1、第五章定性定量安全评价1.第五章定性定量安全评价5.1液氨储罐爆炸危险性分析根据爆炸破坏模型，可估计建筑物和设施的不同破坏程度，据此可将危险源周围分为几个不同的区域，表 5-1是不同的冲击波压力及其危害效应表表5-1冲击波压力及其效应表5超压 PS(10Pa)冲击波破坏效应0.002某些大的椭圆形玻璃破裂0.003产生喷气式飞机的冲击音0.007某些小的椭圆形玻璃破裂0.01窗玻璃全部破裂0.02有冲击碎片飞出0.03民用住房轻微损伤0.05窗户外框损坏0.06屋基受到损坏0.08树木折枝，房屋需修理方能居住0.1承重墙损坏，屋基向上错动0.15屋基损坏，30%树木倾倒，动物耳膜破坏*0.29
2、0%树木倾倒，钢筋混凝土柱扭曲*0.3油罐开裂，钢柱倒塌，木柱折断*0.5货车倾覆，民用建筑五全部损坏，人肺部受伤。*0.7砖墙全部破坏*1.0油罐压坏液氨储罐容积18.5m3，液氨储罐蒸汽云爆炸计算过程如下:1.5.1.1基础数据选取在计算中，选取的参数： 液氨的密度：p=600kg/ m3液氨的燃烧热：Qc=18610kJ/kg液氨罐的灌装系数：k=0.8 由此给出该单元爆源的总能量为：Eo=0.01kVpQc=0.0lx 0.80 X 18.5 x 600X 18.61 x 1068= 16.52 X 10 J爆源的当量TNT量为：WTN= Eo/Qtn=16.52 x 108/4.5
3、x 106=365.5kg2.5.1.2冲击波超压对人体的伤害冲击波超压对人体的伤害具体如下：(1)死亡半径为：R.5=13.6(Wtnt/1000) 0.37=9.39 m(2)重伤半径由以下方程式求解：Ps=0.137Z-3+0.119Z-2+0.269Z-1-0.0191/3 1/3Z=R(P/E0)二R(1.013 X 105/5.08 X109) =0.0271R2FS=44000/P=44000/1.013x10 5=0.4344R=49.61m(3)轻伤半径由以下方程式求解：-3 -2 -1Ps=0.137Z +0.119Z +0.269Z -0.019 Z=R(P/E)1/3二
4、R(1.013 X 105/5.08 X 109) 1/3=0.0271R3FS=17000/P=17000/1.013x10 5=0.1678R=121.86m3.5.1.3冲击波超压对周围设施破坏的分析根据式：F0.5 = 13.6(Wtnt/1000) 0.37和不同冲击波破坏效应下的冲击波超压值，可计算出不同超压值的破坏半径 R/1、R/2-R/5 ,以及不同液氨储罐体积的破坏半径，结果列于表 5-2中。表5-2蒸汽云雾爆炸冲击波超压对人体的伤害情况表(单位： m18.5m3液氨罐总能量J816.52x10 JTNT当量kg365.5kg死亡半径R).5m9.39重伤半径R0.5m49
5、.61轻伤半径Re0.01m121.86死亡区0-9.39重伤区9.39-49.61轻伤区49.61-121.86安全区 121.865.2液氨储罐爆炸的影响分析本项目液氨储罐区采用一台18.5m3卧式液氨储罐储存液氨，液氨 储存量控制在v 80%选取液氨储罐作为计算对象，说明其发生爆炸式 的伤害程度。从表6-2表明，18.5m3液氨储罐发生爆炸事故时，距储罐中心位 置9.39m内的人员会死亡；距离储罐中心位置9.39-49.61的暴露人员 内脏将严重挫伤，并可能引起死亡；距储罐中心位置 49.61-121.86m内的暴露人员将会出现轻度或中度的损伤。表6-1及对冲击波的超压计算，表明除了造成
6、人员伤亡以外，还 会造成建筑物损坏，危及其他设备的安全，导致生产停顿，造成巨额 经济损失等。5.3液氨储罐泄漏毒害危险性分析(1)液氨储罐发生破裂泄漏的毒害区域计算1)计算方法简述设液氨质量为 W(kg)。容器破裂前内介质温度为t( C),液体介质 比热为C(Kj/(kg C)，当容器破裂时，器内压力降至 latm(O.IMPa), 处于过热状态的液体温度迅速降至标准沸点 to( C)。此时全部液体所 放出的热量为：Q=WC(t-to)假设这些热量全部用于器内液体的蒸发。如它的汽化热为 q(kJ/kg),则其蒸发量为：Q=WC(t-to)如介质的相对分子质量为M则在沸点下蒸发的体积Vg(m3)
