道化學(xué)火災(zāi)爆炸法在某原油儲備庫安全評價中的應(yīng)用*

石 磊

(咸陽市公安消防支隊，陜西 咸陽712000)

0 引 言

公安部《火災(zāi)高危單位消防安全評估導(dǎo)則(試行)》(公消［2013］60 號)明確提出建立火災(zāi)高危單位消防安全評估制度［1］。大型原油儲備庫作為重要的火災(zāi)高危單位，開展必要的消防安全評價顯然更加重要。目前，應(yīng)用消防安全評價的方法也很多［2-3］，大體可分為定性分析法、半定量分析法和定量分析法，通常用到的有安全檢查表法、預(yù)先危險性分析法、故障類型和影響分析、作業(yè)條件危險性評價法、危險可操作性、事故樹法(EAT)、故障樹法(FAT)法、道化學(xué)指數(shù)法、蒙德法和易燃易爆有毒重大危險源評價法等，其中半定量法主要有美國化學(xué)化司(Dow Chemical Company)火災(zāi)、爆炸危險性指數(shù)(F＆EI，F(xiàn)ire and Explosion Index)評價法［4-6］。而道化學(xué)火災(zāi)、爆炸指數(shù)法是化工領(lǐng)域安全評價廣泛應(yīng)用的一種方法，已發(fā)展到目前的第7 版，其主要原理是通過對工藝單元危險物質(zhì)的辨識，以評價單元中的重要物質(zhì)系數(shù)(MF)為基礎(chǔ)，用一般工藝危險系數(shù)(F1)確定影響事故損害的大小，以特殊工藝危險性系數(shù)(F2)來表示事故發(fā)生的主要概率，并根據(jù)MF，F(xiàn)1，F(xiàn)2三者之間的關(guān)系，來確定工藝單元的危害系數(shù)(DF)和火災(zāi)爆炸危險指數(shù)(F＆EI)，并以此來確定危害區(qū)域和危害程度，即單元基本最大可能財產(chǎn)損失(Base MPPD)，然后根據(jù)生產(chǎn)工藝或儲罐是否采取消防安全措施，求出安全措施補償系數(shù)(C)，并確定事故發(fā)生時實際可能造成的最大可能財產(chǎn)損失(Actual MPPD)和停產(chǎn)損失(BI)［7-13］。由于文中的研究對象主要是某原油儲罐的安全危險性，故采取道化學(xué)火災(zāi)、爆炸指數(shù)法，目的在于通過對商業(yè)儲備油庫的詳細(xì)調(diào)查了解，熟悉物質(zhì)性能、工藝流程和消防安全措施的基礎(chǔ)上，運用道化學(xué)方法進(jìn)行安全性能評估，確定可能引起火災(zāi)、爆炸事故發(fā)生或使事故擴(kuò)大的依據(jù)，及時向有關(guān)部門通報潛在的火災(zāi)、爆炸危險性，為更好地做好原油庫的消防工作提供理論依據(jù)［14-19］。

1 油庫基本情況

咸陽某商業(yè)儲備油庫于2011 年5 月建成并投入運營，占地面積253 080 m2，總建筑面積101 798 m2，共設(shè)有7 個拱頂儲罐，單罐設(shè)計庫容100 000 m3，裝滿度85%. 油罐分區(qū)設(shè)置，每個分區(qū)設(shè)置7個油罐，單元分區(qū)內(nèi)設(shè)有防火堤壩。罐區(qū)消防通道暢通，消防設(shè)施較齊全，設(shè)有獨立和自動報警系統(tǒng)、自動噴水滅火系統(tǒng)和消防給水設(shè)施，儲罐區(qū)有專用消火栓34 個，消防水泡數(shù)量38 門。為便于監(jiān)控和管理，還沒有消防控制中心，并進(jìn)行聯(lián)動監(jiān)控，消防安全組織機(jī)構(gòu)和消防管理制度健全。原油儲罐物質(zhì)儲備情況見表1.

