液化石油气罐区火灾危险性定量评价

维普资讯 http://www.cqvip.com 化　工　进　展　・６０７．　２００２年第２１卷第８期　ＣＨＥＭＩＣＡＬ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ　ＡＮＤ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　ＰＲｏＧＲ联　液化石油气罐区火灾危险性定量评价　王志荣蒋军成　（南京工业大学安全可靠性工程技术研究中心，南京，２１０００９）　摘要分析了液化石油气的危险特性及其火灾主要特点，分别运用火球热辐射和池火焰热辐射伤害数学模型，　结合热辐射破坏准则，对液化石油气罐区火灾危险性进行了定量评价，确定了液化气罐区火灾的严重度、伤害　范围等；并结合事故案例对该评价方法进行了阐述，其计算结果与该工厂火灾事故调查资料吻合较好。　关键词液化石油气，火灾，危险性，安全评价　中图分类号１’Ｑ　０８６．１　文献标识码Ａ　液化石油气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火灾事故，尤其在液化　石油气的贮罐区，贮罐集中，贮量大，一旦发生火　灾，将会造成严重的后果。１９９８年３月５日，西　安市液化石油气站曾发生过火灾事故ｎ］，造成１２　人死亡，３２人受伤，直接经济损失达４００多万元。　因此，液化石油气火灾危险性的定量评价对于罐区　安全设计和应急救援措施的制定具有重要的意义。　目前，国内外已有数十种安全评价方法，但还没有　一种适用于液化石油气罐区火灾危险性评价的方　法。本文尝试利用火球热辐射和池火焰热辐射数学　模型对液化石油气贮罐的危险眭进行定量评价，估　算其火灾事故的严重程度、波及范围、影响程度　等，结合事故案例对该评价方法进行了阐述，其计　算结果与该工厂火灾事故调查资料吻合较好。　１　液化石油气危险特性及其火灾主要　特点　１．１液化石油气主要成分危险特性　液化石油气（ＬＰＧ）主要成分是丙烷、丁烷、　丙烯和丁烯，均为易燃易爆气体，其燃爆特性见　表１。　表１液化石油气主要成分燃爆特性参数　１．２浓化石油气罐区火灾主要特点　液化石油气罐区发生火灾主要有两种情况：沸　文章编号１０００—６６１３（２００２）０８～０６０７—０４　腾液体扩展蒸气爆炸和池火灾。这里所说的沸腾液　体扩展蒸气爆炸，并非爆炸，而属于火灾。因为　ＬＰＧ贮罐破裂时，绝大部分液体以雾状的液滴散　落在空气中，与周围的空气混合而着火燃烧　］。这　些可燃气体爆炸燃烧后形成巨大的火球，使周围很　大一片地区变成火海。罐区池火灾主要是由于超载　或雷击等原因导致ＬＰＧ泄漏而形成液池，遇到火　源而引起的。火焰产生的热辐射是罐区火灾的主要　危害　Ｊ。此外，在火焰环境下，易导致周围贮罐的　破裂而引发二次灾害。沸腾液体扩展蒸气爆炸所产　生的火灾持续时间较短，而池火灾持续时间一般较　长。因此，为了对液化石油气贮罐火灾危险性进行　定量评价，应根据不同类型火灾采用不同的数学评　价模型。沸腾液体扩展蒸气爆炸所产生的火灾危险　性评价采用火球模型，评价准则为瞬态火灾下的热　通量一时间准则；池火灾危险性评价采用池火焰模　型，评价准则为稳态火灾下的热通量准则。　２液化石油气罐区火灾危险性定量评价　２．１火球热辐射评价模型及伤害准则　２．１．１火球热辐射评价模型＿５　计算火球直径Ｄ　Ｄ＝３．８８　Ｗ。　（１）　式中ｗ为燃烧的液化石油气的总质量，ｋｇ；Ｄ为　火球直径，１ＴＩ。　计算火球持续时间￡　￡＝０．２９９　Ｗ。・　（２）　计算热通量ｑ　ＧＴ　Ｄ　，１、　ｑ　ｊ）　收稿日期２００２—０１—０９；修改稿日期２００２—０５—２３。　基金项目　国家自然科学基金资助项目（Ｎｏ．２９９３６１１０）。　第一作者简介王志荣（１９７７一），男，硕士，从事化工装置爆炸事　故模拟及防治研究。