加油站儲罐火災(zāi)與爆炸危險區(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

近幾年國內(nèi)外均發(fā)生了多起汽車加油站儲罐由各種原因引起的火災(zāi)、爆炸事故.汽車加油站儲罐區(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，對加油站儲罐火災(zāi)、爆炸的危險區(qū)域進(jìn)行研究，從而確定儲罐區(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，對汽車加油站安全設(shè)計、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)事故危險區(qū)域風(fēng)險計算分析

汽車加油站儲罐區(qū)儲存的汽油、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.擬建儲存設(shè)施為儲油罐（5個30m3埋地油罐，其中2個柴油罐，3個乙醇汽油罐），總儲存容積為150m3，安全容積為120m3（柴油容積折半計算）.集中采用防腐地下覆土埋設(shè)，總儲量150m3.基于地質(zhì)狀況及周邊環(huán)境，并保持防火距離，擬將儲油罐集中敷設(shè)在加油站的北部.在儲存區(qū)中涉及的最主要危險物質(zhì)有乙醇汽油、柴油，設(shè)計的最大儲存量為乙醇汽油71.1t，柴油54t.該加油站儲罐型號為HG5－1580－85臥式儲罐，其尺寸表見表1.

為了方便計算，將儲罐完全看做成一圓柱體，長度為6000mm，筒體直徑為2400mm.

根據(jù)危險最大化原則，對儲罐區(qū)的汽油儲罐進(jìn)行統(tǒng)一計算，并且對于池火燃燒面積也采用最大面積，最大面積等于油罐長和直徑的乘積.

由πr2＝3dL計算出液池當(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對汽油的燃燒速度產(chǎn)生影響.

實際中燃燒速度可以通過經(jīng)驗公式估算出來，也可以通過采樣模擬測定汽油燃燒速度，還可以通過查詢手冊得到.

油罐火災(zāi)火焰高度取決于油罐直徑和油罐內(nèi)儲存的油品種類.由計算池火火焰高度的經(jīng)驗公式［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鶆蜉椛洌捎嬎銦嵬康墓剑?］：

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，那么，距離液池中心距離x處的入射輻射強(qiáng)度計算公式為：

根據(jù)熱輻射值對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 加油站爆炸危險區(qū)域風(fēng)險分析

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

根據(jù)以上實例，該汽車加油站儲罐汽油量按最大設(shè)計量71.1t計算.

把該加油站中汽油儲罐看成一個整體，并假設(shè)同時發(fā)生爆炸，將汽油罐的中心作為爆炸原點，不考慮儲油罐之前發(fā)生爆炸的相互影響和前后順序.此處只針對火災(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)計算儲罐爆炸能量的公式［3］：

計算加油站TNT當(dāng)量，得：

根據(jù)萊克霍夫計算公式，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)驗公式［4］為：

通過轉(zhuǎn)換計算半徑，得：

通過公式（6）和（7），可以計算人員傷害范圍：

當(dāng)P＝0.02MPa時，

將以上計算結(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）計算出建筑物的傷害范圍如下：

當(dāng)P＝0.005MPa時，

當(dāng)P＝0.070MPa時，

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

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

3 儲罐火災(zāi)、爆炸計算結(jié)果分析

a.不同熱輻射值引起對人體的傷害及設(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)計算出的儲罐爆炸沖擊波超壓對人危害半徑的關(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，人員免于損壞，此時即安全距離，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)計算出的儲罐爆炸沖擊波超壓對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，建筑物不會遭受破壞，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，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)計防火規(guī)范》（GB50016－2006））規(guī)定二級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.

此加油站儲罐到站房的距離約為25.2m，到民房的距離約為15m，由于計算中是按儲罐中心出發(fā)的，加油站儲罐到站房的實際距離為28.2m，加油站儲罐到民房的實際距離約大于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罐區(qū)周邊設(shè)置其他建筑物或設(shè)備設(shè)施時，要重點考慮儲罐發(fā)生爆炸所波及的危害范圍.

4 結(jié) 語

汽車加油站儲罐區(qū)易發(fā)生火災(zāi)、爆炸事故，池火災(zāi)和蒸氣云爆炸、G·M萊克霍夫計算方法均可以計算加油站儲罐區(qū)的危險性，并能夠精確計算出發(fā)生火災(zāi)、爆炸的危險區(qū)域.通過危險區(qū)域半徑的計算，能夠為提高汽車加油站的風(fēng)險控制、應(yīng)急管理水平起著十分重要的意義.

a.通過對汽車加油站火災(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)計是否滿足國家規(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)防或減弱裝置危險性、提高裝置安全運(yùn)行等級的對策措施，以利于提高建設(shè)項目本質(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)督管理部門實施建設(shè)項目安全許可提供參考.

c.計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、有針對性地制定安全對策措施、防火防爆提供一定的參考依據(jù).

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