蒸气云爆炸事故后果模拟分析法在安全评价中的应用

蒸气云爆炸事故后果模拟分析法在安全评价中的应用
发表时间：2015-11-20T14:10:44.590Z 来源：《基层建设》2015年16期作者：朱雪梅
[导读] 广西桂能工程咨询集团有限公司蒸气云爆炸主要因冲击波造成伤害,若已知可燃气体装置区域的人员密度和财产密度,即可以评价确定人员伤亡数量和财产损失大小。

朱雪梅
广西桂能工程咨询集团有限公司
摘要：本文主要结合化工行业企业中安全评价运用特点，针对化工企业的特点，利用蒸气云爆炸事故后果模拟分析法对项目安全情况进行预评价，分析项目中存在的一些危险因素与薄弱环节，并结合实际提出相应的预防措施。

关键词：蒸气云爆炸事故后果模拟分析法；安全评价；应用
在涉及危险化学品的安全运行中，要注重安全评价的方法和模型的运用，可以形成安全系统工程以及安全控制的原理与方法控制，并针对项目在运行过程中可能出现的各种危险因素，尤其是对于危险系数相对较大的项目，通过蒸气云爆炸事故后果模拟分析法的安全评价模式，能做出相应的科学预防措施，对于提升企业的综合能力，将有很大的帮助。

1项目概述
1.1项目基本情况
广西河池某燃气公司拟建设城市燃气管网项目，规划近期（2013-2015年）供应天然气量为1871.86×104Nm3/a；远期（2016-2020年）供应天然气7215.9×104Nm3/a。

主要建设内容包括：门站（含调压工艺装置、LNG气化系统等）1座、次高压管道（0.8MPa，共8.78km）、中压管道（0.4MPa，共31.8km）、次高-中压调压站2座；远期拟对门站进行扩建（增加高压球罐及相关调峰设施），并拟建中压管道（0.4MPa，共50km）、次高-中压调压站1座。

1.2主要危险、有害物质
1）天然气（压缩的），危险分类别编号为21007，数量为2×1000m3，浓度为甲烷含量97%以上，温度为常温，压力为
0.4MPa~1.6MPa；
2）天然气（液化的），危险分类别编号为21008，数量为2×50m3，浓度为甲烷含量97%以上，温度为-162℃，压力为0.6MPa；
3）四氢噻吩，危险分类别编号为32111，数量为少量，浓度为99%，状态为液态，常温常压。

1.3重大危险源识别
1）定义
根据《危险化学品重大危险源辨识》（GB18218-2009），定义如下：
单元：是指一个（套）生产装置、设施或场所，或同属一个生产经营单位的且边缘距离小于500m的几个（套）生产装置、设施或场所。

临界量：是指对于某种或某类危险化学品规定的数量，若单元中的危险化学品数量等于和超过该数量，则该单元定为重大危险源。

危险物质超过其临界量包括以下两种情况：
（1）单元内任一种危险物品的数量达到或超过临界量；
（2）单元内多种危险物品的数量满足下面的公式：
式中：qi—单元中的第I种危险物品的实际贮存量；Qi—标准中规定的第I种危险物品的临界量；n—单元中危险物品的种类数。

危险化学品重大危险源：是指长期地或临时地生产、加工、使用或储存危险化学品，且危险化学品的数量等于或超过临界量的单元。

2）辨识结果
近期：按公式计算：37.8/50=0.756＜1，
本项目近期天然气的实际储存量为37.8t，未超过临界量50t。

因此，本项目近期未构成危险化学品重大危险源。

远期：按公式计算：（37.8+24.4）/50=1.244＞1，
远期天然气的实际储存量为62.2t，储存量超过临界量50t。

因此，本项目远期将构成危险化学品重大危险源。

根据分级标准，项目远期在投用2座1000m3天然气高压球罐的情况下，危险化学品重大危险源的级别为四级
2蒸气云爆炸事故后果模拟分析法的运用
2.1分析法简介
爆炸性的气体以液态储存,如果瞬间泄漏遇到延迟点火,或以气体储存时泄漏到空气中遇到火源,就有可能发生蒸气云爆炸。

