加油站儲(chǔ)罐火災(zāi)與爆炸危險(xiǎn)區(qū)域分析

周德紅，趙 寧

（武漢工程大學(xué)環(huán)境與城市建設(shè)學(xué)院，湖北 武漢 430074）

0 引 言

近幾年國(guó)內(nèi)外均發(fā)生了多起汽車加油站儲(chǔ)罐由各種原因引起的火災(zāi)、爆炸事故.汽車加油站儲(chǔ)罐區(qū)是加油站涉及油品最多的區(qū)域，油品均屬于易燃液體，發(fā)生火災(zāi)、爆炸事故的概率較大，而且一旦發(fā)生事故，后果相當(dāng)嚴(yán)重.因此，對(duì)加油站儲(chǔ)罐火災(zāi)、爆炸的危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行研究，從而確定儲(chǔ)罐區(qū)的平面布局和各相鄰建筑物的防火間距是很有必要的.通過合理確定加油站的安全間距，對(duì)汽車加油站安全設(shè)計(jì)、應(yīng)急救援、防火防爆、安全管理均有十分重要的意義，繼而從根本上減少加油站事故的發(fā)生.

1 加油站火災(zāi)事故危險(xiǎn)區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算分析

汽車加油站儲(chǔ)罐區(qū)儲(chǔ)存的汽油、柴油易引起火災(zāi)事故，根據(jù)泄漏的油品可以用池火災(zāi)模型計(jì)算火災(zāi)熱輻射危害區(qū)域.本文以武漢市黃陂區(qū)某汽車加油站擬建站火災(zāi)事故風(fēng)險(xiǎn)為例，該加油站位于武漢市黃陂區(qū)環(huán)城新村四組，總用地面積3840.25m2，擬建總建筑面積為494m2.擬建儲(chǔ)存設(shè)施為儲(chǔ)油罐（5個(gè)30m3埋地油罐，其中2個(gè)柴油罐，3個(gè)乙醇汽油罐），總儲(chǔ)存容積為150m3，安全容積為120m3（柴油容積折半計(jì)算）.集中采用防腐地下覆土埋設(shè)，總儲(chǔ)量150m3.基于地質(zhì)狀況及周邊環(huán)境，并保持防火距離，擬將儲(chǔ)油罐集中敷設(shè)在加油站的北部.在儲(chǔ)存區(qū)中涉及的最主要危險(xiǎn)物質(zhì)有乙醇汽油、柴油，設(shè)計(jì)的最大儲(chǔ)存量為乙醇汽油71.1t，柴油54t.該加油站儲(chǔ)罐型號(hào)為HG5－1580－85臥式儲(chǔ)罐，其尺寸表見表1.

為了方便計(jì)算，將儲(chǔ)罐完全看做成一圓柱體，長(zhǎng)度為6000mm，筒體直徑為2400mm.

根據(jù)危險(xiǎn)最大化原則，對(duì)儲(chǔ)罐區(qū)的汽油儲(chǔ)罐進(jìn)行統(tǒng)一計(jì)算，并且對(duì)于池火燃燒面積也采用最大面積，最大面積等于油罐長(zhǎng)和直徑的乘積.

由πr2＝3dL計(jì)算出液池當(dāng)量圓半徑，得：

汽油的燃燒速度與多種因素有關(guān)，儲(chǔ)罐直徑、水的含量、液面高度的下降、風(fēng)速、燃燒區(qū)傳給液體的熱量等都會(huì)對(duì)汽油的燃燒速度產(chǎn)生影響.

實(shí)際中燃燒速度可以通過經(jīng)驗(yàn)公式估算出來(lái)，也可以通過采樣模擬測(cè)定汽油燃燒速度，還可以通過查詢手冊(cè)得到.

