苯罐区火灾爆炸模拟及安全措施
任
涛
陕西昊安职业卫生技术服务有限公司，西安，710043
【摘要】根据苯的物化性质及储存特点，对苯罐区潜在的火灾爆炸危险进行事故模拟分析，提出安全管理措施，确保苯罐区安全生产。
【关键词】苯罐区池火灾爆炸安全
一、概述
苯是常用的有机溶剂，也是常用的化工合成原料，被广泛应用于合成橡胶、合成纤维、农药生产等行易挥发的特点，其蒸汽与空气在业中。苯具有易燃、
一定范围内可形成混合性爆炸物。鉴于苯易燃、易爆的特点，做好苯储罐的安全生产和储存至关重要。
二、苯的特征及危险性1．高易燃性
苯的闪点为－11ħ ，空气中引燃温度为562ħ ，属甲类火灾危险性可燃液体。罐区中常见的潜在点火温度及能量都大大超过苯的最小引燃能量。
2．容易蒸发
苯在常态下为液体，沸点80. 1ħ ，26ħ 时的饱和蒸气压为13. 33kPa 。苯蒸发分为静止蒸发和流动蒸发，温度愈高，蒸汽压愈高，挥发性越强。
3．苯的易爆性
苯的爆炸上限为8%，下限为1. 2%。当苯的蒸汽浓度达到爆炸范围时，遇火源会发生爆炸。苯的引爆能量小，如电器设备点火源、静电火花放电、雷电和金属撞击火花等，都可能引起爆炸。
4．容易产生静电
苯在沿管道流动与管壁摩擦和运输过程中受到震荡，会产生静电。当静电荷积聚到一定程度则会放电，如果静电不能及时被消除，随时都可能产生火花，存在着火灾或爆炸的危险。
5．受热容易膨胀
苯受热后体积膨胀，蒸汽压力升高。若储罐呼－52－
吸阀因某种原因来不及开启或开启不够，就易造成
储罐破坏或吸瘪，增大火灾的危险性。
6．易流动扩散
气体和液体都有流动扩散的特性。在苯储存过程中，若发生溢流、泄漏等现象，物料迅速向四周扩散，特别是苯储罐一旦破裂，又突遇明火，就可能导致火灾。
三、苯罐区的池火灾模拟
苯泄漏后流到地面形成液池，或流到水面并覆盖水面，遇到火源燃烧而形成池火，进而造成设备损坏和人员伤亡。
某企业苯储罐区设有1个2000m 的内浮顶罐，苯罐区设置有围堰，防火堤内的容积规定至少应为
3
储罐一半的容积，即至少应为1000m ，假设防火堤2
高度设为1. 2m ，则防火堤内的面积约1000m ，计算
3
出液池半径约为17. 85m ；泄漏后形成液池，发生燃烧会形成池火。
1．有关数据
苯燃烧热：41858. 5kJ /kg
2
苯的燃烧速度：0. 04594kg /m·s
2．火焰高度h =84r
[ρ（2gr ）]
dm /dt
10. 6
=84ˑ 17. 85［0. 04594/2.77（2ˑ 9. 8ˑ 17. 85）=22. 11（m ）3．热辐射通量Q
1/20. 6
］
dm dm
Q =［（πr +2πrh ）ηHc /［72（）
dt dt
2
0. 6
+1］
a．当入射热辐射通量I 1=37. 5kW /m2x 1=（Qt c /4πI 1）
1/2
=50. 1m
η—郊率因子，取其均值为0. 2420. 04594
Q =［πˑ 17. 85+2πˑ 17. 85ˑ 20. 75］ˑ 0. 24ˑ 4. 19ˑ 10/［72ˑ （0. 04594）=1. 18ˑ 106（W ）
4．目标入射热辐射强度的计算
假设全部辐射热量由液池中心点的小球面辐射出来，则在距离池中心某一距离（x ）处的入射热辐射强度公式为：
I =Qt c /4πx 2
——热辐射强度，W /m；式中I —Q ———总热辐射通量，W ；
t c ———热传导系数，在无相对理想的数据
时，可取值为1；x ———目标点到液池中心距离，m 。
5．火灾损失
火灾通过辐射热的方式影响周围环境。当火灾
产生的热辐射强度足够大时，可使周围的物体燃烧或变形，强烈的热辐射可能烧毁设备甚至造成人员伤亡等。
火灾损失估算建立在辐射通量与损失等级的相应关系的基础上，下表为不同入射通量造成的伤害或损失的情况。
热辐射的不同入射通量所造成的损失
入射热辐射强度（kW ·m －2）
37. 5
对设备的损害
对人的伤害1%死亡/10s100%死亡/1min重大烧伤/10s100%死亡/1min
2
7
0. 60
