LPG儲(chǔ)罐爆炸事故評(píng)價(jià)及安全管理研究進(jìn)展

劉經(jīng)緯，趙 斌（遼寧石油化工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，遼寧 撫順 1130011）

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LPG儲(chǔ)罐爆炸事故評(píng)價(jià)及安全管理研究進(jìn)展

劉經(jīng)緯，趙 斌
（遼寧石油化工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，遼寧 撫順 1130011）

摘要：LPG儲(chǔ)罐的爆炸事故時(shí)有發(fā)生，一旦出現(xiàn)爆炸事故，將導(dǎo)致大量的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，因此，有必要對(duì)其事故原因進(jìn)行分析，并且提出有效的應(yīng)對(duì)措施。首先，討論了LPG典型事故，并且對(duì)事故類型及事故后果進(jìn)行了分析；其次，研究了LPG儲(chǔ)罐爆炸評(píng)價(jià)方法；最后，討論了LPG儲(chǔ)罐安全防護(hù)措施研究進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：LPG儲(chǔ)罐；爆炸事故；防護(hù)措施

液化石油氣的的成分主要為C3與C4，是甲A類火災(zāi)危險(xiǎn)品，閃點(diǎn)非常低，非常容易燃燒；著火的能量也比較小，體積膨脹系數(shù)比較大，有較大的爆炸危險(xiǎn)性。氣態(tài)的液化石油氣比空氣重，泄漏后非常容易在不同類型的建筑物，構(gòu)筑物空間的低處、地溝、縫隙處聚集；在常壓條件下，LPG沸點(diǎn)小，泄漏后發(fā)生閃蒸，液相LPG將轉(zhuǎn)變成氣相LPG，體積快速增加；液相流動(dòng)時(shí)由于摩擦非常容易形成靜電；LPG具有使人窒息的危害，在嚴(yán)重的情況下使人產(chǎn)生痙攣，并且終止呼吸。液化石油天然氣（LPG）經(jīng)濟(jì)、高效、清潔、環(huán)保，有較大的熱值，因此，已經(jīng)應(yīng)用于工業(yè)，農(nóng)業(yè)和民用領(lǐng)域。

一般而言，能量首先傳輸?shù)胶蚅PG儲(chǔ)罐相鄰的液相和氣相LPG，因此能夠形成相應(yīng)的分層區(qū)。分層區(qū)通常情況下相對(duì)于主流會(huì)有更高的溫度，如果出現(xiàn)壓力泄放，在對(duì)于處于不同位置的介質(zhì)，具有不同的溫度，相應(yīng)的核化速度也有所區(qū)別。在LPG儲(chǔ)罐處于火災(zāi)環(huán)境下的情況下，由于存在分層導(dǎo)致過早地產(chǎn)生處于過熱極限狀態(tài)的液體，進(jìn)而使壓力迅速增大。在LPG儲(chǔ)罐受到熱侵襲的過程中，分層現(xiàn)象使液相和氣相LPG的溫度有所變化，如果處于過熱極限狀態(tài)的液相LPG不能及時(shí)泄放到儲(chǔ)罐外，則有可能在泄漏出噴射出并且發(fā)生爆炸［1］。

1　LPG儲(chǔ)罐典型事故、事故分類和事故后果探究

LPG的存儲(chǔ)條件一般為常溫和高壓，當(dāng)由于操作失誤使LPG儲(chǔ)罐過量充裝，儲(chǔ)罐自身存在設(shè)計(jì)和施工的弊端，儲(chǔ)罐材料處于疲勞狀態(tài)，儲(chǔ)罐材料出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，儲(chǔ)罐受到外力的作用或者處于火災(zāi)環(huán)境下，將出現(xiàn)嚴(yán)重的破壞，管道和閥門出現(xiàn)破壞，從而產(chǎn)生LPG的泄漏事故，因?yàn)長(zhǎng)PG溫度相對(duì)于大氣壓條件下的沸點(diǎn)要高出很多，泄漏出去的LPG將迅速地氣化，同時(shí)出現(xiàn)閃蒸［2］。

