石油液化气储配站火灾爆炸危险分析与事故后果评价

摘要 对石油液化气储配站火灾爆炸危险因素从危险物质、设计与施工、安全管理等方面进行分析，并进行了重大危险源辨识，对石油液化气泄漏引发蒸气云爆炸事故进行后果评价，并提出了相应的安全对策。

　　石油液化气是石油化工生产的基本原料，也是城镇居民生活的主要燃料之一，具有易燃、易爆、破坏性强等危险，石油液化气储配站作为城镇居民生活的重要基础设施，其危险性不容忽视，储罐中石油液化气泄漏遇明火或雷电引发火灾爆炸是潜在的最大危险，一旦发生火灾爆炸事故，可造成严重的人身伤亡和大量的财产损失。

　　张家界市某液化气站占地面积1 400m²，设置50m³储液罐2个，25m³储液罐1个，最大储气能力80t，储残25m³；本文以此为例进行分析和评价。

    l 火灾爆炸危险因素分析

    1.1 液化石油气危险因素分析

　　灌化石油气实际上是石油和天然气在适当的压力下形成的混合物，以常温液态形式存在，通常认为其主要成分是丙烷、丙烯、丁烷、丁烯等低碳氢化合物。其主要成分见表l。

　　液化石油气为无色气体或黄棕色油状液体，有特殊臭味．易燃；闪点：-74℃，爆炸极限：2.25％~9.65％，引燃温度：426-537℃，是第2.1类易燃气体，甲类火灾危险性。

　　液化石油气极易燃．与空气混合能形成爆炸性混合物；遇热源和明火有燃烧爆炸的危险；与氟、氯等接触会发生剧烈的化学反应，其蒸气比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇明火会引着回燃，扩散能力强，火势蔓延迅速，一旦发生火灾难以施救。

    1.2 工艺危险有害因素分析

    1.2.l 设计不合理

　　液化石油气管道系统的设计是确保液化石油气储配站安全的第一步，设计质量的好坏对工程质量有直接的影响，而影响设计质量的因素不仅有主观的，也有客观的，如①工艺流程，设备布置不合理；②系统工艺计算不正确；③管道强度计算不正确；④管道、站区选址不合理；⑤材料选材\'设备选型不合理；⑥防腐蚀设计不合理；⑦管道不直，柔性考虑不周；⑧结构设计不合理；@防雷、防静电设计缺陷等。

    1.2.2 施工质量问题

　　施工质量的好坏直接关系到系统的安全。影响设备施工质量的因素有：①管道施工队伍技术水平低，管理失控；②强力组装；③焊接缺陷；④补口、补伤质量问题；⑤管沟、管架质量问题；⑥检验控制等问题。

    1.2.3 腐蚀失效

　　腐蚀失效是设备、设施及管道的主要失效形式之一，埋地管道受所处环境的土壤类型、土壤电阻率、土壤含水率、微生物、氧化还原电位等因素的影响，会造成管道电化学腐蚀、化学腐蚀、微生物腐蚀、应力腐蚀和干扰腐蚀等；地面管道由于受到大气中的水、氧、酸性污染物等物质的作用而引发大气腐蚀。腐蚀既有可能大面积减薄管道的壁厚，导致过度变形或爆破，也可导致管道穿孔，引发漏气事故。

    1.2.4 疲劳失效

　　液化石油气输送和充装时由输送泵、压缩机提供压力能，管道停车或变负荷引起管道内部产生不规则的压力波动和振动，从而引起交变应力；管道、设备等设施在制造过程中，不可避免地存在开空或支管连接，焊缝存在错边、棱角、余高、咬边、气孔、裂缝、未熔合等内部缺陷将造成应力集中。

