1、1LNG儲(chǔ)罐的情況簡(jiǎn)介1.1液化天然氣儲(chǔ)罐的基本情況 沈陽(yáng)市于洪區(qū)細(xì)河LNG加氣站 LNG儲(chǔ)罐是儲(chǔ)存液化天然氣的專(zhuān)業(yè)產(chǎn)品，特種設(shè)備，三類(lèi)壓力容器，經(jīng)過(guò)探傷，水壓氣壓試驗(yàn)，技術(shù)監(jiān)督局現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)，出具壓力容器檢驗(yàn)證書(shū)，外部除銹噴漆等工藝制造完成。液化氣儲(chǔ)罐對(duì)受壓元件材質(zhì)、外觀尺寸和焊縫質(zhì)量、運(yùn)行質(zhì)量、安裝質(zhì)量、內(nèi)部裝置及安全附件有著嚴(yán)格質(zhì)量鑒定。本文以容積為，底部中心距上游風(fēng)入孔，儲(chǔ)罐直徑為 儲(chǔ)罐為研究對(duì)象，儲(chǔ)罐為中型儲(chǔ)罐，風(fēng)速氣象條件下圍堰對(duì)其泄漏擴(kuò)散的影響進(jìn)行研究。單容罐，容器內(nèi)壁為含鎳9%合金鋼，外壁為碳鋼，而輔助容器只是由較低防護(hù)堤圍成的收液槽，用于防止在內(nèi)容器發(fā)生事故時(shí)LNG 外

2、溢擴(kuò)散。壁頂?shù)膽覓焓浇^熱支撐平臺(tái)為鋁制，罐頂則由碳鋼或混凝土制成。罐內(nèi)絕熱材料主要為膨脹珍珠巖。風(fēng)速為2.5m/s。表1.1為儲(chǔ)罐的各參數(shù)直徑m容積嗎m3罐內(nèi)壓力mpa圍堰直徑m風(fēng)速m/s高m泄漏孔以上液面3800.83.182.512.511.51.2儲(chǔ)存的危險(xiǎn)物料LNG的主要成分為甲烷，另外還有少量的乙烷、丙烷、氮?dú)饧捌渌烊粴庵型ǔ：械奈镔|(zhì)，LNG的甲烷含量應(yīng)高于75%，氮的含量應(yīng)低于5%。盡管LNG的主要組成是甲烷，但不能認(rèn)為L(zhǎng)NG等同于純甲烷。LNG的危險(xiǎn)特性包括易燃易爆，窒息危害，灼傷危害，主要危險(xiǎn)指數(shù)見(jiàn)表1.2表1.1甲烷的主要危險(xiǎn)特性1.3危險(xiǎn)源的辨識(shí)危險(xiǎn)源是可能導(dǎo)致死亡、傷

3、害、職業(yè)病、財(cái)產(chǎn)損失、工作環(huán)境破壞或這些情況組合的根源或狀態(tài)。在職業(yè)健康安全管理體系 要求（GB/T 28001-2011）中的定義為：可能導(dǎo)致人身傷害和（或）健康損害的根源、狀態(tài)或行為，或其組合。危險(xiǎn)源由三個(gè)要素構(gòu)成：潛在危險(xiǎn)性、存在條件和觸發(fā)因素。根據(jù)化工企業(yè)定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)導(dǎo)則（AQ/T3046-2013），附錄C,對(duì)危險(xiǎn)度進(jìn)行評(píng)價(jià)。本文以L(fǎng)NG儲(chǔ)罐作為危險(xiǎn)評(píng)價(jià)單元，危險(xiǎn)度等級(jí)為II 級(jí)，中度危險(xiǎn)?？赡艹霈F(xiàn)的危險(xiǎn)是由于LNG儲(chǔ)罐泄漏或者其他原因所造成的火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)，窒息危險(xiǎn)以及灼傷危險(xiǎn)，造成人身傷亡及財(cái)產(chǎn)損失。根據(jù)GB18218-2009危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識(shí)，儲(chǔ)存區(qū)中LNG的最大臨界量為

