液化天然气供气站爆炸事故后果分析及风险评价

空间。
定义 2 若映射 μ ：σ →[0,1],满足：
（1） μ (Φ) = 0 ， μ ( X ) = 1 （有界非负性）；
（2） A ⊂ B ， ⇒ μ( A) ≤ μ(B) （单调性）；
（3） A1 ⊂ A2 ⊂ … ⊂ An ⊂ …，
⇒
μ
⎛⎜⎝
∞
U
n =1
An
⎞⎟⎠
=
lim
n→∞
μ
(
An
)
（下连续性）；
站（离网）或调峰（压）站。本文主要分析评价的 对象是指小型的 LNG 供气站，一般采用的工艺流 程如图 1 所示[4,5]：
1 LNG 供气站简介
液化天然气（LNG）供气站是对 LNG 进行卸车、 储存、气化并向用户提供清洁能源的系统工程，是 现代城市燃气输配系统的重要组成部分。LNG 供气 站根据规模可分为大型供应站和小型供应站，前者 一般指大型的 LNG 接收终端站及城市燃气 LNG 事故 备用站，后者一般指小型的 LNG 卫星站、气化供应
传统的模糊综合评价方法假设各评价指标之 间是相互独立的，采用线性加权性方法作为评价的 基础。模糊积分是定义在模糊测度基础上的一种非 线性函数，不需要假设各评价指标之间是相互独立 的，更能够突出各因素间相互关联、制约对整个评 估结果的影响，使那些风险大而权重小的单元通过 积分产生较大的贡献[13-15]。模糊积分定义为[16]：
破坏作用大，且遇明火易形成二次爆炸。
LNG 储运过程中如果发生泄漏，LNG 液体迅
速从周围环境吸热并气化，当温度达到-110℃时，
天然气密度低于空气而会随着气流或风向飘逸，并
和空气混合形成大范围可燃性的云团，当云雾浓度
达到爆炸范围时，遇到火源将发生蒸汽云爆炸
（UVCE，Unconfined Vapor Cloud Explosion），产
重伤害或死亡，其内径为零，外径为 R0.5 ，表示外
圆周处人员受冲击波作用导致的死亡率为 50%，它 与爆炸量之间的关系如下：
R = 13.6(W / 1000)0.37
0.5
TNT
（9）
重伤区是指在该区内的人员如缺少防护，则绝
大多数人员将遭受严重伤害，极少数人可能死亡或
者轻伤，其内径为 R0.5 ，外径为 R0.01 ，要求的冲击
Nα ( f ) = {x : f (x) > α}
（11）
定义 4 设 f 是从模糊测度空间（X，σ ， μ ）到
[0,1]的可测函数，A∈ σ ，定义模糊积分为：
生冲击波，对周围的人员和设施造成损害或破坏。
2.2 沸腾液体膨胀蒸汽爆炸（BLEVE）
LNG储罐发生BLEVE爆炸时, 壳体碎片、冲击
波等也会对人员、设施造成一定伤害，但主要危害
是火球产生的强烈热辐射伤害，可根据火灾作用下
的热剂量准则确定人员伤亡和财产损失的区域，主
要指标计算如下[9-11]：
（1）火球半径：
x = 0.3967W 1/3 exp[3.5031 − 0.7241ln Δp + TNT 0.0398(ln Δp)2 ]
（8）
源自文库
式中，x 为爆炸中心与给定超压间的距离，m；
Δp 为给定超压，psi（1psi=6.9kpa），对应于不同
的预期损害。 （3）爆炸伤害准则：
VCE 对人员伤害的影响范围可分为死亡区、 重伤区、轻伤区及安全区。其中，死亡区是指该区 内的人员如缺少防护，则被认为将无例外地蒙受严
delivering station evaluation method based on fuzzy intergal was put forward and applied in a real instance. Key words：liquefied natural gas（LNG）；gas delivering station；explosion；consequence of fatal accidents； risk evaluation；fuzzy integral
（1）蒸汽云 TNT 当量：
αW Q
W=
ff
TNT
Q
TNT
（7）
式中，WTNT 为蒸汽云 TNT 当量，kg；α 为蒸
汽云爆炸的效率因子，一般取 3%；Wf 为蒸汽云
