液化烴罐區(qū)風(fēng)險分析研究

李 嬌，吳玉國，王桐宇

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液化烴罐區(qū)風(fēng)險分析研究

李 嬌，吳玉國，王桐宇

（遼寧石油化工大學(xué) 石油天然氣工程學(xué)院，遼寧 撫順 113001）

對某石化企業(yè)的液化烴罐區(qū)進(jìn)行風(fēng)險分析。運(yùn)用事故樹分析、BLEVE沸騰液體擴(kuò)展模型等方法，對液化烴罐區(qū)可能存在的種種危險有害因素進(jìn)行排序，將液化烴罐區(qū)碳四單罐發(fā)生火災(zāi)爆炸作為典型事故情景，分析出可能導(dǎo)致罐區(qū)風(fēng)險的基本事件和事故途徑，建立事故樹。為企業(yè)防范和控制事故發(fā)生提供相應(yīng)依據(jù)。

球罐；風(fēng)險分析；事故樹；BLEVE

近年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國的石油產(chǎn)儲量嚴(yán)重不足，以液化烴替代十分短缺的汽、柴油是一條石油資源補(bǔ)充的可行之路。因此，液化烴作為原料得到廣泛的應(yīng)用，其常用儲存設(shè)備球罐的數(shù)量也急劇增加。現(xiàn)在球罐的發(fā)展逐漸趨向于大容量、高壓力，屬于潛在的重大危險源，一旦發(fā)生火災(zāi)爆炸事故，將造成非常嚴(yán)重的后果。

本文運(yùn)用事故樹分析及BLEVE沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸模型等方法對該企業(yè)液化烴罐區(qū)進(jìn)行風(fēng)險評價，針對液化烴罐區(qū)原料罐區(qū)存在的隱患，擬合出火災(zāi)產(chǎn)生的熱輻射值與距爆源中心距離的曲線，提出風(fēng)險緩解的相應(yīng)對策及措施，從而使液化烴罐區(qū)設(shè)施、設(shè)備的本質(zhì)安全水平和安全管理水平得以提升，并對該企業(yè)安全管理及生產(chǎn)運(yùn)行提供借鑒。

1 企業(yè)概況及物料危險性分析

1.1 企業(yè)概況

某化工企業(yè)危險化學(xué)品罐區(qū)包括原料罐區(qū)、中間產(chǎn)品罐區(qū)（汽油）、產(chǎn)品罐區(qū)（汽油）、柴油罐區(qū)（預(yù)留罐區(qū)）、甲醇罐區(qū)。廠區(qū)內(nèi)液化烴等危險化學(xué)品總儲量約15萬m3。本文以原料罐區(qū)為例，其主要儲存介質(zhì)為混合C4及混合C3/C4；依據(jù)裝置年處理量新建2臺3 000 m3混合C4儲罐、2臺3 000 m3混合C3/C4儲罐，罐型為球型，實(shí)際儲存天數(shù)9.1天，滿足項(xiàng)目碳四綜合利用裝置生產(chǎn)需要。

1.2 物料危險性分析

碳四，即丁烷（C4H10）又名正丁烷，一種易燃、無色、容易被液化的氣體。碳四作為石化行業(yè)有機(jī)原料的重要原料，其用途日益受到重視。東北煉油市場催化裂化的能力很大，并且近些年來新建液化氣芳構(gòu)化裝置較多，芳構(gòu)化液化氣有較高的異丁烷含量，是非常好的烷基化原料。而當(dāng)前東北煉油市場沒有好的異丁烷加工手段，僅僅是作為用液化氣外賣，價格低廉，貨源充足。危險類別為第2.1類易燃?xì)怏w[1]；毒性等級為Ⅳ；爆炸極限為2.25%~9.65%；火災(zāi)危險性分類為甲類；遇明火易發(fā)生著火回燃。

2 風(fēng)險評估

為了全面評估該企業(yè)液化烴罐區(qū)火災(zāi)爆炸事故的風(fēng)險，對其發(fā)生的可能性運(yùn)用事故樹及BLEVE沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸模型進(jìn)行分析。

2.1 事故樹分析

事故樹分析法（Fault Tree Analysis, FTA）是由結(jié)果到原因描述事故有向邏輯演繹的分析法[2]，于1961 年由美國貝爾實(shí)驗(yàn)室首先提出，可對事故進(jìn)行定性和定量分析[3]。本文所用計算方法為最小割集法[4]，來對球罐事故樹進(jìn)行定性分析，從而找出導(dǎo)致球罐失效的基本事件。該事故樹最小割集是由18個基本事件組成的集合，該事故樹中的全部基本事件發(fā)生是造成頂事件球罐發(fā)生火災(zāi)爆炸的充分必要條件。

