聪l麟糕瓣{滋獭麟黪i
液化石油气爆炸危害的分析研究
梁清泉1,梁婵英2
(1.商丘市消防支队,河南商丘476000;2.乌鲁木齐消防指挥学校,新疆乌鲁木齐830006)
摘要:分析了液化石油气发生沸腾液体蒸气爆炸的现象,从危害性和发生原因入手,研究了液化石油气储罐发生BLEVE爆炸时产生热辐射和冲击波的计算方法,并确定了安全距离的计算方法。该方法对于液化石油气罐区的安全设计、系统安全评价及火灾事故救援有一定的指导作用。
关键词:液化石油气;沸腾液体蒸气爆炸;热辐射;冲击波;安全距离
中图分类号:TE687,X924
文献标识码:B
于液相温度。通常情况下,容器内液相区的热传导系数较大,因而即使处在强热辐射的作用下,液相区的罐体温度也会很快与内部液体温度相近而不会产生初始裂缝,而容器的气相区由于热传导系数较小,罐体在热辐射的作用下,温度升高很快,材料强度下降,加上容器内部压力的共同作用使得材料发生塑性变形,最后产生裂缝。从事故案例发现,导致容器产生初始裂缝的原因很多,如罐体材料缺陷、材料疲劳、罐壁腐蚀、热应力、压应力、暴露火焰环境下罐体强度下降等,其中大多数容器破裂是由于受到池火灾、喷射火灾或喷射火炬等外来强热辐射的作用所引起[2]。
2.2
文章编号:1009~0029(2006)04—0524—03
1
弓I言
当液化石油气储罐受到外力的冲击或火灾的作用时,储罐很可能发生失效破裂。如果储罐破裂程度严重,由于大量液化石油气在瞬间汽化,会发生沸腾液体蒸气爆炸(BLEVE),从而引起爆炸冲击波、容器碎片抛出和巨大的火球热辐射,伤害周围的人员,使设备造成严重破坏。如果储罐仅仅发生较小的局部破裂,则会在破裂处引起液化石油气喷射释放,引起持续泄漏,遇到火源会引起喷射火焰,产生热辐射并作用于储罐,造成储罐进一步破坏引发BLEVE。国内外曾多次发生液化石油气火灾并引起连锁爆炸的事故,造成惨重的损失。如1998年3月5日陕西省西安市液化石油气站由
于一座400m3的球罐底部阀门发生泄漏引起火灾,在
30
BLEVE分类
容器产生初始裂缝后,若容器罐体强度较大,能承
受一定的超压和应力,使得裂缝不能继续扩展,此时不会导致快速的BLEVE,仅会发生液化石油气的两相喷射,反之就会导致快速的BLEVE的发生。当液化石油气从初始裂缝快速喷射,导致容器内液化石油气处于过热状态,产生剧烈沸腾,容器内压力迅速上升,也会使得初始裂缝重新扩展增大,即使容器上装有压力泄放阀,也会由于压力释放阀的设定压力接近或超过液化石油气在过热极限温度处所对应的极限压力,泄放面积不够或暴露火焰环境时间过长,致使容器内压力大于对应温度的材料的承压极限,而导致慢速的BLEVE的发生,具体过程见图1。一般情况下材料强度小的容器易发生快速BLEVE,而强度大的容器易发
生慢速BI。EVE。
rain后爆炸,引发另一球罐发生爆炸,并引起沸腾
液体蒸气爆炸,造成12人死亡,20多人受伤,直接经济损失400多万元[1j。因此,研究液化石油气储罐爆炸原因、机理、危害对液化石油气储罐爆炸事故的预防和控制具有重要意义。
2
BLEVE产生原因、分类及其引发的危害作用
BLEVE产生原因
2.1
(1)热辐射作用。BLEVE的发生具有自身规律和条件,不同BLEVE事故的发生原因也不同,但它们都有一些共性的规律机理,其中大多数BLEVE的发生是由于外来热辐射作用使得容器内液化石油气处于过热状态,使流体水平面降低,导致外壁突然破裂,容器内压力超过对应温度下材料的承压极限,导致容器发生灾难性的失效,容器内液化石油气发生爆炸性汽化,快速泄放。
(2)裂缝作用。储罐内部介质的温度,气相温度高
524
2.3
图l
BLEVE的产生过程
BLEVE的危害作用
BLEVE是一种液体过热发生的快速蒸发而引起
的一种相变形爆炸,可能引起次生化学性爆炸并导致
FireScienceand