7、为：Vg=224W(273+t)/273M=224W(t-t o)C X (273+t o)/273Mq2)氨气危害半径的计算液氨的理化性质如下所述：氨的分子量：17; 沸点：-30 C;液氨的比热(平均)：4.6kJ/kg C；汽化热：1.379 X 103 kJ/kg C。氨气的危害浓度见下表所述：表5-3氨气的危害浓度表空气中氨的浓度(mg/m3)接触时间(min)危害程度(STEL)3070-14030呼吸变慢、眼和上呼吸道不适、恶心、头痛 (轻度)210-35028呼吸及脉搏加速，鼻、眼刺激，有明显不适 仲度)70030立即咳嗽、有强烈刺激作用(中度)1750-450030立即死亡(
8、重度危害)根据氨的密度(考虑充装系数为 0.85 ) 18.5m3液氨储罐内储存液 氨的重量为9.41t。假设液氨储罐贮存压力为2.16MPa,环境温度约为 20C。当储罐发生破裂后，全部液氨气化挥发，计算泄漏扩散的氨会 造成的毒害后果。A、计算液氨全部气化蒸发热量Q二WC(t-to)=9.4 x 103x4.6 x 20-(-30)=2.164 x 106Kj计算液氨的蒸发量6 3W =Q/q= WC(t-t o)/q=2.164 x 10/1.379 x 10=1.57 x 103kgB计算液氨蒸发成气体体积Vg=224W(273+t)/273M=224W(t-t 0)C(273+t )/
9、273Mq=1818n3选择将上表中的浓度划分为3个等级：(a)30mg/ m3为 STEL(b)140mg/ m3为有眼和呼吸道不适(轻度危害)；(c) 700mg/ m3为可引起咳嗽、有强烈刺激作用(中度危害)；(d)3500mg/ m3,为可以引起立即死亡(重度危害)。并假设在静风条件下，氨气初始云团按半球状在地面释放。(a)扩散后浓度为30mg/ m3的半径为：R=(3CgGg/2Pc)1/3二【(3 x 1.57 x 109)/(2 x 3.14 x 30) 1/3=292m(b)扩散后浓度为140mg/ m3的半径为：1/3 9 1/3R=(3CgGg/2Pc)=【(3 x 1.5
10、7 x 10 )/(2 x 3.14 x 140) =175m(c)扩散后浓度为700mg/ m3的半径为：1/3 9 1/3R=(3CgGg/2Pc)=【(3 x 1.57 x 10 )/(2 x 3.14 x 700) =103m(d)扩散后浓度为3500mg/ m3的半径为：1/3 9 1/3R=(3CgGg/2Pc)=【(3 x 1.57 x 10 )/(2 x 3.14 x 3500) =58m(2)液氨小口径泄漏本项目液氨储罐工作压力为 2.16MPa工作温度20C，采用气体 泄漏估算模式，氨的绝热指数为1.31，根据事故后果模拟分析方法： “储罐接头泄漏裂口尺寸为与其连接管道管径
11、的 20%-100%,本项目液氨储罐连接管道口径为20m,故以管径的20%乍为泄漏裂口直径，估 算出发生液氨储罐管道泄漏破损时，液氨泄漏结果。具体见下表 5-4。泄漏裂口尺寸（mm泄漏速率（kg/s ）泄漏持续时间（min）泄漏量（kg）管径的20% 4mm0.923016561)预测模式氨气挥发扩散的烟团模式：C(x,y,o)= 2Q/(2 n )3/2 6 x6 y 6 z x exp- (x-xo) 72 6 x22 2 2 2x exp- （y-y o） /2 6 y x exp- （z-z o） /2 6 z 其中：C（x,y,o）-下风向地面（x,y ）坐标处的氨气浓度（mg/ m
