油库火灾爆炸事故多米诺效应定量评价

　　【摘要】引入多米诺效应定义，介绍多米诺效应定量评价的方法。结合具体实例对油库进行火灾爆炸事故的风险分析，给出事故多米诺效应定量评价的具体程序。通过油库火灾爆炸事故多米诺效应评价，得出油库事故的升级因素和导致事故扩大的途径，并指出相应的多米诺效应控制措施。与传统的评价方法相比，多米诺效应评价方法可预测次生事故发生情况和发生概率及后果，从而可以有针对性地采取相应的预防措施，预防事故多米诺效应，降低次生灾害的发生率，提高油库的本质安全程度。

　　【关键词】多米诺效应；升级因素；冲击波；热辐射；安全评价

　　0引言

　　多米诺效应含义是指，当一个工艺单元和设备发生事故时，会伴随其他工艺单元和设备的破坏，从而引发二次、三次事故甚至更加严重的事故。自从欧洲第一家“seveso”协会成立后，多米诺效应的危险就得到公认。从MHIDAS资料库中也可看出，105件固定装置的爆炸事故中，有66件是由附近的设备爆炸引起的[1]。通常认为可能产生多米诺效应的有：火灾、爆炸产生的冲击波和碎片抛射物、毒物泄漏及热辐射。但是，工艺单元和设备只有在爆炸产生的冲击波和碎片抛射物(或火灾火焰)的“攻击范围”内，并且冲击波和碎片抛射物(或火灾火焰)具有足够的能量，致使单元设备破坏，连锁事故才会发生。

　　在油库风险分析中，很多主要危险都是一种复杂的现象，即“多米诺效应”。很久以前，多米诺效应就已被提出，但是国内文献中对多米诺效应的研究较少甚至对其工程应用十分模糊。

　　传统的风险评价，分布在不同地点的同类工艺单元，都被认为具有相同的危险性(或安全性)。但是实际上，若考虑多米诺效应的作用，同种类工艺单元的危险性可能就会有所不同。在分析及预防各种事故的安全管理中，多米诺效应分析(DEA，DominoEffectAnalysis)更具有实用性。因此，辨识并减少导致多米诺事故的路径是十分重要的。

　　1油库事故多米诺效应

　　多米诺效应，通常被描述为：初始事故波及到附近的设备，引起一个或更多的二次事故，从而导致整个后果比初次事故所引起的后果更加严重。一个多米诺事件具有以下3个特征[1]：

　　1)初始事故情景，其引发了多米诺效应；

　　2)伴随初始事故的传播效应，由于初始事故造成的二次事故所引起的逐步升级传播媒介的作用；

　　3)一个或更多的二次事故，涉及到相同或不同的设备。

　　油库是油品输送和储存环节中的重要场所，具有油罐数量多、储量大、生产设施多、工艺复杂等特点，是火灾爆炸危险源。油库为实现优化操作，通常将储罐紧密布置，但是从安全角度考虑，存在事故间的相互影响，很容易引发二次事故，导致事故多米诺效应。

　　2多米诺效应评价

　　2.1多米诺效应评价方法

　　多米诺效应指的是，当一个工艺单元和设备发生事故时，会伴随其他工艺单元和设备的破坏，从而引发二次、三次事故甚至更加严重的事故。根据国内外油库爆炸案例分析，油库爆炸大体可分为物理性爆炸和化学性爆炸[2-3]，油库发生火灾爆炸事故时，造成多米诺事故的危险因素主要有冲击波、爆炸碎片、热辐射、有毒物质泄漏等。

　　多米诺效应评价方法主要分析热辐射、冲击波超压及爆炸碎片引发多米诺效应的可能性及其潜在危险性，并与数学概率模型相结合，计算事故升级的概率。具体的评价流程图如图1所示。

 

　　图1由多米诺意外事故引起的定量风险评价流程图

　　2.2多米诺效应评价程序

　　笔者通过对某化工厂的油库区分析，具体阐述事故多米诺效应评价程序。

　　2.2.1评价阶段所需数据

　　301区(原油罐区)、302(石脑油、汽油罐区)、303区(柴油罐区)、304区(催化原料罐区)、305区(液化汽油罐区)进行多米诺效应分析。图2和图3给出了上述评价单元的位置布置图。

　　表1总结了每个设备装置的相关性质。

 

　　图2评价设备布置简图

 

　　图3评价单元的位置布置图

　　表1评价单元的相关性质

 

　　301，302，303及306区对其进行重大危险源分析如表2所示。

　　表2301,302,303区重大危险源分析

 

　　2.2.2确定可能的多米诺事故

　　确定可能的多米诺事故可以分3步：①在可能的事故的分析中考虑初始事故的辨识；②逐步升级因素的辨别；③根据相关标准选择可能的初级逐步升级事件。

　　该评价单元原油储罐储量最大，潜在危险性高，一旦发生事故，损失将十分惨重。301区原油罐发生事故主要为池火灾，而可能引起二次事故的逐渐升级因素是热辐射。

　　液化石油气是十大危险化学品之一，一旦大量泄漏，如遇到明火引起火灾爆炸，极易导致次生灾害[9]。306液化石油气罐区主要危险性是蒸气云爆炸(VCE)和池火灾(poolfire)，可导致二次事故的升级因素是冲击波。