油罐火災(zāi)火焰高度取決于油罐直徑和油罐內(nèi)儲(chǔ)存的油品種類.由計(jì)算池火火焰高度的經(jīng)驗(yàn)公式［1］：

得油罐火災(zāi)火焰高度為：

假定能量由圓柱形火焰?zhèn)让婧晚敳肯蛑車鶆蜉椛?，由?jì)算熱通量的公式［1］：

得油罐熱通量為：

如果液池中心的小球面把輻射熱全部輻射出來(lái)，那么，距離液池中心距離x處的入射輻射強(qiáng)度計(jì)算公式為：

根據(jù)熱輻射值對(duì)人體的傷害和周圍設(shè)施的破壞情況，由火災(zāi)熱輻射通量“傷害－破壞”準(zhǔn)則，推導(dǎo)出不同危害情況下的危害距離，即：

將所計(jì)算出的結(jié)果導(dǎo)入不同熱輻射引起人體的傷害及設(shè)備破壞表見表2［2］.

表2 不同熱輻射值引起對(duì)人體的傷害及設(shè)備的破壞Table 2 Human and equipment injury according to different thermal radiation values

2 加油站爆炸危險(xiǎn)區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)分析

從能量釋放的角度出發(fā)，對(duì)加油站爆炸后果進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，依據(jù)爆炸事故產(chǎn)生的爆炸沖擊波對(duì)周圍設(shè)備和人員的傷害程度進(jìn)行評(píng)估.

根據(jù)以上實(shí)例，該汽車加油站儲(chǔ)罐汽油量按最大設(shè)計(jì)量71.1t計(jì)算.

把該加油站中汽油儲(chǔ)罐看成一個(gè)整體，并假設(shè)同時(shí)發(fā)生爆炸，將汽油罐的中心作為爆炸原點(diǎn)，不考慮儲(chǔ)油罐之前發(fā)生爆炸的相互影響和前后順序.此處只針對(duì)火災(zāi)爆炸的影響程度，不考慮發(fā)生爆炸后可能發(fā)生的二次事故造成的影響程度.

根據(jù)計(jì)算儲(chǔ)罐爆炸能量的公式［3］：

計(jì)算加油站TNT當(dāng)量，得：

根據(jù)萊克霍夫計(jì)算公式，萊克霍夫砂質(zhì)土壤中的沖擊波超壓與距離關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式［4］為：

通過轉(zhuǎn)換計(jì)算半徑，得：

通過公式（6）和（7），可以計(jì)算人員傷害范圍：

當(dāng)P＝0.02MPa時(shí)，

將以上計(jì)算結(jié)果導(dǎo)入人員傷害超壓準(zhǔn)則表［1］，見表3.

表3 人員傷害超壓準(zhǔn)則Table 3 Overpressure criteria for personal injury

再根據(jù)公式（7）計(jì)算出建筑物的傷害范圍如下：

當(dāng)P＝0.005MPa時(shí)，

當(dāng)P＝0.070MPa時(shí)，

將以上計(jì)算結(jié)果導(dǎo)入爆炸波超壓對(duì)建筑物的破壞作用表［1］，見表4.

表4 爆炸波超壓對(duì)建筑物的破壞作用Table 4 Damage effects on buildings for overpressure blast wave

3 儲(chǔ)罐火災(zāi)、爆炸計(jì)算結(jié)果分析

a.不同熱輻射值引起對(duì)人體的傷害及設(shè)備的破壞不同，由入射通量與危害半徑的關(guān)系表2，繪制坐標(biāo)圖如圖1.結(jié)合表2和圖1可知：

①半徑在3.86m以內(nèi)的設(shè)施全部損壞，人員全部損壞；

②半徑在4.72m以內(nèi)的設(shè)施嚴(yán)重?fù)p壞，人員在1min內(nèi)撤不出則全部死亡；

③半徑在4.72～6.69m內(nèi)設(shè)施不同程度損壞，人員受到嚴(yán)重?zé)齻?min內(nèi)撤不出1%會(huì)死亡；

④半徑在6.69～11.8m內(nèi)人員有不同程度的燒傷；

⑤半徑在11.8m外人員較安全；

⑥半徑在18.67m以外人員不受傷害，半徑在6.69m以外建筑物不受損壞.

b.根據(jù)計(jì)算出的儲(chǔ)罐爆炸沖擊波超壓對(duì)人危害半徑的關(guān)系表3，繪制坐標(biāo)圖如圖2.

