0引言

　　液化氣作為重要的燃料和工業(yè)原料，在工業(yè)和民用方面的用途越來越廣泛，需求量越來越大。液化氣通常是有毒或易燃物質，在儲存與運輸過程中存在著發(fā)生事故的潛在危險。由于液化氣在很小的體積內積聚了大量的能量（1液化氣氣化后體積可膨脹到250左右，其熱值是天然氣的2~3倍），因此如果在其儲存與運輸過程中不采取有效的預防措施，一旦發(fā)生事故，必然導致慘重的財產損失和人員傷亡。

　　液化氣在儲存和運輸中發(fā)生事故的全過程包括3個階段。導致液化氣泄漏的因素有機械作用（如碰、打擊）、化學作用（如腐蝕）及熱作用（如火焰環(huán)境、熱沖擊）等。此外，工作人員在裝運取樣等日常業(yè)務中是否正確操作，也是導致液化氣泄漏屢發(fā)事故的一個重要因素，許多事故最初往往是由于操作不當造成的。

　　罐體破裂是導致事故發(fā)生的直接原因，因此如何防止罐體破裂成為近年研究的重點，而且取得了一定的成效，大大減少了事故的發(fā)生。了解事故的危害行為確定影響危害后果的各種因素，對于消防人員、液化氣容器設計部門和城市規(guī)劃部門采取有效措施，消除或減小危害具有直接的參考價值。

　　1液化氣罐體的破裂

　　液化氣容器在受到機械作用、化學作用或熱作用時，由于作用程度的差異，容器將發(fā)生以下幾種情況。

　　（1）容器突然炸裂，產生巨大的沖擊力，炸裂的碎片以極大的動量向四周拋射出去。例如容器受到物體猛烈的撞擊或振蕩，容器遭受劇烈的熱沖擊等。

　　（2）容器局部破裂，導致液化氣以氣液兩相的混合物從裂口噴出，依據液化氣氣化的程度和器壁材料的強度，可產生3種結果。

　　a容器壁材料強度能夠隨液化氣迅速氣化導致的壓力增加，則裂口進一步擴大，甚至導致容器炸裂；

　　b容器壁材料強度不能夠隨液化氣迅速氣化導致的壓力增加，則裂口進一步擴大，甚至導致容器炸裂；

　　c在容器破裂后裂口在一定時間內不再擴大，隨著氣化程度的加劇，裂口重新擴展，直到液化氣全部溢出。

　　在容器遭受非均勻熱沖擊、小物體撞擊容器或化學腐蝕的情況下，就會由于局部器壁材料軟化、失效或侵蝕成孔而發(fā)生局部破裂。

　　（3）安全閥動作及失效。這種情況往往是容器在受到熱沖擊時發(fā)生的。安全閥在初期的動作可以緩解容器內由于遭受熱作用而不斷增加的壓力負荷，為消防人員爭取一定的時間。但通過安全閥泄漏的液化氣在遇火點燃后，勢必增加容器的熱負荷，導致進一步的泄漏甚至容器破裂。另外，在高溫環(huán)境下安全閥會因組件軟化而失效。如果閥門由于失效無法打開，就會使容器由于壓力過高而爆炸。

　　2液化氣泄漏后的危害行為

　　當液化氣容器破裂或液化氣經安全閥泄漏后，液化氣直接與周圍環(huán)境接觸，在不同因素的影響下，就會導致沸騰液體膨脹蒸氣爆炸（BLEVE－BoilingLiquidExpandingVapourExplosion）、盛有物泄漏（TLOC－TotalLossofContainment）、自由蒸氣云爆炸（UVCE－UnconfinedVapourCloudExplosion）、火災及空氣污染等一系列危害行為的發(fā)生。

　　2．1BLEVE及TLOC

　　學術界對BLEVE現(xiàn)象的發(fā)生機理目前尚有爭議，其定義也有所不同。本文采用以下定義：BLEVE是指盛有加壓液化氣的容器在發(fā)生災難性破裂時，劇烈沸騰的液體與迅速膨脹的蒸氣組成的氣液兩相混合物的爆炸性瞬時釋放（體積膨脹）過程。TLOC是指較BLEVE稍為緩和，持續(xù)時間較長的氣液兩相混合物的釋放過程。