b．当入射热辐射通量I 2=25kW /m2x 2=（Qt c /4πI 2）1/2=61. 3m
c．当入射热辐射通量I 3=12. 5kW /m2x 3=（Qt c /4πI 3）x 4=（Qt c /4πI 4）x 5=（Qt c /4πI 5）
1/2
+1］
=86. 7m =153. 3m =242. 3m
d．当入射热辐射通量I 4=4. 0kW /m2
1/2
e．当入射热辐射通量I 5=1. 6kW /m2
1/2
计算结果列表如下：
不同入射强度下所对应的距离液池中心距离
入射热辐射强度（kW ·m －2）与液池距离（m ）
37. 550. 1
2561. 3
12. 586. 7
4. 0153. 3
1. 6242. 3
从以上计算可以看出该公司苯储罐如果发生大量泄漏且遇到引火源发生池火，在距泄漏处50. 1m 范围内的操作设备将全部损坏，在此范围内人员在10s 内将有1%人员死亡，在1min 内100%人员死亡；在距泄漏处61. 3m 范围内产生的入射热辐射强度相当于在无火焰、长时间辐射下，木材燃烧的最小能量，在此范围内人员在10s 内将造成重大烧伤，在1min 内100%人员死亡；在距泄漏处86. 7m 范围内的入射热辐射强度相当于有火焰时，木材燃烧，塑料熔化的最低能量，在此范围内人员在10s 内将造成1度烧伤，在1min 内1%人员死亡；在距泄漏处153. 3m 范围内人员在20s 以上感觉疼痛，但未必起泡；在距泄漏处242. 3m 范围以外人员是安全的不会受到影响。
四、爆炸事故模拟
苯为易燃液体，若发生泄漏，其蒸汽通常是云团。如果瞬间泄漏后遇到延迟点火，可能发生蒸汽云爆炸，故选用蒸汽云爆炸伤害模型对火灾、爆炸事故造成人员伤亡的范围进行计算。本次评价假设储罐区1个苯储罐发生泄漏进行定量计算。
1．TNT 当量的计算：
假设一定比例的蒸汽云参与爆炸过程，对形成冲击波有实际贡献，并以TNT 当量来表示蒸汽云爆炸的威力，即：
WTNT =aWfQf /QTNT
式中a －蒸汽云的TNT 当量系数，取中值a =
－53－
操作设备全部损坏在无火焰、长时间辐
25射下，木材燃烧的最小能量
12. 54. 01. 6
有火焰时，木材燃烧1度烧伤/10s塑料熔化的最低能量1%死亡/1min
20s 以上感觉疼痛，未必起泡长时间辐射无不舒服感
根据上述距离液池中心某一距离（x ）处的入射
热辐射强度公式，可计算出上表不同入射强度下所对应的距离液池中心距离x ；
0. 04；
Wf －蒸汽云中苯的总质量，kg ；Qf －苯的燃烧热，41858. 5kJ /kg；QTNT －TNT 的爆热，取4520kJ /kg。
3
当储罐区1个2000m 苯储罐发生泄漏时，有5%的苯蒸汽参与蒸汽云爆炸，苯的TNT 当量为：
远离苯储罐的爆炸危险性教学或爆炸危险的区域内。
3．控制苯蒸汽与空气混合物浓度苯罐区合理布置，减少苯蒸汽排放、通风、惰化和设置苯蒸汽浓度监测等措施，可有效减少苯蒸汽与空气混合物的存在范围。
4．设置阻火器
苯储罐顶部与大气相通的呼吸管道上必须设置阻火器，且应安装在呼吸阀下面。
5．管道与阀门
采用无缝管道，尽量采用焊接。6．防止静电与雷击
应设置防雷防静电设施，满足《爆炸及火灾危险环境电力装置设计规范》（GB50058－92）等标准
QTNT =2000ˑ 880ˑ 0. 8ˑ 0. 04ˑ 41858. 5ˑ 5%/4520=26078. 22kg
（2）伤害半径的计算：a =0. 1q1/3=2. 87
△p （R ）=△p0（R /a=R0）
——基准目标处的超压MPa △P0—
——目标的超压MPa △P —
冲击波对人体的伤害
△P /MPa0. 02 0. 030. 03 0. 050. 05 0. 10＞0. 10
伤害作用轻微损伤听觉器官损伤或骨折内脏严重损伤或死亡大部分人员死亡
的要求。
7．降温系统
苯罐区必须装备水喷淋系统。8．监控、防护设施
采用DCS 集散控制操作系统，设置高低液位报警等。
9．消防系统