由表3和圖2可知，當(dāng)超壓小于0.02MPa時(shí)，人員免于損壞，此時(shí)即安全距離，即10.32m.

圖1 入射通量與危害半徑圖Fig.1 Incident flux and hazard radius

圖2 超壓與人員傷害半徑圖Fig.2 Overpressure and personal injury radius

圖3 超壓與建筑物傷害半徑圖Fig.3 Overpressure and building damage injury radius

根據(jù)計(jì)算出的儲(chǔ)罐爆炸沖擊波超壓對(duì)建筑物危害半徑的關(guān)系表4，繪制坐標(biāo)圖如圖3.

由表4和圖3可知，如果超壓小于5kPa時(shí)，建筑物不會(huì)遭受破壞，所以，其安全距離為16.39m.

c.由表2和圖1可知，半徑為11.8m時(shí)，熱輻射強(qiáng)度為4.0W／m2，傷害程度為20s以上感覺疼痛，未必起泡，屬于可接受范圍.而《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50016－2006））規(guī)定二級(jí)站與民用建筑的距離不小于12m.從中可知此加油站的距離15m滿足規(guī)定.

此加油站儲(chǔ)罐到站房的距離約為25.2m，到民房的距離約為15m，由于計(jì)算中是按儲(chǔ)罐中心出發(fā)的，加油站儲(chǔ)罐到站房的實(shí)際距離為28.2m，加油站儲(chǔ)罐到民房的實(shí)際距離約大于18m，大于安全距離，所以此加油站的距離滿足安全.

d.由于同等危害情況下，爆炸危害區(qū)域大于火災(zāi)危害區(qū)域，即爆炸的安全距離大于火災(zāi)的安全距離，因此在汽車加油站儲(chǔ)罐區(qū)周邊設(shè)置其他建筑物或設(shè)備設(shè)施時(shí)，要重點(diǎn)考慮儲(chǔ)罐發(fā)生爆炸所波及的危害范圍.

4 結(jié) 語(yǔ)

汽車加油站儲(chǔ)罐區(qū)易發(fā)生火災(zāi)、爆炸事故，池火災(zāi)和蒸氣云爆炸、G·M萊克霍夫計(jì)算方法均可以計(jì)算加油站儲(chǔ)罐區(qū)的危險(xiǎn)性，并能夠精確計(jì)算出發(fā)生火災(zāi)、爆炸的危險(xiǎn)區(qū)域.通過危險(xiǎn)區(qū)域半徑的計(jì)算，能夠?yàn)樘岣咂嚰佑驼镜娘L(fēng)險(xiǎn)控制、應(yīng)急管理水平起著十分重要的意義.

a.通過對(duì)汽車加油站火災(zāi)爆炸危害區(qū)域進(jìn)行研究，可以論證新建加油站的安全距離設(shè)計(jì)是否滿足國(guó)家規(guī)定的安全規(guī)范和職業(yè)安全健康要求，補(bǔ)充提出消除、預(yù)防或減弱裝置危險(xiǎn)性、提高裝置安全運(yùn)行等級(jí)的對(duì)策措施，以利于提高建設(shè)項(xiàng)目本質(zhì)安全程度.

b.為加油站安全管理的系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化、科學(xué)化提高依據(jù)和條件，為安全生產(chǎn)監(jiān)督管理部門實(shí)施建設(shè)項(xiàng)目安全許可提供參考.

c.計(jì)算出汽車加油站火災(zāi)、爆炸危害區(qū)域的范圍，為加油站合理平面布局、有針對(duì)性地制定安全對(duì)策措施、防火防爆提供一定的參考依據(jù).

［1］戴樹和.工程風(fēng)險(xiǎn)分析技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

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［3］劉詩(shī)飛，詹予忠.重大危險(xiǎn)源辨識(shí)及危害后果分析［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

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