從要分析的特定事故球罐發(fā)生火災(zāi)爆炸開始，以密封不嚴(yán)泄漏和罐體開裂作為中間事件，層層深入分析其發(fā)生事故的原因，直至找出導(dǎo)致事故發(fā)生的18個基本事件，并將導(dǎo)致球罐發(fā)生危險的所有事件進(jìn)行編號。通過事故樹分析我們可以了解各個基本事件對系統(tǒng)的影響，以及它們對頂事件發(fā)生影響的途徑和程度。然則，事故樹對于基本事件的表述通常具有模糊性，如焊接不良易導(dǎo)致儲罐破損產(chǎn)生裂縫，但焊接不良的程度很難量化出能夠?qū)е聝奘軗p產(chǎn)生裂縫，這時焊接不良和儲罐受損產(chǎn)生裂縫之間就是一種模糊邏輯關(guān)系。根據(jù)以上分析，建立如圖1所示的球罐發(fā)生火災(zāi)爆炸的事故樹。

圖1 球罐發(fā)生火災(zāi)爆炸的事故樹

根據(jù)事故樹的邏輯關(guān)系，事件與事件間若同時發(fā)生才能導(dǎo)致上層事件發(fā)生，則事件間使用邏輯與門，若事件與事件間有一個發(fā)生即導(dǎo)致上層事件發(fā)生則使用邏輯或門符號連接，形成一個倒置的樹狀結(jié)構(gòu)圖。在定性分析事故樹時，將圖形轉(zhuǎn)化為布爾函數(shù)形式表示的函數(shù)式，并根據(jù)基本數(shù)學(xué)運(yùn)算規(guī)律進(jìn)行化簡：

從布爾代數(shù)方程可知，該罐區(qū)的最小割集：

事故樹中包含最小割集32個，其中包含4個基本事件的最小割集10個，事故危險性較大。

最小徑集：

求解出事故樹最小割集后，假設(shè)不考慮各基本事件的發(fā)生概率或其發(fā)生概率相等，僅從結(jié)構(gòu)上分析頂上事件的發(fā)生受基本事件的影響程度。將基本事件通過結(jié)構(gòu)重要度分析原則進(jìn)行排序：

通過對結(jié)構(gòu)重要度的分析：結(jié)構(gòu)重要度最大的事件為罐區(qū)點(diǎn)火源，最高割集達(dá)到十階割集，通過最小割集理論可知，割集的階數(shù)越大，則基本事件同時發(fā)生的概率越小，其觸發(fā)頂事件的概率相對越小。

2.2 BLEVE沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸模型

沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVE）是指當(dāng)儲罐內(nèi)大量的過熱液體瞬間泄漏，壓力平衡被破壞，液體急劇汽化后形成蒸氣云，達(dá)到燃燒極限并被點(diǎn)燃而產(chǎn)生劇烈湍動燃燒的火球[5]。在這一過程中，會產(chǎn)生碎片和爆炸波，但沸騰液體蒸氣云爆炸火球產(chǎn)生的主要風(fēng)險為熱輻射。通常情況下，主要運(yùn)用點(diǎn)源模型和固體火焰模型對火球的熱輻射通量進(jìn)行計算，這兩種模型各有利弊。本文所采用的點(diǎn)源模型均為前人所優(yōu)化后的模型[6]。

（1）火球最大直徑和火球持續(xù)時間

（2）熱輻射

其中，以原料罐區(qū)儲存碳四的球罐單罐為分析節(jié)點(diǎn)，容積3 000 m3，溫度50 ℃，工作壓力1.535 MPa，密度600 g/L。

據(jù)計算結(jié)果擬合出距爆源中心距離與熱輻射的曲線，如圖2。通過對該企業(yè)碳四原料罐區(qū)進(jìn)行安全風(fēng)險分析，在距離爆源中心半徑500 m處熱輻射的能量使操作設(shè)備全部損壞，對人輻射10 s造成傷害為1%死亡, 輻射1 min造成100%死亡；在距離爆源中心650 m處對人輻射10 s造成重大燒傷，輻射1 min造成100%死亡；距爆炸中心850 m熱輻射能量對人輻射10 s造成1度燒傷，輻射1 min造成1%死亡；距爆炸中心1 500 m處對人輻射20 s以上產(chǎn)生痛感但未必起泡；距爆炸中心2 400 m，對人長期輻射無不適感。