4、10t。該LNG儲(chǔ)罐的最大LNG儲(chǔ)量為420*80/1000=33.6t（甲烷的液相密度為420kg/Nm3），大于最大臨界量標(biāo)準(zhǔn)，所以判定該LNG儲(chǔ)罐為重大危險(xiǎn)源。 2.LNG儲(chǔ)罐的事故類(lèi)型分析LNG的主要危險(xiǎn)性是LNG泄漏到空氣中產(chǎn)生的。分為L(zhǎng)NG氣體泄漏與LNG液體泄漏，不同的泄漏會(huì)造成不同的事故及危害，LNG儲(chǔ)罐泄漏有如下特點(diǎn)： 1）氣體泄漏速度大，擴(kuò)散范圍廣。泄漏出的氣體會(huì)很快擴(kuò)散到大氣中，甚至有可能形成天然氣氣云，借助風(fēng)的作用進(jìn)行漂移。 2）泄漏事故發(fā)生、發(fā)展的速度快。3）易造成火災(zāi)和爆炸事故。 4）易造成凍傷事故。LNG儲(chǔ)罐發(fā)生泄漏時(shí)，氣體與空氣進(jìn)行熱量交換使得周?chē)h(huán)境溫度降低，

5、在場(chǎng)人員的皮膚易被凍傷。 5）使人窒息。雖然液化天然氣本身沒(méi)有毒，但它有含氧量低的性質(zhì)。如果有人吸入了大量泄漏在空氣中的LNG蒸氣而沒(méi)有迅速脫離，就會(huì)很快失去知覺(jué)，幾分鐘就會(huì)死亡。本文主要對(duì)LNG儲(chǔ)罐泄漏所造成的火災(zāi)和爆炸事故行分析。罐區(qū)燃爆事故模式主要有:噴射火, 閃燃與氣云爆炸,池火災(zāi),沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸等（BLEVE）。1）噴射火：在內(nèi)部壓力作用下,LNG大量泄漏、閃蒸,形成射流，在泄漏口處被點(diǎn)燃，由此形成噴射火。2）閃燃與氣云爆炸：當(dāng)LNG從低溫容器中大量泄漏時(shí),其擴(kuò)散有一個(gè)過(guò)程,在其最初由液態(tài)變成氣態(tài)時(shí)密度大于周?chē)諝?這時(shí)在泄漏的LNG液相上方就形成了天然氣的蒸氣云,蒸氣云將隨風(fēng)

6、抵達(dá)泄漏位置的下風(fēng)側(cè),在地面附近形成預(yù)混氣體,極有可能遇到明火后發(fā)生閃燃,若蒸氣云達(dá)到爆炸極限后遇到火源則直接發(fā)生蒸氣云爆炸，閃燃與氣云爆炸的燃燒將迅速擴(kuò)散回泄漏位置,可能導(dǎo)致罐體爆炸。蒸汽云爆炸形成的沖擊波還可造成更遠(yuǎn)距離外建筑設(shè)施破壞及人員傷亡。3）池火災(zāi)：池火災(zāi)是指儲(chǔ)罐中的可燃液體遇火源或泄漏后遇火源發(fā)生的火災(zāi)，是可燃液體貯罐區(qū)易發(fā)生的主要火災(zāi)類(lèi)型。在空氣供應(yīng)充足的開(kāi)放空氣環(huán)境中池火災(zāi)的主要危害時(shí)是熱輻射，造成人員傷亡和設(shè)備損壞，甚至發(fā)生連鎖事故。4）沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVE）：儲(chǔ)存有可燃液化氣的儲(chǔ)罐，如果受到外部火焰的長(zhǎng)時(shí)間烘烤，儲(chǔ)罐的強(qiáng)度將逐步減低當(dāng)強(qiáng)度下降到一定程度時(shí)，儲(chǔ)罐