　　随着交变应力的作用，在几何不连续或缺陷部位将产生疲劳裂纹，会逐渐扩张并最终导致液化石油气泄漏或火灾、爆炸。

    1.3 人力和安全管理有害因素分析

    1.31 违章作业

　　违章作业包括违章指挥、违章操作、操作失误等，主要表现为如下几点：

　　①违章动火；②违章点操作；③违章开关阀门；④输送泵、压缩机组操作违章；⑤检修、抢修操作违章；⑥违章充装。

    1.3.2 安全管理不规范

　　安全管理包括安全管理机构．相关管理制度．安全培训教育，安全检查及隐患治理，安全技术措施及计划，应急预案等内荩?苯庸叵档较低车陌踩?诵校?渲饕?硐治?韵录傅悖孩侔踩?芾碇贫炔唤∪?虎诎踩?芾碜柿喜煌晟疲虎郯踩?芾矸ü娴男??坏轿唬虎芷笠底陨戆踩?馐侗∪醯取?BR>
    1.4 自然灾害有害因素分析

　　自然因素中以地质灾害和雷击危害最大，直击雷产生的强大冲击电压和电流会毁坏各种电气设备；强烈的机械振动造成建筑物和设备损坏；热效应和电火花会引起火灾或爆炸，三者都会导致人员伤亡。

　　储配站所在的张家界地区属雷击频繁地区，当防雷设施不符合要求或不能有效工作时，可能引起火灾或爆炸事故。

    2 重大危险源辨识

　　根据《重大危险源辨识》GB18218—2000规定，生产场所石油液化气储存量为1t以上，储存场所储存量为10 t以上，属于重大危险源。本储配站设置50 m³石油液化气储罐2个，25m³残液储罐1个，最大储气能力80t，储残25m³，因此本储配站属于重大危险源，应按重大危险源进行监督管理。

    3 泄漏引发蒸气云爆炸事故后果预测分析

    3.l 爆炸混合气体的扩散范围

　　由于该储配站2个燃气储罐的容积各为50m³，储存压力为1.6 MPa，取充装系数为0.8，液化石油气密度为550 kg/m³。

　　1个储罐中液化石油气质量为：50×0.8×550=22t，22t液化石油气液态时体积为40 m³，在常温常压下液态液化石油气挥发后体积迅速扩大250~300倍，如按275倍计算，22 t液态液化石油气变成气态时的体积为：40×275=1.1×10⁴m³。

　　与空气混合物形成爆炸上限混合气体，其爆炸上限为12％，所需空气量为：

　　1.1×10⁴÷0.12=9.17×10⁴m³

爆炸上限混合气体的体积为

　　1.1×10⁴+9.17×10⁴=1.03×10⁵m³

　　假设在无风条件下，如泄漏成半球形由断口处向周围扩散，其扩散半径为

　　[1.03×10⁵/（2π/3）]^/3=36.6

　　与空气混合物形成爆炸下限混合气体，其爆炸下限为1.5％，在无风条件下，如泄漏成半球形由断口处向周围扩散，其扩散半径为70.8 m。

　　1.1×10⁴/0.15=733333.3=7.3×10⁵-1.1×10⁴=[7.4×10⁵/（2π/3）]^/3=70.8m

　　计算结果表明：在无风条件下，以断口处为中心，半径在36.6~70.8 m范围内为爆炸性混合气体环境区域，在此区域内混合气体极易遇明火产生爆炸或燃烧。

    3.2 罐区蒸气云遇火源爆炸事故预测评价

　　蒸气云爆炸主要因冲击波造成伤害，按超压--冲量准则确定人员伤亡区域及财产损失区域。

    3.2.1 石油液化气蒸气云爆炸的TNT当量WTNT

　　

    3.2.2 石油液化气的爆炸总能量：

    　　

    3.2.3 爆炸伤害半径R

　　

    3.2.4 爆炸冲击波正相最大超压

　　

　　爆炸超压在距离爆源中心距离300m的空间分布曲线见图1。

    　　

    3.2.5 分类伤害半径

　　由于爆炸对人员的伤害情况随与爆炸中心距离而变化，因此将危险源周围依次划分为死亡区、重伤区、轻伤区和安全区。

    3.2.5.1 死亡区

　　该区内的人员如缺少防护，则被认为无例外地蒙受严重伤害或死亡，死亡率取50％，其内径为零，外径为R0.5，半径以外无人死亡。

   