设置固定式高倍数泡沫灭火系统，并设置足够的移动式灭火器。
10．安全管理
编制苯事故应急救援预案，建立应急组织和应急响应队伍，配备必要的防护救护器材，定期进行事故演练，将事故损失降至最低。
六、结论
苯罐区发生火灾和爆炸模拟的结果表明：苯罐区一旦泄漏发生池火灾或爆炸，危害结果比较严重。为了防止苯罐区泄漏发生火灾或爆炸事故，应从苯罐区设置、电气防爆、控制苯蒸汽与空气混合浓度等方面进行防止，同时要加强苯罐区的安全管理。
【参考文献】
［1］刘铁民，张兴凯，等编．安全评价方法应用指南（第1
M ］．北京：化学工业出版社，2005，4．版）［
［2］崔克清．危险化学品安全技术与管理（第1版）
北京：煤炭工业出版社，2006．
［3］张海峰．危险化学品安全技术全书（第2版）［M ］．北
京：化学工业出版社，2008．
［4］张乃禄，刘灿编．安全评价技术（第1版）［M ］．西安：
西安电子科技大学出版社，2007，5．
［M ］．
1000kgTNT 爆炸时的冲击波超压
距离
R 0/m△p /MPa 距离R 0/m△p /MPa 距离R 0/m△p /MPa
52. 94160. 23550
63. 06180. 1755
71. 6720
81. 2725
90. 9530
100. 7535
120. 5040
140. 3345
0. 1260. 0790. 0570. 0430. 0330. 02760
65
70
75
0. 02350. 02050. 0180. 0160. 01430. 013
苯罐泄漏爆炸的伤害范围见下表。
苯爆炸的伤害范围
R （m ）160. 72 127. 85127. 85 93. 2893. 27 65. 34
65. 34
伤害作用轻微损伤听觉器官损伤或骨折内脏严重损伤或死亡大部分人员死亡
五、防火防爆措施1．设置标准
罐区与周围设施的安全距离应符合《石油化工企业设计防火规范》（GB50160－2008）。
2．电气防爆措施
将正常运行时的易产生火花的电气设备布置在－54－
苯罐区火灾爆炸模拟及安全措施
任
涛
陕西昊安职业卫生技术服务有限公司，西安，710043
【摘要】根据苯的物化性质及储存特点，对苯罐区潜在的火灾爆炸危险进行事故模拟分析，提出安全管理措施，确保苯罐区安全生产。
【关键词】苯罐区池火灾爆炸安全
一、概述
苯是常用的有机溶剂，也是常用的化工合成原料，被广泛应用于合成橡胶、合成纤维、农药生产等行易挥发的特点，其蒸汽与空气在业中。苯具有易燃、
一定范围内可形成混合性爆炸物。鉴于苯易燃、易爆的特点，做好苯储罐的安全生产和储存至关重要。
二、苯的特征及危险性1．高易燃性
苯的闪点为－11ħ ，空气中引燃温度为562ħ ，属甲类火灾危险性可燃液体。罐区中常见的潜在点火温度及能量都大大超过苯的最小引燃能量。
2．容易蒸发
苯在常态下为液体，沸点80. 1ħ ，26ħ 时的饱和蒸气压为13. 33kPa 。苯蒸发分为静止蒸发和流动蒸发，温度愈高，蒸汽压愈高，挥发性越强。
3．苯的易爆性
苯的爆炸上限为8%，下限为1. 2%。当苯的蒸汽浓度达到爆炸范围时，遇火源会发生爆炸。苯的引爆能量小，如电器设备点火源、静电火花放电、雷电和金属撞击火花等，都可能引起爆炸。
4．容易产生静电
苯在沿管道流动与管壁摩擦和运输过程中受到震荡，会产生静电。当静电荷积聚到一定程度则会放电，如果静电不能及时被消除，随时都可能产生火花，存在着火灾或爆炸的危险。
5．受热容易膨胀
苯受热后体积膨胀，蒸汽压力升高。若储罐呼－52－
吸阀因某种原因来不及开启或开启不够，就易造成
储罐破坏或吸瘪，增大火灾的危险性。
6．易流动扩散
气体和液体都有流动扩散的特性。在苯储存过程中，若发生溢流、泄漏等现象，物料迅速向四周扩散，特别是苯储罐一旦破裂，又突遇明火，就可能导致火灾。
三、苯罐区的池火灾模拟
苯泄漏后流到地面形成液池，或流到水面并覆盖水面，遇到火源燃烧而形成池火，进而造成设备损坏和人员伤亡。
某企业苯储罐区设有1个2000m 的内浮顶罐，苯罐区设置有围堰，防火堤内的容积规定至少应为
3
