基于PHAST RISK軟件模擬LNG管道泄漏場景判定外部安全防護(hù)距離的探究

潘太星

（遼寧省檢驗(yàn)檢測認(rèn)證中心 遼寧省安全科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110004）

0 引言

LNG 接收站是液化天然氣（Liquefied Natural Gas，LNG）供應(yīng)鏈中的關(guān)鍵設(shè)施，用于接收、儲存和處理LNG，并將LNG 轉(zhuǎn)換成氣態(tài)，供應(yīng)當(dāng)?shù)氐奶烊粴夤艿老到y(tǒng)或工業(yè)、商業(yè)和居民用戶。國內(nèi)LNG接收站單個儲罐容積以10×104m3和16×104m3居多，多采用全容罐，其本質(zhì)安全水平較高，但隨著LNG儲罐逐漸大型化，逐步向20×104m3邁進(jìn)，LNG 接收站周邊安全面臨嚴(yán)峻形式，引起業(yè)界對LNG 接收站外部安全防護(hù)距離的探究。

挪威船級社（DNV）公司的PHAST RISK 軟件在全球石油化工行業(yè)應(yīng)用廣泛、認(rèn)可度高，PHAST RISK 軟件包括泄漏模塊、擴(kuò)散模塊、后果影響模塊（包括燃燒性和毒性）以及風(fēng)險模塊，挪威船級社（DNV）公司通過對石油化工行業(yè)多年來所發(fā)生的災(zāi)難事故的統(tǒng)計(jì)和分析，建立了泄漏事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫，定期更新，計(jì)算準(zhǔn)確度較高。

羅振敏等運(yùn)用PHAST 軟件對天然氣站場進(jìn)行事故后果模擬和風(fēng)險分析，得出該站場的個人風(fēng)險曲線和社會風(fēng)險曲線，結(jié)果表明風(fēng)險曲線可直觀的看出對站場周邊環(huán)境和人員的影響[1]；蔣立軍等利用PHAST 軟件對西氣東輸某站天然氣擴(kuò)散和火災(zāi)爆炸影響進(jìn)行了定量計(jì)算和影響分析，得出此站場的個人風(fēng)險圖表，并提出了風(fēng)險防范措施[2]；曹志閻等利用PHAST RISK 軟件，結(jié)合國家相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)對某LNG 儲區(qū)的外部安全防護(hù)距離進(jìn)行了評價[3]；楊珉等介紹了PHAST RISK 軟件的功能和特點(diǎn)，對罐區(qū)球罐發(fā)生罐體、管線破裂、孔泄漏等事故進(jìn)行模擬定量計(jì)算，計(jì)算出個人風(fēng)險等高線和社會風(fēng)險曲線，為外部安全防護(hù)距離及總平面布局確定提供了參考[4]。結(jié)合上述論文的思路，本文首次將PHAST RISK 軟件應(yīng)用到LNG 接收站中，針對LNG 管道泄漏對LNG 接收站外部安全防護(hù)距離的影響開展模擬和定量風(fēng)險分析，并根據(jù)模擬分析結(jié)果，提出LNG 接收站在安全管理方面的建議措施。

1 液化天然氣

LNG 是具有低溫性質(zhì)的液態(tài)混合物，主要成分為甲烷，LNG 具有無色、無味、無毒、無腐蝕性的特性。此外，天然氣在液化過程中體積約縮小600 倍左右，因此LNG 具有很高的能源密度。LNG 的主要組份情況，見表1。

表1 LNG主要組分

LNG 的密度具體數(shù)值取決于它的溫度、壓力和組分，由于其熱值取決于采用的氣源以及氣體液化的工藝，因此沒有特定熱值。LNG 的理化性質(zhì)，見表2。

表2 LNG理化性質(zhì)

2 液化天然氣泄漏危害

當(dāng)發(fā)生LNG 泄漏時，可能導(dǎo)致嚴(yán)重的事故后果，特別是在泄漏設(shè)施周圍的氣體形成易燃混合物的情況下，LNG 具有點(diǎn)火能低、爆炸極限范圍大、燃燒迅速、擴(kuò)散能力強(qiáng)、高能量釋放的特點(diǎn)，一旦發(fā)生火災(zāi)難于施救，造成嚴(yán)重的人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失。

因此，本文針對某擬建LNG 接收站LNG 儲罐進(jìn)出口管道發(fā)生大孔、完全斷裂的泄漏場景，采用PHAST RISK 軟件進(jìn)行模擬計(jì)算，分析某擬建LNG接收站在此泄漏場景中對防護(hù)目標(biāo)的影響情況。

3 風(fēng)險基準(zhǔn)

3.1 防護(hù)目標(biāo)個人風(fēng)險基準(zhǔn)

根據(jù)GB 36894—2018《危險化學(xué)品生產(chǎn)裝置和儲存設(shè)施風(fēng)險基準(zhǔn)》[5]，危險化學(xué)品儲存設(shè)施周邊防護(hù)目標(biāo)的個人風(fēng)險不應(yīng)超過個人風(fēng)險基準(zhǔn)的最低要求，具體見表3。