LPG儲(chǔ)罐的爆炸事故時(shí)有發(fā)生。1978年 7月11日，在西班牙巴塞羅那市與帕倫西亞市之間的高速公路的旁道上處于行駛狀態(tài)的液化丙烯罐車發(fā)生爆炸事故，嚴(yán)重地破壞了地中海沿岸側(cè)的一個(gè)露營場(chǎng)。事故導(dǎo)致215人死亡，67人受傷，大約有100輛汽車與 14棟建筑物遭受不同程度的損毀。1984 年 11月，在墨西哥城發(fā)生了重大的液化石油氣（LPG）站爆炸事故，事故導(dǎo)致542人死亡，7 000多人受傷，涉及的事故面積大約為27萬m3。2014 年9月18日，美國得克薩斯州貝敦市一個(gè)儲(chǔ)油罐遭雷電擊中爆炸起火后，導(dǎo)致另一個(gè)儲(chǔ)油罐和3個(gè)鹽水罐受損，損失原油約1 400桶。2015年7月16日日照市嵐山區(qū)石大科技有限公司1 000 m3液化烴球罐在倒罐作業(yè)中發(fā)生泄漏，引火爆燃。爆炸瞬間火焰迅速擴(kuò)散到整個(gè)廠區(qū)周邊，巨大的沖擊波將球型儲(chǔ)罐的外殼沖出數(shù)米，周邊明顯感覺到震動(dòng)。

LPG儲(chǔ)罐發(fā)生爆炸的起因絕發(fā)部分是高溫環(huán)境下儲(chǔ)罐產(chǎn)生失效，而高溫環(huán)境的主要原因就是火災(zāi)或者熱輻射。當(dāng)LPG儲(chǔ)罐處于高溫環(huán)境下，因?yàn)閮?nèi)部介質(zhì)的傳熱、儲(chǔ)罐壁溫度、和儲(chǔ)罐內(nèi)壓力失穩(wěn)而引起LPG儲(chǔ)罐的破壞，產(chǎn)生相應(yīng)的事故，常見的事故類型及危險(xiǎn)性如下所示［3］：

BLEVE（蒸汽爆炸）：儲(chǔ)罐出現(xiàn)了破裂，LPG儲(chǔ)罐產(chǎn)生泄漏、出現(xiàn)閃蒸，當(dāng)有明火，泄漏的LPG將被迅速地點(diǎn)燃，此時(shí)出現(xiàn)沸騰液體擴(kuò)展蒸汽爆炸。在發(fā)生蒸汽云爆炸時(shí)，釋放的能量絕大部分都形成了沖擊波，使LPG儲(chǔ)罐周圍的空氣受到劇烈的沖擊作用，導(dǎo)致空氣的瞬間變化，因此，此類事故的后果非常嚴(yán)重，LPG儲(chǔ)罐周圍的建筑物將被嚴(yán)重地破壞，化工廠應(yīng)該避免此類事故的發(fā)生。蒸汽云爆炸的傷害半徑見表1。

表1　蒸汽云爆炸的傷害半徑Table 1　Damage radius of BLEVE

PF（池火）：液相積聚形成液池，延遲或遠(yuǎn)處點(diǎn)燃則發(fā)生池火。當(dāng)儲(chǔ)罐管道、閥門出現(xiàn)破壞，液相LPG產(chǎn)生泄漏，發(fā)生閃蒸，一旦泄漏的介質(zhì)被明火點(diǎn)燃，將產(chǎn)生噴射火。在發(fā)生池火時(shí)，對(duì)LPG儲(chǔ)罐周圍設(shè)備產(chǎn)生威脅的主要因素就是熱輻射，不同程度的事故產(chǎn)生的熱輻射值不同，對(duì)周圍設(shè)備的威脅程度也不同，具體情況見表2。

表2　不同熱輻射程度的池火災(zāi)的傷害程度Table 2　Injury extent of PF with different radiation level

2　LPG儲(chǔ)罐爆炸評(píng)價(jià)方法

LPG儲(chǔ)罐爆炸事故后果分析的方法主要有［4］：

2.1模糊數(shù)學(xué)和灰色關(guān)聯(lián)法

由于 LPG儲(chǔ)罐爆炸事故的評(píng)價(jià)屬于一種多因素、多目標(biāo)和多層次的系統(tǒng)，在評(píng)價(jià)過程中，許多影響因素都具有模糊性，因此，應(yīng)該采取模糊數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。模糊綜合評(píng)價(jià)模型能夠有效地處理有多種模糊性影響因素的問題，按照設(shè)定的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，通過模糊變換進(jìn)行LPG儲(chǔ)罐爆炸事故的總體評(píng)價(jià)。根據(jù) LPG儲(chǔ)罐的實(shí)際狀況構(gòu)建相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，利用層次分析法計(jì)算出不同評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)值，構(gòu)建出權(quán)值向量，然后利用灰色關(guān)聯(lián)分析對(duì)影響因素進(jìn)行評(píng)價(jià)，計(jì)算出不同評(píng)價(jià)指標(biāo)和LPG儲(chǔ)罐安全的相關(guān)性，從而避免了主觀因素的影響，獲得科學(xué)合理的權(quán)值向量，最后可以得到出準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)結(jié)論。