储罐一半的容积，即至少应为1000m ，假设防火堤2
高度设为1. 2m ，则防火堤内的面积约1000m ，计算
3
出液池半径约为17. 85m ；泄漏后形成液池，发生燃烧会形成池火。
1．有关数据
苯燃烧热：41858. 5kJ /kg
2
苯的燃烧速度：0. 04594kg /m·s
2．火焰高度h =84r
[ρ（2gr ）]
dm /dt
10. 6
=84ˑ 17. 85［0. 04594/2.77（2ˑ 9. 8ˑ 17. 85）=22. 11（m ）3．热辐射通量Q
1/20. 6
］
dm dm
Q =［（πr +2πrh ）ηHc /［72（）
dt dt
2
0. 6
+1］
a．当入射热辐射通量I 1=37. 5kW /m2x 1=（Qt c /4πI 1）
1/2
=50. 1m
η—郊率因子，取其均值为0. 2420. 04594
Q =［πˑ 17. 85+2πˑ 17. 85ˑ 20. 75］ˑ 0. 24ˑ 4. 19ˑ 10/［72ˑ （0. 04594）=1. 18ˑ 106（W ）
4．目标入射热辐射强度的计算
假设全部辐射热量由液池中心点的小球面辐射出来，则在距离池中心某一距离（x ）处的入射热辐射强度公式为：
I =Qt c /4πx 2
——热辐射强度，W /m；式中I —Q ———总热辐射通量，W ；
t c ———热传导系数，在无相对理想的数据
时，可取值为1；x ———目标点到液池中心距离，m 。
5．火灾损失
火灾通过辐射热的方式影响周围环境。当火灾
产生的热辐射强度足够大时，可使周围的物体燃烧或变形，强烈的热辐射可能烧毁设备甚至造成人员伤亡等。
火灾损失估算建立在辐射通量与损失等级的相应关系的基础上，下表为不同入射通量造成的伤害或损失的情况。
热辐射的不同入射通量所造成的损失
入射热辐射强度（kW ·m －2）
37. 5
对设备的损害
对人的伤害1%死亡/10s100%死亡/1min重大烧伤/10s100%死亡/1min
2
7
0. 60
b．当入射热辐射通量I 2=25kW /m2x 2=（Qt c /4πI 2）1/2=61. 3m
c．当入射热辐射通量I 3=12. 5kW /m2x 3=（Qt c /4πI 3）x 4=（Qt c /4πI 4）x 5=（Qt c /4πI 5）
1/2
+1］
=86. 7m =153. 3m =242. 3m
d．当入射热辐射通量I 4=4. 0kW /m2
1/2
e．当入射热辐射通量I 5=1. 6kW /m2
1/2
计算结果列表如下：
不同入射强度下所对应的距离液池中心距离
入射热辐射强度（kW ·m －2）与液池距离（m ）
37. 550. 1
2561. 3
12. 586. 7
4. 0153. 3
1. 6242. 3
从以上计算可以看出该公司苯储罐如果发生大量泄漏且遇到引火源发生池火，在距泄漏处50. 1m 范围内的操作设备将全部损坏，在此范围内人员在10s 内将有1%人员死亡，在1min 内100%人员死亡；在距泄漏处61. 3m 范围内产生的入射热辐射强度相当于在无火焰、长时间辐射下，木材燃烧的最小能量，在此范围内人员在10s 内将造成重大烧伤，在1min 内100%人员死亡；在距泄漏处86. 7m 范围内的入射热辐射强度相当于有火焰时，木材燃烧，塑料熔化的最低能量，在此范围内人员在10s 内将造成1度烧伤，在1min 内1%人员死亡；在距泄漏处153. 3m 范围内人员在20s 以上感觉疼痛，但未必起泡；在距泄漏处242. 3m 范围以外人员是安全的不会受到影响。
四、爆炸事故模拟
苯为易燃液体，若发生泄漏，其蒸汽通常是云团。如果瞬间泄漏后遇到延迟点火，可能发生蒸汽云爆炸，故选用蒸汽云爆炸伤害模型对火灾、爆炸事故造成人员伤亡的范围进行计算。本次评价假设储罐区1个苯储罐发生泄漏进行定量计算。
1．TNT 当量的计算：
假设一定比例的蒸汽云参与爆炸过程，对形成冲击波有实际贡献，并以TNT 当量来表示蒸汽云爆炸的威力，即：
WTNT =aWfQf /QTNT