表1 原油儲罐區(qū)物質(zhì)儲存情況Tab.1 Material storage conditions of reserve depot

2 實施評價

2.1 評價程序

根據(jù)文獻(xiàn)［4 -5］確定的評價程序和方法進(jìn)行評價。其基本程序如圖1 所示。

2.2 評價計算

2.2.1 確定物質(zhì)系數(shù)(MF)原油物質(zhì)系數(shù)是(MF)是表示原油在燃燒或其他化學(xué)反應(yīng)引起火災(zāi)、爆炸時釋放能量大小的特征，是一個最基礎(chǔ)的數(shù)值。通過查DOW 指數(shù)法附錄，求出MF=16.見表2.

圖1 道化學(xué)火災(zāi)、爆炸指數(shù)分析法計算程序圖Fig.1 Dow’s chemical fire ＆ explosion index method calculating program

表2 原油道化學(xué)火災(zāi)、爆炸危險指數(shù)評價法Tab.2 Dow’s fire ＆ explosion hazard index evaluation method of crude oil

2.2.2 計算火災(zāi)、爆炸指數(shù)(F＆EI)

火災(zāi)、爆炸危險指數(shù)(F＆EI)反映的是事故可能造成的破壞，它由工藝單元危險系數(shù)(F3)與MF的乘積求出。而F3由一般工藝危險系數(shù)F1和特殊工藝危險系數(shù)F2乘積求出，正常值范圍1 ～8，若F3＞8，也按最大值8 計。F1有放熱化學(xué)反應(yīng)、吸熱反應(yīng)、物質(zhì)的處理和輸運、封閉式結(jié)構(gòu)單元、通道、排放和泄漏控制等6 項內(nèi)容，F(xiàn)2有毒性物質(zhì)、負(fù)壓、爆炸極限及附近操作、粉塵爆炸、壓力、低溫、易燃及不穩(wěn)定物質(zhì)的重要、腐蝕和磨損、泄漏-接頭和填料、使用明火設(shè)備、熱油交換系統(tǒng)和轉(zhuǎn)動設(shè)備等12 項內(nèi)容。根據(jù)油庫的具體情況，參照道化學(xué)火災(zāi)、爆炸指數(shù)分析法關(guān)于有關(guān)系數(shù)的選擇及確定標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行合理選值，求出F1=2.2，F(xiàn)2=3.35，F(xiàn)3=6.89，F(xiàn)＆EI=110.17.見表3.

2.2.3 計算暴露區(qū)域面積(S)

暴露區(qū)域面積意味著其內(nèi)的設(shè)備將暴露在本單元的火災(zāi)或爆炸環(huán)境中，由暴露半徑?jīng)Q定，按πR2計算。暴露半徑R 用F＆EI 與0.83 乘積求出，它的單位可以是英尺或m，轉(zhuǎn)化為m 還要乘以轉(zhuǎn)換系數(shù)0.305. 本例中，F(xiàn)＆EI 為110.24，則求出R為28.24 m，S 為2 505 m2.

2.2.4 確定暴露區(qū)域內(nèi)財產(chǎn)價值

暴露區(qū)域內(nèi)財產(chǎn)價值可由區(qū)域內(nèi)含有的財產(chǎn)(包括在其中貯存的物料)的更換價值來確定

更換價值=原來成本×0.82 ×增長系數(shù)

其中，上式中系數(shù)0.82 是考慮到事故發(fā)生時有些成本不會遭到損失或無需更換，如場地、平整、道路、地下管線和地基、工程等，如能作出更精確的計算，系數(shù)可以改變。由于文中所涉及的建設(shè)成本未知，更換價值以A 代替。

2.2.5 確定單元危險系數(shù)(DF)

危害系數(shù)(DF)由單元危險系數(shù)(F3)和物質(zhì)系數(shù)(MF)確定，當(dāng)F3＞8 時，則最大值8 來確定危害系數(shù)。它代表單元中物質(zhì)泄漏或反應(yīng)能量釋放所引起的火災(zāi)、爆炸事故的綜合效應(yīng)。它的求出可以查表和通過計算得出，文中按照計算公式

Y=0.256 741 +0.019 886X +0.011 055X2-0.000 88 X3.