中燃料的总质量，kg； Qf 为可燃气体的燃烧热，
MJ/kg； QTNT 为 TNT 的爆炸热， 4.52 MJ·kg-1。
（2）给定超压距离：
A1 ⊃ A2 ⊃ … ⊃ An ⊃ …，
⇒
μ
⎛⎜⎝
∞
I
n=1
An
⎞⎟⎠
=
lim
n→∞
μ(
An
)
（上连续性）；
则称（X，σ ，μ ）为模糊测度空间，映射 μ
为模糊测度。
定义 3 设（X，σ ， μ ）为一模糊测度空间，映
射 f ： X →[0,1] ， 若 对 于 ∀α ∈ [0,1] ， 有
Nα ( f ) ∈σ ，则称 f 对 μ 是可测的，记为：
ZHOU Weiguo，ZHANG Zhongxiu，RUAN Yingjun （School of Mechanical Engineering，Tongji University，Shanghai 200092，China） Abstract：The liquefied natural gas (LNG) has multifarious risks associated with fire or explosion in storage and
50%时，人群所在位置与 LNG 储罐之间的水平距
离。则由以上式（4）~（6）可以得出一度(二度)
烧伤和死亡半径。
2.3 不可控蒸汽云团爆炸（UVCE）
沸腾液体膨胀蒸汽爆炸属于火灾性事故，与此
不同的是，蒸汽云团爆炸属于爆炸性事故。一般采
用 TNT 当量法来计算蒸汽云团爆炸的影响，主要 计算指标包括[10,12]：
联系人：周伟国. 第一作者：周伟国（1961—），男，博士，教授，博 士生导师。
图 1 典型的 LNG 供气站工艺流程图 Fig.1 Typical LNG delivering Station processing flow chart
LNG 由低温槽车运至气化站，在卸车台利用 槽车自带的增压器对槽车储罐加压，利用压差将 LNG 送入 LNG 储罐储存。气化时通过储罐增压器 将 LNG 增压，然后自流进入空浴式气化器，经 LNG 空浴式气化器气化，发生相变，成为气态天然气， 夏季直接去管网，冬季经水浴式加热器（对于冬季
2 LNG 供气站爆炸事故后果分析
2.1 LNG 爆炸事故简介
事故后果分析与评价是 LNG 供气站风险评价
与管理过程中的重要环节。LNG 因其超低温、易
燃易爆的特性，在储运过程中存在诸多的安全隐
患，特别是发生爆炸的危害性较强。下面将着重对
两种类型爆炸的危害后果进行研究[6-8]。
LNG 储罐由于受到机械碰撞或热失效产生裂
定义 1 设 X 为一非空集合， P( X ) 为集合 X 的 幂集，σ ⊂ P(X ) 满足以下条件： （1） X ∈σ ； （2） A∈σ ， ⇒ Ac ∈σ ；
∞
（3） An ∈σ (n∈ N) ， ⇒ U An ∈σ (n∈ N) ； n=1 则称σ ⊂ P(X ) 为 σ 代数， ( X,σ ) 为一可测
supply process. In this paper, consequences and damage radius of typical hazards type such as BLEVE (boiling
liquid expanding vapor explosion) and UVCE (unconfined vapor cloud explosion) were calculated. A LNG
Pr = −43.14 + 3.0186 ln(t q4/3 ) e
（6）
式中， Pr 为概率单位； te 为人体暴露在辐射 热环境中的时间，s；q 为人体接收的热辐射强度，
W ⋅ m-2 。定义一度(二度)烧伤半径为人群中 50%
的人出现一度(二度)烧伤时人群所在位置与 LNG 储罐之间的水平距离，死亡半径为人群死亡概率为
波波峰值超压为 44kPa。 轻伤区是指该区内的人员如缺少防护，则绝大
多数人员将遭受轻微伤害，少数人将受重伤或平安 无事，死亡的可能性极小，它要求的冲击波蜂值超 压为 17kPa。
财产损失半径可按下式计算：
