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1、在油库平面优化设计中的应用,事故后果模拟分析研究,中国石油工程建设公司华东设计分公司,1 油库常见的事故状态 1.1 泄漏 1.2 火灾 1.3 爆炸 2 油库主要危险源分析及平面优化 2.1 基础数据 2.2 计算方法 2.3 油库与周边设施的相对关系 3 结论 参考文献,主要内容,火灾、爆炸是油库常见的重大事故，经常造成严重的人员伤亡和巨大的财产损失，影响社会安定。本文重点阐述有关火灾、爆炸事故后果分析，在分析过程中要运用数学模型，对辨识事故的危险性来说是可参考的。通过对事故后果的模拟分析指导平面设计方案的优化。,摘要,由于设备损坏或操作失误引起泄漏从而大量释放易燃、易爆、有毒有害物质，将
2、会导致火灾、爆炸等重大事故发生。因此，后果分析由泄漏开始。 1)泄漏的主要设备 根据各种设备泄漏情况分析，可将油库中易发生泄漏的设备分类，通常归纳为：管道、挠性连接器、过滤器、阀门、泵、储罐和放散管等。 2)造成泄漏的原因 从人-机系统来考虑造成各种泄漏事故的原因主要有四类： （1）设计失误： （2）设备原因： （3）管理原因： （4）人为失误：,油库常见的事故状态,泄漏,泄漏后果 泄漏一旦出现，其后果不单与物质的数量、易燃性、毒性有关，而且与泄漏物质的相态、压力、温度等状态有关。这些状态可有多种不同的结合，在油库后果分析中。 一般情况下，泄漏的液体在空气中蒸发而生成气体，泄漏后果与液体的性质
3、和贮存条件（温度、压力）有关。 油库一般是常温常压下液体泄漏。这种液体泄漏后聚集在防液堤内或地势低洼处形成液池，液体由于池表面风的对流而缓慢蒸发，若遇引火源就会发生池火灾。 泄漏量的多少都是决定泄漏后果严重程度的主要因素，而泄漏量又与泄漏时间长短有关。,油库常见的事故状态,泄漏,1)液体泄漏量 液体泄漏速度可用流体力学的柏努利方程计算，其泄漏速度为：,油库常见的事故状态,式中，Q0液体泄漏速度，kg/s； Cd液体泄漏系数，按表1-1选取s； A裂口面积，m2； 泄漏液体密度，kg/ m3； P容器内介质压力，Pa； P0环境压力，Pa g重力加速度，9.8 m/ s2； h裂口之上液位高度，
4、m。,泄漏,泄漏后的扩散 泄漏物质的特性多种多样，而且还受原有条件的强烈影响，但大多数物质从容器中泄漏出来后，都可发展成弥散的气团向周围空间扩散，对可燃气体若遇到引火源会着火。 油库内油品泄露后，液体泄漏后立即扩散到地面，一直流到低洼处或人工边界，如防火堤、岸墙等，形成液池。,油库常见的事故状态,泄漏,易燃、易爆的气体、液体泄漏后遇到引火源就会被点燃而着火燃烧。它们被点燃后的燃烧方式有池火、喷射火、火球和突发火四种。 池火 可燃液体(如汽油、柴油等)泄漏后流到地面形成液池，或流到水面并覆盖水面，遇到火源燃烧而成池火。 当液池中的可燃液体的沸点高于周围环境温度时，液体表面上 单位面积的燃烧速度d
5、m/dt为：,油库常见的事故状态,火灾,式中，dm/dt 单位表面积燃烧速度，kg/m2s； Hc液体燃烧热；J/kg； Cp液体的定压比热；J/kgK； Tb液体的沸点，K； T0环境温度，K； H液体的气化热，J/kg。,喷射火 加压的可燃物质泄漏时形成射流，如果在泄漏裂口处被点燃，则形成喷射火。这里所用的喷射火辐射热计算方法是一种包括气流效应在内的喷射扩散模式的扩展。把整个喷射火看成是由沿喷射中心线上的所有几个点热源组成，每个点热源的热辐射通量相等。 点热源的热辐射通量按下式计算：,油库常见的事故状态,火灾,q=Q0Hc 式中，q点热源热辐射通量，W； 效率因子，可取0.35; Q0泄漏
6、速度，kg/s; Hc燃烧热，J/kg。,突发火 泄漏的可燃气体、液体蒸发的蒸气在空中扩散，遇到火源发生突然燃烧而没有爆炸。此种情况下，处于气体燃烧范围内的室外人员将会全部烧死。 突发火后果分析，主要是确定可燃混合气体的燃烧上、下极限的廓线及其下限随气团扩散到达的范围。为此，可按气团扩散模型计算气团大小和可燃混合气体的浓度。,油库常见的事故状态,火灾,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。,油库常见的事故状态,火灾,爆炸是物质的一种非常急剧的物理、化学变化，也是大量能量在短时间内迅速释放
7、或急剧转化成机械功的现象。它通常是借助于气体的膨胀来实现。 从物质运动的表现形式来看，爆炸就是物质剧烈运动的一种表现。物质运动急剧增速，由一种状态迅速地转变成另一种状态，并在瞬间内释放出大量的能。 1）爆炸过程进行得很快； 2）爆炸点附近压力急剧升高，产生冲击波； 3）发出或大或小的响声； 4）周围介质发生震动或邻近物质遭受破坏。,油库常见的事故状态,爆炸,按爆炸性质可分为物理爆炸和化学爆炸。物理爆炸就是物质状态参数（温度、压力、体积）迅速发生变化，在瞬间放出大量能量并对外做功的现象。化学爆炸就是物质由一种化学结构迅速转变为另一种化学结构，在瞬间放出大量能量并对外做功的现象。如可燃气体、蒸气或
