基于ALOHA與PHAST的LPG儲罐泄漏事故模擬研究

中圖分類號 TE88 文獻標志碼 A 文章編號 0254-6094（2025）04-0600-05

近年來，隨著我國經濟的飛速發展，石油化工行業正在快速發展，石油能源的重要程度也在逐漸提高。在石油化工行業飛速發展的過程中，液化石油氣儲罐的安全問題顯得尤為重要[1]。液化石油氣（LiquefiedPetroleumGas，LPG）作為一種經濟實惠、存儲量大、污染小的能源，越來越受到人們的重視。然而由于液化石油氣具有易燃易爆、腐蝕性及室息性等特點，儲罐的危險性很大，特別是整個區域的池火和儲罐蒸汽云的火災和爆炸，對整個儲罐區的設備和人員構成了極大的威脅，甚至對儲罐區周邊及整個城市的環境也具有重要影響。

國外學者積極研究儲罐泄漏、火災、爆炸等災害發展規律。COZZANIV等提出一種針對多米諾效應定量風險評估的方法，并轉化為編程軟件進行案例風險分析，可識別事故場景，進行分析并估計事故嚴重程度[2]。ANJANANS等利用ALOHA軟件模擬氨泄漏事故的影響范圍，并結合GIS數據庫提出了具體的救援措施[3]。CONLEYM運用掃描檢測方法分析了儲罐的泄漏情況，并預測了儲罐剩余使用壽命[4]

國內學者針對儲罐存在的各種風險進行了相關研究。楊志華等對儲罐泄漏后引起的火災進行了模擬，分析了事故分布規律[5]。張景鋼等采用ALOHA軟件對化工園區的儲罐泄漏進行了情景模擬，構建了基于ALOHA的化工園區儲罐應急管理平臺[6。方文皓在對液化石油氣儲罐進行風險分析時，針對災害發生后的毒性氣體擴散危害范圍，應用ALOHA軟件研究了不同工況下的威脅區域，并找到了影響結果的條件參數，從而提出防范事故發生的有效建議[7]。

筆者以某煉油廠液化石油氣泄漏爆炸事故為研究對象，首先用事故樹對其進行定量分析，然后采用ALOHA軟件與PHAST軟件進行對比驗證，并將兩者結合對液化石油氣泄漏事故可能造成的后果進行模擬，不僅定量得到各事故的結果重要程度，提高風險預測和整體防范能力，而且考慮了事故威脅區域，為以后液化石油氣泄漏救援決策提供指導，從而有效提升應急救援規范化水平。

1液化石油氣泄漏事故類型分析

LPG是由碳氫化合物組成的一種無色氣體或黃棕色油狀液體，具有特殊臭味，其主要成分包括丙烷 （C₃H₈ 和丁烷 （C₄H₁₀） ，這兩種成分的綜合百分比超過 60% 時才能稱為液化石油氣[8]

LPG泄漏是一種常見的安全事故，具有極大的危險性。LPG泄漏主要分為液體泄漏和氣體泄漏兩種形式。當LPG壓力降低時，它會從液態轉換為氣態，如果泄漏源在密閉容器中，液體LPG可能從該容器中泄漏，并迅速蒸發形成易燃氣體云。LPG在燃燒時會產生高溫和大量的熱能，遇到點火源時容易引發火災和爆炸，可能導致人員傷亡、財產損失和環境污染。LPG泄漏產生的氣體能在空氣中迅速蒸發，形成易燃易爆的蒸氣云。

筆者采用事件樹分析法對LPG儲罐泄漏所造成的事件結果進行定性分析，如圖1所示。事件樹分析法是一種用于系統識別和分析可能導致事故的各種因素的方法。通過構建事件樹，可以逐步理清LPG儲罐發生火災、爆炸事故的機制和原因，進而采取相應的改進措施，提高LPG儲罐的可靠性和安全使用壽命。

圖1 LPG泄漏事件樹

2 基于FTA的液化石油氣儲罐泄漏事故類型權重

事故樹分析（FaultTreeAnalysis，FTA）是一種系統化的方法，用于分析和評估事故的發生原因及其影響，并為預防事故提供指導。在進行事故樹分析時，首先需要從頂上事件開始，逐層次向下演繹，找出導致事故的基本原因（底事件）。在本例（圖2）中，頂上事件是LPG泄漏事故（T），基本事件包括瞬間大量泄漏（M1）、持續緩慢泄漏（M2）、立即點燃（M3）形成云團（M4）、沒有點燃（M7）、延遲點燃（M8）發生火球事故（X1）無火災事故發生（X2）蒸氣云爆炸事故（X3）、閃火（X4）和噴射火事故（X5）。

