论文部分内容阅读
摘 要：系统分析了LPG的火灾爆炸危险性，总结了LPG储罐泄漏后可能发生的事故类型，比较了LPG储罐池火、沸腾液体扩展蒸气爆炸和蒸气云爆炸事故后果模拟方法，提出了预防LPG储罐区火灾爆炸事故的技术措施。
关键词：LPG储罐；火灾爆炸；事故后果模拟方法
1 前言
液化石油气（Liquefied Petroleum Gas，LPG）是来源于炼油厂石油气和油田伴生气的低碳数烃类混合物，主要成分是含有三个碳原子和四个碳原子的碳氢化合物，即丙烷、丁烷、丙烯和丁烯。LPG是重要的燃料和化工原料，广泛应用于工业和民用的各个领域。由于 LPG是易燃易爆危险物质，在其生产、运输、储存和使用过程中发生的火灾爆炸事故屡见不鲜。1984年11月19日，墨西哥城近郊国家石油公司液化石油气站发生爆炸事故，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爆炸事故，造成 13 人死亡，30多人受伤，直接财产损失达到 477 万元。LPG储罐一旦发生火灾爆炸事故，将造成严重的人员伤亡和巨大的财产损失，因此，对 LPG 储罐火灾爆炸事故后果进行分析，提出相应的技术措施，对预防重特大事故发生具有重要意义。
2 LPG的火灾爆炸危险性
表1为 LPG主要成分的燃烧爆炸特性8。LPG的火灾危险性类别为甲 A类，其闪点低，最小引燃能量小，爆炸下限低，爆炸范围大。液化石油气在常温常压下极易气化，气化后体积迅速扩大 250～350 倍，而且其比空气重，容易在低洼处积聚，或沿地表面擴散，遇点火源极易发生燃烧爆炸。LPG的火焰温度达 2000℃，热值远比其它燃料高，爆炸速度为 2000～3000m/s ，燃烧爆炸形成强烈的热辐射和巨大的冲击波超压，伤害破坏作用强，易造成人员伤亡和财产损失。LPG 具有较高的膨胀系数，在密闭容器内，温度升高会引起压力显著增大，从而发生物理性爆炸。
表1 LPG主要成分的燃烧爆炸特性
3 LPG储罐区火灾爆炸事故后果分析
LPG通常在常温高压条件下储存。如果操作错误导致储罐充装过量，储罐设计或施工存在缺陷，储罐材料腐蚀或疲劳，储罐处于机械碰撞作用下或处于火灾环境中时，其可能发生破裂或引起管道、阀门损坏造成泄漏，带有压力的LPG从容器内泄漏流出至大气中时，液体温度远高于LPG大气压下的沸点，泄漏出的LPG立即剧烈气化，发生闪蒸。对于储罐破裂的情况，LPG大量泄漏、闪蒸，如果立即被点燃，在火焰烘烤储罐的情况下发生沸腾液体扩展蒸气爆炸（Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion，BLEVE）；如果没有立即被点燃，气相扩散与空气混合形成蒸气云，延迟或远处点燃则发生闪火（Flash Fires，FF）或蒸气云爆炸（Vapor Cloud Explosion，VCE）；液相积聚形成液池，延迟或远处点燃则发生池火（Pool Fires）；对于储罐管道、阀门损坏的情况，LPG液相连续喷射泄漏、闪蒸，如果立即被点燃，则发生喷射火（Jet Flames，JF），如果没有立即被点燃，与上述储罐破裂 LPG 大量泄漏的情况相同，气相扩散与空气混合形成蒸气云，延迟或远处点燃则发生 FF 或 VCE，液相积聚形成液池，延迟或远处点燃则发生PF。图1为储罐破裂LPG 大量泄漏发生火灾爆炸事故后果判断树形图，图2为储罐管道、阀门损坏 LPG 液相连续喷射泄漏发生火灾爆炸事故后果判断树形图。LPG 储罐火灾爆炸事故后果主要有 JF、PF、BLEVE 和 FF或 VCE，其中 PF、BLEVE 和 VCE 的伤害破坏作用最严重，影响范围最大。
图1 储罐破裂LPG大量泄漏发生火灾爆炸事故后果判断树形图
图2 储罐管道、阀门损坏LPG液相连续喷射泄漏发生
火灾爆炸事故后果判断树形图
4 LPG罐区火灾爆炸事故预防技术措施
