液化石油气站重大危险源

1 引 言

液化石油气(LPG)作为一种运输和使用方便的清洁能源,十分广泛的应用于工业生产和人民生活中。但是,液化石液气是十大危险化学品之一,具有易燃易爆的特性,在其生产、贮运和使用过程中极易引起爆炸火灾事故,尤其在液化石油气站的贮罐区,贮罐集中且贮量大,一旦发生爆炸火灾,其产生的爆炸冲击波及爆炸火球热辐射破坏、伤害作用极大,并且危害范围大,极易导致次生灾害。随着《安全生产法》及有关危险化学品管理条例的颁布与实施,政府对人民生命、财产构成重大危险的危险源更加重视,以法制手段加强重大危险源的控制与治理。因此,通过对液化石油气站重大危险源的安全评价,制定安全防范措施及应急救援预案,具有重大现实意义。

2 重大危险源辨识

某液化石油气站储罐区共有5个50 m3的LPG卧式圆罐(容积5×50 m3),存储LPG量共为100 t,存储压力为0.4 MPa。液化石油气的物理化学特性如表1所示。重大危险源是指长期地或临时地生产、加工、搬运、使用或储存危险物质,且危险物质的数量等于或超过临界量的单元。易燃气体(常压下处于气态,沸点低于20℃,与空气混合时易燃的物质)的临界量为50 t。因此,根据以上数据,确定该液化石油气站的贮罐区为重大危险源。

3 重大危险源安全评价

3.1 评价模型

根据安全工程学的一般原理,危险性定义为事故频率和事故后果严重程度的乘积,即危险性评价一方面取决于事故的易发性,另一方面取决于事故后果的严重性。关于该站重大危险源的评价模型具有如图1所示的层次结构。

3.2 评价数学模型

重大危险源的评价分为固有危险性评价与现实危险性评价,后者是在前者的基础上考虑各种危险性的抵消因子。固有危险性评价分为事故易发性评价和事故严重度评价。事故易发性取决于危险物质事故易发性与工艺过程危险性的耦合。 评价的数学模型如下:

A{(B111)iWij(B112)j}B12(1B2k)

i1i1k1nn3式中,(B111)i———第i种物质危险性的评价值; (B112)j———第j种工艺危险性的评价值;

Wij———第j种工艺与第i种物质危险性的相关系数; B12———事故严重度评价值;

B21———工艺、设备、容器、建筑结构抵消因子; B22———人员素质抵消因子; B23———安全管理抵消因子。

3.2.1 贮罐区的事故易发性B11评价

罐区事故易发性B11包含物质事故易发性B111和工艺事 故易发性B112两方面及其耦合。 物质事故易发性B111(见表2)。

工艺过程事故易发性B112。工艺过程事故易发性与过程中的反应形式、物料处理过程、操作方式、工作环境和工艺过程等有关。从21种工艺影响因素中找出罐区工艺过程实际存在的危险,在如表3所示的有特殊表现,构成工艺过程事故易发生性。

(3)

事故易发nnB11(B111)iWij(B112)ji1j154(301.30.7400.9200.7200.7300.9)6388.23.2.2 罐区的伤害模型及伤害/破坏半径

LPG罐区最大的火灾爆炸危险是LPG的燃烧爆炸,其 伤害模型有两种:①蒸气云爆炸(VCE)模型,属于爆炸型; ②沸腾液体扩展蒸气爆炸(BLEVE)模型,属于火灾型。 (1) LPG蒸气云爆炸(VCE)。

①TNT当量计算: WTNT1.8aWfQf/QTNTE/QTNT 式中,1.8———地面爆炸系数; а———蒸气云当量系数,取0.04; Wf———LPG最大贮存重量,100 t; Qf———LPG的爆热,取46.5 MJ/kg; QTNT———TNT的爆热,取4.52 MJ/kg; E———爆源总能量,J。

WTNT=1.8×0.04×100×103×46.5/4.52=74 070.8 kg ②死亡半径R1:

R1=13.6( WTNT/1 000)0.37=57.1 m ③重伤半径R2由下列方程式求解:

ΔPs =0.137Z-3+0.119Z-2+0.269Z-1-0.019 Z = R2(P0/E)1/3=0.006 71R2 ΔPs =44 000/P0=0.434 4 得R2=163.2 m

④轻伤半径R3由下列方程式求解:

ΔPs =0.137Z-3+0.119Z-2+0.269Z-1-0.019 Z =R3(P0/E)1/3=0.006 71R3 ΔPs =17 000/P0≈0.167 8 解得R3=292.4 m

性B11:

⑤财产损失半径。

对于爆炸性破坏,财产损失半经R财: R财=K11WTNT1/3/[1+(3 175/ WTNT)2]1/6 KII——二级破坏系数,KII=4.6。 计算得R财=193.2 m 将结果列于表4中。

(2) LPG扩展蒸气爆炸(BLEVE)。LPG有5个罐贮 存,取W=0.9×100×103=9×104(kg) 按如下公式进行计算:

