液化天然氣風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 油儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)中事故起因和后果分布狀況 后果 分析 火災(zāi)爆炸 人身傷亡 設(shè)備損壞 跑冒 比例（ %） 原因 分析 明火 電器設(shè)備 靜電 雷擊 其他 比例（ %） 阜康冶煉廠改擴(kuò)建工程 環(huán)境影響報(bào)告書 13 根據(jù)《化工裝備事故分析與預(yù)防》一化學(xué)工業(yè)出版社 (1994)中統(tǒng)計(jì) 1949 年～1988 年的全國化工行業(yè)事故發(fā)生情況的相關(guān)資料，儲(chǔ)罐發(fā)生事故的概率為106。 根據(jù)表 ，可知儲(chǔ)罐發(fā)生火災(zāi)爆炸幾率為 106＝ 107。 在本次評(píng)價(jià)工作中，選取火災(zāi)爆炸幾率為蒸氣云爆炸為 107次 /年。沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（連鎖爆炸事件）概率也取 107次 /年。 一般事故概率 一般事故是指那些沒有造成重大經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡的事故，此類事故如處置不當(dāng)，將對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不利影響。本項(xiàng)目參照化工生產(chǎn)裝置事故調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，因生 產(chǎn)裝置原因造成的事故中以設(shè)備、管道、貯罐破損泄漏占發(fā)生事故原因比例最大；因人為因素造成的事故中以操作失誤、違章操作、維護(hù)不當(dāng)占發(fā)生事故原因比例不大，詳見表 ， 表 一般事故原因統(tǒng)計(jì) 事故原因 事故原因統(tǒng)計(jì) (％ ) 貯罐、管道和設(shè)備破損 52 操作失誤 11 違反檢修規(guī)程 10 處理系統(tǒng)故障 15 其它 12 國際上先進(jìn)化工生產(chǎn)裝置一般性泄漏事故發(fā)生概率為 次 /年，非泄漏性事故發(fā)生概率為 次 /年。參照國內(nèi)化工企業(yè)生產(chǎn)和管理水平，確定本項(xiàng)目一般事故發(fā)生概率約為 次 /年。 火災(zāi)爆炸事故分析 采用事故樹方法對(duì)火災(zāi)爆炸其進(jìn)行分析，將火災(zāi)爆炸作為頂上事件編制事故樹。 事故樹分析方法簡(jiǎn)介 事故樹分析是一種表示與導(dǎo)致災(zāi)害事故有關(guān)的各種因素之間因果關(guān)系和邏輯關(guān)系的分析法。事故樹是對(duì)某一種失效狀態(tài)在一定條件下進(jìn)行邏輯推理和圖形演繹 ,對(duì)可能造成系統(tǒng)事故或?qū)е聻?zāi)害后果的各種因素 (包括硬件、軟件、環(huán)境、人等 )的層層分析，按工藝流程、先后次序和因果關(guān)系 ,把所有的失效原因、失效阜康冶煉廠改擴(kuò)建工程 環(huán)境影響報(bào)告書 14 模式用邏輯和或邏輯積的關(guān)系繪制成的一個(gè)樹形結(jié)構(gòu)。 通過定性和定量分析，判明災(zāi)害或功能故障的發(fā) 生途經(jīng)和導(dǎo)致災(zāi)害、功能故障的各種因素之間的關(guān)系，以及系統(tǒng)故障發(fā)生概率及其他定量指標(biāo) (如結(jié)構(gòu)重要度、概率重要度、臨界重要度 ) ，最終找出系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，采取相應(yīng)措施加以改善，以提高系統(tǒng)的可靠性和本質(zhì)的安全。 事故樹的分析程序 事故樹的分析程序，常因分析對(duì)象、分析目的、粗細(xì)程度的不同而異 ,其主要內(nèi)容包括：熟悉系統(tǒng)、事故調(diào)查、確定頂上事件、原因時(shí)間調(diào)查、建造事故樹、修改和簡(jiǎn)化事故樹、定性 /定量分析、制定安全措施，如圖 所示。 