表3 個人風(fēng)險基準(zhǔn)

3.2 社會風(fēng)險基準(zhǔn)

根據(jù)GB 36894—2018《危險化學(xué)品生產(chǎn)裝置和儲存設(shè)施風(fēng)險基準(zhǔn)》，通過兩條風(fēng)險分界線將社會風(fēng)險劃分為3 個區(qū)域，即：不可接受區(qū)、盡可能降低區(qū)和可接受區(qū)。具體分界線位置如圖1 所示。

1）若社會風(fēng)險曲線進(jìn)入不可接受區(qū)，則應(yīng)立即采取安全改進(jìn)措施降低社會風(fēng)險。

2）若社會風(fēng)險曲線進(jìn)入盡可能降低區(qū)，應(yīng)在可實(shí)現(xiàn)的范圍內(nèi)，盡可能采取安全改進(jìn)措施降低社會風(fēng)險。

3）若社會風(fēng)險曲線全部落在可接受區(qū)，則該風(fēng)險可接受[5]。

4 軟件模擬計(jì)算

4.1 模擬對象

某擬建LNG 接收站設(shè)置有5 座單罐容積為16×104m3LNG 儲罐，進(jìn)出罐管道均設(shè)置在儲罐頂部。進(jìn)罐和出罐管道具體參數(shù)，見表4。

4.2 泄漏場景

本文根據(jù)GB/T 37243-2019《危險化學(xué)品生產(chǎn)裝置和儲存設(shè)施外部安全防護(hù)距離確定方法》[6]，選取LNG 儲罐進(jìn)出罐管道的大孔泄漏（取值100 mm）和完全破裂兩種場景。

4.3 參數(shù)設(shè)定

LNG 進(jìn)出罐管道泄漏場景的泄漏概率參照GB/T 37243—2019《危險化學(xué)品生產(chǎn)裝置和儲存設(shè)施外部安全防護(hù)距離確定方法》[6]，危險源的泄漏概率，見表5。

表5 危險源的泄漏概率

本文中立即點(diǎn)火的概率由PHAST RISK 軟件根據(jù)物料參數(shù)內(nèi)置計(jì)算；參照GB/T 37243—2019《危險化學(xué)品生產(chǎn)裝置和儲存設(shè)施外部安全防護(hù)距離確定方法》[6]設(shè)置延遲點(diǎn)火概率，點(diǎn)火源分布情況及點(diǎn)火概率見表6。

表6 點(diǎn)火源分布及1 min中內(nèi)的點(diǎn)火概率

4.4 模擬結(jié)果分析

通過PHAST RISK 軟件模擬計(jì)算， 未產(chǎn)生1×10-5風(fēng)險曲線，3×10-7風(fēng)險曲線（褐色曲線）和3×10-6風(fēng)險曲線（藍(lán)色曲線）影響范圍如圖2 所示。

圖2 個人風(fēng)險曲線圖

從圖2 可以看出：3×10-7風(fēng)險曲線內(nèi)無高敏感防護(hù)目標(biāo)和一般防護(hù)目標(biāo)中的一類防護(hù)目標(biāo)。通過圖3 可以看出，社會風(fēng)險曲線（綠色線）處于盡可能降低區(qū)，需要在可能的情況下盡量采取措施進(jìn)一步降低風(fēng)險。

圖3 社會風(fēng)險曲線圖

1）提高意識與培訓(xùn)。加強(qiáng)從業(yè)人員對風(fēng)險的認(rèn)知與理解，提高風(fēng)險防范意識。通過培訓(xùn)，提升從業(yè)人員對風(fēng)險管理的能力和技巧。

2）加強(qiáng)監(jiān)測與預(yù)警。建立健全風(fēng)險監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，及時掌握風(fēng)險的動態(tài)變化，以便及時采取措施應(yīng)對潛在風(fēng)險。

3）風(fēng)險應(yīng)急與救援。建立完善的應(yīng)急預(yù)案和救援機(jī)制，確保在風(fēng)險事件發(fā)生時能夠及時有效地進(jìn)行處置，減少損失。

4）持續(xù)改進(jìn)。風(fēng)險管理是一個動態(tài)過程，需要不斷地進(jìn)行監(jiān)測和評估，根據(jù)風(fēng)險情況做出相應(yīng)調(diào)整。

5 結(jié)論

通過PHAST RISK 軟件模擬，將某擬建LNG接收站的個人風(fēng)險和社會風(fēng)險以圖的形式直觀呈現(xiàn)出來，便于判定整體風(fēng)險接受程度。

某擬建LNG 接收站個人風(fēng)險滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求，社會風(fēng)險處于盡可能降低區(qū)內(nèi)，應(yīng)采取改進(jìn)措施降低風(fēng)險。

通過PHAST RISK 軟件模擬計(jì)算出個人風(fēng)險曲線和社會風(fēng)險曲線，可以協(xié)助企業(yè)提出安全改進(jìn)措施建議，提升企業(yè)安全管理水平。