电话０２５—３３１６７５５—３１２７。　维普资讯 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・６０８・　化　工　式中ｑ为热通量，ｗ／ｍ　；Ｄ为火球直径，ｍ；Ｒ　为离火球中心的距离，１ＴＩ；Ｔ为火球温度，Ｋ（取　１　３５０　Ｋ）；Ｆ为常数，取１６１．７（Ｈｉｇｈ实验值）；　Ｇ为常数，取５．２６×１０　（Ｈｉｇｈ实验值）。　２．１．２热通量一时间准则　常见的热辐射破坏准则可以归纳为：热通量准　则、热强度准则、热通量一热强度准则、热通量一　时间准则和热强度一时间准则　ｊ。　热通量是指单位时间、单位面积发射或接收的　热能，通常以口表示。热强度是指热通量与热通　量作用时间的乘积，通常用Ｑ表示。由于热通量、　热强度、热辐射作用时间中知道任意两个变量就可　以计算出第三个变量，所以热通量一热强度准则、　热通量一时间准则、热强度～时间准则是完全等价　的。火球热辐射评价模型采用热通量一时间准则。　热通量一时间准则以热通量和作用时间作为衡　量目标是否被破坏的参数。如果以热通量ｑ和作　用时间ｔ分别作为纵、横坐标，那么目标破坏的临　界状态对应于一条临界曲线，见图１　Ｊ。　不　破　坏　４　＼破坏区　　‘区　不破坏区　图１热辐射破坏的ｇ—ｔ图　人员受伤害的概率用下式确定ｌ１　：　死亡概率　Ｐ　＝一３７．２３＋２．５６１ｎ（ｔｑ　）　（４）　重伤（二度烧伤）概率　Ｐ　＝一４３．１４＋３．０１９１ｎ（ｔｑ　）　（５）　轻伤（一度烧伤）概率　Ｐ　＝一３９．８３＋３．０１９１ｎ（ｔｑ　培）　（６）　设备烧毁所需要的临界热通量ｑ　０＝６３７０ｔ－０．８＋２５４００　（７）　２．１．３火球热辐射模型危险性评价　根据火球热辐射模型式（１）～（３）和对应的　进　展　２００２年第２１卷　热通量一时间准则式（４）～（７）可以确定相对应　的破坏半径。死亡、重伤、轻伤及财产损失半径分　别指热辐射作用下的死亡、二度烧伤、一度烧伤和　引燃木材半径。　人员死亡半径Ｒ　尺。＝Ｄ√（一１十　６＂１＂４　ｔ３１ｎ）ＩＦ（８）　重伤半径Ｒ：（二度烧伤）　Ｒ：：Ｄ√（一１＋　ＧＴ４ｔ３ｆ４）／Ｆ　（９）　轻伤半径Ｒ，（一度烧伤）　Ｒ。＝Ｄ√（一１＋　ＧＴ４　ｔ３ｔ￣）／Ｆ（１０）　财产损失半径Ｒ　Ｒ　＝Ｄ√（一１＋丽　／Ｖ（１１）　火球半径及火球持续时间决定热辐射强度及其　对应的伤害破坏半径的大小。通常将伤害区域划分　为死亡区、重伤（或二度烧伤）区、轻伤（或一度　烧伤）区，还有财产损失区等。这些区域都用伤　害、破坏半径来表示，不同伤害破坏区域封闭面　积内人员多少、财产价值多少将关系到事故严重度　的大小。　２．２池火灾火焰热辐射评价模型及伤害准则　２．２．１池火灾火焰热辐射评价模型　池火焰半径及高度　池火灾采用圆柱形火焰和池面积恒定假设，火　焰半径Ｒ　由下式确定：　厂　火焰半径Ｒ　ｒ　Ｒ　ｒ　√詈　（１２）　火焰高度Ｌ［８］　Ｌ＝８４Ｒ　ｌ　Ｊ　（１３）　Ｓ为池面积，ｍ２（池面积可由ＬＰＧ贮罐的防　护堤所围的面积确定）；ｍ　为ＬＰＧ的燃烧速率，　ｍｆ＝０．０２　ｋｇ／（ｍ２・ｓ）；ｐ０为空气密度，ｋ　ｍ３，取　０．２９３　ｋｇ／ｍ３。　火灾持续时间ｔ　，Ｄｍｆ　（１４）　Ｑ　为火焰表面热辐射通量　Ｌ＝一２．０４Ｒｆ＋０．２３Ｏ３Ｑ　ｆ　（１５）　Ｑ　Ｑｘｒ／　ｘ而　（１６）　＋２维普资讯 http://www.cqvip.com 第８期　王志荣等：液化石油气罐区火灾危险性定量评价　Ｑ　为总放热速率，　ｋＷ；１　为热辐射系数，　可取０．１５。　目标接受的热通量ｑ　ｑ　＝ＱｆＶ（１—０．０５８１ｎｒ）　（１７）　Ｖ为目标处视角系数；ｒ为目标离火焰表面的　距离，ＩＴＩ。　２．２．２热通量准则　池火灾一般热辐射强烈和持续时间长，通常采　用热通量准则确定人员伤亡及财产损失区域。　