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液化气储罐泄漏后果分析

  来源:安全管理网 
评论: 更新日期:2020年09月03日

液化石油气是从油气田或石油炼制过程中得到的一部分碳氢化合物,主要成分为C3、C4烷烃。液化石油气(LPG)是重要的燃料及化工原料,同时也是一种易燃、易爆的危险物质,在生产运输、储存和使用过程中极易发生事故。随着液化石油气在工业与民用方面的广泛应用,国内外因操作和管理不慎而发生的液化石油气火灾爆炸事故屡见不鲜。1984年11月19日,墨西哥市郊外国家石油公司液化石储运站发生泄漏并引发爆炸,造成650人死亡,6000人受伤。1998年3月5日,西安市煤气公司液化石油气管理所发生严重泄漏爆炸事故,共造成12人死亡,32人受伤,10万居民疏散。这些事故造成的人身伤亡及财产损失等都极为严重。因此,对液化石油气储罐及其管路的事故后果进行分析,提出相应的对策措施,对预防重大事故的发生具有重要意义。

液化石油气主要危险性分析

1.易燃、易爆性

液化石与空气混合后,一旦遇到火种,甚至是石头与金属撞击或摩擦的静电火花,都能迅速引起燃烧。液化石油气的爆炸极限为1.5%~9.5%,爆炸范围宽且爆炸下限低,泄漏扩散后很容易发生爆炸。液化石油气燃烧热值高,燃烧速度快。其燃烧热值是焦炉煤气的5倍,烟煤发热量的2倍,爆炸时燃烧速度为每秒数百米到数千米,火焰温度高于2000℃,着火时热辐射很强,极易引燃引爆周围易燃易爆物质,使火势扩大。

2.挥发生

液化石油气常压沸点低(例如丙烷为-42.1℃),一旦从容器或管道中泄漏出来,由于压力的降低,便可急剧气化,体积将会骤然膨胀250倍左右,并能迅速扩散蔓延。液化石油气气态比重是空气的1.5~2.5倍,一旦泄漏,易在低洼或通风不良处窝存,在平地上能沿地面迅速扩散至远处,而不是扩散到空气中去,更易酿成爆炸事故。

3.受热易膨胀性

液化石油气热膨胀系数高,温度越高,膨胀越大。容器在满液情况下,温度一旦升高,容器内压力会急升高。当液化石油气泄漏后发生燃烧爆炸时,周围其他储罐受到火焰烧烤,压力会迅速增高,从而发生物理爆炸,产生爆炸碎片,造成新的燃烧爆炸,形成多米诺连锁反应。

4.易产生静电

液化石油气的电阻率高达106~1010Ω?m,当其从容器、设备、管道中喷出时,极易因摩擦产生静电,产生放电火花,引起可燃气体燃烧或爆炸。液化石油气中含有的液体或固体杂质越多,流速越快,产生的静电荷越多。

5.能引起中毒窒息

高浓度的液化烷烃被大量吸入人体内,就会造成中毒,使人昏迷、呕吐或有不愉快的感觉,严重时可使人窒息死亡。

6.溶解性

此外,液化石油气泄漏后,会从周围环境中吸收大量热量气化,从而使温度急刷降低,致人冻伤。

事故后果分析

液化石油气火灾爆炸事故大都源于泄漏。液化石油气的泄漏可分为3种情况:灾难性的储罐瞬间泄漏、储罐裂口处连续泄漏和管路连续泄漏。其中,储罐瞬间泄漏有可能分为储罐热失效(例如火焰烘烤)和冷失效2种情况。

1.灾难性的储罐瞬间泄漏

储罐热失效:将会立即点火、导致沸腾液体扩散蒸气云爆炸(BLEVE),产生火球。

储罐冷失效:加压液化气储罐的灾难性失效将产生部分液化气的闪蒸,同时湍流的空气被卷入这种蒸气-液滴气云。可以想象,由于与地面和周围环境间的作用,泄漏物的动量将不断损失,直至最后与周围的环境间建立起平衡关系,并随主导风向一起飘移扩散。如果泄漏物的动量没有损失,并且没有显著的风流,那么在动量的驱动下,泄漏物将可能卷入大量的空气,以稀释云团到LEL以下,形成以似罐为中心的气云。根据点火条件不同,气云可发生不同事故后果。