导致蒸气云爆炸形成的力来自容器内含有的能量或可燃物含有的内能,或两者兼有之。

一般说来,只有压缩能和热能才能单独导致形成蒸气云〔1〕。

蒸气云爆炸主要因冲击波造成伤害,若已知可燃气体装置区域的人员密度和财产密度,即可以评价确定人员伤亡数量和财产损失大小。

2.2分析过程
本项目近期拟设置容积为50m3的LNG储罐2座，远期拟增设1000m3的高压球罐2座，罐内储存有大量易燃、易爆液化天然气。

以下采用TNO蒸气云爆炸模型分别对1座50m3的LNG储罐和1座1000m3的天然气球罐天然气泄漏后发生爆炸事故进行分析。

气体空间爆炸是一种发生概率相对较大，破坏结果极为严重的一种事故灾害。

其主要危险为爆炸产生的冲击波，能导致人员伤亡及设备、设施、建筑的破坏。

TNO模型以半球形气云为模型，假设中心点火，火焰以恒定的速度传播，从而以数值方法计算不同燃烧速度下的蒸气云爆炸产生冲击波的影响范围。

蒸气云爆炸产生的冲击波损害半径可按下列两式计算：
E=1.8aWQ
R=Cs（NE）1/3
式中：E—可燃气体爆炸能量，J；W—蒸气云可燃气体的总质量，kg；a—可燃气体蒸气云当量系数，UKHSH（1986）推荐a=0.03；
1.8—地面爆炸系数；Q—可燃气体的燃烧热，J/kg；R—损害半径，m；N—效率因子，一般取N=10%；Cs—经验常数，取决于损害等
级。

2）计算结果
（1）50m3的LNG储罐泄漏的天然总质量为18900kg，天然气（甲烷）燃烧热取5.56×107J/kg，计算结果如下：当Cs=0.03，损害半径R为53.5m，设备损坏程度为重创建筑物的加工设备，人员伤亡程度为1％死亡于肺部伤害，>50％耳膜破裂，>50％被碎片击伤；
当Cs=0.06，损害半径R为107m，设备损坏程度为损坏建筑物外表可修复性破坏，人员伤亡程度为1％耳膜破裂，1％被碎片击伤；当Cs=0.15，损害半径R为267.5m，设备损坏程度为玻璃破碎，人员伤亡程度为被碎玻璃击伤；当Cs=0.4，损害半径R为713.5m，设备损坏程度为10％玻璃破碎，无人员伤亡。

（2）1000m3的天然气球罐泄漏的天然总质量为12177kg，计算结果如下：
当Cs=0.03，损害半径R为46.2m，设备损坏程度为重创建筑物的加工设备，人员伤亡程度为1％死亡于肺部伤害，>50％耳膜破裂，>50％被碎片击伤；
当Cs=0.06，损害半径R为92.4m，设备损坏程度为损坏建筑物外表可修复性破坏，人员伤亡程度为1％耳膜破裂，1％被碎片击伤；当Cs=0.15，损害半径R为231m，设备损坏程度为玻璃破碎，人员伤亡程度为被碎玻璃击伤；当Cs=0.4，损害半径R为616m，设备损坏程度为10％玻璃破碎，无人员伤亡。

3安全对策措施与建议
3.1设计阶段
应根据相关国家、行业规范补充完善设计。

远期规划设置2个1000m3的高压球罐，储罐区将构成危险化学品重大危险源，应参照和根据有关规定的要求对高压球罐区装设相应的自动化控制系统和安全监控系统。

3.2施工阶段
施工工程必须严格执行相关法律法规，应设立项目安全管理小组，与施工承包商建立安全联动机制，并将公司重大化学事故应急救援预案及现场处置措施告知各施工方，搞好安全管理。

3.3项目运行期
运行期应特别关注的危险因素是天然气泄漏引发的火灾、爆炸，主要从加强设备维护保养、防止静电积聚、消除点火源等方面入手，加强火源管理，严禁违章动火，以保证工程的安全运行。

3.4特种设备
所选用的特种设备（压力容器、压力管道）的设计、制造、安装单位必须持有相应的资质证书；所有的特种设备在进厂时必须检查生产厂家的设计文件、产品质量合格证明、安装及使用维修说明、监督检验证明等文件是否齐全，是否符合要求；在特种设备安装前应向特种设备安全监察部门报装，安装竣工后应经特种设备安全监察部门验收合格，办理使用登记证，运行过程中应定期检验。

4结语
易燃易爆物料泄漏的是重大危险源发生事故的原因之一，对物料发生泄漏的可能进行预测具有一定的必要性。

运用事故后果模拟分析，在理论推导和实验分析的基础上，建立事故后果模拟数学模型，运用计算机系统预现事故的后果影响范围，以便企业有针对性地建立事故应急预案，实施有效的防范措施。

参考文献：
[1]吴宗之；高进军、魏利军，危险评价方法及其应用[M]，北京:冶金工业出版社，2001.
[2]刘铁民；安全评价实用指南[J]，中国矿业大学出版社，2007.2。