建立 LNG 儲(chǔ)罐 火災(zāi)與爆炸事故樹 根據(jù)頂事件確定原則，取 “LNG 儲(chǔ)罐火災(zāi)、爆炸 ”作為頂事件。頂事件確定后，分析引起頂事件發(fā)生的最直接的、充分和必要的原因。引起 LNG 儲(chǔ)罐火災(zāi)、爆炸有兩種原因：一是化學(xué)爆炸模式，即罐內(nèi) LNG 泄漏 ， 遇空氣、火源發(fā)生火災(zāi)、爆炸；二是物理模式，即罐內(nèi)壓力急劇升高，罐體泄壓系統(tǒng)失靈，壓力超過罐體所能承受的壓力，發(fā)生爆炸事故。然后把引起頂事件發(fā)生的各種可能原因又分別看作頂事件，采用類似的方法繼續(xù)推理往下分析，建立以邏輯門符號(hào)表示的LNG 儲(chǔ)罐火災(zāi)、爆炸事故樹，如 所示。該事故樹共考慮了 25 個(gè)不同的 底事件，各符號(hào)所代表的事件如下表所示。 表 事故樹各符號(hào)代表事件 符號(hào) 事件類型 符號(hào) 事件類型 符號(hào) 事件類型 T 儲(chǔ)罐火災(zāi)爆炸 F13 儲(chǔ)罐靜電 X11 防爆電器損壞 P 爆炸極限 F14 人體靜電 X12 雷擊 確定頂上事件 熟悉系統(tǒng) 建造事故樹 修改簡(jiǎn)化事故樹 調(diào)查事故 調(diào)查原因事件 收集系統(tǒng)資料 定量分析 定性分析 制定安全措施 圖 事故樹分析程序 阜康冶煉廠改擴(kuò)建工程 環(huán)境影響報(bào)告書 15 F1 有火源引起爆炸 F15 避雷器故障 X13 未安裝避雷設(shè)施 F2 儲(chǔ)罐超壓爆炸 F16 接地失效 X14 接地電阻超標(biāo) F3 天然氣氣源存在 X1 罐區(qū)通風(fēng)不良 X15 引下線損壞 F4 火源 X2 閥門密閉失效 X16 接地端損壞 F5 安全閥失效 X3 法 蘭密閉失效 X17 使用鐵質(zhì)工具工作 F6 LNG 泄漏 X4 罐體損壞 X18 穿帶鐵釘?shù)男? F7 明火 X5 誤操作 LNG 泄漏 X19 罐體靜電聚集 F8 電火花 X6 使用未帶阻火器的汽車 X20 未設(shè)靜電接地裝置 F9 雷擊火花 X7 管區(qū)內(nèi)吸煙 X21 作業(yè)中與導(dǎo)體接觸 F10 撞擊火花 X8 管區(qū)內(nèi)違章動(dòng)火 X22 未穿靜電服工作 F11 靜電火花 X9 使用電子通信工具 X23 儲(chǔ)罐壓力超過限 F12 避雷器失效 X10 未使用防爆電器 X24 安全閥彈簧損壞 X25 安全閥選型 不當(dāng) 定性分析 定性分析是從事故樹結(jié)構(gòu)出發(fā) ,分析各底事件的發(fā)生對(duì)頂事件發(fā)生所產(chǎn)生的影響程度。定性分析目的是找出事故樹的所有最小割集 ,發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障或?qū)е马斒录l(fā)生的全部可能原因 ,并定性地識(shí)別系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。最小割集是導(dǎo)致頂事件發(fā)生的必要且充分的底事件的集合。得到事故樹的所有最小割集，如下：X1X2X6， X1X2X7， X1X2X8， X1X2X9， X1X2X10， X1X2X11， X1X2X17， X1X2X18，X20 圖 LNG 儲(chǔ)罐火災(zāi)、爆炸事故樹 X20 X16 X15 X14 X16 X15 X14 + + X130 F15 F15 X199 + X21 X22 + X5 X4 X3 + X8 X7 X6 + X11 X10 X9 + X12 F12 + X17 X18 + F13 F14 F7 F8 F9 F10 F6 X1 + F11 X240 X250 + + F3 F4 F5 X239 F1 F2 + T P 阜康冶煉廠改擴(kuò)建工程 環(huán)境影響報(bào)告書 16 