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石油与天然气化工
CHEMICAL ENGINEERING OF OIL GAS
储油库火灾爆炸环境风险评价
郭小芳王长征
(西北矿治研究院环境资源研究所)
摘要针对油库存在的环境风险隐患,对油罐发生火灾产生的热輻射、爆炸产生的冲击波的
影响进行了预测评价,并对火灾事故发生时产生的有毒烟气对周围环境的影响进行了预测分析。
关键词储油库火灾爆炸有毒烟气
DOI:10.3969/j.issn.1007-3426.2012.01.028
般油库储存的成品油一汽油、柴油等属于甲、响范围和危害程度计算如下。
乙类火灾危险性油品,挥发和泄漏的油蒸气非常容
(1)泄漏后液池最大半径估算
易达到燃烧爆炸极限,储油库区是典型的重大工业
根据储存物质的特点,储罐区发生泄漏后,油品
危险源。一旦储罐区发生火灾,往往形成大面积燃将被截留在防火堤内,形成液池,遇到火源时会引起
烧,火灾波及的范围广,经常是“一罐失火,四邻遭池火灾。液池最大直径取決于泄漏点附近的地域构
灾”,殃及周围储罐或建筑;而且火灾持续时间长,扑型、泄漏的连续性或瞬时性,有围堰时,以围堰最大
救困难,人员和财产损失巨大。因此,了解油库储罐等效半径为液池半径。按不利情况考虑,液池面积
区火灾的危险性,有效地査改储罐区消防工作的漏取鑵区防火堤内有效面积,根据防火堤面积推算出
洞和消防设施的缺陷,设置合适的安全防护距离,是等效半径为液池半径。
保证油库安全储存的重要保障。
(2)池火灾火焰热辐射评价模型们
以甘肃地区某油库为例,选择油库常见的3000
①燃烧速度。由于储存物质的沸点均高于
m3汽油储罐和5000m柴油储,利用池火灾模周围环境温度,液体表面上单位面积的燃烧速度可
型和蒸气云爆炸模型,分析储油罐发生火灾、爆炸等通过式(1)计算:
事故产生的环境影响;采用多烟团扩散模式,计算事
0.001H
故后释放的气体扩散对周围环境的影响。
にCo(TT)+
式中:m为燃烧速度,kg/(m2?s);H。为液体
1油库火灾危害分析
高位发热量,J/kg;C。为液体的定压比热,J/(kg?
在油库潜在的危害事故中,油罐火灾是常见的K):T,为液体的沸点,K;T。为环境温度,K;H为
类灾害事故。在开放环境中,油罐火灾产生巨大
储存物质的气化热,J/kg。
破坏作用,造成人员伤和财产损失的主要原因是
②火焰半径R
热辐射。相对于爆炸和毒气泄漏,油罐火灾的直接
破坏范围不大,但由于热辐射影响其他设备(如相邻
R
(2
储油罐)从而产生多米诺效应,使得事故范围和破坏
式中:R4为火焰半径,m;S为液池面积,m
程度升级81
③火焰高度L。
油库发生火灾时,一般火势迅猛,并伴随着可燃
84R
(3)
性混合气体的爆炸,使油罐遭到破坏,形成池火燃
R
烧。池火使周围物体和人员受到热辐射的危害,影
式中:L为火焰高度,m;0为周围空气密度,取
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第41卷第1期
储油库火灾爆炸环境风险评价
115
1.293kg/m;g为常数,9.8m/s2。
表3池火灾伤亡半径计算结果
④热辐射通量Q
伤亡半径,m
风险源
Q,=(XRI+2MR:L)minhe
人员伤亡重大损伤一度烧伤基本无影响安全区
72m"?+1
汽油储罐117.87142.39194.51324.33492.49
式中:Q为热辐射通量,WV;为效率因子,可取柴油储罐76.0389.2111.252183.68271.7
0.10~0.35。
热辐射通量的计算参数和计算结果见表1。
从计算结果可知,以汽油罐为中心,在距离池火
表1池火灾后果计算结果
中心117.87m的距离内,10s内1%人员死亡,操
物质7
mi, kg/(m.s)
作设备全部损坏;在距离池火中心内径117.87m,
汽油
0.096
11.61264000外径为142.39m的圆环区域内,将造成大部分人
柴油
0.032
59.58134970
员重伤,无火焰、长时间辐射下可使木材燃烧;在距
离池火中心内径142.39m,外径为194.51m的圆
(3)池火灾热辐射模型损失评价
环区域内,将造成大部分人员轻伤,可熔化塑料;在
火灾通过辐射热的方式影响周围环境,当火灾
距离池火内径194.51m,外径为324.33m的圆环
产生的热辐射强度足够大时,可使周围的物体燃烧
区域内,持续20s以上感觉疼痛,但未必起泡,基本
或变形,强烈的热辐射可能导致设备甚至人员伤亡
无影响;在距离池火324.33m以外区域,将不受影
等。火灾损失估算建立在入射通量与损失等级的相
应关系基础上,不同入射通量造成的伤害或损失货啊。
根据以上分析可知,3000m3汽油储罐要达到
况见表
“财产不受损失”,人员“长时间辐射无不舒服感”危
表2热辐射的不同入射通量所造成的损失
害程度以下,必须保证罐体的环境风险防护距离大
序对设备的损害
对人的伤害
入射通量
于492m+9m=501m。
号
kw/m
操作设备全部损坏10s内1%人员死亡
37.5
参照GB50074-2002《石油库设计规范》及GB
无火焰时、长时间辐
50183-2004《石油天然气工程设计防火规范》中对
2射下木材燃烧的最重大损伤(二度烧伤
于石油库与周边居住区、工矿企业、交通线路等安全
小能量
距离的要求,一级石油库安全距离设定至少100m
有火焰时,木材燃
3烧,塑料熔化的最低一度烧伤
12.
距离爆炸作业场地,如采石场,为300m)。经计算
能量
可知,3000m2汽油储罐要达到“造成人员伤亡”危
20s以上感觉痛痒,未必
害程度以下的安全距离设置117.87m,达到“财产
起泡
长期接触不会有不适感
不受损失”,人员“长时间辐射无不舒服感”危害程度
以下,罐体的环境风险防范距离大于500m。因此,
假设全部辐射热量由液池中心点的小球面辐射根据实际预测结果,综合考虑库区储罐布局,设置的
出来,则在距离液池中心某一距离r处的入射热辐安全距离可以符合GB50074-2002及GB50183
射强度1可通过式(5)计算:
2004要求。
Qt.
(5)2油库储罐爆炸事故分析
式中:I为热辐射强度,kW/m2:Q为火焰表面
(1)物质爆炸量估算
辐射通量,kW;t。为热传导系数,在无相对理想的数
油库区存储物质发生爆炸,按不利情况考虑,取
据时,可取为1.0;r为目标点到液池边界距离,m。爆炸时储罐内物质存储量达到其安全容积(即罐容
汽油罐、柴油罐单个油罐发生火灾时,其池火灾的85%),起火爆炸时的燃烧率为33%,则计算出各
伤亡计算结果见表3。
物质爆炸量分别为汽油631t,柴油1178t。