摘  要

　　本論文以某油庫作為工程應(yīng)用背景，在對油庫的火災(zāi)、爆炸危險因素及事故特點(diǎn)進(jìn)行分析、辨識的基礎(chǔ)上，應(yīng)用道化學(xué)（DOW）火災(zāi)爆炸指數(shù)評價法，對油庫中最危險的油罐區(qū)進(jìn)行定量評價，得出油罐區(qū)的固有危險等級，分析、計算了不同狀態(tài)下安全補(bǔ)償系數(shù)對降低罐區(qū)火災(zāi)危險等級的影響，明確了所采用安全措施的有效性及與現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求尚存的差距。通過本課題的研究，不僅可以為該油庫安全整改方案提出切實(shí)可行的建議，而且還可為類似的大型原油罐區(qū)安全管理提供借鑒，促進(jìn)大型罐區(qū)安全控制技術(shù)的發(fā)展。

　　關(guān)鍵詞：消防 油罐區(qū)；道化學(xué)；評價

　　1 前言

　　油罐區(qū)作為石油及其產(chǎn)品的儲存區(qū)域，擔(dān)負(fù)著液態(tài)油品可燃?xì)怏w的收發(fā)儲存任務(wù)。石油及其產(chǎn)品具有易燃易爆特性。貯罐區(qū)集中，占地面積大，油品儲量大，發(fā)生火災(zāi)爆炸事故危害性大。尤其是近20 年來,油罐發(fā)展的明顯趨勢是大型化。隨著油氣儲備量的增加,油罐的規(guī)模和數(shù)量也大幅度地增加。在已建和新建的油罐運(yùn)行過程中,油罐由于受到人、物或環(huán)境等因素的影響或破壞而發(fā)生火災(zāi)爆炸事故的概率也相應(yīng)地增大。大型化的油罐一旦發(fā)生火災(zāi)爆炸所造成的損失更是難以估計。因此,如何安全有效地管理和維修油罐,提高油罐的安全可靠性,已是當(dāng)前安全管理工作所面臨的一個重大課題。原油儲運(yùn)過程中,由于撞擊、擠壓、火焰、烘烤等原因，原油儲罐有可能被擊穿或破裂，發(fā)生滲漏，致使大量原油泄漏，甚至發(fā)生火災(zāi)、爆炸和人員中毒事故，造成重大人員傷亡和財產(chǎn)損失。因此，預(yù)防和控制原油儲罐重大事故的發(fā)生，對于減少人員傷亡和財產(chǎn)損失、維護(hù)社會穩(wěn)定，具有十分重要的意義。

　　2 本文的主要研究內(nèi)容及方法

　　本文主要針對某特定原油儲罐區(qū)的安全評價應(yīng)用DOW火災(zāi)爆炸指數(shù)評價法，對原油儲運(yùn)過程中的爆炸事故、失效和事故的直接原因，以及復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)分析，給出原油儲罐發(fā)生火災(zāi)爆炸事故時起決定因素的事件，綜合評價原油儲罐發(fā)生火災(zāi)爆炸的危險性程度。

　　3 火災(zāi)爆炸危險指數(shù)評價

　　為了客觀地評價油庫的安全性,采用DOW(道) 化學(xué)公司火災(zāi)爆炸指數(shù)評價法來確定物質(zhì)、設(shè)備及工藝裝置等存在的潛在危險性,定量計算火災(zāi)爆炸可能導(dǎo)致的危害程度和停產(chǎn)損失,是一種有效的手段。

　　3.1評價方法簡介

　　道化學(xué)公司火災(zāi)爆炸指數(shù)法(簡稱DOW 指數(shù)法) 是美國道化學(xué)公司于1964 年在《化工過程及生產(chǎn)裝置的火災(zāi)爆炸危險度評價法及其相應(yīng)措施》中提出的,已有40 多年的應(yīng)用歷史〔1〕。因其方法獨(dú)特,無深奧的理論,容易掌握,可對各種化工生產(chǎn)、儲運(yùn)及使用過程的危險性進(jìn)行比較客觀地評估,而受到先進(jìn)工業(yè)國家的重視。道化學(xué)公司已對該評價法修改了6 次,1993 年推出了第七版。它利用工藝過程中的物質(zhì)、設(shè)備等數(shù)據(jù)逐步推算,求出其火災(zāi)爆炸的潛在危險。評估中使用的數(shù)據(jù)源自物質(zhì)的潛在能量、以往的事故統(tǒng)計和現(xiàn)行防災(zāi)措施的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),考慮的影響因素比較全面,如泄漏率、物質(zhì)閃點(diǎn)、沸點(diǎn)以及危險物質(zhì)成分等。該評價法(第七版,下同) 列有大量的圖表,簡捷明了,便于使用。