圖2 單個3 000 m3球罐熱輻射與距爆源中心關(guān)系曲線

3 事故預(yù)防措施

雖然液化烴罐區(qū)發(fā)生火災(zāi)爆炸的危險系數(shù)較小，一旦發(fā)生爆炸，企業(yè)遭受的損失極為嚴(yán)重。因此，預(yù)防事故發(fā)生應(yīng)從以下措施考慮：

（1）球罐內(nèi)殘存液態(tài)烴較多時，易形成蒸汽云發(fā)生著火爆炸，應(yīng)有《清罐方案》，嚴(yán)格執(zhí)行，檢查考核，改善操作并加強(qiáng)回收[7]；

（2）加法蘭處泄漏液態(tài)烴，應(yīng)設(shè)置可燃?xì)鈭缶瘍x，加強(qiáng)監(jiān)控規(guī)范管理；

（3）設(shè)備在結(jié)構(gòu)設(shè)計，材料選擇，建造過程應(yīng)按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，消除源頭風(fēng)險；

（4）對于球罐本體，應(yīng)加強(qiáng)檢修和維護(hù)，避免應(yīng)力腐蝕，機(jī)械碰撞，加強(qiáng)物料硫化氫含量控制，防止罐體失效[8]；

（5）嚴(yán)格控制火源，重視事故、設(shè)備故障及違章統(tǒng)計，為事故分析提供依據(jù)；

（6）球罐區(qū)工序每人配置一套過濾式防毒面具，防護(hù)服、化學(xué)護(hù)目鏡、氟橡膠手套等勞動防護(hù)用品；

（7）罐組應(yīng)統(tǒng)一選用防爆等級為dIIBT4，防護(hù)等級IP65的隔爆型防爆電器，可以滿足防爆和使用場所的安全要求；

（8）健全應(yīng)急預(yù)案管理體系，應(yīng)編制有公司級總體應(yīng)急預(yù)案，專項(xiàng)應(yīng)急應(yīng)預(yù)案，車間級應(yīng)急預(yù)案；為檢驗(yàn)各級預(yù)案是否有效，應(yīng)定期組織演練，提高員工應(yīng)急反應(yīng)能力[9]。

4 結(jié) 論

本文以液化烴原料罐區(qū)的單個3 000 m3球罐為風(fēng)險分析對象，經(jīng)過定性及定量分析得出以下結(jié)論：

（1）運(yùn)用事故樹分析法，對可能導(dǎo)致球罐發(fā)生火災(zāi)爆炸的因素進(jìn)行分析，并按照邏輯關(guān)系建立事故樹，評價結(jié)果表明基本事件中立即點(diǎn)燃與閃火結(jié)構(gòu)重要度最大，實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)避免以上基本事件的發(fā)生，通過對危險、有害因素的分析、辨識、評價、控制可以有效降低安全事故的發(fā)生，進(jìn)一步提升了企業(yè)的安全性；

（2）運(yùn)用BLEVE模型對其進(jìn)行定量分析，根據(jù)評價結(jié)果，單個3 000 m3球罐發(fā)生沸騰液體擴(kuò)展為災(zāi)難性事故時，距爆源中心2 400 m處對人長期輻射無不適感。若發(fā)生BLEVE事故后果將非常嚴(yán)重，液化烴罐區(qū)具有較大的固有危險性和潛在危險性，企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)該罐區(qū)安全管理。在安全生產(chǎn)運(yùn)行及儲存過程中,若出現(xiàn)球罐較小地泄漏氣，應(yīng)及時做到維修或更換破損件，完善應(yīng)急預(yù)案，有效地降低重大事故的發(fā)生。

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Study on Risk Analysis of Liquefied Hydrocarbon Tank Area

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（Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001, China）

Risk analysis of liquefied hydrocarbon tank area in a petrochemical enterprise was carried out. By fault tree analysis and BLEVE model, dangerous factors in the liquefied hydrocarbon tank farm were sequenced. The fire and explosion accident of C4single tank in the liquefied hydrocarbon tank area was used as a typical scene, basic events and accident pathways of the risk were analyzed, and the fault tree was established, which could provide the basis for enterprise to prevent and control accidents.

tank; risk analysis; fault tree analysis; BLEVE

TE88

A

1004-0935（2017）04-0407-04

2017-01-24

李嬌（1988-），女，碩士研究生，遼寧省撫順市人，2017年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)油氣儲運(yùn)專業(yè)，研究方向：油庫及管道安全風(fēng)險分析。

吳玉國（1977-），男，副教授，博士，研究方向：油庫及管道管理。