LPG儲罐爆炸事故評價及安全管理研究進展

劉經緯，趙 斌（遼寧石油化工大學 機械工程學院，遼寧 撫順 1130011）

?

LPG儲罐爆炸事故評價及安全管理研究進展

劉經緯，趙 斌
（遼寧石油化工大學 機械工程學院，遼寧 撫順 1130011）

摘要：LPG儲罐的爆炸事故時有發生，一旦出現爆炸事故，將導致大量的人員傷亡和經濟損失，因此，有必要對其事故原因進行分析，并且提出有效的應對措施。首先，討論了LPG典型事故，并且對事故類型及事故后果進行了分析；其次，研究了LPG儲罐爆炸評價方法；最后，討論了LPG儲罐安全防護措施研究進展。

關鍵詞：LPG儲罐；爆炸事故；防護措施

液化石油氣的的成分主要為C3與C4，是甲A類火災危險品，閃點非常低，非常容易燃燒；著火的能量也比較小，體積膨脹系數比較大，有較大的爆炸危險性。氣態的液化石油氣比空氣重，泄漏后非常容易在不同類型的建筑物，構筑物空間的低處、地溝、縫隙處聚集；在常壓條件下，LPG沸點小，泄漏后發生閃蒸，液相LPG將轉變成氣相LPG，體積快速增加；液相流動時由于摩擦非常容易形成靜電；LPG具有使人窒息的危害，在嚴重的情況下使人產生痙攣，并且終止呼吸。液化石油天然氣（LPG）經濟、高效、清潔、環保，有較大的熱值，因此，已經應用于工業，農業和民用領域。

一般而言，能量首先傳輸到和LPG儲罐相鄰的液相和氣相LPG，因此能夠形成相應的分層區。分層區通常情況下相對于主流會有更高的溫度，如果出現壓力泄放，在對于處于不同位置的介質，具有不同的溫度，相應的核化速度也有所區別。在LPG儲罐處于火災環境下的情況下，由于存在分層導致過早地產生處于過熱極限狀態的液體，進而使壓力迅速增大。在LPG儲罐受到熱侵襲的過程中，分層現象使液相和氣相LPG的溫度有所變化，如果處于過熱極限狀態的液相LPG不能及時泄放到儲罐外，則有可能在泄漏出噴射出并且發生爆炸［1］。

1　LPG儲罐典型事故、事故分類和事故后果探究

LPG的存儲條件一般為常溫和高壓，當由于操作失誤使LPG儲罐過量充裝，儲罐自身存在設計和施工的弊端，儲罐材料處于疲勞狀態，儲罐材料出現腐蝕現象，儲罐受到外力的作用或者處于火災環境下，將出現嚴重的破壞，管道和閥門出現破壞，從而產生LPG的泄漏事故，因為LPG溫度相對于大氣壓條件下的沸點要高出很多，泄漏出去的LPG將迅速地氣化，同時出現閃蒸［2］。

LPG儲罐的爆炸事故時有發生。1978年 7月11日，在西班牙巴塞羅那市與帕倫西亞市之間的高速公路的旁道上處于行駛狀態的液化丙烯罐車發生爆炸事故，嚴重地破壞了地中海沿岸側的一個露營場。事故導致215人死亡，67人受傷，大約有100輛汽車與 14棟建筑物遭受不同程度的損毀。1984 年 11月，在墨西哥城發生了重大的液化石油氣（LPG）站爆炸事故，事故導致542人死亡，7 000多人受傷，涉及的事故面積大約為27萬m3。2014 年9月18日，美國得克薩斯州貝敦市一個儲油罐遭雷電擊中爆炸起火后，導致另一個儲油罐和3個鹽水罐受損，損失原油約1 400桶。2015年7月16日日照市嵐山區石大科技有限公司1 000 m3液化烴球罐在倒罐作業中發生泄漏，引火爆燃。爆炸瞬間火焰迅速擴散到整個廠區周邊，巨大的沖擊波將球型儲罐的外殼沖出數米，周邊明顯感覺到震動。

LPG儲罐發生爆炸的起因絕發部分是高溫環境下儲罐產生失效，而高溫環境的主要原因就是火災或者熱輻射。當LPG儲罐處于高溫環境下，因為內部介質的傳熱、儲罐壁溫度、和儲罐內壓力失穩而引起LPG儲罐的破壞，產生相應的事故，常見的事故類型及危險性如下所示［3］：