12、3）; x0,y0,z0 烟团中心坐标；Q事故期间烟团的排放量：6 X、6 y、6 z为X、Y、Z方向的扩散参数（n）常取6 x=6 y。2）预测结果下风向地面氨浓度分布：根据上述计算模式，当液氨发生泄漏事故时，假设泄漏持续时间为30min,在项目所在地常见气象条件下（稳定度 D类，风速2.0m/s ）,下风向地面氨气浓度预测结果如下表：表6-5下风向地面氨气浓度预测结果最大落地浓度（mg/m3）最大落地浓 度出现距离（m半致死浓度（mg/m3）半致死浓度 出现距离（m短时间接触 允许浓度（mg/m3）短时间接触 允许浓度出 现距离（m）656.31391390不会出现301600从表3-13
13、可以看出，当发生液氨储罐连接的管道发生泄漏事故时（小口径泄漏），根据假定的预测泄漏情况，氨气最大落地浓度为656.3 mg/n3，最大落地浓度出现距离为事故源下风向 139m事故源下风向不会出现半致死浓度（1390 mg/n）范围；短时间接触允许浓度（30mg/m3）出现距离为事故源下风向1600m（3）结论1）当18.5 m3液氨储罐发生破裂泄漏（大规模泄漏），液氨急剧汽化挥发，容器内压力将至latm(O.IMPa)，处于过热状态的液氨温度迅 速降至标准沸点-30 C,此时液氨挥发量为1570kg，挥发后有毒氨气 以半球形向地面扩散，则以储罐为中心的人员中毒死亡半径为 58m中度中毒伤害半径
14、为103m轻度中毒危害半径为292m2) 当液氨储罐发生腐蚀泄漏或者管道破裂事故(小口径泄漏) ， 氨气最大落地浓度为 656.3 mg/m3，最大落地浓度出现距离为事故源 下风向139m事故源下风向不会出现半致死浓度(1390mg/n3)范围; 短时间接触允许浓度30mg/n3出现距离为事故源下风向1600m3)上述分析情况为理想状况，在实际情况条件下，液氨储罐发生 破裂的概率极低，是可以通过采取有效的安全技术措施和安全管理措 施来加以控制的。液氨泄漏的毒害区域估算可作为企业制定液氨泄漏 应急预案和处置液氨泄漏事故时，人员疏散的参考使用。4)液氨泄漏后果非常严重，在液氨生产、储存、运输等使用
15、过程 中，应采取必要的安全防范措施进行控制。5.4火灾爆炸危险指数评价(1)拟建项目发生具有爆炸性、可燃性的化学品泄漏的可能性1)发生泄漏的可能性由化学品引发的火灾爆炸、人员中毒的事故多数是由于物料的泄 漏引起的，导致泄漏的原因可能是腐蚀、设备缺陷，材质选择不当、 机械穿孔、密封不良以及人为操作失误等。根据相关资料，国内外由 化学品引发的事故中因泄漏引发的事故平均约占整个事故总量的 46.75%。因此，拟建项目发生天然气泄漏的可能性所占比例较大，一 旦发生事故，将造成人员伤亡和财产损失。拟建项目在经营、储存过程中可能发生泄露事故的原因主要是由 于储罐、管道损坏、阀门等连接处密封不严、焊缝开裂、
16、操作失误引 起泄漏，泄漏的易燃易爆、有毒有害物质在遇到热源、明火等点火源 会立即起火而导致火灾、爆炸等重大事故。因此，事故发生的可能性与设计匹配性、设备、管道本体质量、施工质量、维护保养情况等多 方面因素相关。2)主要泄漏设备根据各种设备泄漏情况分析，拟建项目中易发生泄漏的部位有储 罐、管道、阀门、法兰等。1储罐：包括与其连接的管道和辅助设备，其典型泄漏情况和裂 口尺寸为：A、 罐体损坏而泄漏，裂口尺寸为本体尺寸；B、 接头泄漏，裂口尺寸为与其连接管道管径的 20%-100%C、 辅助设备泄漏，酌情确定裂口尺寸。2管道：其典型泄漏情况和裂口尺寸分别为管径的 20%和20%-100%3阀门：其典
17、型泄漏情况和裂口尺寸为：A、 阀壳体泄漏，裂口尺寸为管径的 20%- 100%B、 阀盖泄漏，裂口尺寸为管径的 20%C、 阀杆损坏泄漏，裂口尺寸为管径的 20%4放散管：包括加热装置、放散管等，泄漏主要发生在多通接头 部位，裂口尺寸取管径的20%- 100%3)泄漏后果1立即起火。天然气从管道内泄出时即被点燃，发生扩散燃烧， 发生喷射性火焰或形成火球，它能迅速的危及泄漏现场。2滞后起火。天然气泄出后与空气混合形成蒸气云团，并随风飘 散，遇点火源发生爆炸或爆轰，能引起较大范围的破坏。(2)火灾爆炸危险指数分析根据报告中对物质存在的危险有害因素分析可知，拟建项目在生 产、储存过程中可能出现的较大
