汽油輸送管道泄漏事故疏散半徑研究

王國強(qiáng)，王立波

（1.必維（天津）安全技術(shù)有限公司，天津300202；2.中國神華煤制油化工有限公司鄂爾多斯煤制油分公司，鄂爾多斯017000）

1 概述

某廠有8.4km 的汽油輸送管道，途經(jīng)第三方施工區(qū)、地質(zhì)災(zāi)害地段，近年來周邊200m 范圍內(nèi)社會環(huán)境變化較大，對管道的日常維護(hù)和安全管理提出了新的挑戰(zhàn)。

當(dāng)汽油輸送管道發(fā)生泄漏時，泄漏油氣可能在一定條件下引發(fā)火災(zāi)甚至爆炸事故，此時首要任務(wù)就是疏散周邊可能受影響的人員。本文就汽油輸送管道泄漏事故在不同自然條件和泄漏孔徑下的潛在影響范圍、人員疏散范圍進(jìn)行了模擬核算，提出建議疏散半徑。

2 模擬軟件和傷害準(zhǔn)則

2.1 模擬軟件簡介

本文采用國際領(lǐng)先的流程工業(yè)事故后果分析軟件—Phast 進(jìn)行模擬計(jì)算。該軟件具有30 多年來在全球工業(yè)界不斷得到論證和驗(yàn)證的綜合模型及強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫，采取模塊化設(shè)置，可模擬多種事件場景，其計(jì)算結(jié)果被廣泛認(rèn)可，具有行業(yè)權(quán)威地位。

此次模擬核算中用到PHAST 分析軟件中泄漏、擴(kuò)散、燃燒、毒氣等模塊。通過泄漏模塊模擬計(jì)算油氣泄漏到環(huán)境中的流速等參數(shù)，在泄漏模塊計(jì)算數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上通過擴(kuò)散模塊可計(jì)算出確定氣象條件下云團(tuán)傳播情況，燃燒模塊用熱輻射與沖擊波超壓表示可燃性后果，毒氣致死情況與氣體濃度變化通過毒氣模型來模擬計(jì)算。

2.2 傷害準(zhǔn)則

汽油輸送管道泄漏后通常以爆炸和燃燒的方式對人員造成大規(guī)模傷害[1]，本文以爆炸沖擊波作為爆炸傷害準(zhǔn)則，以熱輻射量作為燃燒傷害準(zhǔn)則。爆炸沖擊波傷害準(zhǔn)則通常用超壓準(zhǔn)則、壓力-沖量準(zhǔn)則、沖量準(zhǔn)則來表示，結(jié)合其適用范圍和表述方式等，本文采用超壓準(zhǔn)則來定量計(jì)算爆炸沖擊波對人員造成的死亡區(qū)、重傷區(qū)、輕傷區(qū)的分布半徑[2]。

本文參照《化工企業(yè)定量風(fēng)險(xiǎn)評價導(dǎo)則》（AQ/T3046-2013）第10.4.2 條關(guān)于蒸汽云爆炸超壓影響區(qū)域的描述，制定模擬計(jì)算的沖擊波超壓準(zhǔn)則，見表1。

表1 人員傷害沖擊波超壓標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定值

依據(jù)《化工企業(yè)定量風(fēng)險(xiǎn)評估導(dǎo)則》第10.3條“熱輻射危害”和表“H.2 不同熱輻射強(qiáng)度造成的傷害和損壞”描述，制定熱輻射傷害準(zhǔn)則。

依上述準(zhǔn)則，將熱輻射對人體的傷害，通過輕傷半徑、重傷半徑、死亡半徑來直接表示，見表2。

表2 熱輻射人體傷害閾值設(shè)定

3 定量模擬核算設(shè)定基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

汽油屬于甲類易燃液體[3]，危險(xiǎn)特性如表3。

表3 汽油的危險(xiǎn)特性

假定原油輸送管道頂部破裂，泄漏點(diǎn)位于地面+0.2m 處。

參照《化工企業(yè)定量風(fēng)險(xiǎn)評價導(dǎo)則》對泄漏孔徑的定義，本文將泄漏孔徑分為小孔（5mm）、中孔（25mm）、大孔（100mm）和管道破裂（＞100mm）4 類。依據(jù)氣象統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，模擬計(jì)算當(dāng)?shù)爻Ｄ昶骄L(fēng)速（4.5m/s）及不同風(fēng)速（2.1m/s、7.0m/s）下最壞事故工況。

汽油輸送管道管徑為 DN325， 長度為8.395km，組分為100%的汽油，最大流量按設(shè)計(jì)流量1144m3/h，壓力參照設(shè)計(jì)壓力1.6MPa，溫度為20℃。

4 定量模擬核算

4.1 擴(kuò)散半徑模擬計(jì)算[4]

汽油輸送管道在持續(xù)泄漏期間，由于環(huán)境風(fēng)速等因素的影響，爆炸極限范圍內(nèi)的油氣覆蓋區(qū)域會達(dá)到一個動態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)，在模擬計(jì)算時，選取可燃?xì)怏w爆炸上限（UEL）、爆炸下限的1/2（50%LEL）、爆炸下限（LEL）3 個參數(shù)為評估指標(biāo)。圖1為發(fā)生小孔泄漏時風(fēng)速4.5m/s 條件下的可燃?xì)怏w擴(kuò)散影響范圍模擬圖，表4 為汽油輸送管道泄漏油氣濃度擴(kuò)散分析匯總表。

圖1 4.5m/s 風(fēng)速下小孔（5mm）泄漏擴(kuò)散的影響范圍模擬圖

表4 汽油輸送管道油氣泄漏擴(kuò)散分析匯總表

4.2 熱輻射傷害半徑模擬計(jì)算

汽油輸送管道在泄漏期間，如遇點(diǎn)火源極易發(fā)生火災(zāi)。本文模擬了不同孔徑不同風(fēng)速下的噴射火熱輻射情景。表5 為汽油輸送管道發(fā)生泄漏時的噴射火輻射強(qiáng)度分析匯總表。

4.3 爆炸半徑模擬計(jì)算

汽油輸送管發(fā)生泄漏后，泄漏油氣擴(kuò)散覆蓋范圍區(qū)域在達(dá)到爆炸范圍時，易發(fā)生燃爆。表6 對不同風(fēng)速不同孔徑泄漏量下的爆炸超壓半徑進(jìn)行了分析匯總。

表5 汽油輸送管道噴射火輻射強(qiáng)度分析匯總表

表6 汽油輸送管道爆炸超壓分析匯總表

5 結(jié)論

5.1 同等氣象和孔徑泄漏條件下，根據(jù)表4～表6的數(shù)據(jù)對比可知，可燃?xì)怏w擴(kuò)散、火災(zāi)熱輻射、爆炸沖擊波三者的影響半徑以爆炸事故造成的影響范圍最大。

5.2 風(fēng)速對汽油輸送管道泄漏可燃?xì)怏w擴(kuò)散、火災(zāi)熱輻射、爆炸沖擊波影響范圍有著一定的影響，但規(guī)律不同；一般情況下，隨著泄漏孔徑的增大可燃?xì)怏w擴(kuò)散、火災(zāi)熱輻射、爆炸沖擊波影響半徑同時增大，且泄漏孔徑對后果影響半徑的影響幅度較風(fēng)速因素更大。

5.3 參照汽油輸送管線在不同泄漏孔徑、風(fēng)速條件下，最大的爆炸沖擊波輕傷半徑，考慮安全系數(shù)后，給出汽油輸送管道泄漏的建議疏散半徑，見表7。

表7 汽油輸送管道泄漏建議疏散半徑