    3.2.5.2 重伤区

　　该区的人员如缺少防护．则被认为将无例外地蒙受严重伤害，极少数人可能死亡或受轻伤。其内径为R0.5，外径R1(m)，△P为引起人员轻伤冲击波峰值，其值为44 kPa。由式(4)计算的外径R1为106m。

    3.2.5.3 轻伤区

　　该区的人员如缺少防护，绝大多数人将遭受轻微伤害，少数人将受重伤或平安无事，其内径为R1，外径R2(m)，△P为引起人员轻伤冲击波峰值，其值为17 kPa。由式(4)计算的外径R2，为191 m。

    3.2.5.4 安全区

　　该区内的人员无伤害，死亡的概率几乎为零，该区内径为R2，外径无穷大。

    3.2.6 财产损失半径

　　财产损失指在冲击波作用下建筑物半径为3级破坏半径，由下式确定：

　　

　　综合上述计算结果，爆炸伤害范围见图1，液化石油气储罐区发生燃气泄漏，燃气泄漏波及范围达70.8 m；如泄漏蒸气云遇明火爆炸，死亡区半径达41 m，重伤区半径达106m，在41～191 m以内的设施和人员也将受到不同程度损伤；财产损失半径达124m，可见储配站燃气储罐因石油液化气泄漏引发爆炸时的危害相当大。

    4 安全对策及措施

    4.1 保证安全间距

　　储配站为易燃易爆的甲类生产企业，储罐区、充装区等场所为甲类生产场地，选址时应符合城乡发展规划，避开敏感的保护目标，与周围设施之间设置足够的安全间距；总平面布置、储罐与站内各单体之问的防火间距，储罐、甲类厂区与站外建(构)筑物之间的防火间距均严格遵守《建筑防火设计规范》和《城镇燃气设计规定》的规定，罐区应设有环形消防通道，以便消防车通行。

    4.2 设计、施工和设备

　　设计与施工应选择具有相应资质的单位，储罐、压缩机、阀门、管道等设备和材料应采用具有相应生产能力厂家的合格产品，施工过程应实施工程监理，确保施工和安装质量。

    4.3 防雷、防静电

　　(1)爆炸和火灾危险环境场所的电器和仪表设备均应选用防爆型或安全型设备。

　　(2)储罐区、充装区按“第2类”防雷建筑物作防雷设计，考虑直击雷、感应雷和雷电波浸入；其他建筑物按“第3类”防雷建筑物作防直击雷设计。

　　(3)各接地装置变电所变压器中性点直接接点并设接地体，各工艺生产场所均设安全接地装置，并与变压器中性点接地体相连，必要时再在生产场所周围加装辅助接地体，全厂所有安全接地体相连，构成站接地网。

    4.4 消防设施

　　储配站储罐区、充装区、控制室等场所应按《建筑灭火器配置设计规范)、《城镇燃气设计规范》进行配置推车式和手提式灭火器，罐区应设固定喷淋装置、消防水泵房、消防水池等设施；室外消防管网可沿环形消防通道设环形消防管网，建构筑物内按规定设有室内消火栓。

    4.5 安全设施

　　罐区、充装区等生产场所应设可燃气体报警器，储罐设有压力上限报警连锁，严格控制放散总管的放散时间与放散量。

    4.6 安全操作与管理

    4.6.l 安全操作

　　(1)严格按操作规程作业。

　　(2)严格控制点火源，防止液化石油气泄漏形成爆炸气体，特别是液化石油气输配过程应实施安全监护。

　　(3)加强对储罐、压缩机等设施及其附件的检查和维护，特别是安全阀、液位计等，确保其完好，并定期进行检测。

    4.6.2 安全管理

　　(1)建立完善的安全生产制度和安全操作规程。

　　(2)储配站应设专兼职安全员，并由主管领导负责全站安全工作。

    （3）制定完善的事故应急救援预案，并定期演练；进行重大危险源建档、申报和安全评价工作。

    4.6.3 应急的处理措施

　　(1)事故发生时，及时将事故罐内石油液化气通过控制系统倒罐，其余通过放散装置安全放散，防止事故范围扩大。

　　(2)一旦发生事故，立即通知有关部门，使事故控制在最小的范围。