火灾爆炸危险指数评价在原油罐区安全评估中的应用

　　摘  要

　　本论文以某油库作为工程应用背景，在对油库的火灾、爆炸危险因素及事故特点进行分析、辨识的基础上，应用道化学（DOW）火灾爆炸指数评价法，对油库中最危险的油罐区进行定量评价，得出油罐区的固有危险等级，分析、计算了不同状态下安全补偿系数对降低罐区火灾危险等级的影响，明确了所采用安全措施的有效性及与现行标准规范要求尚存的差距。通过本课题的研究，不仅可以为该油库安全整改方案提出切实可行的建议，而且还可为类似的大型原油罐区安全管理提供借鉴，促进大型罐区安全控制技术的发展。

　　关键词：消防 油罐区；道化学；评价

　　1 前言

　　油罐区作为石油及其产品的储存区域，担负着液态油品可燃气体的收发储存任务。石油及其产品具有易燃易爆特性。贮罐区集中，占地面积大，油品储量大，发生火灾爆炸事故危害性大。尤其是近20 年来,油罐发展的明显趋势是大型化。随着油气储备量的增加,油罐的规模和数量也大幅度地增加。在已建和新建的油罐运行过程中,油罐由于受到人、物或环境等因素的影响或破坏而发生火灾爆炸事故的概率也相应地增大。大型化的油罐一旦发生火灾爆炸所造成的损失更是难以估计。因此,如何安全有效地管理和维修油罐,提高油罐的安全可靠性,已是当前安全管理工作所面临的一个重大课题。原油储运过程中,由于撞击、挤压、火焰、烘烤等原因，原油储罐有可能被击穿或破裂，发生渗漏，致使大量原油泄漏，甚至发生火灾、爆炸和人员中毒事故，造成重大人员伤亡和财产损失。因此，预防和控制原油储罐重大事故的发生，对于减少人员伤亡和财产损失、维护社会稳定，具有十分重要的意义。

　　2 本文的主要研究内容及方法

　　本文主要针对某特定原油储罐区的安全评价应用DOW火灾爆炸指数评价法，对原油储运过程中的爆炸事故、失效和事故的直接原因，以及复杂系统进行详细分析，给出原油储罐发生火灾爆炸事故时起决定因素的事件，综合评价原油储罐发生火灾爆炸的危险性程度。

　　3 火灾爆炸危险指数评价

　　为了客观地评价油库的安全性,采用DOW(道) 化学公司火灾爆炸指数评价法来确定物质、设备及工艺装置等存在的潜在危险性,定量计算火灾爆炸可能导致的危害程度和停产损失,是一种有效的手段。

　　3.1评价方法简介

　　道化学公司火灾爆炸指数法(简称DOW 指数法) 是美国道化学公司于1964 年在《化工过程及生产装置的火灾爆炸危险度评价法及其相应措施》中提出的,已有40 多年的应用历史〔1〕。因其方法独特,无深奥的理论,容易掌握,可对各种化工生产、储运及使用过程的危险性进行比较客观地评估,而受到先进工业国家的重视。道化学公司已对该评价法修改了6 次,1993 年推出了第七版。它利用工艺过程中的物质、设备等数据逐步推算,求出其火灾爆炸的潜在危险。评估中使用的数据源自物质的潜在能量、以往的事故统计和现行防灾措施的经验数据,考虑的影响因素比较全面,如泄漏率、物质闪点、沸点以及危险物质成分等。该评价法(第七版,下同) 列有大量的图表,简捷明了,便于使用。

　　3.1.1确定评价单元

　　进行火灾、爆炸危险指数评价的第一步是确定评价单元。因为工程或装置是由多个单元所组成的，在评价火灾、爆炸危险性时，要选择那些对工艺有影响的单元进行评价，这些单元被称为评价单元。单元是工程或装置的一个独立部分，与其他部分保持一定的距离，并用防火墙、防爆墙、防护堤等与其它部分隔开。通常，在不增加危险性潜能的情况下，可把危险潜能类似的单元归并为一个较大的单元一并计算。

　　3.1.2单元危险度的初期评价

　　火灾、爆炸危险指数（F&EI）按下式计算：

　　F&EI=F3×MF

　　式中：F3—工艺单元危险系数，F3= F1×F2；MF—物质系数；F1—一般工艺危险系数；F2—特殊工艺危险系数；

　　物质系数（MF）是一个最基础的数值，用来表述物质在由燃烧或其它化学反应引起的火灾、爆炸中所释放能量大小的内在特性。

　　求出火灾、爆炸危险指数后，按表确定其火灾、爆炸危险等级。危险等级的划分如表3-1所示：

F&EI或（F&EI）′值	1～60	60～96	96～127	127～158	>158
危险程度	最低	较低	中等	高	非常高
危险程度	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	Ⅳ	Ⅴ