式中 X 為單元危險系數(shù)F3的值，原油的F3為6.89，MF 為16，計算得DF=0.63.

表3 原油火災(zāi)、爆炸指數(shù)(F＆EI)表Tab.3 Fire ＆ explosion index (F＆EI)table of crude oil

2.2.6 計算基本最大可能財產(chǎn)損失(Base MPPD)

基本最大可能財產(chǎn)損失(Base MPPD)由區(qū)域財產(chǎn)損失與危害系數(shù)的乘積求得，它是假定沒有任何一種安全措施來降低損失。文中，DF 為0.65，暴露區(qū)域內(nèi)財產(chǎn)價值設(shè)定為，則Base MPPD，為0.65 A.

2.2.7 計算安全措施補償系數(shù)(C)

安全措施不僅能預(yù)防嚴(yán)重事故的發(fā)生，也能降低事故的發(fā)生概率和危害。安全措施可以分為工藝控制、物質(zhì)隔離、防火措施三類，其補償系數(shù)分別為C1，C2，C3。根據(jù)油庫安全措施實際情況，經(jīng)合理取值，計算得C1為0.696，C2為0.839，C3為=0.720 和原油罐區(qū)的安全補償系數(shù)C 為0.420，經(jīng)補償后的原油庫火災(zāi)、爆炸指數(shù)F＆EI*為46.3.見表4.

2.2.8 計算實際最大可能財產(chǎn)損失(Actual MPPD)

實際最大可能財產(chǎn)損失(Actual MPPD)表示采取適當(dāng)(但不完全理想)防護(hù)措施后事故造成的財產(chǎn)損失，它由Base MPPD 與C 的乘積求得。如果這些防護(hù)措施出現(xiàn)故障，其損失值應(yīng)接近于Base MPPD.文中已求出Base MPPD 為0.65 A，C為0.420，則求出Actual MPPD 為0.27 A.

2.2.9 確定可能工作日損失(MPDO)

MPDO 由確定的Actual MPPD，一般情況下，根據(jù)MPPD(X)與停工日(Y)之間正常值的方程式求出，如果能精確地確定停工日期，就可不采用方程來加以確定。方程式如下

正常值的方程式為

由于A 未確定，MPDO 無法求出，用d 代替。

2.2.10 確定停產(chǎn)損失(BI)

停產(chǎn)損失BI 按美元計，其計算公式如下

式中 VPM 為每月產(chǎn)值;0. 7 代表固定成本和利潤。

表4 原油庫安全措施補償系數(shù)匯總表Tab.4 Crude summary table securitycompensation coefficient

3 油庫安全評價結(jié)果

將上述對原油庫安全評價結(jié)果進(jìn)行匯總，結(jié)果見表5，表6.

表5 F＆EI 及危險等級Tab.5 Degree of hazard for F＆EI

表6 工藝單元危險分析匯總表Tab.6 Process unit risk analysis summary table

4 結(jié) 論

通過對該油庫進(jìn)行評價，油庫在未采用安全措施之前，火災(zāi)、爆炸危險指數(shù)為110.24，危險等級為中等，通過采取各種安全措施后，火災(zāi)爆炸指數(shù)降為46.3，屬于“最輕”，降了2 個等級，評價最大可能財產(chǎn)損失較基本最大可能財產(chǎn)損失下降41.27%.雖然火災(zāi)、爆炸指數(shù)下降到可接受范圍，但如前言所述，由于其固有的危險程度是客觀存在的，仍需要采取更加有效的安全措施，強化對儲罐設(shè)施的維護(hù)保養(yǎng)，提高安全防范效能，確保消防安全。

References

［1］ 趙敏學(xué)，吳立志，商靠定.石化企業(yè)的消防安全評價［J］.安全與環(huán)境學(xué)報，2003(3):54 -57.ZHAO Min-xue，WU Li-zhi，SHANG Kao-ding. The safety evaluation of petrochemical enterprise［J］.Journal of Safety and Environment，2003(3):54 -57.