Technology,July2006,Vol25,No.4
万方数据
大面积火灾。一旦泄漏,将会变成大量气体滞留在空气中,形成大面积危险区域,如遇明火,就能将渗漏和积聚的液化石油气引燃,造成火灾;爆炸速度为2
000
3000
m/s,瞬间会完成化学性爆炸,爆炸的威力大,破
坏性强;燃烧热值高,液化石油气的燃烧热约为91
960
~121220kJ/m3,燃烧时可达到700
2
000℃,使人
难以靠近,给扑救工作带来很大的困难。
3BLEVE主要危害中热辐射和冲击波
3.1
热辐射
大量的过热汽化的液化石油气瞬间泄放到空中形成球形的蒸气云,当达到燃烧极限的蒸气云遇到点火源就会产生剧烈湍流燃烧的火球,火球产生的热辐射是BLEVE的主要危害之一。
(1)BLEVE模型。根据火球尺寸,火球模型分为近地面火球模型和抬升火球模型。对于慢速BLEVE来说,由于有一定时间的初始喷射,火球有一个产生、燃烧扩大、抬升和消失的过程,且火球有一定的抬升高度,通常采用抬升火球模型。对于快速BLEVE,假设火球中心在地面水平,通常采用近地面火球模型。两模型的主要区别在于火球最大直径和持续时间一样,但目标接受的火球热辐射剂量模型不同。
(2)火球热辐射通量。火球热辐射通量模型分为固体火焰模型和点源模型[3]。
固体火焰模型:认为火球是一个固体球体,所有的热辐射来自于球的表面。火球的发射强度为常数,不随火球的质量而变化,其数值由试验确定对于丙烷和丁烷组成的液化石油气,E一300~350kw/m2。
点源模型:认为火球中每个点均对外产生热辐射,其来自于燃烧放出的热量,并假设发射强度为常数,其大小等于火球燃烧放出热量的一部分。
E=MH。f/4nR2t
(1)
式中:E为火球的发射强度,kW/m2;M为火球中可燃气体的质量,kg;H。为可燃气体的燃烧热,kJ/kg;尺为火球的半径,m;t为火球的持续时间,S;f为储罐压力的函数系数,厂一0.27P“32,尸为储罐的压力,MPa。
图2[43给出了储存量为2
500
t,压力为0.5MPa的
储罐在辐射强度分别为5oA、50%、950A时用固体火焰模型和点源模型计算的辐射距离。可见,固体火焰模型与点源模型的模拟结果有一定误差,应根据实际情况确定使用。
(3)火球最大直径及持续时间。实验证明,火球半径和可燃物质量的立方根成正比,火球半径的计算公式见式(2)L5J:
消防科学与技术2006年7月第25卷第4期
万
方数据R一2.9W1/3
(2)
式中:R为火球半径,121;W为火球中消耗的可燃物质
量,kg。
量
面
霎
距禺/m
圈2储存■为2
500
t,压力为0.s
MPa的储罐在辐射强度分别为
5
oA、50%、950A时用固体火焰模型和点源模型计算的辐射距离
对单罐储存,Ⅳ取罐容量的50%;对双罐储存,取罐容量的70%,对多罐储存,取罐容量的90%。
由于难以确定BLEVE发生后容器内残余的液化石油气,在建立火球模型时,根据最大危险性原则假设容器内全部液化石油气都消耗在火球中。火球最大直径和持续时间与火球中的液化石油气质量成比例关
系[4],见式(3):
D。。;=aW6,t=cWd
(3)
式中:系数n、b、C、d在不同的计算模型中取值不同。
表1为各种模型的对比计算结果口],根据模拟结果,并把大量的BLEVE事故案例记录数据统计及归一化处理后,得到D—W、t一彤之间的非线性关系模型,在此基础上将火球最大直径及持续时间模型修正建立为式(4)[4]:
D。。。=5.6Wo・323,t=1.26Wo_323
(4)
式中:Ⅳ为LPG(液化石油气)质量,kg;D。。。为火球最
大直径,m;£为火球持续时间,S。
裹1各个模型对比计算结果
计算结果
模型名称
最大火球直径/m
火球持续时间/s
FTN0
61.1754.971A.M.Birk
51.018
7.485
ILO
58.0004.500
Roberts