　　當容器受到劇烈的機械或熱作用而突然破裂時，容器內的液化氣由于壓力突降導致過熱，一部分液化氣在極短的時間里（幾毫秒到一兩秒鐘）完全氣化，其余的部分噴射成小液滴，立即與氣化部分混合成氣液兩相混合物。容器的劇烈破裂加速了氣液兩相混合物與空氣的混合。混合物以極高的速率向四周爆脹，產生沖擊力且作用于容器破裂所形成的碎片，使容器碎片象彈片一樣拋射出去。劇烈爆脹的混合物遇到火焰被點燃后，形成向四周噴射的火球。拋射出去的容器碎片對周圍一定范圍內的建筑物和設施造成嚴重破壞，危及附近居民及工作人員的生命；噴射火球則可以引發(fā)大火，造成不可估量的后果。當發(fā)生TLOC現(xiàn)象時，氣液兩相混合物的釋放過程較為緩和，其危害主要以火災為主。1984年12月19日，墨西哥一個容量達16000的液化氣儲存廠，由于通過管道向儲氣容器輸氣時不慎發(fā)生泄漏，泄漏液化氣遇火燃燒起來。劇烈的熱作用使兩個球形儲氣容器破裂，液化氣大量泄漏引發(fā)大火。高溫火焰包圍了附近的儲氣容器，相繼造成許多容器破裂，液化氣大量泄漏引發(fā)大火。高溫火焰包圍了附近的儲氣容器，相繼造成許多容器炸裂并發(fā)生BLEVE，并使大火在附近蔓延。在這次事故中大約500人喪生，7000人受重傷，可見其傷害力之大。

　　目前還不能準確確定在什么情況下會發(fā)生BLEVE現(xiàn)象。Reid提出的過熱界限理論認為，當容器內的液體溫度超過環(huán)境壓力下相應的飽和溫度時，若容器由于某種原因破裂，則處于環(huán)境壓力下的液化氣由于過熱，發(fā)生劇烈的沸騰，產生氣液兩相混合物向外急劇膨脹，形成BLEVE現(xiàn)象。但有的學者在實驗中發(fā)現(xiàn)，容器內液體溫度是否高于環(huán)境壓力下相應的飽和溫度并不是BLEVE發(fā)生的必要條件。不過，液體區(qū)的溫度確實可以影響B(tài)LEVE爆發(fā)的激烈程度，特別對于TLOC現(xiàn)象，液體區(qū)的溫度是決定其能否進行的關鍵因素。因此，容器內液體區(qū)的溫度是影響B(tài)LEVE和TLOC的重要因素。研究表明，容器壁的厚度，安全閥的設定壓力，液化氣的性質，容器內的液化氣量，蒸氣區(qū)溫度，容器壓力及氣液兩相物質的混合速率也是影響B(tài)LEVE爆發(fā)的重要因素。對這些因素的影響進行定量研究，是預防BLEVE現(xiàn)象的有效途徑。

　　2．2UVCE

　　UVCE是由于以“預混云”形式擴散的蒸氣云遇火后在某一有限制空間發(fā)生爆炸而導致的。泄漏的液化氣如果沒有發(fā)生BLEVE現(xiàn)象或立即引發(fā)大火，就會與空氣充分混合，在一定的范圍積聚起來，形成預混蒸氣云。如果在稍后的某一時刻遇火點燃，由于氣液兩相物質已經與空氣充分混合均勻，一經點燃，其過程極為劇烈，火焰前沿速度可達50~100m/s，形成爆燃，對蒸氣云覆蓋范圍內的建筑物及設備產生過壓破壞，危及人們的生命安全。發(fā)生UVCE現(xiàn)象最起碼應具備以下幾個條件。

　　a周圍環(huán)境如樹木、房屋及其它建筑物等形成具有一定限制性的空間；

　　b延緩了的點火過程；

　　c充分預混了的氣液兩相物質與空氣的混合物；

　　d一定量的泄漏液化氣。

　　UVCE現(xiàn)象在液化氣的運輸過程中并不常見，因為在運輸過程中即使發(fā)生液化氣泄漏，也不易積聚起來。而在液化氣儲備廠，UVCE現(xiàn)象相對易于發(fā)生。歷史上由于UVCE造成的工業(yè)事故占有相當比例。1974年1月，在美國伊利諾州東圣路易斯，由于丙烯泄漏引起的UVCE，產生了相當于60tTNT威力的過壓沖擊，造成大約230人的人員傷亡和上千萬美元的經濟損失。