X1X2X21， X1X2X22， X1X3X6， X1X3X7， X1X3X8， X1X3X9， X1X3X10， X1X3X11，X1X3X17， X1X3X18， X1X3X21， X1X3X22， X1X4X6， X1X4X7， X1X4X8， X1X4X9，X1X4X10， X1X4X11， X1X4X17， X1X4X18， X1X4X21， X1X4X22， X1X5X6， X1X5X7，X1X5X8， X1X5X9， X1X5X10， X1X5X11， X1X5X17， X1X5X18， X1X5X21， X1X5X22，X1X2X12X13， X1X2X12X14， X1X2X12X15， X1X2X12X16， X1X2X14X19， X1X2X15X19，X1X2X1619， X1X2X19X20， X1X3X12X13， X1X3X12X14， X1X3X12X15， X1X3X12X16，X1X3X14X19， X1X3X15X19， X1X3X16X19， X1X3X19X20， X1X4X12X13， X1X4X12X14，X1X4X12X15， X1X4X12X16， X1X4X14X19， X1X4X15X19， X1X4X16X19， X1X4X19X20，X1X5X12X13， X1X5X12X14， X1X5X12X15， X1X5X12X16， X1X5X14X19， X1X5X15X19，X1X5X16X19， X1X5X19X20， X23X24， X23X25 計(jì)算結(jié)果表明， LNG 儲(chǔ)罐火災(zāi)、爆炸事故樹有 2 個(gè)二階最小割集； 40 個(gè)三階最小割集； 32 個(gè)四階最小割集。由割集理論可知，一般情況下，割集中出現(xiàn)次數(shù)最多的因素，其結(jié)構(gòu)重要度就越大，直接影響著系統(tǒng)的安全性、可靠性，為系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。根據(jù)事故樹分析，其中因素 X1（罐區(qū)通風(fēng)不良）出現(xiàn)的次數(shù)最多，對(duì)系統(tǒng)的安全性和可靠性影響最大。因此，要保證罐區(qū)有良好的通風(fēng)，降低事 故發(fā)生。 綜上所述，本項(xiàng)目發(fā)生環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的最大可信事故為： 液化天然氣 儲(chǔ)罐發(fā)生泄露引發(fā)爆炸并形成火災(zāi)。 風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)評(píng)價(jià) 液化天然氣泄漏模擬分析 液化天然氣泄漏速度計(jì)算 液化天然氣的泄漏是引發(fā)天然氣火災(zāi)、爆炸的先導(dǎo)因素，儲(chǔ)罐或管線封閉不嚴(yán)，或其他事故均可導(dǎo)致天然氣泄漏，天然氣泄漏的速度與流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。 假如本項(xiàng)目 LNG 儲(chǔ)罐應(yīng)故裂開一個(gè) 半徑為 3cm 的圓形 小孔，其它參數(shù)分別為：溫度 T=20℃ ，大氣壓力 P0＝ ，儲(chǔ)罐工作壓力 P＝ ，天然氣的絕熱指數(shù) k＝ 。 1013 ??pp 阜康冶煉廠改擴(kuò)建工程 環(huán)境影響報(bào)告書 17 2112 ?????????????????? kkk 當(dāng) 10 12 ??????? ? kkkpp ? 時(shí)，天然氣的泄漏速度為臨界流，即屬于音速流動(dòng)。此時(shí)，天然氣的泄漏速度可用下式計(jì)算： 110 12 ??????????kkd kRTMKAPYCQ 其中： Q0：天然氣泄漏速度， kg/s； Cd：天 然氣泄漏系數(shù)， 圓形 裂口取值為 ； A：儲(chǔ)罐裂口面積， m2，本項(xiàng)目取 ； P： 容器壓力，取 ； M： 天然氣分子量； R： 天然氣氣體常數(shù)， J/（ molK）； T： 天然氣的溫度， K； Y：流出系數(shù)，對(duì)于臨界流 Y=。 因此，天然氣泄漏速率的計(jì)算為： 110 12 ??????????kkd kRTMKAPYCQ 2)(3 1 4 1 1 3 2 50 0 2 ??????????????? ＝ 。 