2.2事故樹分析法

事故樹分析是安全系統(tǒng)工程中的分支方法，可以發(fā)現(xiàn) LPG儲(chǔ)罐爆炸事故系統(tǒng)中潛在危險(xiǎn)因素以及相互之間的影響，利用定性和定量相結(jié)合的方法進(jìn)行LPG儲(chǔ)罐爆炸事故的評(píng)價(jià)。在評(píng)價(jià)的過程中，利用三角模糊數(shù)表征 LPG儲(chǔ)罐爆炸事故各個(gè)基本事件的概率，依據(jù)事故樹和模糊算子獲得頂事件的概率分布，利用中值法分析模糊重要度，從而能夠確定相應(yīng)LPG儲(chǔ)罐爆炸的主要影響因素，從而能夠?yàn)樘岣週PG儲(chǔ)罐提供有效的技術(shù)支持。

2.3有限元法

有限元技術(shù)是一種先進(jìn)的數(shù)值模擬技術(shù)，可以有效地分析非線性問題，而LPG儲(chǔ)罐爆炸事故中各個(gè)物理量的變化均屬于非線性問題，因此，利用有限元技術(shù)對(duì)火災(zāi)環(huán)境下 LPG儲(chǔ)罐力學(xué)行為和熱力學(xué)特性進(jìn)行分析是切實(shí)可行的。采用有限元仿真技術(shù)能夠比較容易地計(jì)算出 LPG球罐的不同部件的受熱后的應(yīng)力，并且以直觀的三維圖顯示出來。目前，許多研究機(jī)構(gòu)通過有限元分析軟件對(duì)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行預(yù)測(cè)仿真分析，對(duì)LPG儲(chǔ)罐在高溫條件下內(nèi)部介質(zhì)的熱響應(yīng)進(jìn)行數(shù)值分析。利用有限元分析技術(shù)能夠有效地對(duì)LPG儲(chǔ)罐的爆炸事故進(jìn)行系統(tǒng)分析。

3　LPG儲(chǔ)罐安全防護(hù)措施研究進(jìn)展

LPG在外界高溫條件下儲(chǔ)罐本身的以及內(nèi)部的介質(zhì)傳熱儲(chǔ)罐傳熱，儲(chǔ)罐內(nèi)部壓力隨之而變，儲(chǔ)罐的失效時(shí)間也發(fā)生相應(yīng)的改變。根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究成果可知，影響LPG儲(chǔ)罐安全的因素包括：儲(chǔ)罐是否采用了有效的防護(hù)措施，儲(chǔ)罐的充裝水平是否合理，火災(zāi)包圍狀況，外界是否存在自然風(fēng)，風(fēng)速和風(fēng)向變化的狀況［5］。

LPG儲(chǔ)罐主要可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行安全管理：

（1）壓力控制

壓力是LPG儲(chǔ)罐的主要參數(shù)，需要對(duì)其進(jìn)行有效地控制。應(yīng)該實(shí)時(shí)地測(cè)試LPG儲(chǔ)罐的壓力變化數(shù)據(jù)，管理人員應(yīng)該認(rèn)真地巡視，一旦發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)匯報(bào)。應(yīng)該盡可能避免 LPG儲(chǔ)罐在極端條件下工作，防止壓力過大。嚴(yán)格遵守操作規(guī)范，避免違章操作［6］。

（2）液位控制

當(dāng)工作環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，液位也隨之變化，當(dāng)液位變化時(shí)，相應(yīng)的保護(hù)措施也隨之變化。為了能夠避免儲(chǔ)存過量，可以采取報(bào)警控制系統(tǒng)，減小LPG儲(chǔ)罐液位檢測(cè)誤差。應(yīng)該定期對(duì) LPG儲(chǔ)罐進(jìn)行檢查，將其液位的變化做好記錄，如果發(fā)生異?，F(xiàn)象，應(yīng)該及時(shí)處理，避免LPG儲(chǔ)罐在過高或者過低的液位下工作。

（3）冷卻控制

LPG儲(chǔ)罐爆炸的原因有兩個(gè)，一方面是LPG儲(chǔ)罐的內(nèi)部壓力不斷增加；另外一方面是LPG儲(chǔ)罐罐壁溫度增加導(dǎo)致罐壁強(qiáng)度的降低。因此，應(yīng)該選擇有效的手段避免儲(chǔ)罐內(nèi)部壓力的增加以及罐壁溫度的增加，能夠更好地防止LPG儲(chǔ)罐事故。水冷卻是一種有效的方式，主要包括固定水噴淋、固定水炮、水噴霧等形式。