18、风险是火灾爆炸，造成火灾爆炸的主 要原因为危险化学品的严重泄漏。在此运用道化学火灾爆炸危险指数评价法（第七版）对其火灾危险性进行分析，判断其对周边的影响1）评价单元和代表物质的选择选取LNG储存区为评价单元，根据物质系数、物质量、物质燃烧 热、物质闪点、物质爆炸极限等参数，气化站储存的易燃液体危险性 较大的为LNQ因为LNG的主要成分为：甲烷，另外还含有少量的乙 烷、丙烷、丁烷，故选定作为甲烷作为具体的评价物质。表5-6物质系数和特性表物质危规号闪点/ C最大储存量（T）物质系数燃烧热(KBtu/lb )NFPA分级NHNFNR氨23003/4548.03102 ）计算单元工艺危险系数1计算一
19、般工艺危险系数（Fi）一般工艺危险系数是确定事故危险程度的主要因素，取值参数包 括：基本系数、放热反应、吸热反应、物料处理与输送、封闭单元及 室内单元、通道、排放和泄漏控制六项内容，取值和计算过程见“火 灾爆炸危险指数（F&EI）计算表”。2计算特殊工艺危险系数（F2）特殊工艺危险系数是影响事故发生的主要因素，特定的工艺条件 是导致火灾爆炸事故的主要原因。取值参数包括：毒性物质、负压操 作、燃烧范围内或其附近的操作、粉尘爆炸、释放压力、低温、易燃 和不稳定物质的数量、腐蚀、泄漏九项内容，取值和计算过程见“火 灾爆炸危险指数（F&EI）计算表”。3计算工艺单元危险系数（F3）工艺单元危险系数（F
20、3）为一般工艺危险系数（Fl）与特殊工艺危 险系数（F2）之积，单元工艺危险系数的正常值范围为1-8，若超过8, 则取值为&3）计算火灾、爆炸指数（F&EI）火灾、爆炸危险指数是用来估计生产事故可能造成破坏的大小， 火灾、爆炸指数（F&EI）是工艺单元危险系数（F3）和物质系数（MF 的乘积，即F&EI= F3 X MF4）暴露半径（R）:对已计算出的F& EI，可以用它转换成暴露 半径，按公式 R=0.256X F& El，可求暴露半径 R。5） 计算暴露区域暴露半径决定了暴露区域大小，按 A=n R可计算暴露区域面积。6） 确定安全措施补偿系数（Cf）在运行过程中，采取了一系列安全措施，这
21、些措施在一定程度上 降低了火灾爆炸发生的概率，并减轻了事故的危害程度。安全措施分工艺控制（C）、物质隔离（G）和防火措施（C3）三 个方面，总安全补偿系数C为所有被选取的安全补偿系数的乘积。（7） 计算补偿后的火灾、爆炸指数（F& EI）补偿后的火灾爆炸危险指数（F& EI）为火灾爆炸危险指数（F & EI）与安全措施补偿系数（G）之积。（8） 确定火灾爆炸危险等级由计算所得火灾爆炸指数F&EI和F&EI,根据道化学法（七版） 火灾爆炸危险指数与危险等级对应表确定危险等级（见表 5-4 ）。表5-7 道化学评价方法危险等级标准火灾、炸指数（F&E）危险程度160最轻61 96较轻97 127中
22、等128158很大 159非常大表5-8火灾爆炸危险指数（F&EI）计算表评价单元LNG储罐区工艺设备中的物料甲烷物质系数211.一般工艺危险危险系采用危取值说明基本系数1.001.00A.放热化学反应0.3 0 1.250储存过程中无化学反应B.吸热反应0.2 0 0.400无吸热反应C.物料处理与输送0.25 1.050.5D.密闭式或室内工艺单兀0.25 0.900.3E.通道0.2 0 0.350.3F.排放和泄漏控制0.2 0 0.500.5般工艺危险系数（F1）F1 =1.00+ 0.5 + 0.3 + 0.3+0.5二 2.62.特殊工艺危险基本系数1.001.00A.毒性物质0
23、.20-0.8 00.2NH=1B.负压(v 500mmHg)0.500储存过程为常压操作C.燃烧范操围或其附近的0.30 0.80罐装易燃液体0.500.5低温储罐储存过程失常或吹扫故障0.300一直在燃烧范围内0.800D.粉尘爆炸0.25-2.0 00无粉尘爆炸危险E.压力0.86-1.51.00.66MPa 储存F.低温0.20-0.3 00.3-192 C低温储存G.易燃及不稳定物质量工艺中的液体及气体0贮存中的液体及气体1.0贮存中的可燃固体及0H.腐蚀与磨损0.10-0.750.11 .泄露一接头和填料0.10-1.5 00.3阀门密封处可能产生轻 微的泄漏，取值0.3。J.使用