該事故樹的結構函數表達式為：

由式（1）可知，該事故樹共有4個最小割集，即有4種情況會導致頂上事件的發生。4組最小割集分別為： ?K1={X1}，K2={X2}，K3={X5}，K4={X3，K2} （2X4} 。

由近似計算式可計算出各基本事件的結果重要度分別為：

圖2 LPG 泄漏事故樹

其中，I（i）表示 Xi 的結果重要度， i= 1，2，3，4，5。由式（2）可知，結果重要度排序為 I（1）= I（2）=I（5）gt;I（3）=I（4）， □

LPG爆炸會形成具有極高溫度的火球，熱輻射引起的燒傷是造成人員傷亡的主要原因。根據結果重要度的排序可知，LPG泄漏極易造成火球事故，其中噴射火事故可能性遠高于其他事故，因此需要著重對這兩個事故的發生做出預防及控制措施。

3基于ALOHA軟件的LPG儲罐泄漏模擬

為了進一步模擬火球事故和噴射火事故的威脅區域，運用ALOHA軟件進行詳細分析[9]

3.1 情景設置

首先，根據研究對象的具體情況選擇發生泄漏事故時的具體環境和具體位置。這意味著在進行泄漏事故模擬時，需要考慮具體的地理位置、環境條件等因素，以確保模擬結果的準確性和適用性。

對于氣象參數，主要是根據近5年的統計數據而設定，該技術參數主要影響氣體傳播速度、方位、距離及含量等的計算結果。例如，氣溫升高會增加氣體分子的熱運動，從而增加氣流速度。此外，相對濕度的變化也會影響氣體的擴散過程。這些參數的統計數據通常來源于氣象站點的觀測數據集。

情景設置的基本參數如下：

危險化學品 液化石油氣

風速 2.9m/s

風向 東南

氣溫 30^qC

孔徑 1000mm

大氣濕度 50%

儲罐容積 3465m³

直徑 15.7m （204號

高度 17.9m （204號

孔高 1m （20

3.2 泄漏模擬

3.2.1 火球事故

當高壓輸氣管道或天然氣管道發生泄漏時，泄漏的可燃氣體與空氣混合形成可燃氣云，遇到火源后迅速燃燒并形成火球。火球事故的危害主要體現在其強烈的熱輻射傷害上。在泄漏引起的火球事故中，火球會釋放出大量熱量，對周圍環境和人員造成嚴重傷害。

火球事故威脅區域模擬結果如圖3所示。由圖3可見，離火源 220m 范圍內屬于致死區（建筑物損壞，壓力大于 8.0psi，1 p si=6894.76Pa ），該區域內人員如果受到60s火球熱輻射則可能致死；220～350m 范圍內為重傷區（可能造成嚴重傷害，壓力大于 3.5psi ），該區域內人員受到 60s 火球熱輻射可引起二度燒傷； 350～500m 范圍內為輕傷區（玻璃破碎，壓力大于 1.0psi ），該區域內人員受到60s火球熱輻射能使人感到劇烈疼痛； 500m 以外為安全區。由此可知，火源 500m 以內均存在風險。因此，企業應在這一范圍內采取安全控制措施，防止人員進入危險區域，保障人員和設備的安全。

圖3 火球事故威脅區域

3.2.2 噴射火事故

在LPG噴射火事故中，熱輻射對人員和設備的危害是最顯著的。熱輻射不僅會導致人員灼傷，還會對設備造成損害。研究表明，噴射火產生的熱流密度對儲罐的熱響應有顯著影響，氣相區壁溫和液相區壁溫都會受到熱輻射的影響。

如圖4所示，LPG儲罐泄漏導致噴射火現象所涉及的熱輻射范圍可以通過模擬結果來劃分，距離泄漏口處 40m 范圍內屬于致死區（輻射強度大于 10.0kW/m² ），在該區域內人員暴露60s就可能致死； 40～75m 范圍內為重傷區（輻射強度大于5.0kW/m²） ，在該區域內人員暴露60s就可能會造成二度燒傷； 75～145m 范圍內為輕傷區（輻射強度大于 2.0kW/m²， ，在該區域內人員暴露60s會使人感到劇烈疼痛； 145m 以外為安全區。由此可知，在泄漏口 145m 以內均存在風險。因此，企業應在這一范圍內采取安全控制措施，以防止人員進人危險區域，保障人員和設備的安全。

圖4噴射火事故威脅區域

4基于PHAST軟件的LPG儲罐泄漏模擬

為驗證ALOHA軟件對LPG泄漏結果模擬的準確性，筆者采用PHAST軟件對其進行驗證，并為后續的安全設計和風險評估提供更為精準的數據支撐和參考依據。

4.1火球事故模擬

基于PHAST軟件的火球事故威脅區域模擬結果如圖5所示，可以清晰直觀地看出，在距離火源 340～440m 范圍內壓力異常，顯示出此處位置存在安全風險。因此，企業應在這一范圍內采取安全控制措施，以防止人員進入危險區域，保障人員和設備的安全。