火球半径:R=2.9W1/3=129.9 (m) 火球持续时间:t=0.45W1/3=20.2 (s) 当伤害几率Pr=5时,伤害百分数

Dpt5exp(u2/2)du50%

死亡、一度、二度烧伤及烧毁财物,都以D=50%定义。 ①死亡、重伤、轻伤、财产损失热通量。 (a)死亡热通量q1:

Pr=-37.23+2.56 ln (tq14/3) q1=24 872.4 (W/m2) (b)重伤热通量q2:

Pr=-43.14+3.018 8 ln (tq24/3) q2=16 470.6 (W/m2) (c)轻伤热通量q3:

Pr=-39.83+3.018 6 ln(tq24/3) q3=7 215.1 (W/m2) (d)财产损失热通量:

q4=6 730t-4/5+25 400=26 051.2 (W/m2) ②死亡、重伤、轻伤及财产损失半径。 热辐射通量公式:

q(r)q0R2r(10.058lnr)/(R2r2)3/2

式中,R———火球半径,R=129.9 m;

q0———火球表面的辐射通量, W/m2,球形罐取 200 000 W/m2;

r———目标到火球中心的水平距离,m。通过求解得结果如表5所示。

3.2.3 事故严重度B12的估计

S = C+20(N1+0.5N2+105N3/6 000)式中,S———事故造成的总损失,万元;C———财产破坏价值,万元;N1,N2,N3———事故中人员死亡、重伤、轻伤人数。由于LPG罐区爆炸伤害模型是二个,即蒸气云爆炸和扩展蒸气爆炸,可能同时发生,则贮罐爆炸事故严重度应是二种严重度加权求和。S =а×S1+(1-а)S2

式中,S1, S2———蒸气云爆炸、扩展蒸气爆炸事故后果,а取0.9。 严重度计算结果: S1=1 427.6+20×(15+0.5×30+105×20/6 000)=2 034.6(万元) S2=1 427.6+20×65=2 727.6(万元) S=0.9S1+0.1S2=2 103.9(万元)

3.2.4 固有危险性B1及危险性等级 (1) LPG罐区的固有危险性:B1= B11×B12=6 388.2×2 103.9=13 440 134.2

(2)危险源分级标准。用A*=lg(B1/105)作为危险源分级标准,其中,A*是以10万元为基准单位的单元固有危险性的评分值(见表6)。险性的评分值(见表6)。

(3)危险性等级:A*=lg(B1因此,该液化气站属于三级重大危险源。

3.2.5 抵消因子B2及单元控制等级估计(1)安全管理评价。安全管理评价的主要目的是评价企业的安全行政管理绩效。检查结果如表7所示。

/105) =2.13

(2)危险岗位操作人员素质评价

罐区有5名操作工,均是持证上岗,岗位工龄6 工作时间为6年,每天平均工作8小时。 人员的合格性:R1=1 人员的熟练性:

R2=1-1/k2[t/(T2+1)]=1-1/k2[6/(0.5+1)]=0.980 6 人员的操作稳定性:

R3=1-1/k3[(t/T3)2+1]=1-1/2[(6/0.5)2+1]=0.996 2 操作人员的负荷因子:

R4=1-K4(t/T4-1)2=1-K4(8/8-1)2=1

单个人员的可靠性: R5=R1R2R3R4=0.976 9

指定岗位人员素质的可靠性:

RsRs/N0.9769i0nN

RpRi0.9769i0

单元人员素质的可靠性: Rn1(1Ri0npi)1(10.9769)0.9769

(3)工艺、设备抵消因子评价。工艺、设备抵消因子评 价的应得分为267分,实得分为168分。 (4)抵消因子的关联算法: B21=0.542 B22=0.792 8 B23=0.646 7

综合抵消因子B2(1Bi132K)0.0326

(5)危险控制程度分级标准。单元综合抵消因子的值

B2愈小,说明单元现实危险性与单元固有危险性比值愈小, 即单元内危险性的受控程度愈高。一般说来,单元的危险性 级别愈高,要求的受控级别也愈高。单元危险控制程度分级 如表8所示。

因此,该液化气站0.01罐区发生爆炸的现实危险性

AB1(1B2k)B1B213440134.20.0326438148.37

i13 现实危险性A值是固有危险性B1值的3.26%,可见有效的安全技术装备和管理会使系统的危险性大大减小。

3.2.7 LPG罐区评价单元结论

LPG罐区的安危关系到工厂的存亡,同时罐区的安全装备,安全管理是至关重要的。LPG罐区

的LPG火灾爆炸事故发生是小概率事件,是可以预防的,但是LPG爆炸的后果是严重的。用数学模型计算分析测算表明:该LPG站罐区是三级重大危险源,一旦发生爆炸,将是毁灭性的,将可能导致全厂大多数人员死亡或重伤,大部分财产毁于一旦。

4 结尾语

根据笔者提出的数学模型,采用了对罐区危险性进行定量评价的方法,通过对LPG站罐区危险性的评价,得出该站所存在的重大危险源的危险等级以及其现实危险性。该方法以及提出的对LPG罐区危险性的定量评价结果,无论是企业,还是政府主管部门对其危险性都有一个量化的了解与认识,以便在工作中做到有的放矢,使重大危险源在安全状态下运行,同时为政府监管和企业对危险源的监控管理提供了可行的科学依据。