　　3.1.3单元危险度的最终评价

　　单元危险度的初期评价结果表示的是不考虑任何预防措施时,单元所固有的危险性。道化学公司从降低单元的实际危险度出发，可通过变更设计，对所选用的危险系数作重新考虑；或通过采取降低速胜频率和潜在事故规模的安全对策措施和各种预防手段来降低其危险性。

　　安全预防措施分工艺控制、物质隔离、防火措施三个方面；其中，工艺控制补偿系数包括应急电源等9项措施；物质隔离补偿系数包括遥控阀等4项措施；防火措施补偿系数包括泄漏检测装置等9项措施。

　　补偿火灾、爆炸危险指数（F&EI）′按下式计算：

　　（F&EI）′=F&EI×C

　　式中：

　　C-安全措施总补偿系数，C= C1×C2×C3 ；

　　C1—工艺控制补偿系数；

　　C2—物质隔离补偿系数；

　　C3—防火措施补偿系数。

　　补偿系数的取值分别按《道七》所建议的数值选取；没有采取安全措施时，上述补偿系数取1.0。

　　3.1.4小结

　　本评价方法的最终目的是得到可靠的评价结论，并根据评价结论提出 相应的补偿措施；一般来说，只有工程或装置中所有单元的补偿火灾、爆炸危险等级均低于Ⅳ级，工程或装置才可能过过安全设计，从而达到安全生产的基本要求。否则，应对工程或装置设计重新加以考虑，改动设计或增加安全防护措施，址到评价时通过为止。

　　火灾、爆炸指数其计算分析程序如图所示：

 

　　火灾、爆炸危险指数分析计算程序3-1图

　　(1) 物质系数M F 　M F 是表示物质由于燃烧或化学反应引起的火灾、爆炸过程中潜在能量释放的尺度。可燃性气体及液体的M F 值可以根据其可燃性等级Nr和化学活性( 不稳定性) 等级Nr值查表求出;可燃性粉尘的M F 值可以按粉尘的可燃性等级S1 和化学活泼性等级Nr 查表求出;混合物的物质系数,一般用试验方法求取,或选用混合物中物质系数最高的物质值。

　　(2) 确定一般工艺过程危险系数F1 　F1 是确定事故损失程度的主要因素。F1 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,但此处列出的6 项不一定全部采用。

　　(3) 确定特殊工艺过程危险系数F2 　F2 是影响事故发生概率的主要因素。F2 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,但此处列出的12 项不一定全部采用。

　　(4) 计算单元危险系数F3 　F3 是反映所评价单元潜在危险性的指标, 它等于一般工艺过程危险系数F1 和特殊工艺过程危险系数F2 的乘积:

　　F3 = F1 ×F2 (1)

　　(5) 计算火灾爆炸指数F & EI 　F & EI 是反映火灾爆炸事故可能造成的破坏情况的指标, 用符号F & EI 表示。

　　F & EI = F3 ×M F (2)

　　(6) 确定安全措施修正系数C 　安全措施修正系数C 是工艺控制系数C1 、危险物质隔离系数C2 、防火设施系数C3 三者的乘积,其值范围在0～1 之间,它反映了安全措施的完善与否对事故可能造成的损失。

　　3.2单元固有危险指数的计算

　　3.2.1评价单元的划分

　　根据整个油库的工艺流程及设备的布置情况等特点，将选取该油库的5×104m3罐、10×104m3罐、及1号油泵房为评价单元进行初期火灾、爆炸危险指数和补偿火灾、爆炸危险指数计算和分析。

　　3.2.2　单元固有危险指数计算

　　3.2.2.1单元危险性系数的取值

　　(1) 物质系数M F 的计算　根据原油物质系数M F 值查DOW 指数法附录,求出M F 为16 。

　　(2) F1 的计算　根据该油库的具体情况,参照DOW指数法有关系数的选择及确定标准,得到基本系数为1. 00 , 物质处理和输送的危险系数为0. 50 ,通道修正系数为0. 35 ,排放及泄漏控制危险系数为0. 50 ,则F1 = 2. 35 。