56.6804.398H.R.Greenbergand
J.J.Cramer
51.018
10.424
Moorhouse,Pirchard51.01810.433
统计模型(案例数据)
52.1555.899
修正模型
52.1425.921
525
(4)安全距离的确定。角系数由式(5)确定[6]:
咋=R2/己2
(5)
式中:L为火球中心到目标的距离,1TI,见式(6)。
L一[(yR)2+52]“2
(6)
式中:7R为火球中心至地面的垂直距离,m;s为储罐
中心至目标的距离;m。
当地面目标距火球比较远时,L≈s,视角系数近似为UF=R2/s2,将其代入Q=Er。脚[7],L近似取为1,得式
(7):
S=(E/Q)“2R
(7)
当Q等于人体能承受的临界热辐射Q。时,式(7)确定的距离即是临界安全距离。Q。由实验确定。如果发射强度E按照固体火焰模型,并取E=350kW/m2,则安全距离为:
S一12M1/3
(8)
如果发射强度E按照点源模型,则安全距离为:
S一0.218M1/3(H。Po・32/Q。)1/2
(9)
3.2冲击波
液化石油气储罐发生BLEVE时,一般发生两次爆炸即储罐爆炸和蒸气云爆炸,这两次爆炸都会产生冲击波。冲击波的计算可以近似采用TNT当量法,即将爆炸的能量换算为TNT当量,然后将等量的TNT炸药爆炸的冲击波即近似认为是液化石油气爆炸的冲击波。由于液化石油气爆炸速度没有TNT炸药爆炸速度快,因此,按TNT当量计算的冲击波要高于液化石油气爆炸的实际产生的冲击波,但是这种方法简单且安全,可以在工程上采用。3.2.1冲击波能量
储罐爆炸时爆炸能量主要来自两部分,一部分是储罐上方的蒸气膨胀,另一部分是储罐下方的液体汽化膨胀(蒸气爆炸)。由于前者在储罐内只占很小的一部分,计算时可忽略不计。液体汽化膨胀爆炸能量为:
Ul=[(il--i2)一(s1一s2)丁b3M
(10)式中:U-为液化石油气储罐发生蒸气爆炸的能量,kJ;i,、S,为液化石油气在储罐破裂前的平均温度下的焓,kJ/kg、熵,kJ/(kg・K);i:、s:为液化石油气在大气压力下的焓,kJ/kg、熵,kJ/(kg・K);Ts为液化石油气
在大气压力下的沸点,K;M为液化石油气的质量,kg。
TNT当量为:
』MTNT==Ul/HTNT
(11)
式中:MTNT为储罐爆炸的TNT当量,kg;HTNT为TNT
炸药爆炸热,4
230
kJ/kg。
3.2.2安全距离
526
万
方数据安全距离取决于冲击波超压,TNT爆炸的冲击波超压可以按式(12)计算:
Ap/p一1.06A一1+4.3A一2+14A~3
(12)
式中:Ap为冲击波超压,MPa;P为大气压,近似为0.1MPa;A—s/(MTNT)“3;s为储罐距离目标距离,rn。
对于地面爆炸,由于地面的反射作用,冲击波超压应为TNT空中爆炸冲击波的两倍,式(12)变为:
Ap一0.2×(1.06Aq+4.3Aq+14,1q)
(13)
当式(13)中的Ap取人体能承受的临界值时,可以
得到人员对冲击波的安全距离临界值。根据实验,当冲击波超压达到0.02~0.03MPa时,会使人员轻微受伤。从图3[83中可以查得当A为14时,冲击波超压Ap为
0.02
MPa,得安全距离为:
S一14(MTNT)1/3
(14)
000
山
∞0=0
之0
q
00
图3冲击波与参数^的变化关系
4结果与讨论
分析了BLEVE的产生原因、特点及危害作用,定量模拟评价了BLEVE的严重度及伤害范围,研究了液化石油气储罐发生BLEVE爆炸时产生热辐射和冲击波的计算方法,并由此得出了安全距离的计算方法,对指导液化石油气罐区的安全设计、系统安全评价及火灾事故救援有一定的参考价值。值得注意的是BLEVE除火球热辐射、爆炸超压伤害外,还有容器碎片等抛射物打击伤害等,有待进一步探讨和研究。
参考文献
祚
,
O
.
