LNG液化天然气项目事故后果模拟分析评价

LNG液化天然气项目事故后果模拟分析评价根据天然气的特性，本项目最大危险事故是火灾爆炸。有关研究明：当CH4百分比浓度在9.5％时其爆炸力最大，爆炸时的瞬间压力可达9个大气压，为充分考虑事故的影响，通常应按最不利情况对天然气爆炸事故的影响范围、危害程度等进行预测评价。该项目液化天然气储罐有6个，容积为150m3。在此假设其火灾爆炸能量为全部天然气的量，即150吨/天。其事故模型有两种：蒸气云爆炸(VCE)和沸腾液体扩展蒸气爆炸(BLEVE)。前者属于爆炸型，后者属于火灾型。1.1蒸汽云爆炸(VCE)后果模拟分析蒸汽云爆炸是指当泄漏到空气中的易燃易爆物质与空气混合，形成的云状混合物的浓度处于爆炸极限范围内时，遇到点火源发生的爆炸，其主要危害形式是冲击波。单罐液化天然气泄漏后引发蒸汽云爆炸，其后果可以采用TNT当量法和超压准则来预测。1.1.1蒸汽云爆炸的TNT当量蒸汽云爆炸的TNT当量WTNT计算式如下：WTNT＝aWfQf/QTNT式中：WTNT——蒸汽云的TNT当量（kg）；a——蒸汽云的TNT当量系数，取4%；Wf——蒸汽云爆炸中燃烧掉的总质量（kg）；Qf——燃料的燃烧热，为56.1MJ/kg；QTNT——TNT的爆热（MJ/kg），QTNT=4.12～4.69MJ/kg，本次模拟取4.50MJ/kg。如果储罐内的液化天然气全部泄漏，则：Wf＝kρV式中：k——单罐充装系数，取90%；ρ——泄漏前储罐内液化天然气的密度，为437.7kg/m3；V——储罐的容积，为150m3；得:Wf＝0.9×437.7×150＝59089.5kgWTNT＝0.04×59089.5×56.1/4.5＝29466kg（TNT）可燃气体的爆炸总能量为：E=1.8aWfQf=1.8×0.04×29466×56.1=119019.1MJ相当于梯恩梯(TNT)的摩尔量为：N=WTNT/M=29466/16=1841.6mol1.1.2蒸汽云爆炸的伤害分区利用超压准则模拟预测单个LNG储罐泄漏后发生蒸汽云爆炸得后果，为了估算爆炸所造成的人员伤亡情况，将危险源周围依次划分为死亡区、重伤区、轻伤区和安全区。——死亡区：该区内的人员如缺少保护，则被认为无例外地蒙受严重伤害或死亡，其内径为零，外经为R1（m），该圆周处人员因冲击波作用导致肺出血而死亡的概率为50%，计算式为：R1＝13.6（WTNT/1000）0.37＝13.6（53038.7/1000）0.37＝40.92m≈41m——重伤区：该区内的人员如缺少保护，则被认为将去例外地蒙受严重伤害，极少数人可能死亡或受轻伤。其内径为R1，外经为R2（m），计算式为：△Ps＝0.137Z-3+0.119Z-2+0.269Z-1－0.019Z＝R2/(E/P0)1/3E＝WTNT×QTNT＝53038.7×4.50＝238674.15MJ式中：△Ps——引起人员重伤冲击波峰值，为44000Pa；E——爆源总能量（MJ）；P0——为环境压力（近似为101325Pa）；QTNT——TNT的爆热（MJ/kg）。得：R2＝104.61m≈105m——轻伤区：该区内的人员如缺少保护，绝大多数人将遭受轻微伤害，少数人将受到重伤或平安无事，其内径为R2，外经为R3（m），计算式为：△Ps=0.137Z-3+0.119Z-2+0.269Z-1-0.019Z=R3/(E/P0)1/3E=WTNT×QTNT式中：△Ps——引起人员重伤冲击波峰值，为17000Pa；E——爆源总能量（J）；P0——为环境压力（近似为101325Pa）；QTNT——TNT的爆热（MJ/kg）。得：R3＝187.36m≈188m——安全区：该区的人员不会受到伤害，死亡的概率几乎为零。该区内径为R3，外经为无穷大。1.1.3蒸汽云爆炸对建筑物的破坏蒸汽云爆炸会对爆源周围的建筑物等设施造成不同程度的破坏，导致直接的经济损失，根据蒸汽云爆炸对周围建筑物破坏的不同程度，按照下表确定其破坏等级，然后计算财产损失半径R财，为：R财＝KUWTNT1/3/（1+（3175/WTNT）2）1/6式中：R财——财产损失半径；KU——破坏系数；WTNT爆源的TNT当量(kg)。得：R财＝151.4m1.2沸腾液体扩展蒸汽爆炸(BLEVE)事故后果模拟分析1.2.1火球当量半径R和持续时间火球当量半径：R＝2.9Wf1/3火球持续时间：t＝0.45Wf1/3式中：R——火球当量半径，m；t——火球持续时间，s；Wf——火球中消耗得可燃物质量，kg；多罐储存时按多罐总容量的90％计，单罐充装系数取90%。6个LNG储罐的单罐容积为150m3，LNG的密度为447kg/m3，则：Wf＝6×0.9×0.9×150×437.7＝319083.3kg得：R＝198.2mt＝30.7s1.2.2死亡、重伤、轻伤和财产损失热通量当伤害几率5时，不同伤害程度热通量的计算公式如下：死亡热通量量：Pr＝－37.23+2.56ln(tq14/3)重伤热通量：Pr＝－43.14+3.0188ln(tq24/3)轻伤热通量：Pr＝－39.83+3.0186ln(tq34/3)财产损失的热通量q＝6730t+25400按上述不同伤害所需的热辐射通量，计算伤害，破坏半径。热辐射通量公式为：qr＝q0R2r(1－0.058Inr)/(R2+r2)3/2式中：qr——热辐射通量，kW/m2；q0——火球表面辐射通量，柱型罐取270kW/m2；R——火球当量半径，m；r——到火球中心的距离，m。由上式计算，得扩展蒸气爆炸死亡、重伤、轻伤和财产损失热通量qr分别为：18.10kW/m2、11990.3kW/m2、5272.4kW/m2、232011kW/m2；死亡、重伤、轻伤和财产损失破坏半径分别是557m、699m、1067m、636m。1.3固有危险程度和风险程度分析通过以上计算可知，该项目储罐区一旦泄漏，如果没有得到有效控制，发生单个储罐蒸汽云爆炸，可燃气体的爆炸总能量为119019.1MJ，相当于梯恩梯(TNT)的摩尔量1841.6mol，将导致188m半径范围内人员伤亡。如果其余6个储罐连锁发生沸腾液体扩展蒸汽爆炸，将导致近1067m半径范围内人员伤亡的灾难性后果。LNG储罐区泄漏爆炸事故模拟后果见表5-17。表5-17LNG储罐区泄漏爆炸事故后果模拟爆炸类型伤害半径(m）单个储罐蒸汽云爆炸6个储罐沸腾液体扩展蒸汽云爆炸死亡区0～410～557重伤区41～105557～699轻伤区105～188699～1067安全区＞188＞1067财产损失151.4636