　　(3) F2 的计算　根据该油库的具体条件和DOW 指数法的有关规定,得出基本系数为1. 00 ,毒性物质危险系数为0. 50 ,罐装可燃性液体的危险系数为0. 50 , 储存中的液体及气体的危险系数为0. 20 ,腐蚀与磨损危险系数为0. 40 ,泄漏(接头和填料) 的危险系数为0. 60 ,使用明火设备的危险系数为0. 20 ,则F2 = 3. 40 。

　　(4) F3 的计算　根据式(1) 求出F3 = 7. 99 。根据DOW 指数法规定, F3 最高值为8 , 因此此处的F3 的值只能取8 。

　　(5) F & EI 的计算　根据式( 2) 可以求出F & EI = 128 。

　　(6) 单元危险系数DF 的计算　根据DF 与F3 、M F 的关系曲线,查得DF = 0. 68 。

　　(7) 暴露半径R 的计算　根据式(3) 可以求出R = 32. 77 m。

　　(8) 安全措施补偿系数C 的计算　该系数由C1 、C2 和C3 组成,计算如下。

　　工艺控制安全补偿系数C1 。应急电源取0.98 ,冷却装置取0. 99 ,紧急切断装置取0. 97 ,计算机

　　控制取0. 97 ,操作规程/ 程序取0. 91 ,化学活泼性物质检查取0. 91 , 其它工艺危险分析取0. 91 , 则

　　C1 = 0. 69 。

　　物质隔离安全补偿系数C2 。遥控阀取0. 98 ,卸料/ 排空装置取0. 98 ,排放系统取0. 91 ,联锁装置取0. 98 ,则C2 = 0. 86 。

　　防火设施安全补偿系数C3 。泄漏检测装置取0. 98 ,结构钢取0. 98 ,消防水供应系统取0. 94 ,水幕取0. 98 ,泡沫灭火装置取0. 92 ,手提式灭火器材/ 喷水枪取0. 93 ,特殊灭火系统取0. 91 , 洒水灭火系统取0. 97 ,电缆防护取0. 98 ,则C3 = 0. 65 。

　　原油罐的安全补偿系数C = C1 ×C2 ×C3= 0. 39 。

　　经补偿后的原油储罐单元的火灾爆炸指数为,F & EI ×C = 49. 92 。

　　原油储罐单元火灾爆炸指数为49. 92 ,其危险等级属“最轻”级,说明装置确立之后,其固有的危险程度便客观地存在,如果采取有效的安全措施,则可以起到重要的调节保护作用,使原有的危险程度下降到可以接受的范围。

　　(9) 基本M PPD 和实际M PPD 的计算　按照目前市场物价,经财务核算和估算, 暴露区域3 座原油罐的财产价值为487. 14 ×104 美元。由式(4)可以求出基本M PPD 为331. 25 ×104 美元,由式(5) 可以求出实际M PPD 为129. 19 ×104 美元。

　　(10) 最大可能工作日损失M PDO 的确定　根据实际M PPD 值,查M PDO 曲线图,原油罐的最大可能工作日损失为12～40 d。

　　3.2.2.2单元固有危险指数的计算如表3-2所示：

表3-2火灾、爆炸危险指数（F＆EI）计算表

地点：油库	单元一	单元二	单元三
主要设备：（容量、名称及台数）	5×104m3原油罐	10×104m3原油罐	一泵房
物质名称	原油	原油	原油
火灾、爆炸指数（F3×MF=F＆EI）	133.9	133.9	129.6
火灾、爆炸危险等级	IV（高）	IV（高）	IV（高）

　　3.3单元补偿后危险指数的计算

　　从火灾、爆炸危险指数（F＆EI）计算可以看出，该油库三个评价单元固有火灾、爆炸危险指数F＆EI处于IV，火灾、爆炸危险等级为“高”；为了进一步降低评价单元的火灾、爆炸危险指数，提高其安全等级，针对实际情况，根据补偿系数的取值原则，从工艺控制、物质隔离和防火措施三个方面进行，其具体补偿指数如表3-3。

表3-3 补偿火灾、爆炸危险指数（F＆EI）

地点	单元一	单元二	单元三
防火设施安全补偿系统C3值	0.87	0.87	0.87
安全措施总补偿系数C=C1×C2×C3	0.69	0.70	0.70
补偿火灾、爆炸危险指数（F＆EI）’= F＆EI×C	92.4	93.7	90.7
补偿火灾、爆炸危险等级	II	II	II

　　3.4危险指数评价结果分析

　　3.4.1危险指数评价结果汇总

　　本项目三个单元的危险指数评价结果汇总于表3-4

表3-4危险指数评价结果汇总