O安文卫志术F
沁矗
一一一陇
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皴檄即臌貅舭呻~一色一芎Ⅸ¨“出汀
㈨酬脚黼删叭籼删胁疵¨
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一~一~一~一
一一一~一舢一|一~一一一~
一~FireScienceand
Technology,July
2006,Vol
25,No.4
lll麟猢黼粼黼糕≤i}
LNG储存工艺的火灾危险性分析
钱众,伍键东
(华南理工大学环境科学与工程学院,广东深圳518120)
摘要:对LNG项目的火灾和爆炸进行分析及预测,适当
LNG工程)就是为了缓解能源短缺问题而兴建的国内第一个新兴的能源大型项目——提供既适合于家庭又适合于工业使用的清洁燃料储存单元。然而,由于国内对天然气行业的研究比较少,对天然气项目的火灾爆炸的探究几乎没有。笔者通过此项目的参与及参照国内外天然气的一些标准,利用先进的应用软件对这种新型项目中典型的火灾爆炸案例做出分析,以便在各种环境下,采取合适的安全预防措施和应急手段。
2火灾爆炸频率分析
根据接收站的工艺单元和划定相应的火灾危险等级。举例说明
典型火灾爆炸事故例如闪火,池火,喷射火等并且以模型化方式做出分析。
关键词:LNG;火灾爆炸事故;闪火;池火;喷射火;热辐射;模拟分析
中图分类号:TE687,X924
文献标识码:B
文章编号:1009—0029(2006)04—0527—03
1前言
广东液化天然气接收站和输气干线工程(简称
衰1
工艺单元火灾泄漏、爆炸危险频率数据见表1。
工艺单元的火灾泄漏和爆炸危险频率
喷射火频率/a
池火频率/a
9.97×10一4
工艺单元液体输出
蒸气输出卸载臂总计
泄漏频率/a
2.36×10~1
爆炸频率/a
1.08×10—4
闪火频率/a
5.25×10一4
火球频率/a总火灾和爆炸频率/a
1.63×10—3
3.27×10~12.18×10~2
1.43×10-44.30×10—44.88×10—42.03×10—41.26×10—3
1.76×10—52.68×10—4
Z.15×10—59.77×10一4
4.88×10—4
1.27×10—32.27×10—3
2.03×10—4
1.31×10—34.20×10—3
5.85×10—1
从表1可看出:接收站总计火灾爆炸危险频率预测为4.20×10_3/a。接收站泄漏的总频率约为1%。3火灾爆炸的工艺单元选择
根据存贮和处理工艺,初级设施设备情况,运用
相应的火灾的危险等级,每个单元的危险评估后,就考虑相反的过程,假定LNG罐是满载的。本文所涉及工艺单元为:13.6×104
m3
LNG罐;16×104
m3LNG
罐;BOG压缩机;再冷凝器;高压输出系统;蒸发系
Dow’S火灾爆炸指数,根据接收站的工艺单元和划定统;测量系统。
pppq鼻、p≯ppppq—\ppppppp、≯pppp毡P、j妒毡≯、p≯ppppppppppppppppp≯p≯p、≯
[6]王三明,蒋军成.沸腾液体蒸气爆炸机理及相关计算理论模型研
究口].工业安全与环保,2001,27(7):30一34.
[7]李春孝.民用液化气泄漏爆炸威力的探析EJ].消防科学与技术,
2004,23(2):173—174.
(1.ShangqiuFireDetachment。Shangqiu476000,China;
2.WulumuqiFireSchool,Wulumuqi830000,China)
Abstract:Thephenomenonofexplosion(BLEVE)of
boilingliquidexpanding
vapor
liquefiedpetroleumgas(LPG)was
to
[8]CCPS/AIChE.Guidelines
forChemicalProcessYork:1989.for
Evaluating
the
QuantitativeRisk
analyzed.The
methodscalculatetheheatradiationand
Analysis[M].AIChE,New[93
CCPS/AIChE.Guidelines
Vapor
shockwaveproducedbyBLEVEofLPGtanksanddetermine
Characteristicsof
thesafedistancewerestudied.Thesemethods
BLEVEs[M].
guide
rescue
can
beusedand
to
Cloud,Explosions,Flash
York:1994.
ofthe
Fires,and
the
AIChE,New
safetydesign,system
areas
safety
evaluationfire
[10]LeslieIRM,BirkAM.State
fled
gas
artreview
ofLPGtanktoa
certainextent.
ofpressurelique
containerfailuremodesand
ofHardous
associated
projectile
hazards
Keywords:LPG;BLEVE;heatradiation#shockwave;safedjstance
[J].JournalMaterials,1991,28:329—365.
