LPG儲罐泄漏后果模擬及預防措施研究

張燕良，魏傳深，李 寧

(1.中國石油大學(華東)，山東 青島 266580，2.中國石油化工股份有限公司洛陽分公司，河南 洛陽 471001；3.中國化工正和集團股份有限公司，山東 東營 257342)

化工廠液化石油氣(Liquefied Petroleum Gas，以下簡稱LPG)泄漏后會造成著火爆炸事故[1]，造成人員傷害、環(huán)境破壞和財產(chǎn)損失，并同步帶來負面輿情影響。艾嬋[2]采用事故樹法尋找LPG儲罐失效的原因分析，并對失效事故指標進行優(yōu)化選取。李寧等[3]通過ALOHA研究了儲罐泄漏后環(huán)境條件變化對后果嚴重程度的影響。本文分析了泄漏事故的原因和事故分類分析，通過ALOHA模擬石化LPG儲罐泄漏后的不同事故場景，提出針LPG泄漏防范措施議，為做好石化企業(yè)LPG儲罐泄漏應急管理奠定基礎，對企業(yè)安全管理工作具有重要的意義。

1 LPG儲罐系統(tǒng)介紹

表1 液化石油氣的理化性質(zhì)Table1 corresponding general situation of LPG in fixed conditions

LPG是油田開采和石油煉制過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品，是一種伴生氣，其主要成分是C3和C4，另外還有少量的甲烷、乙烷、乙烯、水蒸氣等化合物。某煉油廠的LPG儲罐區(qū)有4個球罐、多個臥式圓筒形儲罐，兩個在用的球罐其單罐容積均為400m3,相關的操作規(guī)格有：充裝率小于85%、溫度控制在-10～50℃、壓力為0.82MPa. LPG相應理化性質(zhì)如表1。

2 LPG儲罐泄漏事故原因

LPG儲罐泄漏后，著火并引發(fā)爆炸的原因有以下幾方面：

(1) 設計施工不合理，儲罐實際承壓能力低于設計壓力，投入運行后容易發(fā)生罐體爆裂事故。

(2) 設備質(zhì)量問題有：所選材料規(guī)格不達標、設計不合理、焊接技術差、相關部件密封性差等導致儲罐整體質(zhì)量不好。

(3) 缺少必要的關鍵性安全附件，如：安全閥、壓力計、液面計、檢測儀、溫度計等。

(4) 儲罐溫度過高導致罐內(nèi)介質(zhì)過熱氣化，實際運行壓力超過設計壓力，若安全閥等裝置失效，隨時會發(fā)生爆炸。

(5) 因腐蝕導致器壁變薄，容器強度下降，容易出現(xiàn)裂縫，引起泄漏爆炸。(6) 罐體局部泄漏，內(nèi)部鋼材發(fā)生冷脆，引發(fā)物理爆炸。

LPG泄漏事故歸類分析如表2。

表2 LPG泄漏事故歸類分析Table2 Classification analysis of LPG leakage accidents

3 泄漏風險模擬

罐內(nèi)介質(zhì)為油品成分液態(tài)丙烯為例，研究不同場景的影響。通過ALOHA軟件輸入相關參數(shù)，具體設置見表3。球罐內(nèi)儲存液體占罐體容積的80%。

表3 ALOHA軟件參數(shù)Table3 the technical parameter of ALOHA

圖1為泄漏后的有毒重氣擴散的事故場景，造成中毒傷害的三個等級的危險距離分別是：PAC-3為120m、PAC-2為268m、PAC-1為268m。圖2為泄漏后發(fā)生噴射火事故場景模擬后果，可能在60秒內(nèi)致命(10.0kW/m2)距離為11m，60s內(nèi)二級燒傷(5.0kW/m2)等級的距離為15m，60s內(nèi)傷害(2.0 kW/m2) 等級的距離為23m。