　　3.1.1確定評價單元

　　進(jìn)行火災(zāi)、爆炸危險指數(shù)評價的第一步是確定評價單元。因?yàn)楣こ袒蜓b置是由多個單元所組成的，在評價火災(zāi)、爆炸危險性時，要選擇那些對工藝有影響的單元進(jìn)行評價，這些單元被稱為評價單元。單元是工程或裝置的一個獨(dú)立部分，與其他部分保持一定的距離，并用防火墻、防爆墻、防護(hù)堤等與其它部分隔開。通常，在不增加危險性潛能的情況下，可把危險潛能類似的單元?dú)w并為一個較大的單元一并計算。

　　3.1.2單元危險度的初期評價

　　火災(zāi)、爆炸危險指數(shù)（F&EI）按下式計算：

　　F&EI=F3×MF

　　式中：F3—工藝單元危險系數(shù)，F(xiàn)3= F1×F2；MF—物質(zhì)系數(shù)；F1—一般工藝危險系數(shù)；F2—特殊工藝危險系數(shù)；

　　物質(zhì)系數(shù)（MF）是一個最基礎(chǔ)的數(shù)值，用來表述物質(zhì)在由燃燒或其它化學(xué)反應(yīng)引起的火災(zāi)、爆炸中所釋放能量大小的內(nèi)在特性。

　　求出火災(zāi)、爆炸危險指數(shù)后，按表確定其火災(zāi)、爆炸危險等級。危險等級的劃分如表3-1所示：

　　3.1.3單元危險度的最終評價

　　單元危險度的初期評價結(jié)果表示的是不考慮任何預(yù)防措施時,單元所固有的危險性。道化學(xué)公司從降低單元的實(shí)際危險度出發(fā)，可通過變更設(shè)計，對所選用的危險系數(shù)作重新考慮；或通過采取降低速勝頻率和潛在事故規(guī)模的安全對策措施和各種預(yù)防手段來降低其危險性。

　　安全預(yù)防措施分工藝控制、物質(zhì)隔離、防火措施三個方面；其中，工藝控制補(bǔ)償系數(shù)包括應(yīng)急電源等9項(xiàng)措施；物質(zhì)隔離補(bǔ)償系數(shù)包括遙控閥等4項(xiàng)措施；防火措施補(bǔ)償系數(shù)包括泄漏檢測裝置等9項(xiàng)措施。

　　補(bǔ)償火災(zāi)、爆炸危險指數(shù)（F&EI）′按下式計算：

　　（F&EI）′=F&EI×C

　　式中：

　　C-安全措施總補(bǔ)償系數(shù)，C= C1×C2×C3 ；

　　C1—工藝控制補(bǔ)償系數(shù)；

　　C2—物質(zhì)隔離補(bǔ)償系數(shù)；

　　C3—防火措施補(bǔ)償系數(shù)。

　　補(bǔ)償系數(shù)的取值分別按《道七》所建議的數(shù)值選取；沒有采取安全措施時，上述補(bǔ)償系數(shù)取1.0。

　　3.1.4小結(jié)

　　本評價方法的最終目的是得到可靠的評價結(jié)論，并根據(jù)評價結(jié)論提出 相應(yīng)的補(bǔ)償措施；一般來說，只有工程或裝置中所有單元的補(bǔ)償火災(zāi)、爆炸危險等級均低于Ⅳ級，工程或裝置才可能過過安全設(shè)計，從而達(dá)到安全生產(chǎn)的基本要求。否則，應(yīng)對工程或裝置設(shè)計重新加以考慮，改動設(shè)計或增加安全防護(hù)措施，址到評價時通過為止。

