加油站重大危险源分级管理与风险控制评价

作者:唐开永  来源:安全管理网 
评论: 更新日期:2016年03月31日

 

摘要:本文根据加油站安全评价实践,运用重大危险源快速评价理论和岩土中爆炸的研究成果,对我国现行标准汽车加油站重大危险源分级管理与风险控制进行了应用性研究,得出了我国现行加油站重大危险源属于四级重大危险源,并提出了加油站风险控制指标体系和控制程度判定意见。 
关键词:风险评价;重大危险源;加油站
 
汽车加油站是基层政府和安全评价人员经常遇到的重大危险源单位。如何在较科学的风险定量评价基础上,对其进行重大危险源分级,进行风险控制状态的评判,无论在理论和实践上都具有重要的意义。
1.加油站重大危险源概述
1、危险物质特性及临界量
加油站储存的90#、93#、97#等车用汽油属于《重大危险源辨识》(GB18218—2000)中规定的第2类(易燃物质)中的低闪点易燃物质(闪点[闭口]为-24°)的第11种,储存场所临界量为20T;而车用0#等柴油属于高闪点易燃液体(闪点[闭口]为55°),未列入《重大危险源辨识》(GB18218—2000)危险物质中,但在加油站重大危险源风险评价时也应给予相应的关注。
2、重大危险源类别
原国家安全生产监督管理局、国家煤矿安全监察局《关于开展重大危险源监督管理工作的指导意见》(安监管协调字[2004]56号)将重大危险源分为7大类。加油站属于第1类易燃、易爆、有毒物质的储罐区(储罐)中的可燃液体储罐区(储罐)重大危险源。按照国家现有技术标准规定,加油站油品储罐应为直接埋地方式。
3、周围环境影响
加油站一般选在交通便利的地方,宜靠近城市道路,但不宜选在城市干道的交叉路口附近。一级加油站不应建在城市建成区内。离居民住宅、生产单位、机关团体、公共场所、交通要道或其他重要公共建筑等应按照国家技术标准要求保持安全防火间距或采取安全防护措施。
2.加油站重大事故的发生原因和概率
加油站因工艺管线泄漏或加油作业操作不当,形成油蒸气遇明火或高温,引发火灾,由于其燃烧物质质量有限,其后果比较而言较轻。加油站油罐内油品是重大危险源所在,一旦失控,可能酿成重大事故。
加油站油罐埋地设置后有效地预防甚至杜绝了地上油罐可能因泄漏、油蒸气等引发火灾事故的可能性。从有关统计资料分析,近年来汽车加油站埋地油罐几乎未发生过因泄漏、油蒸气等引发的火灾事故。
埋地油罐如果发生爆炸,主要是因罐内油品蒸气达到爆炸极限,形成爆炸性混合气体,遇静电火花、明火、高温、雷电等引起的。埋地油罐爆炸事故,只要严格按照《汽车加油加气站设计与施工规范》的规定,在防雷电、防静电、防电火花、防明火、防高温、防泄漏漫溢等方面安全技术措施到位后,其发生概率很小。同时,埋地油罐因为在土壤中爆炸,周围的土壤要吸收一部分爆炸能量,爆炸波在地下衰减的较快,对地面影响范围小。爆炸后,罐体上部所覆盖的砂土和四周充填的砂土均可起到灭火和消减爆炸性混合气体形成的作用,使其难以形成液池火灾,而发生二次或伴生火灾,有效的降低了事故后果。所以埋地油罐即使因明火或高温等火源发生爆炸,其后果的严重性也远远小于地上油罐。
因此,加油站应严格按照国家标准规定,采用油罐直接埋地,严禁设在室内或地下室内。
3.加油站重大危险源快速评价方法介绍
重大危险源快速评价方法主要依据重大危险源可能导致的事故后果进行评价,以预测事故发生的死亡半径为主要评价指标,以死亡半径的大小进行重大危险源的分级。
1、评价原则与假设条件
重大危险源快速评价方法遵循最大危险原则和概率求和原则。即如果危险源具有多种危险物质或多种事故形态,按后果最严重的危险物质或事故形态考虑;如果一种危险物质具有多种事故形态,且它们的事故后果相差悬殊,则按后果最严重的事故形态考虑。如果一种危险物质具有多种事故形态,且它们的事故后果相差不太悬殊,则按统计平均原理估计总的事故后果考虑。在估算事故后果时,假设事故的伤害效用是各向同性,且无障碍物;伤害区域以单元的中心为圆心、以伤害半径为半径的圆形区域。
2、事故后果计算模型的确定
加油站可能发生的事故中以埋地油罐爆炸后果为最严重。其原因是油罐内油品气化形成混合性爆炸气体并达到爆炸极限,遇明火或高温造成的。因此,适用蒸气云爆炸的伤害模型。可采用范登伯格(Van den Berg)和兰诺伊(Lannoy)估计蒸气云爆炸的TNT当量WTNT的公式。