8、粉尘与空气混合形成爆炸性混合物的爆炸。 从油库爆炸事故案例分析来看，有以下几种化学爆炸类型： （1）蒸气云团的可燃混合气体遇火源突然燃烧，是在无限空间中的气体爆炸； （2）受限空间内可燃混合气体的爆炸； 总之，发生化学爆炸时会释放出大量的化学能，爆炸影响范围较大；而物理爆炸仅释放出机械能，其影响范围较小。,油库常见的事故状态,爆炸,储罐爆炸时，爆破能量在向外释放时以冲击波能量、碎片能量和容器残余变形能量三种形式表现出来。根据介绍，后二者所消耗的能量只占总爆破能量的3%15%，也就是说大部分能量是产生空气冲击波。,油库常见的事故状态,爆炸,1000kgTNT爆炸时的冲击波超压,根据下列公式进行计
9、算：,油库常见的事故状态,成品油TNT摩尔量与可燃性化学品燃烧热热计算,式中，WTNT 燃料的TNT摩尔量； Q 燃料燃烧后放出的总热量； Wf 云团中燃料的质量（kg）； Hf 燃料的燃烧热（kJ/kg）； HTNT TNT的爆热（kJ/kg），HTNT4500kJ/kg； Ae TNT当量系数，推荐Ae=0.04。,举例：某油库库内共布置3个罐组，分别为柴油罐组、汽油罐组、柴油乙醇罐组，对不同的罐组选取最差条件下油罐泄漏引发火灾爆炸事故时，根据计算，本油库出现火灾、爆炸事故事故造成人员伤亡的范围见下表。 本工程可能出现的最严重的事故为储罐泄漏发生火灾爆炸事故。分别以5000m3汽油储罐、9
10、000m3柴油储罐以及2000m3乙醇储罐发生池火灾事故为例进行模拟。,油库平面优化,基础数据,危险源分析,危险化学品的数量、分布及状态表,注：选取5000m3汽油储罐和9000m3柴油储罐。,油库平面优化,危险源分析,注：防火堤高为1.8m，隔堤高为1.6m。,油库平面优化,1）死亡半径R1 13.6(WTNT /1000)0.37 R1= P1 2）重伤半径R2 R2= R1/P2 3）轻伤半径R3 R3= R1/P3 (三式中P1、2、3为冲击波峰超压值单位：kg/cm2)。 4）财产损失半径 对于爆炸性破坏，见财产损失半径R财： R财=KWTNT1/3/1+(3175/WTNT)21/
11、6 式中：K二级破坏系数，取5.6,计算方法,油库平面优化,计算方法,京沪铁路,京福高速公路,莱钢永锋钢铁厂专用线,张辛村,污水处理,专用线引线 长度445m,R=126.7,R=129.98,油库平面优化,平面优化,京沪铁路,京福高速公路,莱钢永锋钢铁厂专用线,张辛村,污水处理,专用线引线 长度445m,R=159.25,R=129.98,油库平面优化,平面优化,本油库平面布置储罐区主要布置在库区南侧，影响最大的为库区西侧柴油乙醇罐组靠近村庄居民区，如果根据石油库设计规范要求，二级油库罐区防火堤至居民区距离90米即可满足要求，但通过火灾爆炸模型分析得出柴油乙醇罐组爆炸轻伤半径为126.7米，
12、超过了规范要求。如果平面布置时，汽油罐组靠近村庄，则可以在其重伤半径91.14内,对村庄的影响更大,通过平面优化,最终采用小罐组靠近村庄方案。降低了事故对周边的影响。,油库平面优化,结语,通过对本案例中的油库火灾爆炸模型的分析显示，同容量下爆炸当量较大的汽油其影响范围较大，而对于爆炸当量较小的柴油和乙醇影响范围较小；同种介质情况下，单罐容量越大影响范围较大。 火灾爆炸模型计算间距是基于数学模型计算得出，从以上分析可以看出，与石油库设计规范存在不同的结果，在平面设计优化中，在满足石油库规范的前提下，要考虑火灾爆炸模型计算数据，通过方案优化做到尽量减少事故状态下对周边的影响。 本案例中的油库平面布
13、局方案中，选择罐容较小的罐组靠近村庄居民区，而影响范围较大的汽油罐组设置在库区中心位置。保证了油库火灾爆炸状态下对周边设施特别是居民区的影响最小。,参考文献,1 郭光臣,董文兰,张志廉.油库设计与管理M.东营:石油大学出版社，1991. 2 樊宝德 油库设计手册，中国石化出版社，2007年. 3 英J.R.休斯著，潘光坦译.石油储存和装卸的防火防爆M.北京:石油工业出版社，1987. 4 寿德清.储运油料学M.东营:石油大学出版社,1988. 5危险化学品安全管理条例（中华人民共和国国务院令第344号，2002年3月15日起实施）； 6 竺柏康.油品储运M.北京:中国石化出版社,1999. 7
14、 GB500742002,石油库设计规范（2003年版）S. 8 Howard B. Bradley. Petroleum Engineering HandbookM. Richardson, TX, U.S.A.: Society of Petroleum Engineers, 1987. 9 袁恩熙.工程流体力学M.北京:石油工业出版社,1986. 10 李征西,徐思文.油品储运设计手册M.北京:石油工业出版社, 1997. 11国家安全监管总局关于印发危险化学品建设项目安全设施目录（试行）和危险化学品建设项目安全设施设计专篇编制导则（试行）的通知 安监总危化2007225号；,汇报到此结束 谢谢各位领导及专家,： 中国石油工程建设公司,