7、將突然破裂，由此帶來(lái)壓力突然降低，液化氣迅速氣化并燃燒，導(dǎo)致沸騰液體擴(kuò)展為蒸汽爆炸事故（BLEVE）的發(fā)生。沸騰液體擴(kuò)展為蒸汽爆炸事故一般是比較嚴(yán)重的，能造成巨大的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。 根據(jù)對(duì)事故類(lèi)型的分析，可畫(huà)出LNG氣體泄漏及LNG液體泄漏的事件樹(shù)。2.1氣體泄漏的事件樹(shù)分析3 儲(chǔ)罐事故后果的模擬計(jì)算3.1泄漏場(chǎng)景及泄漏速率3.1.1泄漏場(chǎng)景由于LNG儲(chǔ)罐屬于壓力容器，根據(jù)化工企業(yè)定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)導(dǎo)則（AQ/T3046-2013），如表2.1，泄漏場(chǎng)景可分為5mm孔徑泄漏到環(huán)境中，25mm孔徑泄漏到環(huán)境中，100mm泄漏到環(huán)境中和完全破裂泄漏到環(huán)境中。 3.1.1氣體經(jīng)孔泄漏根據(jù)根據(jù)AQ/T3

8、046-2013化工企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)導(dǎo)則P0=1.01*105pa，p=8*105pa,r=1.31，P0/P=0.125,y=(6+2)/6=1.33,(2/Y+1)Y/Y-1=0.54,因?yàn)?.125<0.54,所以屬音速流動(dòng)）當(dāng)氣體經(jīng)5mm圓形泄漏孔流出(0.0025)2=1.96*10-5 R=52,.90Q=1.38kg/s2)當(dāng)氣體經(jīng)25mm圓形泄漏孔流出（0.0125）24.911034.57kg/s3)當(dāng)氣體經(jīng)100mm圓形泄漏孔流出（0.05）7.85*10552.64kg/s4)當(dāng)氣體完全泄漏，以150mm圓形泄漏孔流出為例（0.075）20.0181267.2kg/s整

9、理表格如下表3.1 不同泄漏場(chǎng)景下的氣體泄漏質(zhì)量流率3.1.2液體經(jīng)孔泄漏根據(jù)化工企業(yè)定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)導(dǎo)則（AQ/T 3046 2013），瞬時(shí)質(zhì)量流率為：式中：Qm質(zhì)量流率，單位為 kg/s；P儲(chǔ)罐內(nèi)液體壓力，單位為 Pa；P0環(huán)境壓力，單位為 Pa；C0液體泄漏系數(shù)；g重力加速度， 9.8 m/s2；A泄漏孔面積，單位為 m2；液體密度，單位為 kg/m3；hL泄漏孔上方液體高度，單位為 m。液體泄漏系數(shù) C0 是雷諾準(zhǔn)數(shù)和孔直徑的函數(shù)，經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：a）對(duì)于鋒利的孔和雷諾準(zhǔn)數(shù)大于 30 000 時(shí)，液體泄漏系數(shù)近似取 0.61。對(duì)于這種情況，液體的流出速率不依賴(lài)于裂口的尺寸；b）對(duì)于圓滑噴嘴

10、，液體泄漏系數(shù)可近似取 1；c）對(duì)于與容器相連的管嘴（即長(zhǎng)度與直徑之比不小于 3），液體泄漏系數(shù)近似取 0.81；d）當(dāng)液體泄漏系數(shù)不知道或不能確定時(shí)，取 1.0 使所計(jì)算的流量最大。代入各數(shù)據(jù)可得小孔泄漏，中孔泄漏，大孔泄漏，完全破裂的瞬時(shí)流率為0.196kg/s、4.946kg/s、79.128kg/s3.1.3閃蒸1）閃蒸帶走的氣體的量Fv=1.56*（113.15-111.15）/516.2=6.04*10-3表 罐體泄漏場(chǎng)景下閃蒸蒸發(fā)速率小孔泄漏中孔泄漏大孔泄漏完全破裂閃蒸蒸發(fā)速率kg/s2.42*10-47.25*10-45.13*10-37.67*10-32. 閃蒸帶走的液體量當(dāng)