为防止发生池火灾时，由于液池面积扩大而导致灾害扩大，应根据储罐容积设计事故状态下防护堤的半径和高度。在泄压装置设计方面应考虑事故状态下泄压装置的动作时间，避免动作时间延迟而由于超压导致储罐破裂；在确定泄压量时，应考虑对储罐内气液平衡的破坏影响。为防止发生事故时，高温火焰烧烤环境下储罐由于罐内LPG升温剧烈气化导致罐内超压破裂而引起二次灾害，应采取消防水喷淋冷却周围储罐，降低储罐内温度。
为减少在储罐区内形成有限空间为蒸气云爆炸创造条件，储罐布局时除满足防火防爆间距要求外，还应适当减小储罐分布密度；同时尽量避免储罐区设计在山谷等窝风地带。点火源是引起火灾爆炸的重要因素，应采取措施消除和控制点火源：储罐区内严禁明火，同时注意防止静电；进入储罐区的车辆必须使用火星熄灭器，装卸过程中车辆必须熄火；严格执行储罐区内动火程序；储罐区内应使用防爆电器设施。设计储罐区与周围办公、住宅等建筑物距离时，除满足防火防爆间距要求外，还应考虑根据储罐区储量计算的火焰热辐射或爆炸冲击波导致的各种伤害破坏半径大小，以减小突发事故对储罐区外人员和建筑物的伤害破坏。
5 结束语
本文分析了LPG的火灾爆炸危险性，针对LPG伤害破坏作用严重的池火灾、沸腾液体扩展蒸气爆炸和蒸气云爆炸事故，结合国内外对火灾爆炸事故的研究，综合分析比较一些成熟先进的模型，建立了LPG储罐火灾爆炸事故后果分析模型，为预防LPG储罐火灾爆炸事故发生，降低风险，减少人员伤亡和财产损失提供了技术支持。■
参考文献
[1] 张瑞华. 液化石油气储罐火灾爆炸模拟评价方法研究J. 消防科学与技术，2004，23 （3） ：233～234
[2] 马小明， 吴晓曦. LNG储罐火灾后果分析J. 中山大学学报论丛， 2007，27 （2） ：105～106
[3] 刘诗飞，詹予忠.《重大危险源辨识及危害后果分析》M. 北京：化学工业出版社，2004.5
[4] 齐福强，赵云胜，刘铁民. LPG罐区火灾爆炸事故危险性分析J. 工业安全与环保，2007 ，34（1） ：27～29
关键词：LPG储罐；火灾爆炸；事故后果模拟方法
1 前言
液化石油气（Liquefied Petroleum Gas，LPG）是来源于炼油厂石油气和油田伴生气的低碳数烃类混合物，主要成分是含有三个碳原子和四个碳原子的碳氢化合物，即丙烷、丁烷、丙烯和丁烯。LPG是重要的燃料和化工原料，广泛应用于工业和民用的各个领域。由于 LPG是易燃易爆危险物质，在其生产、运输、储存和使用过程中发生的火灾爆炸事故屡见不鲜。1984年11月19日，墨西哥城近郊国家石油公司液化石油气站发生爆炸事故，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爆炸事故，造成 13 人死亡，30多人受伤，直接财产损失达到 477 万元。LPG储罐一旦发生火灾爆炸事故，将造成严重的人员伤亡和巨大的财产损失，因此，对 LPG 储罐火灾爆炸事故后果进行分析，提出相应的技术措施，对预防重特大事故发生具有重要意义。
2 LPG的火灾爆炸危险性
表1为 LPG主要成分的燃烧爆炸特性8。LPG的火灾危险性类别为甲 A类，其闪点低，最小引燃能量小，爆炸下限低，爆炸范围大。液化石油气在常温常压下极易气化，气化后体积迅速扩大 250～350 倍，而且其比空气重，容易在低洼处积聚，或沿地表面擴散，遇点火源极易发生燃烧爆炸。LPG的火焰温度达 2000℃，热值远比其它燃料高，爆炸速度为 2000～3000m/s ，燃烧爆炸形成强烈的热辐射和巨大的冲击波超压，伤害破坏作用强，易造成人员伤亡和财产损失。LPG 具有较高的膨胀系数，在密闭容器内，温度升高会引起压力显著增大，从而发生物理性爆炸。
表1 LPG主要成分的燃烧爆炸特性
3 LPG储罐区火灾爆炸事故后果分析