　　火災(zāi)、爆炸指數(shù)其計算分析程序如圖所示：

　　火災(zāi)、爆炸危險指數(shù)分析計算程序3-1圖

　　(1) 物質(zhì)系數(shù)M F 　M F 是表示物質(zhì)由于燃燒或化學(xué)反應(yīng)引起的火災(zāi)、爆炸過程中潛在能量釋放的尺度。可燃性氣體及液體的M F 值可以根據(jù)其可燃性等級Nr和化學(xué)活性( 不穩(wěn)定性) 等級Nr值查表求出;可燃性粉塵的M F 值可以按粉塵的可燃性等級S1 和化學(xué)活潑性等級Nr 查表求出;混合物的物質(zhì)系數(shù),一般用試驗(yàn)方法求取,或選用混合物中物質(zhì)系數(shù)最高的物質(zhì)值。

　　(2) 確定一般工藝過程危險系數(shù)F1 　F1 是確定事故損失程度的主要因素。F1 的值等于其基本系數(shù)(一般為1. 00) 與放熱反應(yīng)、吸熱反應(yīng)、物料的儲運(yùn)和輸送、封閉結(jié)構(gòu)單元或室內(nèi)單元、通道、排放和泄漏等6 項(xiàng)內(nèi)容的危險系數(shù)之和,但此處列出的6 項(xiàng)不一定全部采用。

　　(3) 確定特殊工藝過程危險系數(shù)F2 　F2 是影響事故發(fā)生概率的主要因素。F2 的值等于其基本系數(shù)(一般為1. 00) 與毒性物質(zhì)、負(fù)壓、在燃燒范圍內(nèi)或附近操作、粉塵爆炸、壓力等12 項(xiàng)內(nèi)容的危險系數(shù)之和,但此處列出的12 項(xiàng)不一定全部采用。

　　(4) 計算單元危險系數(shù)F3 　F3 是反映所評價單元潛在危險性的指標(biāo), 它等于一般工藝過程危險系數(shù)F1 和特殊工藝過程危險系數(shù)F2 的乘積:

　　F3 = F1 ×F2 (1)

　　(5) 計算火災(zāi)爆炸指數(shù)F & EI 　F & EI 是反映火災(zāi)爆炸事故可能造成的破壞情況的指標(biāo), 用符號F & EI 表示。

　　F & EI = F3 ×M F (2)

　　(6) 確定安全措施修正系數(shù)C 　安全措施修正系數(shù)C 是工藝控制系數(shù)C1 、危險物質(zhì)隔離系數(shù)C2 、防火設(shè)施系數(shù)C3 三者的乘積,其值范圍在0～1 之間,它反映了安全措施的完善與否對事故可能造成的損失。

　　3.2單元固有危險指數(shù)的計算

　　3.2.1評價單元的劃分

　　根據(jù)整個油庫的工藝流程及設(shè)備的布置情況等特點(diǎn)，將選取該油庫的5×104m3罐、10×104m3罐、及1號油泵房為評價單元進(jìn)行初期火災(zāi)、爆炸危險指數(shù)和補(bǔ)償火災(zāi)、爆炸危險指數(shù)計算和分析。

　　3.2.2　單元固有危險指數(shù)計算

　　3.2.2.1單元危險性系數(shù)的取值

　　(1) 物質(zhì)系數(shù)M F 的計算　根據(jù)原油物質(zhì)系數(shù)M F 值查DOW 指數(shù)法附錄,求出M F 為16 。

　　(2) F1 的計算　根據(jù)該油庫的具體情況,參照DOW指數(shù)法有關(guān)系數(shù)的選擇及確定標(biāo)準(zhǔn),得到基本系數(shù)為1. 00 , 物質(zhì)處理和輸送的危險系數(shù)為0. 50 ,通道修正系數(shù)為0. 35 ,排放及泄漏控制危險系數(shù)為0. 50 ,則F1 = 2. 35 。

　　(3) F2 的計算　根據(jù)該油庫的具體條件和DOW 指數(shù)法的有關(guān)規(guī)定,得出基本系數(shù)為1. 00 ,毒性物質(zhì)危險系數(shù)為0. 50 ,罐裝可燃性液體的危險系數(shù)為0. 50 , 儲存中的液體及氣體的危險系數(shù)為0. 20 ,腐蝕與磨損危險系數(shù)為0. 40 ,泄漏(接頭和填料) 的危險系數(shù)為0. 60 ,使用明火設(shè)備的危險系數(shù)為0. 20 ,則F2 = 3. 40 。

　　(4) F3 的計算　根據(jù)式(1) 求出F3 = 7. 99 。根據(jù)DOW 指數(shù)法規(guī)定, F3 最高值為8 , 因此此處的F3 的值只能取8 。