Analysisandstudy
on
harmfulness
作者简介:梁清泉(1969~),男,河南拓城人,商丘市消防支队防火处副处长,学士,主要从事消防管理工
作,河南省商丘市团结西路,476000。
收稿日期:2006—02—10
527
ofLPGexplosion
LIANGQing—quanl。LIANGChan—yin92
消防科举与技术2006年7月第25卷第4期
万方数据
液化石油气爆炸危害的分析研究
刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:
消防科学与技术
FIRE SCIENCE AND TECHNOLOGY2006,25(4)1次
参考文献(10条)
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6. 孙兰会 爆炸的破坏性评估方法[期刊论文]-科技信息2009(26)
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引证文献(1条)
1. 宋文华. 苗香溢. 苑静. 谢树俊 LPG储罐火灾爆炸事故后果分析与研究[期刊论文]-消防科学与技术 2008(11)
本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_xfkxyjs200604020.aspx
聪l麟糕瓣{滋獭麟黪i
液化石油气爆炸危害的分析研究
梁清泉1,梁婵英2
(1.商丘市消防支队,河南商丘476000;2.乌鲁木齐消防指挥学校,新疆乌鲁木齐830006)
摘要:分析了液化石油气发生沸腾液体蒸气爆炸的现象,从危害性和发生原因入手,研究了液化石油气储罐发生BLEVE爆炸时产生热辐射和冲击波的计算方法,并确定了安全距离的计算方法。该方法对于液化石油气罐区的安全设计、系统安全评价及火灾事故救援有一定的指导作用。
关键词:液化石油气;沸腾液体蒸气爆炸;热辐射;冲击波;安全距离
中图分类号:TE687,X924
文献标识码:B
于液相温度。通常情况下,容器内液相区的热传导系数较大,因而即使处在强热辐射的作用下,液相区的罐体温度也会很快与内部液体温度相近而不会产生初始裂缝,而容器的气相区由于热传导系数较小,罐体在热辐射的作用下,温度升高很快,材料强度下降,加上容器内部压力的共同作用使得材料发生塑性变形,最后产生裂缝。从事故案例发现,导致容器产生初始裂缝的原因很多,如罐体材料缺陷、材料疲劳、罐壁腐蚀、热应力、压应力、暴露火焰环境下罐体强度下降等,其中大多数容器破裂是由于受到池火灾、喷射火灾或喷射火炬等外来强热辐射的作用所引起[2]。
2.2
文章编号:1009~0029(2006)04—0524—03
1
弓I言
当液化石油气储罐受到外力的冲击或火灾的作用时,储罐很可能发生失效破裂。如果储罐破裂程度严重,由于大量液化石油气在瞬间汽化,会发生沸腾液体蒸气爆炸(BLEVE),从而引起爆炸冲击波、容器碎片抛出和巨大的火球热辐射,伤害周围的人员,使设备造成严重破坏。如果储罐仅仅发生较小的局部破裂,则会在破裂处引起液化石油气喷射释放,引起持续泄漏,遇到火源会引起喷射火焰,产生热辐射并作用于储罐,造成储罐进一步破坏引发BLEVE。国内外曾多次发生液化石油气火灾并引起连锁爆炸的事故,造成惨重的损失。如1998年3月5日陕西省西安市液化石油气站由
于一座400m3的球罐底部阀门发生泄漏引起火灾,在
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BLEVE分类
容器产生初始裂缝后,若容器罐体强度较大,能承
受一定的超压和应力,使得裂缝不能继续扩展,此时不会导致快速的BLEVE,仅会发生液化石油气的两相喷射,反之就会导致快速的BLEVE的发生。当液化石油气从初始裂缝快速喷射,导致容器内液化石油气处于过热状态,产生剧烈沸腾,容器内压力迅速上升,也会使得初始裂缝重新扩展增大,即使容器上装有压力泄放阀,也会由于压力释放阀的设定压力接近或超过液化石油气在过热极限温度处所对应的极限压力,泄放面积不够或暴露火焰环境时间过长,致使容器内压力大于对应温度的材料的承压极限,而导致慢速的BLEVE的发生,具体过程见图1。一般情况下材料强度小的容器易发生快速BLEVE,而强度大的容器易发
生慢速BI。EVE。
rain后爆炸,引发另一球罐发生爆炸,并引起沸腾