热通量准则以热通量作为衡量目标是否被破坏　的惟一参数。当目标接收到的热通量大于或等于引　起目标破坏所需的临界热通量时，目标被破坏；否　则，目标不被破坏。主要适用于热通量作用的时间　比目标达到平衡所需要的时间长的情况。该准则的　关键是确定热通量的临界值。在稳态火灾中（指在　较长时间内能够比较稳定地燃烧的火灾）的作用　下，引燃木材的临界热通量为２５．４　ｋＷ／ｍ２。　２．２．３池火灾火焰热辐射模型危险性评价　根据式（１２）～（１７）计算出来的ｑ，，依据　稳态火灾作用下的热通量伤害准则来确定各个伤害　及财产损失半径。稳态火灾作用下的热通量伤害准　则见表２。若知道ＬＰＧ罐区的人员密度和财产密　度，即可评价确定人员的伤亡数量和财产损失大小。　表２稳态火灾作用下的热通量伤害准则　临界热通量／ｋＷ・ｒｆｌ一　破坏类型　２５．４　引燃木材　６．５　死亡　４．３　重伤　１．９　轻伤　３　液化石油气罐区火灾危险性定量　评价　３．１　两种事故类型的定量评价结果　某化工厂的液化石油气站，石油气罐区发生过　池火灾和沸腾液体扩展蒸气爆炸。罐区基本参数　为：年生产能力３０００　ｔ，主要包括６个贮罐，容积　２６０　ＩＴＩ　，可贮存液化石油气（丙烷、丁烷）　５０ｔ。多罐贮存时，取９０％的装料系数，Ｗ＝　４５　０３０　ｋｇ；池火灾模型评价中，池面积可由ＬＰＧ　贮罐匈防护堤所围的面积确定，Ｓ＝５００　ｍ２。两种　事故　的定量评价结果如表３所示。　３．２评．介结果分析　从表　可以看出，当ＬＰＧ罐区发生沸腾液体　壅曼　壁垫塑　垦　鳖垫塑　型　堕墨　…型　死　径　径…径　／ｍ／ｍ扩展蒸气爆炸时，火球半径为１５．４２　ＩＴＩ，人员和设　备受到不同程度的伤害和破坏，火球内可能致人死　亡，对于火球以外处，离火焰中心外径为　２８０．８８　ＩＴＩ、内径为１８６．３９　ＩＴＩ的圆环区域内人员大　部分轻伤；离火焰中心外径为１８６．３９　ＩＴＩ、内径为　１５１．３０　ＩＴＩ的圆环区域内人员大部分重伤；离火焰　中心半径为１５１．３　ＩＴＩ的圆形区域内的人员可能大部　分死亡；财产损失半径为１２２．２４　ｎ１。当ＬＰＧ罐区　发生池火灾时，火焰半径为１２．６２　ＩＴＩ，火焰高度为　３８．３８　ｍ；离火焰中心外径为１４７．３２　ＩＴＩ、内径为　７１．０２　ＩＴＩ的圆环区域内人员大部分轻伤；离火焰中　心外径为７１．０２　ＩＴＩ、内径为４９．９８　ＩＴＩ的圆环区域内　人员大部分重伤；离火焰中心半径为４９．９８　ＩＴＩ的圆　形区域内的人员可能大部分死亡；财产损失半径为　１９．５４　ＩＴＩ。以上分析以圆形伤害区域作为假设。该　计算结果和该厂火灾事故调查资料上的数据吻合　较好。　５　结　语　（１）相同条件下，ＬＰＧ罐区池火灾比沸腾液　体扩展蒸气爆炸引起的火灾持续时间长，热辐射强　度大；但前者造成的人员伤害和财产损失半径比后　者小得多。由此可以看出，ＬＰＧ罐区发生沸腾液　体扩展蒸气爆炸的破坏强度比池火灾大。　（２）由于评价模型的假设未考虑周围环境和气　象条件的影响，评价结果的精确性受到一定影响。　如果需要对ＬＰＧ罐区火灾危险性进行精确的定量　评价，必须考虑这些因素的影响＿１　。　（３）大部分情况下，ＬＰＧ罐区发生的火灾事　故并不是单一的池火灾或沸腾液体扩展蒸气爆炸，　很多情况下是交替进行的，这就增加了火灾后果危　险分析的复杂性，需要评价模型有待进一步完善和　改进。　参考文献　１　邢志祥．［Ｊ］．消防技术与产品信息，１９９８，（９）：１０－－１２　２　周国泰主编．危险化学品安全技术全书［Ｍ］，北京：化学工　维普资讯 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・６１Ｏ・　业出版社，１９９７　化　工　进　展　２００２年第２１卷　７　牛蕴．