　　303区罐内物质为柴油，柴油属于丙A类危险油品。其主要危险性为火灾爆炸，该罐一旦发生火灾爆炸，主要事故是池火灾，可能引起二次事故的逐渐升级因素是热辐射。

　　302，304区罐主要储存石脑油、催化原料和油浆危险性较小，主要可能发生火灾。

　　2.2.3辨别初始事故和升级因素

　　油库发生的初始事故及导致二次事故的升级因素如表3所示。

　　表3评价单元考虑的主要事故及二次事故因素

 

　　2.2.4逐步升级传播媒介的初步选择

　　确定二次事故，找到初步可能逐步升级事件是很重要的。通常要分析事故对设备造成破坏的标准阈值。如果升级因素造成的物理作用低于指定的阈值，则事故逐步升级的可能性很小。关于多米诺效应和设备破坏在文献中有一定数量不和谐的阈值(见文献[4－6])。

　　2.2.5概率分析

　　306区液化汽油罐区的多米诺效应，主要考虑冲击波的破坏作用。

　　关于冲击波造成装置破坏的定量评价方面，ValerioCozzani提出了模型Y=K1+K1Ln(Δp°)。306区共6个1000m3液化汽油罐，按85%的充装系数计算[7-8]。假设其中一个瞬时泄漏，发生VCE

　　事故，分析其发生爆炸产生冲击波对周围储罐和装置的影响，即产生多米诺效应的可能性。

　　1000m3液化汽油罐爆炸产生冲击波超压值如表4所示，超压对周围设备的损害概率单位如表5所示，超压对周围设备损害的概率如表6所示。

　　冲击波波阵面上的超压平面等高线如图4所示，三维等高线和爆炸冲击波立体曲面如图5所示。

　　表4306区罐爆炸产生冲击波超压值

 

　　表5超压对周围设备的损害概率单位

 

　　表6超压对周围设备损害的概率

 

 

　　图4爆炸冲击波超压平面等高线

 

　　图5三维等高线和爆炸冲击波立体曲面

　　由以上危险性分析和重大危险源分析可知，易发生池火灾事故的301，302，303区中，原油罐区301区危险性最大，故对其进行池火灾多米诺效应事故分析。在国外一些研究文献中已提出了关于热辐射多米诺效应的概率模型，即“破坏时间(ttf)”及ttfvs．热辐射简化模型概率模型。

　　罐区原油总储量为8.0×104m3，由4个20000m3的原油储罐储存，按85%的充装系数计算。原油罐爆炸产生热辐射值如表7所示，常压设备热辐射损害概率单位如表8所示，高压设备热辐射损害概率单位如表9所示。

　　表7原油罐爆炸产生热辐射值

 

　　表8常压设备热辐射损害概率单位

  

　　表9高压设备热辐射损害概率单位

 

　　2.3液化汽油罐区事故多米诺效应评价结果

　　以上评价可以得出，当液化气罐发生爆炸后，产生冲击波的超压，在20m范围内，对各类容器、设备的破坏概率为1.00，即各类容器、设备完全毁坏。对常压容器、立式长设备及小设备，在距离为200m左右时，冲击波对其几乎没有影响；而对高压设备，距离为60m左右时，冲击波对其影响就几乎为零。装置的平面布置图4、图5中可以看出，一旦306区内有液化气罐发生爆炸，306区内罐将会完全毁坏，邻近的304区罐也会遭到不同程度的破坏。因此，可以得出一旦发生液化石油气罐爆炸事故，将会比较容易使邻近罐区的贮罐破坏，从而引发多米诺效应。

　　当原油储罐发生池火事故时，在10m范围内包括10m热辐射对常压设备的破坏概率接近1.00，10m外常压设备未受到破坏；而对高压设备，破坏距离的范围还要小。

　　2.4控制措施

　　根据油库发生事故特点，预防油库事故多米诺效应的方法主要有：安全距离、高温报警系统，以及应急喷淋系统。其他控制措施主要有：

　　1)油库区储罐都应涂上防火隔热层[9]；

　　2)油库区储罐应装有事故切断系统(ESD)[10]；

　　3)油气储罐应装设阻火器、机械呼吸阀和液压安全阀，四周应设防火堤，进出1：3管道处应设金属软连接。

　　3结论

　　1)笔者根据油库特点，结合具体实例对其进行了多米诺效应风险分析，阐明了事故多米诺效应评价的具体程序，得出了油库事故的升级因素和导致事故扩大的途径并给出了相应的多米诺效应控制措施，预防事故多米诺效应，以提高油库的安全。

　　2)与传统的评价方法相比，多米诺效应评价方法可以预测次生事故发生情况，应用多米诺效应评价方法可以有效地预测次生事故的发生概率及后果，从而可以有针对性地对发生次生事故概率较大的装置采取相应的预防措施，降低次生灾害的发生率。

　　3)将事故多米诺效应分析应用于安全评价中，有效地预防控制事故多米诺效应的发生，可以更加完善装置安全评价，提高装置的本质安全。