某化工廠甲醇儲罐區火災事故傷害范圍分析

趙瑩（航天長征化學工程股份有限公司蘭州分公司 甘肅蘭州 730050）

引言

當前化工企業使用、儲存、生產過程中經常涉及到易燃液態的危險化學品，該類物質遇到明火、高溫很容易發生火災事故。一旦發生火災事故將造成重大人員傷亡和財產損失，所以正確的分析火災事故傷害范圍，對提出相應的技術措施，預防重大事故發生有著重要的意義。

一、發生火災的條件分析

在化工企業生產、儲存、使用易燃危險化學品時由于設備損壞、管道腐蝕等容易造成危險化學品的跑、冒、滴、漏現象。工人違章操作、誤操作極易導致易燃化學品短時間內大量泄漏。

易燃物質泄漏后遇明火則會發生火災事故。如果易燃液體蒸發的氣體密度比空氣大，能在較低除擴散到相當遠的地方，遇火源會著火回燃，可能引燃泄漏的液態物質發生火災事故。

二、火災傷害范圍分析

儲存罐區按照《建筑設計防火規范》（G B 50016-2006）的要求，在儲罐四周應設有防火堤，當儲罐發生泄漏，泄漏液體在防火堤內形成液池，遇到明火后，在防火堤內形成可燃液體表面的自然燃燒。這種可燃液體泄漏后流到地面或防火堤內形成液池，遇火源后燃燒形成的過程成為池火。池火分析模型一般按圓形液面計算，其他形狀的液池應換算為等面積的圓池。

具體分析時，考慮儲罐區最不利火災情況為最大儲罐一次泄漏量在防火堤內形成池火，燃燒面積為整個防火堤平面面積，若防火堤不是圓形，則在分析時使用防火堤面積換算出當量直徑進行分析。

例如：某化工有限責任公司生產甲醇，已知該公司在甲醇成品罐區設置26500 m3的甲醇內浮頂式儲罐3座，四周設1.2 m高的磚混結構圍堤，防火堤為192 m×68 m，面積13056 m2。假設甲醇在儲存過程中由于腐蝕穿孔、焊縫缺陷等原因造成儲罐破裂，破損引起甲醇大面積泄漏，遇火源引發池火，則甲醇儲罐區火災事故范圍分析如下：

1.燃燒速率

下面是廣泛采用的液體單位面積燃燒速率的計算公式。

當液體沸點高于環境溫度時：

當液體的沸點低于環境溫度時，如加壓液化氣體或冷凍液化氣，其單位面積的燃燒速度為Mf為：

式中：mf——液體單位表面積燃燒速度，k g/(m2·s)；

Qf——液體燃燒熱，J/k g；

Cp——液體的定壓比熱容，J/（k g·K）；

Tb——液體的沸點，K；

Ta——環境溫度，K；

Qv——液體在常壓沸點下的蒸發熱（氣化熱），J/k g。

一般燃燒速度可從手冊中直接查得。經查手冊得知：

甲醇的燃燒速度mf＝57.6k g/(m2·h)＝0.016k g/(m2·s)。

2.燃燒時間

池火持續時間按下式計算：

式中：t——火災持續時間，s；

W——液池液體的總質量，k g；取值

mf——液體單位面積燃燒速度，k g/(m2·s)。

本項目甲醇儲罐單罐容積為26500 m3，考慮充裝系數0.85，甲醇密度為0.79 g/c m3，故液池液體的總質量為17795000 k g。根據上式計算得出：