4.6W 1/3
R=
TNT
[1 + ( 3175 )2 ]1/6
W TNT
（10）
3 基于模糊积分的风险评价方法
D = 2.665W 0.327
（1）
式中： D 为火球半径，m；W 为火球中消耗
的可燃物质量，kg。火球在燃烧时，将会抬升到一
定高度，一般取火球中心距地面高度 H = D 。
BLEVE 发生后，消防人员及紧急救灾人员最小安
全工作建议距离为 4D，人群安全疏散最小建议距
离为 15D。
（2）火球持续时间：
缝，内部气化的 LNG 气体从裂缝喷出，容器内压
力快速下降，破坏了相平衡而使饱和液体处于过热
状态，储罐内液体急剧沸腾蒸发，已气化的气体及
被其卷携的液体以极大的冲击力喷向外部空间,
形成沸腾液体膨胀蒸汽爆炸（BLEVE ，Boiling
Liquid Expanding Vapor Explosion）。BLEVE 冲击
续时间，s。
（4）火球的热辐射伤害准则：
火球对人体的伤害由不同热辐射通量对人体
的伤害程度表示，热辐射伤害概率计算公式为[10]：
一度烧伤： Pr = −39.83 + 3.0186 ln(t q4/3 ) e
（4）
二度烧伤： Pr = −36.38 + 2.56 ln(t q4/3 ) e
（5）
死亡：
t = 1.089W 0.327
（3）人体接收的热辐射强度：
（2）
0.021μ P0.32WH t
q=
aa
( X 2 + H 2 )t
（3）
式中： q 为热辐射强度， W ⋅ m-2 ； μ 为有服
装保护时人体的热接收率； P 为储存物料的瞬时 饱和蒸汽压力，MPa；W 为火球中可燃气体的质
量，kg； Ha 为可燃气体的有效燃烧热，J·kg； ta 为大气热传递系数；X 为目标到 LNG 储罐的水平 距离，m； H 为火球抬升高度，m； t 为火球的持
了采用模糊积分法对 LNG 供气站进行风险评价的方法，并结合实例进行了分析和说明。
关键词：液化天然气；供气站；爆炸；事故后果；风险评价；模糊积分
中图分类号：TE88
文献标识码：A
文章编号：0438-1157（2006）00-0000-00
Explosion accident consequences analysis and risk evaluation of liquefied natural gas delivering station
系统的风险评价是风险管理中的重要一环。现 有的风险评价方法很多，结合评价项目的实际和评 价内容，选择合适的风险评价方法很重要。对于国 内的 LNG 储运系统来说，由于其尚处于发展早期 阶段，具有发生事故较少，危险因素概率等数据收 集不能完全具有科学参考性等特点，基于这种实际 状况，本文采用模糊积分评价法对 LNG 供气站风 险进行综合评价。
引言
近年来，我国 LNG 技术研究及产业应用发展 较快，各地 LNG 终端站、供气站、调峰站陆续建 设和投产，而相关设计运行规范和安全管理工作却 略显滞后，一旦发生安全事故，将严重威胁人民群 众的生命、财产安全和环境安全[1-3]。实施科学有 效的风险管理和控制，保证 LNG 场站的安全运行 工作已迫在眉睫。本文对 LNG 供气站各类火灾、 爆炸事故后果进行了分析和定量计算，结合实例应 用模糊积分方法对 LNG 供气站进行了风险评价。
液化天然气供气站爆炸事故后果分析及风险评价
周伟国，张中秀，阮应君
（同济大学机械工程学院，上海 200092）
摘要：液化天然气（LNG）在其存储和供应过程中存在着各种与火灾和爆炸相关的危险性。该文对主要危险事故
类型沸腾液体膨胀蒸汽爆炸（BLEVE）和不可控蒸汽云团爆炸（UVCE）的后果和危害区域进行了定量计算，提出
Corresponding author: Prof. ZHOU Weiguo, Email：tjweiguo@sina.com
气侯条件能达到气化要求的地区也可不设置水浴 式加热器）再去管网。除此之外，LNG 供气站一 般还具有 BOG 释放接收、紧急情况安全放空、异 常情况紧急切断、LNG 泄漏溢出处理、LNG 装车 等功能或措施。