24、明火设备0无明火设备K.热油、热交换系统0.15-1.150无热油交换系统L.转动设备0.500储存过程屮无使用转动 设备特殊工艺危险系数（F2）F2=1.0+0.2+0.5+1.0+0.3+1.0+0.1+0.3二 4.4工艺单元危险系数（F3二 .F1 XF2 ），F3=F1X F2=2.6X 4.4 =11.44火灾、爆炸指数（F&EI 二F3 MF ）F&EI 二F3X MF=8X 21= 168潜在火灾爆炸危险等级非常大表5-9 安全措施补偿系数表项目补偿糸数米用补偿糸取值说明1.工艺控制、1 、 卜 t f 、卜 . 、 . 卜a.应急电源0.980.98设置发电机作为应急电 源b
25、.冷却装置0.97 0.990.98设置冷却装置C.抑爆装置0.8 4 0.980.98设置抑爆装置d.紧急切断装置0.960.990.98设置紧急停车装置e.计算机控制0.93 0.990.95设置计算机控制系统f.惰性气体保护0.940.961无惰性气体保护g.操作规程/程序0.91 0.990.95制定有搬运、装卸操作 规程h.化学检性物质0.91 0.981无化学活性物质检查i.其他工析危险分0.91 0.98095员工经有资质机构危化 品并考核合格，气化站 按有关设计规氾和管理 规定采取相应的安全措 .施。工艺控制安全补偿糸数 C1* = 0.98X 0.98X 0.98x 0.98
26、X 0.95X 0.95X 0.95= 0.7912.物质隔离a.遥控阀0.96 0.980.96设置远距离控制阀b.卸料/排空装置0.96 0.981无卸料/排空装置C.排放系统0.91 0.970.92设置有放散管d.连锁装置0.980.98设置有联锁装置物质隔离安全补偿系数 C2* = 0.96X 0.92X 0.98= 0.8663.防火设施a.泄露检验装置0.9 4 0.980.95设置安装可廳气体浓度报乂警b.钢结构0.95 0.981C.消防水供应系统0.9 4 0.971d.特殊灭火系统0.911无特殊灭火系统e.洒水灭火系统0.7 4 0.971f.水幕0.97 0.981g
27、.泡沫灭火装置0.92 0.971h.手提式灭火器火 和喷水枪0.93 0.980.95配备有与火或移动相适 火器。i.电缆防护0.9 4 0.980.94电力线穿钢管保护防火设施安全补偿系数C3*C3* = 0.95X 0.95X 0.94 = 0.848安全措施补偿系数()CF= C1X C2CF= 0.791 X 0.866X 0.848 = 0.581补偿后火灾爆炸危险指数F&E= F&EIX CFF&E =二 168X 0.581= 97.61补偿后潜在火灾爆炸危险等级中等(9)火灾爆炸危险分析结果表5-10 火灾、爆炸危险指数分析汇总表项目LNG储罐区代表性评价物质甲烷物质系数(M
28、F)21火灾爆炸危险指数F&EI=F3X MF168潜在火灾爆炸危险等级非常大暴露半径?/m R=0.256 X F&EI43.01暴露面积/m25808.6安全补偿系数CF=C1X C2X C30.581补偿后火灾爆炸指数F&EI =CX F&EI97.61实际火灾爆炸危险等级中等(10)火灾爆炸指数评价小结气化站LNG储存区单元内火灾爆炸危险指数 F& EI为168，火灾爆炸危险等级为“非常大”，其暴露半径为43.01m,暴露区域面积为25808.6m。在采取各种补偿的安全措施后，LNG储存区火灾爆炸危险指数降 低为97.61，火灾爆炸危险等级降低为“中等”，说明评价单元在采取 安全措施后，火灾爆炸危险性能得到较好的控制。因此，这些安全措施必须切实加以落实，才能确保 LNG在储存过程中的安全。