加油站埋地油罐普遍埋设在砂质土壤中,发生爆炸应属于在砂质亚粘土中的爆炸,其对周围人员和建筑物的伤害主要决定于埋地油罐爆炸冲击波和爆炸振动速度。由于埋地油罐爆炸和地上油罐爆炸的爆炸能量及危害后果是不同的,当埋地油罐爆炸时,周围的土壤要吸收一部分能量,爆炸的影响范围比较小。就爆炸后果来看,储罐设置在地下要比在地上安全。根据有关研究资料,埋地储罐爆炸其死亡半径、重伤半径、轻伤半径、安全距离分别相当于地上储罐的74.5%、57.6% 、46.9% 、40.7%;随着伤害程度的减轻,埋地储罐在砂质土壤中爆炸与地上储罐在空气中爆炸之比成递减规律。
因此,如果仍运用现有的地上油罐重大事故后果的评价方法如易燃、易爆、有毒重大危险源评价法、重大事故后果分析方法、火灾爆炸指数法等对埋地油罐罐内油蒸气爆炸后果进行估算,误差将会很大。因此,应从能量释放的角度出发,以岩土中的爆炸理论为基础,利用爆破技术中已经得出的结论,来研究埋地油罐爆炸事故的爆炸能量及危害后果。目前可以应用G.M莱克霍夫关于在砂质亚粘土中爆炸试验得到的爆炸冲击波与距离的关系式进行估算,能较近似的模拟出埋地油罐爆炸事故伤害结果。为政府和企业编制事故应急预案,进行汽车加油站储油罐重大危险源管理提供较为科学的依据。
4.加油站重大危险源伤害结果模拟
4.1埋地油罐爆炸能量
1、计算公式
根据爆炸力学理论,采用范登伯格(Van den Berg)和兰诺伊(Lannoy)TNT当量法,将其他易燃、易爆物质转化成相对应的X千克当量TNT,来描述爆炸事故的威力,即能量释放程度(爆炸能量)。认为某次爆炸事故造成的破坏状况与X千克TNT爆炸造成的破坏状况相当。就可以利用长时间以来军事上积累的大量的TNT药量与目标破坏程度之间关系的试验数据,计算出危害程度。计算公式如下:
WTNT=а·Qf/QTNT·Wf
式中:WTNT—蒸气云的TNT当量,㎏;
а—蒸气云的当量系数,通常取4%;
Qf—燃料的燃烧热,MJ/㎏;查美国DOW公司火灾爆炸指数法附录《物质系数和特性》表并换算,汽油为43.7 MJ/㎏,柴油为43.5 MJ/㎏;
QTNT—TNT的爆炸热,4.52 MJ/㎏;
Wf—蒸气云爆炸中燃烧掉的总质量,㎏。
2、埋地储油罐爆炸能量计算
车用汽油爆炸极限,根据有关资料爆炸下限为1%,上限为8%;柴油爆炸下限为0.6%,上限为6.5%。埋地储罐爆炸一般是罐内油品蒸气形成爆炸性混合气体,遇到明火或高温等火源发生爆炸。因此应以油罐容积为限,计算其达到爆炸极限时油品蒸气的爆炸能量。
已知汽油相对标准状态下干空气的密度为3.5。标准状态下干空气密度为1.293㎏/m³。(柴油爆炸能量为汽油的50%,按照最大危险原则考虑,可按50%比例折合成汽油计算。)
设油罐容积为X,且假设整个储罐为一个点爆炸源。设1m³达到爆炸极限的汽油蒸气质量为в,则有:
в=3.5×1.293×1%=0.045255,
в=3.5×1.293×8%=0.36204
代入上式,则
Wf=X·в。
根据已知条件,可对现国家规定的一、二、三级汽车加油站地下储油罐可能的爆炸能量计算如下:
表1 汽车加油站埋地罐爆炸能量计算

 

加油站等级
三级
二级
一级
油罐最大总容积(m³)
60
120
180
爆炸能量(WTNT,㎏)
1.05~8.40
2.10~16.8
3.16~25.20
表2 汽车加油站常用埋地罐单罐爆炸能量计算

 

油罐最大容积m³)
10
20
30
40
50
爆炸能量(WTNT,㎏)
0.18~1.4
0.35~2.8
0.53~4.2
0.7~5.6
0.88~7
 
4.2爆炸冲击波对人员伤害和建筑物破坏范围
1、计算公式
如前所述,埋地储罐爆炸冲击波计算应采用岩土爆破研究的有关成果,结合埋地储油罐属于沙土覆盖和充填,采用G.M莱克霍夫的研究成果。莱克霍夫对于砂质土壤中的冲击波超压,有
△Pm=8〔R/(WTNT)1/3-3
式中:△Pm—爆炸冲击波超压,㎏f/cm²;
R—爆心到所研究点的距离,m;
WTNT—蒸气云的TNT当量,㎏。
根据上式,
R=〔8 WTNT /△Pm1/3
2、埋地储油罐爆炸冲击波对人员伤害范围计算

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