LPG通常在常温高压条件下储存。如果操作错误导致储罐充装过量，储罐设计或施工存在缺陷，储罐材料腐蚀或疲劳，储罐处于机械碰撞作用下或处于火灾环境中时，其可能发生破裂或引起管道、阀门损坏造成泄漏，带有压力的LPG从容器内泄漏流出至大气中时，液体温度远高于LPG大气压下的沸点，泄漏出的LPG立即剧烈气化，发生闪蒸。对于储罐破裂的情况，LPG大量泄漏、闪蒸，如果立即被点燃，在火焰烘烤储罐的情况下发生沸腾液体扩展蒸气爆炸（Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion，BLEVE）；如果没有立即被点燃，气相扩散与空气混合形成蒸气云，延迟或远处点燃则发生闪火（Flash Fires，FF）或蒸气云爆炸（Vapor Cloud Explosion，VCE）；液相积聚形成液池，延迟或远处点燃则发生池火（Pool Fires）；对于储罐管道、阀门损坏的情况，LPG液相连续喷射泄漏、闪蒸，如果立即被点燃，则发生喷射火（Jet Flames，JF），如果没有立即被点燃，与上述储罐破裂 LPG 大量泄漏的情况相同，气相扩散与空气混合形成蒸气云，延迟或远处点燃则发生 FF 或 VCE，液相积聚形成液池，延迟或远处点燃则发生PF。图1为储罐破裂LPG 大量泄漏发生火灾爆炸事故后果判断树形图，图2为储罐管道、阀门损坏 LPG 液相连续喷射泄漏发生火灾爆炸事故后果判断树形图。LPG 储罐火灾爆炸事故后果主要有 JF、PF、BLEVE 和 FF或 VCE，其中 PF、BLEVE 和 VCE 的伤害破坏作用最严重，影响范围最大。
图1 储罐破裂LPG大量泄漏发生火灾爆炸事故后果判断树形图
图2 储罐管道、阀门损坏LPG液相连续喷射泄漏发生
火灾爆炸事故后果判断树形图
4 LPG罐区火灾爆炸事故预防技术措施
为防止发生池火灾时，由于液池面积扩大而导致灾害扩大，应根据储罐容积设计事故状态下防护堤的半径和高度。在泄压装置设计方面应考虑事故状态下泄压装置的动作时间，避免动作时间延迟而由于超压导致储罐破裂；在确定泄压量时，应考虑对储罐内气液平衡的破坏影响。为防止发生事故时，高温火焰烧烤环境下储罐由于罐内LPG升温剧烈气化导致罐内超压破裂而引起二次灾害，应采取消防水喷淋冷却周围储罐，降低储罐内温度。
为减少在储罐区内形成有限空间为蒸气云爆炸创造条件，储罐布局时除满足防火防爆间距要求外，还应适当减小储罐分布密度；同时尽量避免储罐区设计在山谷等窝风地带。点火源是引起火灾爆炸的重要因素，应采取措施消除和控制点火源：储罐区内严禁明火，同时注意防止静电；进入储罐区的车辆必须使用火星熄灭器，装卸过程中车辆必须熄火；严格执行储罐区内动火程序；储罐区内应使用防爆电器设施。设计储罐区与周围办公、住宅等建筑物距离时，除满足防火防爆间距要求外，还应考虑根据储罐区储量计算的火焰热辐射或爆炸冲击波导致的各种伤害破坏半径大小，以减小突发事故对储罐区外人员和建筑物的伤害破坏。
5 结束语
本文分析了LPG的火灾爆炸危险性，针对LPG伤害破坏作用严重的池火灾、沸腾液体扩展蒸气爆炸和蒸气云爆炸事故，结合国内外对火灾爆炸事故的研究，综合分析比较一些成熟先进的模型，建立了LPG储罐火灾爆炸事故后果分析模型，为预防LPG储罐火灾爆炸事故发生，降低风险，减少人员伤亡和财产损失提供了技术支持。■
参考文献
[1] 张瑞华. 液化石油气储罐火灾爆炸模拟评价方法研究J. 消防科学与技术，2004，23 （3） ：233～234
[2] 马小明， 吴晓曦. LNG储罐火灾后果分析J. 中山大学学报论丛， 2007，27 （2） ：105～106
[3] 刘诗飞，詹予忠.《重大危险源辨识及危害后果分析》M. 北京：化学工业出版社，2004.5
[4] 齐福强，赵云胜，刘铁民. LPG罐区火灾爆炸事故危险性分析J. 工业安全与环保，2007 ，34（1） ：27～29