　　(5) F & EI 的計算　根據(jù)式( 2) 可以求出F & EI = 128 。

　　(6) 單元危險系數(shù)DF 的計算　根據(jù)DF 與F3 、M F 的關(guān)系曲線,查得DF = 0. 68 。

　　(7) 暴露半徑R 的計算　根據(jù)式(3) 可以求出R = 32. 77 m。

　　(8) 安全措施補(bǔ)償系數(shù)C 的計算　該系數(shù)由C1 、C2 和C3 組成,計算如下。

　　工藝控制安全補(bǔ)償系數(shù)C1 。應(yīng)急電源取0.98 ,冷卻裝置取0. 99 ,緊急切斷裝置取0. 97 ,計算機(jī)

　　控制取0. 97 ,操作規(guī)程/ 程序取0. 91 ,化學(xué)活潑性物質(zhì)檢查取0. 91 , 其它工藝危險分析取0. 91 , 則

　　C1 = 0. 69 。

　　物質(zhì)隔離安全補(bǔ)償系數(shù)C2 。遙控閥取0. 98 ,卸料/ 排空裝置取0. 98 ,排放系統(tǒng)取0. 91 ,聯(lián)鎖裝置取0. 98 ,則C2 = 0. 86 。

　　防火設(shè)施安全補(bǔ)償系數(shù)C3 。泄漏檢測裝置取0. 98 ,結(jié)構(gòu)鋼取0. 98 ,消防水供應(yīng)系統(tǒng)取0. 94 ,水幕取0. 98 ,泡沫滅火裝置取0. 92 ,手提式滅火器材/ 噴水槍取0. 93 ,特殊滅火系統(tǒng)取0. 91 , 灑水滅火系統(tǒng)取0. 97 ,電纜防護(hù)取0. 98 ,則C3 = 0. 65 。

　　原油罐的安全補(bǔ)償系數(shù)C = C1 ×C2 ×C3= 0. 39 。

　　經(jīng)補(bǔ)償后的原油儲罐單元的火災(zāi)爆炸指數(shù)為,F & EI ×C = 49. 92 。

　　原油儲罐單元火災(zāi)爆炸指數(shù)為49. 92 ,其危險等級屬“最輕”級,說明裝置確立之后,其固有的危險程度便客觀地存在,如果采取有效的安全措施,則可以起到重要的調(diào)節(jié)保護(hù)作用,使原有的危險程度下降到可以接受的范圍。

　　(9) 基本M PPD 和實(shí)際M PPD 的計算　按照目前市場物價,經(jīng)財務(wù)核算和估算, 暴露區(qū)域3 座原油罐的財產(chǎn)價值為487. 14 ×104 美元。由式(4)可以求出基本M PPD 為331. 25 ×104 美元,由式(5) 可以求出實(shí)際M PPD 為129. 19 ×104 美元。

　　(10) 最大可能工作日損失M PDO 的確定　根據(jù)實(shí)際M PPD 值,查M PDO 曲線圖,原油罐的最大可能工作日損失為12～40 d。

　　3.2.2.2單元固有危險指數(shù)的計算如表3-2所示：

表3-2火災(zāi)、爆炸危險指數(shù)（F＆EI）計算表

　　3.3單元補(bǔ)償后危險指數(shù)的計算

　　從火災(zāi)、爆炸危險指數(shù)（F＆EI）計算可以看出，該油庫三個評價單元固有火災(zāi)、爆炸危險指數(shù)F＆EI處于IV，火災(zāi)、爆炸危險等級為“高”；為了進(jìn)一步降低評價單元的火災(zāi)、爆炸危險指數(shù)，提高其安全等級，針對實(shí)際情況，根據(jù)補(bǔ)償系數(shù)的取值原則，從工藝控制、物質(zhì)隔離和防火措施三個方面進(jìn)行，其具體補(bǔ)償指數(shù)如表3-3。

表3-3 補(bǔ)償火災(zāi)、爆炸危險指數(shù)（F＆EI）

　　3.4危險指數(shù)評價結(jié)果分析

　　3.4.1危險指數(shù)評價結(jié)果匯總

　　本項(xiàng)目三個單元的危險指數(shù)評價結(jié)果匯總于表3-4

表3-4危險指數(shù)評價結(jié)果匯總