式中a －蒸汽云的TNT 当量系数，取中值a =
－53－
操作设备全部损坏在无火焰、长时间辐
25射下，木材燃烧的最小能量
12. 54. 01. 6
有火焰时，木材燃烧1度烧伤/10s塑料熔化的最低能量1%死亡/1min
20s 以上感觉疼痛，未必起泡长时间辐射无不舒服感
根据上述距离液池中心某一距离（x ）处的入射
热辐射强度公式，可计算出上表不同入射强度下所对应的距离液池中心距离x ；
0. 04；
Wf －蒸汽云中苯的总质量，kg ；Qf －苯的燃烧热，41858. 5kJ /kg；QTNT －TNT 的爆热，取4520kJ /kg。
3
当储罐区1个2000m 苯储罐发生泄漏时，有5%的苯蒸汽参与蒸汽云爆炸，苯的TNT 当量为：
远离苯储罐的爆炸危险性教学或爆炸危险的区域内。
3．控制苯蒸汽与空气混合物浓度苯罐区合理布置，减少苯蒸汽排放、通风、惰化和设置苯蒸汽浓度监测等措施，可有效减少苯蒸汽与空气混合物的存在范围。
4．设置阻火器
苯储罐顶部与大气相通的呼吸管道上必须设置阻火器，且应安装在呼吸阀下面。
5．管道与阀门
采用无缝管道，尽量采用焊接。6．防止静电与雷击
应设置防雷防静电设施，满足《爆炸及火灾危险环境电力装置设计规范》（GB50058－92）等标准
QTNT =2000ˑ 880ˑ 0. 8ˑ 0. 04ˑ 41858. 5ˑ 5%/4520=26078. 22kg
（2）伤害半径的计算：a =0. 1q1/3=2. 87
△p （R ）=△p0（R /a=R0）
——基准目标处的超压MPa △P0—
——目标的超压MPa △P —
冲击波对人体的伤害
△P /MPa0. 02 0. 030. 03 0. 050. 05 0. 10＞0. 10
伤害作用轻微损伤听觉器官损伤或骨折内脏严重损伤或死亡大部分人员死亡
的要求。
7．降温系统
苯罐区必须装备水喷淋系统。8．监控、防护设施
采用DCS 集散控制操作系统，设置高低液位报警等。
9．消防系统
设置固定式高倍数泡沫灭火系统，并设置足够的移动式灭火器。
10．安全管理
编制苯事故应急救援预案，建立应急组织和应急响应队伍，配备必要的防护救护器材，定期进行事故演练，将事故损失降至最低。
六、结论
苯罐区发生火灾和爆炸模拟的结果表明：苯罐区一旦泄漏发生池火灾或爆炸，危害结果比较严重。为了防止苯罐区泄漏发生火灾或爆炸事故，应从苯罐区设置、电气防爆、控制苯蒸汽与空气混合浓度等方面进行防止，同时要加强苯罐区的安全管理。
【参考文献】
［1］刘铁民，张兴凯，等编．安全评价方法应用指南（第1
M ］．北京：化学工业出版社，2005，4．版）［
［2］崔克清．危险化学品安全技术与管理（第1版）
北京：煤炭工业出版社，2006．
［3］张海峰．危险化学品安全技术全书（第2版）［M ］．北
京：化学工业出版社，2008．
［4］张乃禄，刘灿编．安全评价技术（第1版）［M ］．西安：
西安电子科技大学出版社，2007，5．
［M ］．
1000kgTNT 爆炸时的冲击波超压
距离
R 0/m△p /MPa 距离R 0/m△p /MPa 距离R 0/m△p /MPa
52. 94160. 23550
63. 06180. 1755
71. 6720
81. 2725
90. 9530
100. 7535
120. 5040
140. 3345
0. 1260. 0790. 0570. 0430. 0330. 02760
65
70
75
0. 02350. 02050. 0180. 0160. 01430. 013
苯罐泄漏爆炸的伤害范围见下表。
苯爆炸的伤害范围
R （m ）160. 72 127. 85127. 85 93. 2893. 27 65. 34
65. 34
伤害作用轻微损伤听觉器官损伤或骨折内脏严重损伤或死亡大部分人员死亡
五、防火防爆措施1．设置标准
罐区与周围设施的安全距离应符合《石油化工企业设计防火规范》（GB50160－2008）。
2．电气防爆措施
将正常运行时的易产生火花的电气设备布置在－54－