（4）嚴(yán)格遵循LPG儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)和制造規(guī)范

LPG儲(chǔ)罐自身存在著較大的危險(xiǎn)性，因此，對(duì)于LPG儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)與制造等方面的管理，國家有關(guān)機(jī)構(gòu)提出了非常嚴(yán)格的要求，因此，LPG儲(chǔ)罐的制造企業(yè)應(yīng)該具備設(shè)計(jì)和制造資質(zhì)，否則，就沒有資格進(jìn)行LPG儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)與制造?？梢栽O(shè)計(jì)LPG儲(chǔ)罐的企業(yè)應(yīng)該遵循國家的相關(guān)規(guī)范，這樣才能避免爆炸事故的發(fā)生。

4　結(jié) 論

LPG儲(chǔ)罐是國家的主要資產(chǎn)，其安全運(yùn)行對(duì)于國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有非常重要的作用，此外，LPG儲(chǔ)罐的經(jīng)濟(jì)價(jià)值非常大，而且儲(chǔ)存的油品自身存在較大的價(jià)值，因此，價(jià)值相當(dāng)可觀。儲(chǔ)油罐操作運(yùn)行及安全管理應(yīng)該嚴(yán)格按照國家或石油石化企業(yè)頒布的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，防止LPG儲(chǔ)罐事故的發(fā)生，保障石油石化企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益。不僅應(yīng)該關(guān)注LPG儲(chǔ)罐主體的安全，LPG儲(chǔ)罐的附件的安全管理也必須給予足夠的關(guān)注，從而能夠更好地避免LPG儲(chǔ)罐的爆炸事故或者漏油事故。針對(duì)長(zhǎng)時(shí)運(yùn)行的 LPG儲(chǔ)罐，應(yīng)該定期地進(jìn)行在線完整性檢測(cè)，采取更為先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)，發(fā)現(xiàn)LPG儲(chǔ)罐中存在的安全隱患，避免事故的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

［1］邢志祥，楊乃軍，郝永梅.高溫環(huán)境下LPG儲(chǔ)罐熱響應(yīng)及安全防護(hù)的研究進(jìn)展［J］.消防科學(xué)與技術(shù)，2014，33（9）∶979-983.

［2］李驍驊，王晶禹.LPG儲(chǔ)罐的失效原因分析［J］.工業(yè)安全與環(huán)保，2007，33（6）∶44-46.

［3］孫文棟，方江敏.LPG儲(chǔ)罐火災(zāi)爆炸事故后果模擬方法研究［J］.工業(yè)安全與環(huán)保，2009，35（12）∶44-45.

［4］黃昆 ，蔣宏業(yè)，李余斌.LPG儲(chǔ)罐火災(zāi)與爆炸事故分析［J］.西南石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，26（5）∶74-76.

［5］梁韜，陳國華，張瑞華，顏偉文.SAFETI在LPG儲(chǔ)罐事故后果評(píng)價(jià)中的應(yīng)用［J］.油氣儲(chǔ)運(yùn)，2006，25（2）∶53-58.

［6］張雅萍，蘇舉端，于勝男.液化石油氣（LPG）儲(chǔ)罐安全監(jiān)測(cè)研究［J］.工業(yè)安全與環(huán)保，2010，（2）∶31-33.

Research Progress of Explosion Accident Evaluation and Safety Management for LPG Tanks

LIU Jing-wei，ZHAO Bin
（School of Mechanical Engineering，Liaoning Shihua University，Liaoning Fushun 113001，China）

Abstract：The explosion accident of LPG tank happens all the time；once explosion accident of LPG tank happens，a large number of casualties and economic losses will be caused，therefore it is necessary to carry out accident analysis for LPG tank，and effective countermeasures should be put forward.Firstly，the classic accidents were discussed，and the accident type and results of LPG tank were analyzed.Secondly，the LPG tank explosion evaluation method was studied.Finally，the safety countermeasures of LPG tank were summarized.

Key words：LPG tank；Explosion accident；Safety countermeasures

中圖分類號(hào)：TQ 052

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-0460（2016）01-0067-03

收稿日期：2015-09-10

作者簡(jiǎn)介：劉經(jīng)緯（1994-），男，遼寧省大連市人，研究方向：主要研究石油化工設(shè)備的安全分析。E-mail：630601772@qq.com。