圖5火球事故下爆炸超壓與下風距離的關系

4.2 噴射火事故模擬

噴射火輻射強度與橫向距離的關系如圖6所示，可以清晰直觀地看出，在 20～150m 范圍內輻射強度異常增高，表明此處存在危險，企業需在該危險區域內針對性地制定風險控制措施，有效控制風險，從而保障人員和設備的安全。

圖6噴射火輻射強度與橫向距離的關系

綜上，采用PHAST軟件對LPG泄漏事故進行模擬可以得到比ALOHA軟件更為精確的威脅區域，這不僅驗證了ALOHA軟件模擬結果的準確性，還為更精確的風險評估和應急響應提供了有力支持。

5結束語

筆者采用ALOHA軟件與PHAST軟件對煉油廣液化石油氣儲罐泄漏進行了定量分析和數值模擬。首先通過事故樹定性分析，確定了基本事件結構的重要程度，并針對重要度高的事故進行了模擬。接著，使用ALOHA軟件與PHAST軟件對事故后果進行定量模擬，確定了LPG泄漏爆炸事故的熱輻射影響以及對人體和建筑的損傷。這種定性和定量結合分析的方法不僅有助于理解事故類型的重要程度，還能為風險控制、預防事故及降低財產損失提供理論基礎和技術指導。

LPG泄漏具有嚴重的安全隱患，必須采取有效的預防和應急措施來確保人員、設備和環境安全。因此，在應急處置過程中，明確危險區域并采取相應的控制措施是至關重要的。應急處置措施包括快速控制造成事故的危險源，清楚地標明出危險區域，封鎖危險場所，設置警告線并且進行警告區域的劃定，實行交通管制措施以及其他有效防控措施。通過這些措施，可以有效減少LPG泄漏事故對周圍環境和人員的危害，提升應急處置效率，極大地保障生命財產安全。

參考文獻

[1］桑九強.液化石油氣灌裝站風險評估研究[D].青島：中國石油大學（華東），2017.

[2] COZZANIV，GUBINELLIG，SALZANO E.Escalationthresholds in the assessment of Domino accidentalevents[J].Journal ofHazardous Materials，2OO6，129（1）：1-21.

[3] ANJANANS，AMARNATHA，NAIRMVH.Toxichazards of am-monia release and population vulnera-bility assessment using geographical information sys-tem[J].JournalofEnvironmentalManagement，2018，210：201-209.

[4] CONLEY M.Integrating risk-based inspection into riskmanagement plans[J].Process Safety Progress，2005，24（4）：236-243.

[5] 楊志華，宋佩月，付建民，等.大型原油儲罐泄漏隔堤池火災后果研究[J].中國安全生產科學技術，2021，17（12）：49-54.

[6] 張景鋼，尹宜辰，王清焱.基于ALOHA的化工園區儲罐泄漏應急管理研究[J].華北科技學院學報，2022，19（2）：71-76.

[7] 方文皓.液化石油氣儲罐風險分析、辨識與危險性評估的研究[D].合肥：安徽建筑大學，2021.

[8] 黃麗蒂，劉雙雙，趙朝瑞，等.LPG儲罐泄漏多事故場景下社區居民疏散仿真模擬與優化[J].河南科學，2024，42（4）：476-483.

[9] 田水承，周可柔.基于ALOHA的氯乙烯儲罐泄漏事故模擬研究[J].西安科技大學學報，2018，38（2）：187-192;201.

（收稿日期：2024-09-08，修回日期：2025-07-11）

Accident Simulation of the LPG Leakage Based on ALOHA and PHAST Comparison Verification

YUE Xiao-qing，CAO Xiu-ping， ZHANG Fu-qun， LIU Bing-xin （CollegeofEnvironmental and Safety Engineering，ShenyangUniversityofChemical Technology）

AbstractTaking a LPG storage tank in arefinery as an example，the preliminary risk analysis method was adopted to identify the storage tank's hidden dangers of accidents，determine accidents types and employ the accident tree to calculate the results of each type of accidents.The results show that，both LPG fireball accidents and jet fire accidents pose great threats to the surrounding environment.In addition， ALOHA software and PHAST software were used to simulate LPG leakage procesof the refinery，and the threatened areaoffireball explosion and fire accident under this scenario was obtained.Thesimulation results provide efective information for the prevention and control of LPG leakageacidentsand scientific guidance for the safety management of refinery storage tanks.

Key Words LPG，tank leakage，risk analysis，ALOHA，PHAST

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