由于上述計(jì)算是在一系列假設(shè)基礎(chǔ)上模擬分析的，實(shí)際 泄漏過程中壓力、溫度等因素都會(huì)隨時(shí)間而發(fā)生變化，因此其實(shí)際泄漏速度也是動(dòng)態(tài)變化的。 本項(xiàng)目在廠區(qū)內(nèi)設(shè)有 4 座 5000m3天然氣儲(chǔ)罐，最大儲(chǔ)氣量為 6880t。 按照上述的計(jì)算可知，一旦儲(chǔ)罐發(fā)生開裂，那么在一瞬間天然氣將會(huì)迅速泄漏。 由于廠區(qū)車間安裝有自動(dòng)報(bào)警裝置與人員常年值守，一旦發(fā)生泄漏，自動(dòng)報(bào)警設(shè)備將會(huì)自動(dòng)報(bào)警，并會(huì)自動(dòng)關(guān)閉所有管線的閥門，也可手動(dòng)關(guān)閉其它所有管阜康冶煉廠改擴(kuò)建工程 環(huán)境影響報(bào)告書 18 線的閥門，以保證儲(chǔ)罐與管線內(nèi)的天然氣不泄漏。 液化天然氣泄漏后果分析 目前國內(nèi)外尚沒有天然氣（甲烷）泄漏的人員疏散范圍以及相關(guān)濃度限值規(guī)定，唯有前 蘇聯(lián)曾經(jīng)規(guī)定生產(chǎn)車間空氣中甲烷的最高容許濃度為 300mg/m3。 當(dāng) LNG 泄露至地面上時(shí)，最初會(huì)猛烈沸騰，然后蒸發(fā)速率將迅速衰減至一個(gè)固定值，該值取決于地面的熱性質(zhì)和周圍空氣供熱情況。當(dāng)溢出發(fā)生時(shí)，少量液體能產(chǎn)生大量氣體，通常條件下 1 個(gè)體積的液體將產(chǎn)生 600 個(gè)體積的氣體。天然氣屬于輕氣體，必將立刻上升，隨風(fēng)飄散，不會(huì)長(zhǎng)時(shí)間彌漫在泄漏原地，不會(huì)對(duì)周圍人群造成致命傷害。 如果沒有遇到點(diǎn)火源，則空氣中甲烷的濃度可能會(huì)非常高，從而對(duì) 溢出區(qū)附近人員 、應(yīng)急人員或者其他可能暴露于正在膨脹擴(kuò)散的LNG 氣團(tuán)中的人員造成窒息危 害。而且超低溫的 LNG 可能會(huì)對(duì)溢出區(qū)域附近的人員和設(shè)備產(chǎn)生威脅。液態(tài) LNG 接觸到皮膚會(huì)造成低溫灼傷。 如果本項(xiàng)目天然氣管網(wǎng)發(fā)生少量長(zhǎng)時(shí)間泄漏，可以立即切斷氣源，進(jìn)行搶修。 液化天然氣儲(chǔ)罐物理爆炸后果模擬分析 本項(xiàng)目為儲(chǔ)罐儲(chǔ)氣，當(dāng)發(fā)生爆炸時(shí)，其殼體將會(huì)破裂為許多大小不等的碎塊四處飛散，并對(duì)人員、設(shè)備、管道造成不同程度的傷害。 碎片對(duì)人的傷害 碎片飛出時(shí)具有動(dòng)能，動(dòng)能的大小與每塊碎片的質(zhì)量以及速度的平方成正比，即： 221 mvE ? 式中： E：碎片的動(dòng)能； m：碎片的質(zhì)量； v：碎片集中人（物）時(shí)的速度。 根據(jù)羅勒（ rhore）的研究： ① 碎片擊中人體時(shí)的動(dòng)能在 26J 以上時(shí)，可制外傷； ② 碎片擊中人體時(shí)的動(dòng)能在 60J 以上時(shí)，可制骨部輕傷； ③ 碎片擊中人體時(shí)的動(dòng)能在 200J 以上時(shí)，可制骨部重傷。 經(jīng)驗(yàn)表明：碎片飛離殼體時(shí)，一般具有 80～ 120m/s 的初速，飛離容器較遠(yuǎn)阜康冶煉廠改擴(kuò)建工程 環(huán)境影響報(bào)告書 19 的地方也有 20～ 30m/s 的速度。 假設(shè)本項(xiàng)目?jī)?chǔ)罐內(nèi)一個(gè)子罐爆炸， 其中一個(gè)碎片的質(zhì)量為 2kg，飛出擊中人體的速度為 20m/s，其具有的能量 E 為 400J，由羅勒的研究結(jié)果可以判斷，碎片飛出傷人的可能性非常大。 碎片對(duì)周圍設(shè)備的穿透破壞 碎片飛出傷人的同時(shí)，還能穿透鄰近的設(shè)備與管道，進(jìn)而引發(fā)二次的火災(zāi)、爆炸事故。 碎片的穿透能力