动的危害区域。根据几种模型分析可知，在遇到LPG储罐发生泄漏事故时，人员应当往逆风向疏散并且切断电源和明火，如若发生火灾应及时逃离现场或到密闭建筑物内躲避，若此时发生蒸汽云爆炸事故应向远离爆炸中心的方向疏散，到安全区域后选择稳固的建筑物里等待救援。由软件模拟可知，BLEVE事故的影响范围是最广的，其热辐射影响面积远远大于喷射火与池火灾。同时根据火灾爆炸的软件模拟图可得知，风向和风力的大小对火灾事故有着极大的影响。5罐区消防安全设计及管理建议5.1LPG罐区消防间距设计防火间距是一幢建筑物起火，对面建筑物在热辐射的作用下，即使没有任何保护措施，也不会起火的最小距离。比如密封设施状况、储罐储存介质的物理化学性质、储罐的类型以及火灾危险等级等这些都是影响防火间距的大小的主要因素。同时考虑到火灾发生时辐射热强度和火焰的高度，根据防火间距的规定值，火焰的拖曳角度和长度也可能受到影响。5.1.1LPG储罐间的防火间距防火间距地合理设置，可以用来减小储罐燃烧区的热辐射强度对相邻储罐的影响，以避免相邻储罐因受热而产生火灾爆炸风险。因为液化石油气易燃易爆特性，所以液化石油气的防火间距也应较大。因此，储罐之间的防火间距应远大于相邻储罐的直径，储罐应按单排成组布置，每组间距不应小于20米。《建筑设计防火规范》（GBJ16-87）也给出了液化石油气储罐或储罐之间的防火间距标准有明火或火花的区域、建筑物或院子。5.2防止泄漏气体聚集设计液化石油气储罐区域可设置在每年最小频率风向迎风侧。如发生泄漏事故，应及时散去泄漏的液化石油气。液化石油气储罐应安装在露天，严禁安装在室内或地下室，以防止液化石油气在室内积聚、泄漏，从而防止爆炸事故。对于油库的低洼点要进行严格的控制，罐区内必须设置的地下卸液口、操作井、消防水泵接口、消防水池、地下消火栓、储罐阀门等设施。5.3消防给水和灭火设施液化石油气罐区发生火灾时，为防止再次发生火灾爆炸事故，需要大量消防用水扑灭和冷却罐区火灾。因此，罐区必须储备足够的水和消防设备，确保火灾能够及时扑灭。根据液化石油气的储存量提供消防用水总量，总量为罐区扑灭较大火灾所需水量与罐内降温所需水量之和，同时，符合《建筑设计防火规范》（GBJ16-87）的要求。液化石油气罐区消防给水系统应采用环状管网，并有多条主要给水道路。当一条主要道路发生事故时，其他道路仍在运行。储存在消防水池中的水作为消防用水，应该便于人员操作。罐区还应按照国家消防法规配备相应的移动式消防设备。5.4液化石油气储罐区管理制度液化石油气储罐区管理制度1、各类压力储罐应符合压力容器安全技术监督的规定，液位计、压力表、温度计、吸入阀、阻火器、安全阀等安全附件应完好。2、液化石油气储罐和管道应采用绝缘的安全梯和管架等不易燃烧材料建造。3、液化石油气和易燃液体储罐，应设置冷却水喷淋设施，不采取保温措施降低温度。箱体外侧应涂有防热辐射材料。该设施的电气开关远离防火护道，不允许放置在防火护道内。4、在液化石油气储罐的罐区内，与罐无关的管道和电缆不得交叉，必须按规定安装可燃气体检测报警装置。5.5小结本章通过第三章和第四章的研究分析，根据国家标准给出了一些罐区消防安全建议和罐区管理建议。6结论通过研究液化石油气储罐区火灾和爆炸事故,从液化石油气的化学和物理性质的设计规模和存储模式,基本事件导致油罐的泄漏,我们探讨了池火、喷射火一步一步。给出了蒸汽云爆炸和沸腾液体扩展蒸汽爆炸四种火灾爆炸模型的机理，并给出了相应的数学计算模型。通过Aloha风险建模软件的建模和分析，使我们对这些火灾模型进行更加直观的分析和评价，并对损伤区域进行评估和分析。我们了解了几个火灾模型。根据其发生特点，提出了企业罐区的消防安全设计，包括消防间距、安全监控设备、消防供水等。最后，在此基础上，提出了一些安全管理措施和各种建议。由于社会经济的发展，人们越来越重视安全生产的必要，尤其是一些不太符合规范的化工企业就更要抓紧改变。许多痛苦的教训发生在我们眼前。只有坚持“安全第一、预防第一、综合治理”的原则，才能保障一线工作人员的生命财产安全。同时，建立健全相关安全责任制度，定期开展安全主题教育活动，对员工进行岗前安全培训，定期开展应急救援预案演练。通过对罐区火灾的研究，进一步了解罐区管理的重要性，也希望企业能够安全开展罐区生产活动，从源头上杜绝事故的发生。参考文献[1]张瑞华.液化石油气储罐火灾爆炸模拟评价方法研究[J].消防科学与技术,2004(03):233-235.[2]李骁骅,王晶禹.LPG储罐的失效原因分析[J].工业安全与环保,2007(06):44-46.[3]沙锡东,姜虹.LPG喷射火灾危害的研究和分析[J].工业安全与环保,2010,36(11):46-48[4]邹明,陈祖云,吴悠.液化石油气储罐蒸气云爆炸研究[J].中国高新科技,2017,1(02):5-7.[5]黄斌,刘扬,魏立新.LPG储罐的蒸气云爆炸后果模拟[J].石油化工安全环保技术,2009,25(01):26-28+2.[6]薛源,侣庆民.LPG罐区事故后果模拟与风险控制研究[J].工业安全与环保,2016,42(11):20-23.[7]李晶晶.液化石油气储罐防火标准对比研究[A].中国消防协会.2016中国消防协会科学技术年会论文集[C].中国消防协会:中国消防协会,2016:3.[8]李建华,黄郑华.液化石油气储罐泄漏的消防安全设计[J].油气储运,2006(11):47-49+60-61+72.[9]王铁民.石油(可燃液体)储罐区的防火间距[J].石油化工安全技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