11、需要計(jì)算閃蒸帶走的液體量時(shí)，可按照以下方法計(jì)算。 在液體閃蒸過(guò)程中，除了有一部分液體轉(zhuǎn)變成氣體外，還有一部分液體以液滴的形式懸浮在氣體中，閃蒸帶走的液體量的計(jì)算如下：當(dāng)Fv0.2時(shí)： 帶到空氣中的液體量：表 罐體泄漏場(chǎng)景下小孔泄漏中孔泄漏大孔泄漏完全破裂D kg/s7.31*10-62.19*10-51.55*10-42.32*10-4Ds kg/s2.35*10-47.03*10-44.98*10-37.43*10-33.1.4泄漏物質(zhì)在大氣中的擴(kuò)散 大氣穩(wěn)定度確定 大氣穩(wěn)定度通常采用Pasquill分類(lèi)方法確定，大氣穩(wěn)定度分為A、B、C、D、E和F六類(lèi)，具體分類(lèi)見(jiàn)表E.5和表E.6。因?yàn)轱L(fēng)

12、速為2.5m/s，Pasquill大氣穩(wěn)定度確定白天日照程度為B，夜間條件為E Pasquill-Gifford模型擴(kuò)散方程 a）Pasquill-Gifford模型擴(kuò)散方程1）位于地面高處的連續(xù)穩(wěn)態(tài)源的煙羽rHQ=478.34 u=2.5； y=10 z=10； 穩(wěn)定度等級(jí)為B HR=1.0x取值（m）255055100200<c>(x.y.z)0.0460.630.510.200.03在空氣中的含量（%）75.9648.8338.2515.502.332）位于地面高處的瞬時(shí)點(diǎn)源的煙團(tuán)，地面上的坐標(biāo)系隨煙團(tuán)移動(dòng)，坐標(biāo)系的中心位于煙團(tuán)的中心煙團(tuán)中心在x=ut處，平均濃度方程為： x

13、取值（m）103050100200<c>(x.y.z)0.890.670.440.20.08在空氣中的含量（%）69.9351.9434.1115.506.203.2噴射火模擬計(jì)算因儲(chǔ)罐高度為，泄漏孔中心位于儲(chǔ)罐外壁背風(fēng)側(cè)距地面處所以泄漏孔上方液體高度為11.5m，且沒(méi)有準(zhǔn)確泄漏方向時(shí)，宜設(shè)為水平方向與風(fēng)向相同。根據(jù)AQ/T3046-2013化工企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)導(dǎo)則根據(jù)資料，Hc=55643.75J/Kg,又由表3. 得質(zhì)量流速，計(jì)算出不同場(chǎng)景下的噴射火火焰長(zhǎng)度如下表。表3. 不同場(chǎng)景下的火焰長(zhǎng)度泄漏場(chǎng)景經(jīng)5mm圓形泄漏孔流出經(jīng)25mm圓形泄漏孔流出經(jīng)100mm圓形泄漏孔流出氣體完全泄

14、漏(150mm圓形泄漏孔流出為例)火焰長(zhǎng)度/m0.873.6412.4618.01氣體；（50000*1.38）0.444/161.66=0.873.64 34.57kg/s12.46 552.64kg/s18.00 1267.2kg/s液體0.37 0.196kg/s1.53 4.946kg/s、5.25 79.128kg/sF=275X=10：T=1-0.0565lnx=0.87 x=100：0.74Q=3.2蒸汽云爆炸模擬計(jì)算E=3.5*106*80=2.8*108R=0.713R5=1013253.3 BLEVE模擬計(jì)算根據(jù)AQ/T 3046-2013化工企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)導(dǎo)則E.4.2 沸