［2］ 劉鐵民，張興凱，劉功智，等. 安全評價方法應(yīng)用指南.［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2005.LIU Tie-min，ZHANG Xing-kai，LIU Gong-zhi，et al.Safety assessment methods application guides［M］. Beijing:Chemical Industry Press，2005.

［3］ 劉雙躍.安全評價［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2010.LIU Shuang-yue.Safety evaluation［M］. Beijing:Metallurgical Industry Press，2010.

［4］ 防火防爆專業(yè)委員會組織.道化學(xué)公司火災(zāi)、爆炸危險指數(shù)評價方法(第七版)［M］.北京:中國化工安全衛(wèi)生技術(shù)協(xié)會，1997.Compiled by Fire and Explosion Protection Professional Committee.Dow’s fire ＆ explosion hazard index assessment methods(seventh edition)［M］. Beijing:Chinese Chemical Safety and Health Technology Association，1997.

［5］ 靳自兵. 火災(zāi)事故后果評價方法在LNG 儲罐發(fā)生BLEVE 爆炸上的應(yīng)用［J］. 火災(zāi)科學(xué)，2004(4):256-261，200.JIN Zi-bing. Fire accident consequence assessment methods in the application of BLEVE explosion on the LNG tank［J］.Fire Science，2004(4):256 -261，200.

［6］ 國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局.安全評價(第三版)［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，2005.The state safety production supervision bureau.safety evaluation(third edition)［M］. Beijing:Coal Industry Press，2005.

［7］ 黃劍鋒.石化企業(yè)關(guān)鍵裝置安全評價及其管理系統(tǒng)應(yīng)用研究［D］.廣州:廣東工業(yè)大學(xué)，2006.HUANG Jian-feng. Petrochemical enterprise’s key device safety assessment and its management system application research［D］. Guangzhou:Guangdong University of Technology，2006.

［8］ 唐秋香.石油化工企業(yè)區(qū)域定量安全評價方法的研究［D］.青島:中國石油大學(xué)，2010.TANG Qiu-xiang.Study on quantitative safety evaluation methods in petrochemical enterprise area［D］.Qingdao:Chinese Petroleum University，2010.

［9］ 宋土學(xué).實用定量安全評價方法及應(yīng)用［Z］.安全評價及預(yù)測，http://wenku. baidu. com/view/92a7a45cbe23482fb4da4c80.html.1 -102.SONG Tu-xue. Practical quantitative safety evaluation method and its application study［Z］. Safety Evaluation and Prediction. http://wenku. baidu. com/view/92a7a-45cbe23482fb4da4c80.html.1 -102.

［10］杜瑞兵，曹 雄，胡雙啟.道化學(xué)法在安全評價中的應(yīng)用［J］.科技情報開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2005，15(9):166 -167.DU Rui-bing，CAO Xiong，HU Shuang-qi.Dow chemical method application in safety evaluation［J］. Technology Information Development and Economy，2005，15(9):166 -167.

［11］方興龍，周 梁.基于道化學(xué)法的大型合成氨裝置安全評價［J］.工業(yè)安全與環(huán)保，2007，33(2):30 -32.FANG Xing-long，ZHOU Liang. The safety evaluation based on dow chemical method on large scale synthetic ammonia devices［J］.Industrial Safety and Environmental Protection，2007，33(2):30 -32.

［12］吉尚偉，張耀偉.道化學(xué)火災(zāi)、爆炸指數(shù)分析法在油庫安全評價中的應(yīng)用［J］.遼寧化工，2009(7):503 -506.JI Shang-wei，ZHANG Yao-wei.Dow’s fire ＆ explosion hazard index assessment methods application in oil depot safety evaluation［J］. Liaoning Chemical Industry，2009(7):503 -506.

［13］任秀麗.大型石油罐區(qū)安全控制技術(shù)及其應(yīng)用研究［J］.安全與環(huán)境學(xué)報，2005，5(1):113 -115.REN Xiu-li.Large oil tank farm safety control technology and its application study［J］.Journal of Safety and Environment，2005，5(1):113 -115.