BLEVE（蒸汽爆炸）：儲罐出現了破裂，LPG儲罐產生泄漏、出現閃蒸，當有明火，泄漏的LPG將被迅速地點燃，此時出現沸騰液體擴展蒸汽爆炸。在發生蒸汽云爆炸時，釋放的能量絕大部分都形成了沖擊波，使LPG儲罐周圍的空氣受到劇烈的沖擊作用，導致空氣的瞬間變化，因此，此類事故的后果非常嚴重，LPG儲罐周圍的建筑物將被嚴重地破壞，化工廠應該避免此類事故的發生。蒸汽云爆炸的傷害半徑見表1。

表1　蒸汽云爆炸的傷害半徑Table 1　Damage radius of BLEVE

PF（池火）：液相積聚形成液池，延遲或遠處點燃則發生池火。當儲罐管道、閥門出現破壞，液相LPG產生泄漏，發生閃蒸，一旦泄漏的介質被明火點燃，將產生噴射火。在發生池火時，對LPG儲罐周圍設備產生威脅的主要因素就是熱輻射，不同程度的事故產生的熱輻射值不同，對周圍設備的威脅程度也不同，具體情況見表2。

表2　不同熱輻射程度的池火災的傷害程度Table 2　Injury extent of PF with different radiation level

2　LPG儲罐爆炸評價方法

LPG儲罐爆炸事故后果分析的方法主要有［4］：

2.1模糊數學和灰色關聯法

由于 LPG儲罐爆炸事故的評價屬于一種多因素、多目標和多層次的系統，在評價過程中，許多影響因素都具有模糊性，因此，應該采取模糊數據進行評價。模糊綜合評價模型能夠有效地處理有多種模糊性影響因素的問題，按照設定的評價準則，通過模糊變換進行LPG儲罐爆炸事故的總體評價。根據 LPG儲罐的實際狀況構建相應的評價指標體系，利用層次分析法計算出不同評價指標的權值，構建出權值向量，然后利用灰色關聯分析對影響因素進行評價，計算出不同評價指標和LPG儲罐安全的相關性，從而避免了主觀因素的影響，獲得科學合理的權值向量，最后可以得到出準確的評價結論。

2.2事故樹分析法

事故樹分析是安全系統工程中的分支方法，可以發現 LPG儲罐爆炸事故系統中潛在危險因素以及相互之間的影響，利用定性和定量相結合的方法進行LPG儲罐爆炸事故的評價。在評價的過程中，利用三角模糊數表征 LPG儲罐爆炸事故各個基本事件的概率，依據事故樹和模糊算子獲得頂事件的概率分布，利用中值法分析模糊重要度，從而能夠確定相應LPG儲罐爆炸的主要影響因素，從而能夠為提高LPG儲罐提供有效的技術支持。

2.3有限元法

有限元技術是一種先進的數值模擬技術，可以有效地分析非線性問題，而LPG儲罐爆炸事故中各個物理量的變化均屬于非線性問題，因此，利用有限元技術對火災環境下 LPG儲罐力學行為和熱力學特性進行分析是切實可行的。采用有限元仿真技術能夠比較容易地計算出 LPG球罐的不同部件的受熱后的應力，并且以直觀的三維圖顯示出來。目前，許多研究機構通過有限元分析軟件對火災現場進行預測仿真分析，對LPG儲罐在高溫條件下內部介質的熱響應進行數值分析。利用有限元分析技術能夠有效地對LPG儲罐的爆炸事故進行系統分析。

3　LPG儲罐安全防護措施研究進展

LPG在外界高溫條件下儲罐本身的以及內部的介質傳熱儲罐傳熱，儲罐內部壓力隨之而變，儲罐的失效時間也發生相應的改變。根據相關實驗研究成果可知，影響LPG儲罐安全的因素包括：儲罐是否采用了有效的防護措施，儲罐的充裝水平是否合理，火災包圍狀況，外界是否存在自然風，風速和風向變化的狀況［5］。

LPG儲罐主要可以從以下幾個方面進行安全管理：

（1）壓力控制

壓力是LPG儲罐的主要參數，需要對其進行有效地控制。應該實時地測試LPG儲罐的壓力變化數據，管理人員應該認真地巡視，一旦發現問題及時匯報。應該盡可能避免 LPG儲罐在極端條件下工作，防止壓力過大。嚴格遵守操作規范，避免違章操作［6］。