15、騰液體擴(kuò)展為蒸汽云爆炸（BLEVE）計(jì)算，確定計(jì)算步驟如下：（1） 火球直徑計(jì)算：火球直徑按下式計(jì)算：R=2.9W1/3式中，R-火球直徑，單位為米，m W-火球中消耗的可燃物質(zhì)質(zhì)量，kg；對(duì)于單罐儲(chǔ)存，W取罐容量的50%，對(duì)于雙罐儲(chǔ)存，W取罐容量的70%；對(duì)于多罐儲(chǔ)存，W取罐容量的90%所以，W=420*80*0.50=1.68*104 kg（甲烷的液相密度為486kg/Nm3） R=2.9*（1.68*104）1/3=74.27m（2） 火球持續(xù)時(shí)間的計(jì)算t=0.45W1/3式中：t-火球持續(xù)時(shí)間，s W-火球中消耗的可燃物質(zhì)質(zhì)量,kg所以，t=0.45*（1.68*104）1/3=11.

16、53 s（3） 目標(biāo)接收到熱輻射通量的計(jì)算q0R2r(1-0.058lnr) q（r）=（R2+r2）3/2式中：q0-火球表面的輻射通量，W/m2;對(duì)于柱形罐取270W/m2，對(duì)于球形罐取200W/m2r-目標(biāo)到火球中心的平均距離，mr分別取10m、100m、800m、1000m得出熱輻射通量如下表所示。表3.2熱輻射通量表r/m4006008001000q(r)/W/m266.888952.731438.572828.23473.2.4 池火模擬計(jì)算參照AQ/T 3046-2013化工企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)導(dǎo)則E.4.1,池火火焰的幾何尺寸及熱輻射參數(shù)按如下步驟計(jì)算。圍堰直徑為3.18m。D=(4*

17、7.95/3.14)1/2=3.18mm=0.078*（1-e-1.1*1.59）=0.06，空氣密度=1.205g/L,帶入數(shù)據(jù)得，L=7.50mU=（9.8*0.06*1.60/1.205）1/3=0.92U*=2.5/0.92=2.72F=2.52/(9.8*1.6)=0.40R=2.5*1.6/1.43*10-4=2.80*104C=0.666*0.40.333*(2.8*104)0.117=1.63=47.73D1=4.80D2=4.48SEPMAX=0.3*0,40*50000/(1+4*7.50/3.18)=575.26SEPACT=575.26*0.2+39.9*0.8=146

18、.97代入數(shù)據(jù)得，q0=80.74kW/m2S=10/2.4=4.17 41.7 H=7.5/4,8=1,56 1.56a=(1.562+4.172+1)/(2*4.17)=2.50 20.89b=（1+4.172）/(2*4.17)=2.20 20.86k=38.025 44.13j=43.70 45.63v=22.93 0.105A=9.54 1.04B=7.88 1.02V=7.32 0.034Q=80.74（1-0.058ln10）7.32=512.09 2.384.結(jié)論 本次課程設(shè)計(jì)是對(duì)容積為80m3的LNG儲(chǔ)罐泄漏的火災(zāi)爆炸事故的模擬，對(duì)可能發(fā)生的事故進(jìn)行了分析及計(jì)算，二氧化碳?xì)馓岚l(fā)制尿素進(jìn)行安全設(shè)計(jì)，首先選擇合適的廠址，既能滿(mǎn)足化工生產(chǎn)的各方面需求，又能不對(duì)周?chē)h(huán)境造成不良影響。通過(guò)查詢(xún)規(guī)范和化工廠進(jìn)行區(qū)域劃分來(lái)確定各個(gè)區(qū)域內(nèi)建構(gòu)筑物的功能、火災(zāi)危險(xiǎn)類(lèi)別、耐火等級(jí)、建構(gòu)筑物面積以及它們