火灾环境中液化石油气储罐的热和力学响应的研究　３　吴粤炎编．压力容器安全技术［Ｍ］．北京：化学工业出版社，　１９８２　８　［Ｄ］．南京工业大学，２０００　Ｔｈｏｍａｓ　Ｐ　Ｈ．Ｔｈｅ　Ｓｉｚｅ　ｏｆ　Ｆｌａｍｅｓ　ｆｒｏｍ　Ｎａｔｕｒａｌ　Ｆｉｒｅｓ［Ｃ］．９ｔｈ　Ｓｙｍｐ．Ｏｎ　Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ，Ａｃａｄｅｍｉｃ　Ｐｒｅｓｓ　Ｉｎｃ．，Ｌｏｎｄｏｎ，１９６３　８４４　４　宇德明著．易燃、易爆、有毒危险品储运过程定量风险评价　［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，２０００　５　ＣｒｏｋｅｒＷ　Ｐ，Ｎａｐｉｅｒ　Ｄ　Ｈ．［Ｊ］．．，．ｏｆＨａｚａｒｄｏｕｓ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，　１９８８，（２０）：１０９～１３５　６　Ｂａｋｅｒ　Ｗ　Ｅ，Ｃｏｘ　Ｐ　Ａ，Ｗｅｓｔｉｎｅ　Ｐ　Ｓ，ｅｔ　ａｌ　Ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ　ａｎｄ　１０　９　Ｄａｖｉｄ　Ｇ　Ｌｉｌｌｙ．［Ｊ］．Ｊｏｔｔｍａｌ　ｏｆ　Ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｏｗｅｒ，２０００，１６　（４）：６４１～６４８　王志荣．［Ｊ］．化工安全与环境，２００１，１４（４４）：１１～１３　ｈａｚａｒｄｓ，ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ．［Ｍ］．Ｅｌｓｅｖｉｅｒ，１９８３　Ｍａｊｏｒ　Ｆｉｒｅ　Ｒｉｓｋ　Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　Ａｒｅａ　ｏｆ　Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　Ｇａｓ　Ｓｔｏｒａｇｅ　Ｖｅｓｓｅｌ　Ｗａｎｇ　Ｚｈｉｒｏｎｇ，Ｊｉａｎｇ　Ｊｕｎｃｈｅｎｇ　（Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｆｏｒ　Ｓａｆｅｔｙ　ａｎｄ　Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　Ｅｎｇｉｎ￣ｉｎｇ，Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｉｉｎｇ，２１０００９）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ａｆｔｅｒ　ｍａｊｏｒ　ｈａｚａｒｄｓ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｓ　ｏｆ　ｔａｎｋ　ｆｉｒｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ａｒｅａ　ｏｆ　Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　Ｇａｓ（ＬＰＧ）ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ａｎａｌｙｚｅｄ，ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ　ｍｏｄｅｌｓ　ａｂｏｕｔ　ｈｕｒｔ　ａｎｄ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｌｓ　ｏｆ　ｆｉｒｅｂａｌｌ　ａｎｄ　ｐｏｏｌ—ｆｉｒｅ　ｉｎ　ＬＰＧ　ａｒｅａ　ａｒｅ　ｂｕｉｌｔ　ｕｐ．Ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　ｒｕｌｅ　ｆｏｒ　ｈｕｒｔ　ｂｙ　ｈｅａｔ　ｒａｄｉａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｓｔｅａｄｙ　ｆｉｒｅ，ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ．Ｔｈｅ　ｓｅｖｅｒｉｔｙ　ａｎｄ　ｈｕｒｔ　ａｒｅａ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｃｏｎｆｉｍｅｄ．Ｉｎ　ｔｈｅ　ｅｎｄ，ｔｒｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｃｃｉｄｅｎｔ　ｃａｓｅｓ，ｔｈｅ　ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ　ｍｅｔｈｏｄ　ｈａｓ　ｓｈｏｗｎ　ｇｏｏｄ　ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ　ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　ｇａｓ（ＬＰＧ），ｆｉｒｅ，ｒｉｓｋ，ｓａｆｅｔｙ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　（编辑奚志刚）　（上接第６０３页）　参考文献　１　高振江，曹崇文食品工业中干燥技术与干燥机的选择．见：　中国化工学会编．第七届全国干燥会议论文集，山东：１９９９　（未发表）　２　潘永康主编．现代干燥技术［Ｍ］．北京：化学工业出版社　１９９８　Ｓｐｒａｙ　Ｄｒｙｉｎｇ　ｏｆ　Ｆｌａｘｓｅｅｄ　Ｇｕｍ　Ｌｉ　Ｓｈｕａｎｇｇｕｉ，Ｐａｎ　Ｓｈｕｉｍｉａｏ，Ｘｕ　Ｊｉａｎｇ　（３４１９　Ｆａｃｔｏｒｙ　ｏｆ　ＰＬＡ　Ｃｈｉｎａ，Ｘｉｎｉｎｇ，８１００１８）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｃｏｎｃｅｒｎｓ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　ａｌｌ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ｓｐｒａｙ　ｄｒｙｉｎｇｓ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｏｎ　ＦＬＡＸＳＥＥＤ　ＧＵＭ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ．Ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ　ｓｐｒａｙ　ｄｒｙｉｎｇ　ｓｅｅｍｓ　ｔｏ　ｂｅ　ｔｈｅ　ｂｅｓｔ　ｄｒｙｉｎｇ　ｗａｙ　ｏｆ　ＦＬＡＸＳＥＥＤ　ＧＵＭ．Ｔｈｅ　ｄｒｙｉｎｇ　ｐｒｄｕｃｔｓ　ｏｏ　ｓｏｂｔａｉｎｅｄ　ａｒｅ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ，ｇｏｏｄ　ｃｏｌｏｕｒ，ｆｉｎｅ　ｇｒａｎｕｌｅ，ｆｌｕｅｎｃｙ　ａｎｄ　ｓａｔｉｓｆａｃｔｏｒｙ　ｓｏｌｖｅｎｃｙ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　ｆｌａｘｓｅｅｄ　ｇｕｍ，ｓｐｒａｙ　ｄｒｙｉｎｇ，ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ　ｓｐｒａｙ　ｄｒｙｉｎｇ　（编辑黄丽娟）