本項目池火持續時間t=85184s＝23.66 h。

3.火焰高度

設液池為一半徑為r的圓池子，其火焰高度可按下式計算：

式中：h——火焰高度，m；

r——液池半徑，m；（甲醇儲罐區的當量圓半徑，為64.5m）

ρ——周圍空氣密度，k g/m3；取值1.293 k g/m3。

對于摩擦作用對材料變形的影響，已有不少學者做了研究。李達人等[7]通過數值模擬方法確定了W-40%Cu粉末燒結材料在熱加工數值模擬過程中的摩擦因子。鄧華紅等[8]通過數值模擬研究了葉片精鍛過程中摩擦的作用，發現摩擦對溫度場和載荷形成曲線均有較大影響。馬勇等[9]采用有限元軟件分析了不同摩擦條件對7075鋁合金等通道角擠壓過程的影響，發現隨著摩擦因數增大，載荷峰值明顯增大甚至成倍增長，且載荷值波動加劇，等效應力應變分布不均勻。本文結合Deform 3D有限元軟件，研究了摩擦系數對2024鋁合金的熱模擬壓縮過程的影響。

g——重力加速度，9.8 m/s2；

mf——燃燒速度，k g/m2·s。

本項目防火堤面積為13056 m2，折算為圓形液池半徑為64.5m。根據上式計算得出：

本項目池火火焰高度為h=45.6 m。

4.熱輻射通量

液池燃燒時放出的總熱輻射通量為：

Q=（πr2+2 πr h）mf·η·Qf/[72mf0.60+1]

式中：Q——總輻射通量，W；

η——效率因子，可取0.13～0.35；

Qf——液體燃燒熱，J/k g；（經查數據手冊，甲醇的燃燒熱為22720000 J/k g）

根據上式計算得出：

本項目液池燃燒時放出的總熱輻射通量為：Q＝57633940 W。

5.目標入射熱輻射強度

假設全部輻射熱量由液池中心點的小球面輻射出來，則在距離池中心某一距離（X）處的入射熱輻射強度為：

I=Qtc/4πX2

式中 I— 熱輻射強度，W/m2；

Q— 總輻射通量，W；

tc— 熱傳導系數，在無相對理想的數據時，可取值為1；

X— 目標點到液池中心距離，m。

表1 熱輻射的不同入射通量所造成的危害

1度燒傷/10 s 1%死亡/1mi n 20 s以上感覺疼痛，未必起泡長期輻射無不舒服感12.5有火焰時，木材燃燒，塑料熔化的最低能量4.01.6

6.火災傷害范圍分析

根據目標入射熱輻射強度公式，可計算得到不同傷害程度時與液池的距離：

X＝（Qtc/4πI）0.5

由此得到：

當I≥37.5 k W/m2時，目標點到液池中心的距離為35m，可對目標造成死亡傷害；

當37.5＞I≥25 k W/m2時，目標點到液池中心的距離為42 m，可對目標造成重傷傷害；

當25＞I≥12.5k W/m2時，目標點到液池中心的距離為84m，可對目標造成輕傷傷害；

當12.5＞I≥4k W/m2時，目標點到液池中心的距離為107 m，可對目標造成引燃木材傷害。

當I≤1.6 k W/m2時，目標點到液池中心的距離為169 m，長期輻射無不舒服感，為安全距離。

經計算得出，本項目甲醇儲罐區火災事故傷害半徑如下：

表2 甲醇儲罐區池火災事故傷害結果

54.6 m 35m 42 m 84m 107 m 169 m 234567火焰高度死亡半徑二度燒傷半徑一度燒傷半徑20 s以上有疼痛感長期輻射無不舒服感

結論

隨著我國化學品的儲存、生產和使用量的不斷增加，危險化學品事故的潛在危險也在急劇增加。本文采用了火災事故后果模型對某化工廠的甲醇儲罐區進行了模擬分析，沒有考慮風向、風速等現場環境，即沒有考慮現場實際的環境因素。公司管理者可以從工藝設備、建筑結構、安全管理三個方面采取控制措施，從而降低事故的危害程度。通過對甲醇儲罐區火災事故危害半徑的分析，得出以下結論：

（1）甲醇儲罐區一旦發生火災事故，其傷亡半徑很大，輕傷半徑為84m,因此該化工廠應采取有效措施，防止非特殊工作人員和重大財產在這一區域出現。

（2）該化工廠應加強該甲醇罐區的監管措施，切實做好這一區域的安全防控。

【1】吳宗之，高進東，魏利軍.危險評價方法及其應用.北京：冶金工業出版社，2001.