液体蒸气爆炸,造成12人死亡,20多人受伤,直接经济损失400多万元[1j。因此,研究液化石油气储罐爆炸原因、机理、危害对液化石油气储罐爆炸事故的预防和控制具有重要意义。
2
BLEVE产生原因、分类及其引发的危害作用
BLEVE产生原因
2.1
(1)热辐射作用。BLEVE的发生具有自身规律和条件,不同BLEVE事故的发生原因也不同,但它们都有一些共性的规律机理,其中大多数BLEVE的发生是由于外来热辐射作用使得容器内液化石油气处于过热状态,使流体水平面降低,导致外壁突然破裂,容器内压力超过对应温度下材料的承压极限,导致容器发生灾难性的失效,容器内液化石油气发生爆炸性汽化,快速泄放。
(2)裂缝作用。储罐内部介质的温度,气相温度高
524
2.3
图l
BLEVE的产生过程
BLEVE的危害作用
BLEVE是一种液体过热发生的快速蒸发而引起
的一种相变形爆炸,可能引起次生化学性爆炸并导致
FireScienceand
Technology,July2006,Vol25,No.4
万方数据
大面积火灾。一旦泄漏,将会变成大量气体滞留在空气中,形成大面积危险区域,如遇明火,就能将渗漏和积聚的液化石油气引燃,造成火灾;爆炸速度为2
000
3000
m/s,瞬间会完成化学性爆炸,爆炸的威力大,破
坏性强;燃烧热值高,液化石油气的燃烧热约为91
960
~121220kJ/m3,燃烧时可达到700
2
000℃,使人
难以靠近,给扑救工作带来很大的困难。
3BLEVE主要危害中热辐射和冲击波
3.1
热辐射
大量的过热汽化的液化石油气瞬间泄放到空中形成球形的蒸气云,当达到燃烧极限的蒸气云遇到点火源就会产生剧烈湍流燃烧的火球,火球产生的热辐射是BLEVE的主要危害之一。
(1)BLEVE模型。根据火球尺寸,火球模型分为近地面火球模型和抬升火球模型。对于慢速BLEVE来说,由于有一定时间的初始喷射,火球有一个产生、燃烧扩大、抬升和消失的过程,且火球有一定的抬升高度,通常采用抬升火球模型。对于快速BLEVE,假设火球中心在地面水平,通常采用近地面火球模型。两模型的主要区别在于火球最大直径和持续时间一样,但目标接受的火球热辐射剂量模型不同。
(2)火球热辐射通量。火球热辐射通量模型分为固体火焰模型和点源模型[3]。
固体火焰模型:认为火球是一个固体球体,所有的热辐射来自于球的表面。火球的发射强度为常数,不随火球的质量而变化,其数值由试验确定对于丙烷和丁烷组成的液化石油气,E一300~350kw/m2。
点源模型:认为火球中每个点均对外产生热辐射,其来自于燃烧放出的热量,并假设发射强度为常数,其大小等于火球燃烧放出热量的一部分。
E=MH。f/4nR2t
(1)
式中:E为火球的发射强度,kW/m2;M为火球中可燃气体的质量,kg;H。为可燃气体的燃烧热,kJ/kg;尺为火球的半径,m;t为火球的持续时间,S;f为储罐压力的函数系数,厂一0.27P“32,尸为储罐的压力,MPa。
图2[43给出了储存量为2
500
t,压力为0.5MPa的
储罐在辐射强度分别为5oA、50%、950A时用固体火焰模型和点源模型计算的辐射距离。可见,固体火焰模型与点源模型的模拟结果有一定误差,应根据实际情况确定使用。
(3)火球最大直径及持续时间。实验证明,火球半径和可燃物质量的立方根成正比,火球半径的计算公式见式(2)L5J:
消防科学与技术2006年7月第25卷第4期
万
方数据R一2.9W1/3
(2)
式中:R为火球半径,121;W为火球中消耗的可燃物质
量,kg。
量
面
霎
距禺/m
圈2储存■为2
500
t,压力为0.s
MPa的储罐在辐射强度分别为
5
oA、50%、950A时用固体火焰模型和点源模型计算的辐射距离
对单罐储存,Ⅳ取罐容量的50%;对双罐储存,取罐容量的70%,对多罐储存,取罐容量的90%。
由于难以确定BLEVE发生后容器内残余的液化石油气,在建立火球模型时,根据最大危险性原则假设容器内全部液化石油气都消耗在火球中。火球最大直径和持续时间与火球中的液化石油气质量成比例关
系[4],见式(3):
D。。;=aW6,t=cWd
(3)
式中:系数n、b、C、d在不同的计算模型中取值不同。
表1为各种模型的对比计算结果口],根据模拟结果,并把大量的BLEVE事故案例记录数据统计及归一化处理后,得到D—W、t一彤之间的非线性关系模型,在此基础上将火球最大直径及持续时间模型修正建立为式(4)[4]:
D。。。=5.6Wo・323,t=1.26Wo_323
(4)
