天然氣儲罐蒸氣云爆炸事故個人風險分析

郭曉曉 蔡治勇 梁開武 崔月冬

（重慶科技學院安全工程學院，重慶 401331）

天然氣儲罐具有較大危險性，介質易燃易爆且處于一定的壓力狀態。一旦泄漏，氣體與空氣高度紊流易形成爆炸性蒸氣云，若遇火源則發生蒸氣云爆炸，蒸氣云爆炸事故頻率高，若發生在城市或人口聚集區，會造成嚴重的后果。在對蒸氣云爆炸事故進行定量風險分析的基礎上，確定安全距離并進行安全規劃是減輕事故危害的基本途徑之一。

目前，國內外對工業設施所造成的個人風險已經提出了切實可行的定量計算方法。潘科以英國HSE 的人員傷亡評估probit 標準來計算個人風險值，對液化石油氣VCE 事故定量分析。李清水應用基于個人風險的土地利用規劃方法，在定量風險分析的基礎上對某擬建LNG 儲備庫周圍的土地利用類型進行了規劃與調整。林銘玉結合某城市某區燃氣管網布置的實際情況，進行個人風險定量分析，確定了天然氣儲配站的安全距離。武雪芳分析歸納了國外有關的個人風險和社會風險標準，提出每年10-6的死亡風險是可以忽略不計的個人風險水平等觀點。

本文擬在以往研究的基礎上，對個人風險的計算方法進行整合，確定天然氣儲罐蒸氣云爆炸事故個人風險計算模型，并結合案例進行個人風險分析，找出不同人口密度場所與天然氣儲罐的安全距離，為安全規劃及防護措施的制定提供依據。

1 天然氣儲罐蒸氣云爆炸事故個人風險計算模型

1.1 蒸氣云爆炸（VCE）超壓計算模型

蒸氣云爆炸是指可燃氣體或蒸氣與空氣的云狀混合物在開闊地上空遇到點火源引發的爆炸。蒸氣云爆炸能產生多種破壞效應，如沖擊波超壓、熱輻射、碎片作用等，但最危險、破壞力最強的是沖擊波的破壞效應。

TNT 當量法廣泛用于簡單蒸氣云爆炸模擬。由于對TNT 炸藥的爆炸威力已進行了大量研究工作，目前已能有效地預測其爆炸場和對物體的破壞作用；設想把蒸氣云爆炸的破壞作用轉化成TNT爆炸的破壞作用，由此評價相關爆炸的一系列結果，如所測點的超壓。TNT 當量的轉化公式為

式中：

WTNT-爆炸的TNT 當量質量（kg）；

μ-蒸氣云的TNT 當量系數，取4%；

Hc-燃料熱值（kJ/kg）；

Wf-氣云中燃料的總量（kg）；

WTNT-TNT 的爆熱，4520kJ/kg。

若VCE 為地面或近地面爆炸，則爆炸總能量為實際能量的1.8 倍，在蒸氣云爆轟時，其沖擊波參數可以用下面的公式 計算：

式中：

P0-環境大氣壓，1.01×105Pa；

PS-沖擊波正相最大超壓（Pa）；

R-目標到蒸氣云中心的距離（m）。

1.2 人體脆弱模型

人體脆弱模型用于評價人類對于有毒物質、熱輻射、超壓的劑量-反應關系。脆弱性影響因素與概率單位的關系見表1。

采用人體脆弱性模型計算脆弱性影響因素的概率單位值。沖擊波超壓的概率變量公式為：

PS-靜態超壓的峰值（bar）；

Y-致死概率單位值。

人體脆弱性的傷害或死亡概率V 與概率單位Y 之間有如下正態分布關系：

1.3 個人風險計算式

個人風險定義為：在某一特定位置長期生活的未采取任何防護措施的人員遭受特定危害的頻率，等于特定事故發生概率和后果的乘積。事故后果僅考慮對人員的影響，只考慮死亡情況，不考慮人員受傷情況、財產損失和環境破壞情況。