（2）液位控制

當工作環境發生變化時，液位也隨之變化，當液位變化時，相應的保護措施也隨之變化。為了能夠避免儲存過量，可以采取報警控制系統，減小LPG儲罐液位檢測誤差。應該定期對 LPG儲罐進行檢查，將其液位的變化做好記錄，如果發生異常現象，應該及時處理，避免LPG儲罐在過高或者過低的液位下工作。

（3）冷卻控制

LPG儲罐爆炸的原因有兩個，一方面是LPG儲罐的內部壓力不斷增加；另外一方面是LPG儲罐罐壁溫度增加導致罐壁強度的降低。因此，應該選擇有效的手段避免儲罐內部壓力的增加以及罐壁溫度的增加，能夠更好地防止LPG儲罐事故。水冷卻是一種有效的方式，主要包括固定水噴淋、固定水炮、水噴霧等形式。

（4）嚴格遵循LPG儲罐的設計和制造規范

LPG儲罐自身存在著較大的危險性，因此，對于LPG儲罐的設計與制造等方面的管理，國家有關機構提出了非常嚴格的要求，因此，LPG儲罐的制造企業應該具備設計和制造資質，否則，就沒有資格進行LPG儲罐的設計與制造。可以設計LPG儲罐的企業應該遵循國家的相關規范，這樣才能避免爆炸事故的發生。

4　結 論

LPG儲罐是國家的主要資產，其安全運行對于國家的經濟發展具有非常重要的作用，此外，LPG儲罐的經濟價值非常大，而且儲存的油品自身存在較大的價值，因此，價值相當可觀。儲油罐操作運行及安全管理應該嚴格按照國家或石油石化企業頒布的相關標準執行，防止LPG儲罐事故的發生，保障石油石化企業的經濟利益。不僅應該關注LPG儲罐主體的安全，LPG儲罐的附件的安全管理也必須給予足夠的關注，從而能夠更好地避免LPG儲罐的爆炸事故或者漏油事故。針對長時運行的 LPG儲罐，應該定期地進行在線完整性檢測，采取更為先進的檢測技術，發現LPG儲罐中存在的安全隱患，避免事故的發生。

參考文獻：

［1］邢志祥，楊乃軍，郝永梅.高溫環境下LPG儲罐熱響應及安全防護的研究進展［J］.消防科學與技術，2014，33（9）∶979-983.

［2］李驍驊，王晶禹.LPG儲罐的失效原因分析［J］.工業安全與環保，2007，33（6）∶44-46.

［3］孫文棟，方江敏.LPG儲罐火災爆炸事故后果模擬方法研究［J］.工業安全與環保，2009，35（12）∶44-45.

［4］黃昆 ，蔣宏業，李余斌.LPG儲罐火災與爆炸事故分析［J］.西南石油學院學報，2004，26（5）∶74-76.

［5］梁韜，陳國華，張瑞華，顏偉文.SAFETI在LPG儲罐事故后果評價中的應用［J］.油氣儲運，2006，25（2）∶53-58.

［6］張雅萍，蘇舉端，于勝男.液化石油氣（LPG）儲罐安全監測研究［J］.工業安全與環保，2010，（2）∶31-33.

Research Progress of Explosion Accident Evaluation and Safety Management for LPG Tanks

LIU Jing-wei，ZHAO Bin
（School of Mechanical Engineering，Liaoning Shihua University，Liaoning Fushun 113001，China）

Abstract：The explosion accident of LPG tank happens all the time；once explosion accident of LPG tank happens，a large number of casualties and economic losses will be caused，therefore it is necessary to carry out accident analysis for LPG tank，and effective countermeasures should be put forward.Firstly，the classic accidents were discussed，and the accident type and results of LPG tank were analyzed.Secondly，the LPG tank explosion evaluation method was studied.Finally，the safety countermeasures of LPG tank were summarized.

Key words：LPG tank；Explosion accident；Safety countermeasures

中圖分類號：TQ 052

文獻標識碼：A

文章編號：1671-0460（2016）01-0067-03

收稿日期：2015-09-10

作者簡介：劉經緯（1994-），男，遼寧省大連市人，研究方向：主要研究石油化工設備的安全分析。E-mail：630601772@qq.com。