式中:Ⅳ为LPG(液化石油气)质量,kg;D。。。为火球最
大直径,m;£为火球持续时间,S。
裹1各个模型对比计算结果
计算结果
模型名称
最大火球直径/m
火球持续时间/s
FTN0
61.1754.971A.M.Birk
51.018
7.485
ILO
58.0004.500
Roberts
56.6804.398H.R.Greenbergand
J.J.Cramer
51.018
10.424
Moorhouse,Pirchard51.01810.433
统计模型(案例数据)
52.1555.899
修正模型
52.1425.921
525
(4)安全距离的确定。角系数由式(5)确定[6]:
咋=R2/己2
(5)
式中:L为火球中心到目标的距离,1TI,见式(6)。
L一[(yR)2+52]“2
(6)
式中:7R为火球中心至地面的垂直距离,m;s为储罐
中心至目标的距离;m。
当地面目标距火球比较远时,L≈s,视角系数近似为UF=R2/s2,将其代入Q=Er。脚[7],L近似取为1,得式
(7):
S=(E/Q)“2R
(7)
当Q等于人体能承受的临界热辐射Q。时,式(7)确定的距离即是临界安全距离。Q。由实验确定。如果发射强度E按照固体火焰模型,并取E=350kW/m2,则安全距离为:
S一12M1/3
(8)
如果发射强度E按照点源模型,则安全距离为:
S一0.218M1/3(H。Po・32/Q。)1/2
(9)
3.2冲击波
液化石油气储罐发生BLEVE时,一般发生两次爆炸即储罐爆炸和蒸气云爆炸,这两次爆炸都会产生冲击波。冲击波的计算可以近似采用TNT当量法,即将爆炸的能量换算为TNT当量,然后将等量的TNT炸药爆炸的冲击波即近似认为是液化石油气爆炸的冲击波。由于液化石油气爆炸速度没有TNT炸药爆炸速度快,因此,按TNT当量计算的冲击波要高于液化石油气爆炸的实际产生的冲击波,但是这种方法简单且安全,可以在工程上采用。3.2.1冲击波能量
储罐爆炸时爆炸能量主要来自两部分,一部分是储罐上方的蒸气膨胀,另一部分是储罐下方的液体汽化膨胀(蒸气爆炸)。由于前者在储罐内只占很小的一部分,计算时可忽略不计。液体汽化膨胀爆炸能量为:
Ul=[(il--i2)一(s1一s2)丁b3M
(10)式中:U-为液化石油气储罐发生蒸气爆炸的能量,kJ;i,、S,为液化石油气在储罐破裂前的平均温度下的焓,kJ/kg、熵,kJ/(kg・K);i:、s:为液化石油气在大气压力下的焓,kJ/kg、熵,kJ/(kg・K);Ts为液化石油气
在大气压力下的沸点,K;M为液化石油气的质量,kg。
TNT当量为:
』MTNT==Ul/HTNT
(11)
式中:MTNT为储罐爆炸的TNT当量,kg;HTNT为TNT
炸药爆炸热,4
230
kJ/kg。
3.2.2安全距离
526
万
方数据安全距离取决于冲击波超压,TNT爆炸的冲击波超压可以按式(12)计算:
Ap/p一1.06A一1+4.3A一2+14A~3
(12)
式中:Ap为冲击波超压,MPa;P为大气压,近似为0.1MPa;A—s/(MTNT)“3;s为储罐距离目标距离,rn。
对于地面爆炸,由于地面的反射作用,冲击波超压应为TNT空中爆炸冲击波的两倍,式(12)变为:
Ap一0.2×(1.06Aq+4.3Aq+14,1q)
(13)
当式(13)中的Ap取人体能承受的临界值时,可以
得到人员对冲击波的安全距离临界值。根据实验,当冲击波超压达到0.02~0.03MPa时,会使人员轻微受伤。从图3[83中可以查得当A为14时,冲击波超压Ap为
0.02
MPa,得安全距离为:
S一14(MTNT)1/3
(14)
000
山
∞0=0
之0
q
00
图3冲击波与参数^的变化关系
4结果与讨论
分析了BLEVE的产生原因、特点及危害作用,定量模拟评价了BLEVE的严重度及伤害范围,研究了液化石油气储罐发生BLEVE爆炸时产生热辐射和冲击波的计算方法,并由此得出了安全距离的计算方法,对指导液化石油气罐区的安全设计、系统安全评价及火灾事故救援有一定的参考价值。值得注意的是BLEVE除火球热辐射、爆炸超压伤害外,还有容器碎片等抛射物打击伤害等,有待进一步探讨和研究。
参考文献
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,
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.
