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丙、丁烷储罐事故后果分析
摘 要：分析了丙、丁烷的危险特性及丙、丁烷储罐潜在的泄漏、火灾爆炸危险性及发生火灾爆炸事故的原因；比较了丙、丁烷储罐区池火、喷射火和沸腾液体扩展蒸气爆炸事故后果分析方法；提出了预防丙、丁烷储罐区火灾爆炸事故的技术措施。

关键字：丙、丁烷储罐、火灾、爆炸、事故后果分析

1前言
事故后果分析是一种对危险源预测和控制的有效方法。它通过估计重大事故发生后会有哪些不良的影响，以及这些不良影响所造成的伤亡、损害的严重性，来为人们制定防范措施提供依据。丙、丁烷常用于有机物合成和乙烯制造，用作燃料和制冷剂，具有易燃易爆性，如果泄漏至空气中，可能产生火灾爆炸事故。丙、丁烷储罐储量大，潜在危险性高，蕴含巨。大能量的储罐一旦发生重大事故将波及周围环境，甚至引起严重的连锁反应，后果不堪设想。因此，通过分析可能发生事故的原因，对其发生池火灾、喷射火、沸腾液体扩展蒸气爆炸和蒸气云爆炸事故后果进行模拟分析并提出相应的建议和对策，可为同类储罐使用企业的安全管理提供科学依据和参考，有利于帮助企业制定防范措施以及事故应急救援预案，减少人员伤亡和财产损失，对预防重特大事故发生具有重要意义。
2丙、丁烷主要危险性分析
表1为丙、丁烷的燃烧爆炸特性。丙、丁烷火灾危险性类别为甲A类，闪点低（丙烷为-104℃，丁烷为-82℃），爆炸下限低（2.25％）且爆炸范围大。丙、丁烷常温下极易气化，气化后气体体积迅速扩大250~300倍，而且气态比重是空气的1.5~2.0倍，易向低洼处积聚或沿表面扩散，欲遇火极易发生燃烧爆炸。丙、丁烷热膨胀系数高，受热极易膨胀，当容器内满液时，温度每升高1℃，体积膨胀0.3~0.4％，气压增大19.6~29.4千帕，密闭容器内极易发生物理性爆炸。此外，丙、丁烷的电阻率高达1011~1014Ω／㎝，据测定，从容器、设备、管道中喷出时产生的静电位可达9000伏，极易引起爆炸事故。
表1 丙、丁烷的燃烧爆炸特性
主要成分 丙烷 丁烷
闪点／℃ -104 -82
自然点／℃ 493 408
最小引燃能量／mJ 0.31 0.25
爆炸下限／％（体积分数） 2.37 1.86
爆炸上限／％（体积分数） 9.50 8.41
高热值／10³kJ／m³ 101.2 133.8
低热值／10³kJ／m³ 93.1 123.5
火灾危险类别 甲A 甲A
3丙、丁烷储罐发生火灾爆炸事故原因分析
根据《世界石油化工企业近30年100起特大型火灾爆炸事故汇编》的统计，引起储罐区火灾爆炸事故事故的原因分布情况见表2

表2 液化石油气储罐区火灾爆炸事故的原因分布情况
序号 事故原因 事故件数 事故比例／％ 位序
1 阀门管道泄漏 34 35.1 1
2 泵设备故障 18 18.2 2
3 操作失误 15 15.6 3
4 仪表电气设备失灵 12 12.4 4
5 反应失控 10 10.4 5
6 雷击引起火灾爆炸 8 8.2 6
合计 97 100
从表中可以看出，事故原因中排名前3位的分别是阀门管道泄漏、泵设备故障和操作失误。因此，建议化工行业企业加强对液化石油气储罐的安全管理，政府部门应加强对企业的监督和指导。
4丙、丁烷储罐事故后果分析
火灾爆炸事故类型包括池火灾、喷射火灾、沸腾液体扩展蒸气爆炸和未封闭蒸气云爆炸。沸腾液体扩展蒸气爆炸事故是当储罐突然破裂使储罐内物质的压力平衡被破坏，造成介质急剧气化，并随即被火焰点燃时发生沸腾液体扩展蒸气爆炸。未封闭蒸气云爆炸是指泄漏出来的介质与空气形成混合气体中可燃物质的浓度在爆炸极限范围内，并遇到延迟点火的情况下所导致蒸气云爆炸。丙、丁烷通常在常温高压条件下储存，如果操作失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、阀门损坏造成丙、丁烷泄漏。因为丙、丁烷温度远高于其大气压下的沸点，泄漏出的丙、丁烷立即剧烈气化，发生闪蒸。对于储罐管道、阀门损坏的情况，丙、丁烷液相连续喷射泄漏、闪蒸，如果立即被点燃，则发生喷射火，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或蒸气云爆炸；液相积聚并流向低洼处形成液池，延迟或远处点燃则发生池火。若储罐破裂严重，丙、丁烷大量泄漏、闪蒸，如果立即被点燃，则发生沸腾液体扩展蒸气爆炸，如果没有立即被点燃，与上述储罐管道、阀门损坏丙、丁烷泄漏情况相同，气相扩散与空气混合形成蒸气云，延迟或远处点燃则发生闪火或蒸气云爆炸液相积聚并流向低洼处形成液池，延迟或远处点燃则发生池火。图1为储罐管道阀门损坏致丙、丁烷液相连续喷射泄漏发生火灾爆炸事故树形图。图2为储罐破裂丙、丁烷大量泄漏发生火灾爆炸事故树形图。下面仅就池火灾、喷射火灾、沸腾液体扩展蒸气爆炸进行分析。
储罐破裂
丙、丁烷泄漏
沸腾液体扩展蒸气爆炸
液相积聚形成液池
气相扩散
成蒸气云
池火
闪火或蒸气云爆炸
是
否
延迟或
远处点燃
储罐管道阀门损坏致丙、丁烷泄漏
喷射火
液相积聚形成液池
气相扩散形成蒸气云
池火
闪火或蒸气云爆炸
是
立即
点燃
延迟或
远处点燃