通常情況下，個人風險的計算如下：

表2 擬定個人可接受風險基準值

表3 儲配站周邊環境一覽表

式中：

Pf是事故發生的概率；

十、神矮LS—1蘋果其他品種及砧木種子 太平洋嘎拉、五代紅星、昌紅、煙富（1～6號）、南陽富士、高樁短富；Jm7號、八棱海棠、杜梨、山毛桃、山杏等種子。

Pd/f是個人由于事故的發生而死亡的概率。

計算天然氣儲罐事故發生概率時，通常需要以往事故發生次數的統計值。但只有當研究區域較大時（省級以上區域）才較容易獲得事故發生次數統計值，而當研究區域較小時（縣、區及其以下區域）其值常常嚴重不足。因此，本文假設天然氣儲罐發生蒸氣云爆炸事故的頻率為10-5次/年。

由式（1）～（5）分析建立天然氣儲罐蒸氣云爆炸事故個人風險模型如下：

2 天然氣儲罐蒸氣云爆炸事故個人風險分析

2.1 個人風險可接受水平的確定

國家安全監管總局在對發達國家和地區土地安全規劃、安全距離確定方法進行廣泛調研和分析的基礎上，結合我國國情，研究提出了我國危險化學品生產、儲存裝置個人可接受風險基準，見表2。

2.2 案例分析

某天然氣儲備站新建1 臺100m3臥式液化天然氣儲罐，取充裝系數為0.9，LNG 的密度為450kg/m3，儲存壓力0.6MPa。儲配站周邊環境情況見表3。

為建立模型及計算簡便起見，假設外界環境為靜風；將儲罐看做一個質點，在儲罐處發生地面或近地面蒸氣云爆炸。經計算TNT 當量為：

WTNT=0.0 4×100×0.9×450×55600/4 520=20000kg。

根據所建立天然氣儲罐蒸氣云爆炸事故個人風險模型——式（6），得到距儲罐不同位置處的個人風險值，見表4。

表4 距儲罐不同位置個人風險計算結果

表4 中的數據按照間距為10m 的方式記錄了距離儲罐不同位置處的個人風險值。距離儲罐越遠，個人風險值越小。

本項目為新建項目，參見表3、表4可知：

（1）若防護目標為低密度人員場所則其距儲罐的安全距離為20m。本案例天然氣儲備站周邊所涉及場所為低密度人員場所，其間距大于安全距離。

（2）若防護目標為居住類高密度場所或公眾聚集類高密度場所，其安全距離為90m。本天然氣儲備站周邊不存在此類場所。

（3）若防護目標為高敏感場所、重要目標或特殊高密度場所，其安全距離約為175m。本天然氣儲備站周邊不存在此類場所。

3 結論

（1）根據本文整合所得個人風險模型，低密度人員場所的安全距離為20m。本案例中，天然氣儲配站北面的零星民舍屬低密度人員場所，距離此處30m，所建模型的計算結果符合實際。

（2）根據《危險化學品生產、儲存裝置個人可接受風險和社會可接受風險基準（征求意見稿）》所規定的個人風險可接受水平，結合實際案例，得到了該天然氣儲配站周邊不同人口密度場所的安全距離，為其安全規劃提供了依據。

（3）本文未考慮風速、大氣穩定度等對事故后果的影響，儲罐選址時，應適當增加下風向的安全距離或增設安全防護措施。

[1]潘科，劉媛，許開立.基于probit 模型的超壓引發多米諾效應定量風險評價研究[J].中國安全科學學報，2012，22（09）:51-56.

[2]李清水，劉茂，等.基于個人風險的土地利用規劃在LNG 儲備庫的應用[J].中國工程科學，2008，10（09）:79-82.

[3]林銘玉.燃氣管網對土地利用規劃的風險影響分析[D].成都:西南石油大學，2010.

[4]武雪芳.定量風險評價標準探討[J].上海環境科學，2000，19（04）:152-158.