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沁矗
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皴檄即臌貅舭呻~一色一芎Ⅸ¨“出汀
㈨酬脚黼删叭籼删胁疵¨
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一一一~一舢一|一~一一一~
一~FireScienceand
Technology,July
2006,Vol
25,No.4
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LNG储存工艺的火灾危险性分析
钱众,伍键东
(华南理工大学环境科学与工程学院,广东深圳518120)
摘要:对LNG项目的火灾和爆炸进行分析及预测,适当
LNG工程)就是为了缓解能源短缺问题而兴建的国内第一个新兴的能源大型项目——提供既适合于家庭又适合于工业使用的清洁燃料储存单元。然而,由于国内对天然气行业的研究比较少,对天然气项目的火灾爆炸的探究几乎没有。笔者通过此项目的参与及参照国内外天然气的一些标准,利用先进的应用软件对这种新型项目中典型的火灾爆炸案例做出分析,以便在各种环境下,采取合适的安全预防措施和应急手段。
2火灾爆炸频率分析
根据接收站的工艺单元和划定相应的火灾危险等级。举例说明
典型火灾爆炸事故例如闪火,池火,喷射火等并且以模型化方式做出分析。
关键词:LNG;火灾爆炸事故;闪火;池火;喷射火;热辐射;模拟分析
中图分类号:TE687,X924
文献标识码:B
文章编号:1009—0029(2006)04—0527—03
1前言
广东液化天然气接收站和输气干线工程(简称
衰1
工艺单元火灾泄漏、爆炸危险频率数据见表1。
工艺单元的火灾泄漏和爆炸危险频率
喷射火频率/a
池火频率/a
9.97×10一4
工艺单元液体输出
蒸气输出卸载臂总计
泄漏频率/a
2.36×10~1
爆炸频率/a
1.08×10—4
闪火频率/a
5.25×10一4
火球频率/a总火灾和爆炸频率/a
1.63×10—3
3.27×10~12.18×10~2
1.43×10-44.30×10—44.88×10—42.03×10—41.26×10—3
1.76×10—52.68×10—4
Z.15×10—59.77×10一4
4.88×10—4
1.27×10—32.27×10—3
2.03×10—4
1.31×10—34.20×10—3
5.85×10—1
从表1可看出:接收站总计火灾爆炸危险频率预测为4.20×10_3/a。接收站泄漏的总频率约为1%。3火灾爆炸的工艺单元选择
根据存贮和处理工艺,初级设施设备情况,运用
相应的火灾的危险等级,每个单元的危险评估后,就考虑相反的过程,假定LNG罐是满载的。本文所涉及工艺单元为:13.6×104
m3
LNG罐;16×104
m3LNG
罐;BOG压缩机;再冷凝器;高压输出系统;蒸发系
Dow’S火灾爆炸指数,根据接收站的工艺单元和划定统;测量系统。
pppq鼻、p≯ppppq—\ppppppp、≯pppp毡P、j妒毡≯、p≯ppppppppppppppppp≯p≯p、≯
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(1.ShangqiuFireDetachment。Shangqiu476000,China;
2.WulumuqiFireSchool,Wulumuqi830000,China)
Abstract:Thephenomenonofexplosion(BLEVE)of
boilingliquidexpanding
vapor
liquefiedpetroleumgas(LPG)was
to
[8]CCPS/AIChE.Guidelines
forChemicalProcessYork:1989.for
Evaluating
the
QuantitativeRisk
analyzed.The
methodscalculatetheheatradiationand
Analysis[M].AIChE,New[93
CCPS/AIChE.Guidelines
Vapor
shockwaveproducedbyBLEVEofLPGtanksanddetermine
Characteristicsof
thesafedistancewerestudied.Thesemethods
BLEVEs[M].
guide
rescue
can
beusedand
to
Cloud,Explosions,Flash
York:1994.
ofthe
Fires,and
the
AIChE,New
safetydesign,system
areas
safety
evaluationfire
[10]LeslieIRM,BirkAM.State
fled
gas
artreview
ofLPGtanktoa
certainextent.
ofpressurelique
containerfailuremodesand
ofHardous
associated
projectile
hazards
Keywords:LPG;BLEVE;heatradiation#shockwave;safedjstance
[J].JournalMaterials,1991,28:329—365.
Analysisandstudy
on
harmfulness
作者简介:梁清泉(1969~),男,河南拓城人,商丘市消防支队防火处副处长,学士,主要从事消防管理工
作,河南省商丘市团结西路,476000。
收稿日期:2006—02—10
527
ofLPGexplosion
LIANGQing—quanl。LIANGChan—yin92
消防科举与技术2006年7月第25卷第4期
万方数据
液化石油气爆炸危害的分析研究
刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:
消防科学与技术
FIRE SCIENCE AND TECHNOLOGY2006,25(4)1次
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