立即
点燃

图2 储罐破裂丙、丁烷大量泄漏发生火灾爆炸事故树形图
图1 储罐管道阀门损坏致丙、丁烷液相连续喷射泄漏发生火灾爆炸事故树形图
否

4.1丙、丁烷储罐区池火事故后果分析
池火计算模式采用TNDL标准的经验公式确定辐射热
1. 计算储罐区的池直径D

D=(4S／3.14) ½

式中S为防火堤内的液池面积，m²。
2. 确定火焰高度 h

h=42D

式中D为池直径，m；为燃烧速度，kg··；为空气密度，kg·；g为重力加速度，9.8kg·。

3. 计算液池燃烧时的热辐射通量

Q=

式中，r为池半径，m；为燃烧热，丙、丁烷为15605.5kJ／kg；为燃烧速度，kg··；η为效率因子，可取0.24；h为火焰高度。
4. 计算目标入射热辐射强度I
假定全部热辐射通量由液池中心点的小球面辐射出来，则在距离液池中心某一距离x处的入射热辐射强度为

I=Q ／（4π）

式中，I为热辐射强度，W／ m²；Q为总热辐射通量，W；为热出传导系数，在无相对理想的数据时可取1；x为目标点到液池中心距离，m。
4.2丙、丁烷储罐区喷射火事故后果分析
加压气体泄漏时形成射流，如果在裂口处被点燃则形成喷射火，在计算喷射火的热通量时把它看成一系列位于射流轴线上的总热源，每个点热源的热辐射通量都是q，可是可以按射流扩散公式计算总热辐射通量。
点热源热辐射通量可按下式计算：

Q=η

式中，η为效率因子，可取0.35；为燃烧热，J／kg。
喷射火的火焰长度等于从裂口到可燃混合气体燃烧下限的射流轴线长度。有时为了计算简便，取射流轴线距离该点x处一点的热辐射强度为：

式中，R为辐射率，可取0.2；q为点热源的辐射通量，W；x为点热源到对象点的距离，m。
4.3丙、丁烷储罐区沸腾液体扩展蒸气爆炸事故后果分析
沸腾液体扩展蒸气爆炸的危险性有火球热辐射、爆炸冲击波超压和容器碎片。与火球热辐射的危险性相比，爆炸冲击波超压与容器碎片的危险性比较小，因此，沸腾液体扩展蒸气爆炸的主要危险性是火球热辐射。
发生火球燃烧时，火球的最大半径r为：

r=2.665

式中，M为急剧蒸发的可燃物质的质量，kg；
火球燃烧的持续时间t为：

t=1.089

火球燃烧时发出的辐射通量为：
Q
式中，为燃烧热，J／kg；M 为燃烧的物质量，kg；t为燃烧的时间，s ; η为效率因子，取决于设备中可燃物质的饱和蒸汽压P。

η=0.27

距火球中心x处一点的入射热辐射强度I可按下式计算：

I

式中，Q为火球燃烧辐射通量，ω；为空气导热系数。
5丙、丁烷储罐区火灾爆炸事故预防技术措施
为有效防止丙、丁烷储罐区火灾爆炸事故的发生，针对丙、丁烷气的特性和事故特点，应采取严格的事故预防措施：
1.严格遵守相关法律法规和技术标准，储罐区的工艺设计及其附件、输流管线、安全阀及放空设备、安全补偿装置、检测仪表、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.为减少在储罐区内引发火灾创造条件，在储罐区内严禁明火，同时注意防止静电产生。储罐区应具有良好通风条件，不得有丙、丁烷气聚集、积存的地方。
3.加强管理，制定相应的检查制度，定期对各密封点、焊缝及罐体进行检测，同时对安全工作人员加强训练，加强责任心教育，减少人的不安全行为。
4.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，以减少突发事故对储罐区外人员和建筑物的伤害破坏。
参考文献
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