●立即点燃产生BLEVE火球:因摩擦静电、电气了火花、明火等而发生立即点燃,从而产生BLEVE火球。

●延迟点火发生闪火(FF)或蒸气云爆(VCE):发生灾难性泄漏时,立即点燃的概率较低,多数情况下会随着主导风向一起漂移扩散。此时,若应急处置不当时,气云会在扩散过程中遇到点火源,发生延迟点火,导致闪火(FF)或蒸气云爆(VCE)。

●不点燃:若应急处置得当, 气云会在扩散过程中不会发生点燃,仅形成浮性云团,不会产生严重的事故后果。

图1给出了液化石油气储罐发生灾难性瞬间泄漏的事件树。

2.储罐裂品处连续泄漏

储罐裂口处连续泄漏,也将形成蒸气-液滴气云,并且随着扩散的进行发生延迟闪火和蒸气云爆,也可能不点燃,仅形成浮性云团。图2为液化石油气储罐裂口处连续泄漏的事件树。

图1 液化石油气储罐整体灾难性瞬间泄漏事件树

图2 流化石油气储罐裂口处连续泄漏事件树

此外,也可因摩擦静电、电气火花、明火等而发生立即点燃。由于储罐裂口处连续泄漏的量一般较大,这种立即点燃,一般被考虑成灾难性的整体热泄漏,从而产生BLEVE火球。

3.管路连续泄漏

管路连续泄漏可因摩擦静电、电气火花、明火等而发生立即点燃。由于泄漏的量一般较小,这种立即点燃一般导致喷射火。扩散的气云也可发生延迟闪火和蒸气云爆,或者不点燃。图3为液化石油气储罐管路连续泄漏事件树。

图3 液化石油气储罐管路连续泄漏事件树

结论

由以上分析可见,液化石油气储罐及其管路可发生3种情况的泄漏,并且根据点火条件的不同,主要发生BLEVE、闪火、蒸气云爆炸、喷射火等4种事故后果。其中:

1.在3种泄漏情况中,灾难性的储罐瞬间泄漏和储罐裂口处连续泄漏,将产生严重的事故后果,但直接由此引发的事故是小概率时间。由近年来发生的几起典型液化石油气事故案例可见,多数事故的起因,主要源于管路、阀门以及储罐附件等的泄漏。

2.在4种事故后果中,直接点火经引发灾难性的BLEVE后果也是小概率事件。多数情况下首先发生的是延迟闪火和蒸气云爆。闪火和蒸气云爆发生后,严重的后果将会引起多米诺效应,引发次生灾害,从而可引起灾难性的BLEVE后果。

3.针对液化石油气的特性和事故特点,应采取严格的事故预防措施。

(1)严格遵守有关的法律法规和技术标准,如《城镇燃气设计规范》(GB50028-1993[2002年版])、《石油化工企业设计防火规范》(GB50160-1992[1999年版])、《工业企业总平面设计规范》(GB50187-1993)等等,罐区的工艺设计、储罐及附件、输气管线、安全阀及放空设备、安全补偿装置、检测仪表、建构筑物、消防给水、排水、灭火器材、电气防爆、防雷、防静电、防火堤等必须严格符合标准规定。

(2)凡与液化石油气相关的站区和环境要杜绝明火、点火花和静电火花的产生,罐区内严禁明火,同时注意防止静电产生,严格执行动火灾批制度;罐区应具有良好的通风条件,不得有使液化气聚集、积存的地方。

(3)加强安全管理,制定相应的定期检查制度。定期检查储罐各密封点、焊缝及罐体有无渗漏;检查储罐进出口阀门、阀体及连接部位是否完好;检查罐底、底板、圈板腐蚀情况;检查储罐基础及外形有无变形,罐底是否凹陷和倾斜。压力容器要按规定定期检验。

(4)制定严格的作业管理制度。操作人员应去严格遵守操作规程和安全规定,反对野蛮作业,加强责任心,防止设备损坏。

(5)与液化石油气相关的设备及其建筑物、构筑物要有满足要求的防范保护设施和防火间距,与周边设施场所要保证足够的安全距离。防止事故发生时造成多米诺连锁反应,减少事故时周边人员的伤亡。

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