圖3為泄漏后發(fā)生爆炸的場景模擬結(jié)果，可能在60秒內(nèi)致命(10.0kW/m2)等級、60s內(nèi)二級燒傷(5.0kW/m2)等級、60s內(nèi)傷害(2.0kW/m2) 等級的距離分別為680m、960m、1.5km。數(shù)值模擬結(jié)果可為我們處理泄漏后的事故防范提供了技術支持。

圖1 重氣擴散模擬結(jié)果Fig.1 Simulation result of heavy Gas

圖2 噴射火熱輻射模擬結(jié)果Fig.2 Simulation result of thermal radiation from jet fire

圖3 火球熱輻射模擬結(jié)果Fig.3 Simulation result of thermal radiation from fireball

4 LPG儲罐泄漏的預防措施

4.1 預防周邊點火源

4.1.1 預防明火

儲罐區(qū)域應強制性禁止明火，如吸煙攜帶火種等，應貼上醒目警告標志。切忌在氣體容易聚集的低洼、坑道、下水道等處明火作業(yè)。因搶修需動火時，必須嚴格辦理作業(yè)動火審批；在清洗、修理、調(diào)整部件時，如沒切斷相關聯(lián)的設備，則禁止作業(yè)。

4.1.2 避免摩擦火花

罐區(qū)多設備同時作業(yè)，均需采用防爆工具為防止機器因摩擦產(chǎn)生的火花，應隨時注意傳送帶等部件有良好的冷卻。在對儲罐區(qū)巡查時需穿不含鐵釘?shù)膭诒Ｐ?，嚴禁搬運鐵器物品，機動車進入儲罐區(qū)需佩戴防火帽。

4.1.3 預防靜電火花

預防措施：限制管線內(nèi)的介質(zhì)流動的速度、保持管道內(nèi)部光滑、添加抗靜電劑、使用防靜電涂料；著防靜電的衣物，并在進入儲罐區(qū)前消除靜電。

4.1.4 預防電氣火花

預防措施：相關設備需要避開易燃易爆區(qū)域，如電焊設備、電機設備、照明設備、充電設備、熔斷器等；嚴格控制電氣設備電壓電流參數(shù)；采用防爆類型電氣、照明設備。

4.1.5 預防其他點火源

其他點火源有地表高溫、雷鳴電閃、日光輻射等。預防措施有：禁止易燃易爆危險物品與高溫地表直接接觸、禁止可燃物與高溫管道表面接觸。罐體防雷接地點間的距離保持在2～30m之間、接地裝置接地電阻小于30安，參照GB50160、GB50074、SHT3007等標準執(zhí)行。

4.2 加強人員安全管理

4.2.1 加強安全教育培訓

做好員工在崗前三級安全教育(公司級、車間級、班組級)，深刻提高安全覺悟，學好工藝操作和個人防護知識，員工安全培訓到位，為事故應急奠定理論基礎。

4.2.2 加強檢查與考核力度

加強風險分級管控和現(xiàn)場隱患排查治理。要強化巡檢制度，提高隱患排查質(zhì)量，將隱患扼殺于萌芽。嚴格安全績效考核制度，落實安全責任制，強化"全員參與安全管理"的氛圍，讓員工個人業(yè)績考核與安全意識掛鉤，強化鞏固自主安全管理意識。

4.2.3 提高應急演練效果

不斷修訂完善應急預案，并定期開展不同形式的演練，加大事故演練真實性、嚴肅性、實效性，提高對火災撲救工作的組織能力，增強員工的消防意識和應急處置技能，為事故應急積累實戰(zhàn)經(jīng)驗。

4 結(jié)論

通過對LPG泄漏后果模式研究，得出如下結(jié)論：

(1)采用ALOHA模擬了泄漏后果場景的影響，為泄漏后的事故防范提供技術支持。

(2)從點火源控制和加強人員安全管理方面提出防范措施，為石化企業(yè)LPG儲罐安全管理奠定基礎，對同行業(yè)安全管理具有借鑒意義。