　　2．3火災及空氣污染

　　由于液化氣極強的揮發(fā)性，其危害行為一般以不同的爆炸形式表現(xiàn)出來，但其危害后果常與火災有關，而且許多液化氣的危害行為都因火災而起，火災總是伴隨不同的爆炸形式一起發(fā)生，是一種危害后果很大的危害行為。

　　液化氣泄漏后的另一種危害是空氣污染。雖然這種危害持續(xù)時間長，潛在危害大，特別是對于一些有毒或劇毒物質，如果在短期內不能將其驅散或處理掉，就會彌漫在空氣中形成毒霧，導致環(huán)境污染，給周圍居民的身體造成嚴重傷害，引發(fā)各種疾病，甚至中毒死亡。所以如果情況允許，最好能讓泄漏的有毒物質在控制之下燃燒掉或用其它方式處理掉，以免留下后患。

　　3防治措施

　　如前所述，液化氣泄漏往往釀成嚴重的工業(yè)事故，造成極大的財產和生命損失。如何安全地運輸和儲存液化氣，是一個迫切需要解決的問題。從事故發(fā)生的過程和誘發(fā)事故的因素出發(fā)，要實現(xiàn)有效的防治，應該從健全管理制度，采用合理有效的保護技術及事故初期現(xiàn)場防治3個方面入手，進行全方位防治。

　　3．1健全管理制度

　　（1）強化工作人員安全意識，建立嚴格的安全制度。從理論上講，液化氣在儲存和運輸過程中發(fā)生事故的機率并不大，所以常使有關人員在思想上對可能誘發(fā)事故的各種因素不能給予足夠重視，從而為事故的發(fā)生埋下隱患。在沒有絕對有效的防范措施的情況下，強化工作人員安全意識，建立嚴格的安全制度，是防止事故發(fā)生的重要手段。

　　（2）對操作人員進行相關知識和技術培訓，提高業(yè)務水平和操作能力。重大的事故在最初往往是因為操作人員沒有進行正確的操作，導致個別液化氣容器發(fā)生泄漏，泄漏的液化氣遇火點燃連鎖反應。容易造成液化氣泄漏的操作主要有：裝入時過滿和超壓操作；通過管道裝入或輸出時管道與容器接口脫落及取樣時泄漏等。

　　（3）定期檢查及維護設備，使之處于良好的工作狀態(tài)。如定期檢查安全閥能否正常工作、容器壁有無侵蝕現(xiàn)象等。實踐表明，定期對設備進行檢查及維護，能大大降低事故發(fā)生的可能性。

　　3．2采取合理有效的保護技術

　　有效的防治除了建立健全嚴格的管理制度外，采用可行的保護技術，防止盛有液化氣的容器發(fā)生破裂或以其它方式泄漏，是防范液化氣事故的必要手段。一些工業(yè)發(fā)達國家經過大量的研究及試驗，在這方面取得了一定的成效。目前常用的措施有：水冷卻技術，熱絕緣及輻射屏蔽技術，預警系統(tǒng)等。

　　（1）水冷卻技術

　　水冷卻技術分為兩種。一種是噴淋冷卻，另一種是頂部水冷卻。噴淋冷卻技術是指一定流量的許多噴頭在容器處于高溫火焰環(huán)境時，向容器的各個部位進行噴水冷卻，以達到冷卻容器壁溫度，降低容器內壓力和液化氣溫度，防止容器炸裂的一套水冷卻系統(tǒng)。噴淋冷卻對防止處于均勻火焰環(huán)境下的容器炸裂通達到較好的較果，但對于噴射火焰，由于加熱的不均勻性，效果較差。頂部水冷卻系統(tǒng)是指把水從高位水罐引到容器頂部四周，讓水從容器的四周流下，冷卻容器壁。容器頂部通過一定數(shù)量的大流量、大尺寸噴頭噴淋冷卻。由于容器頂部的蒸氣區(qū)，器壁溫度遠遠高于液體區(qū)器壁的溫度，容器破裂的部位一般都在頂部，所以這種冷卻方法對于噴射火焰冷卻效果較好。其缺點是容器下半部分冷卻效果不好，有的地方甚至不能潤濕。

　　水冷卻技術最大的缺點是冷卻系統(tǒng)很容易受到周圍容器爆炸的損害，使其作用受到限制。但在容器遭受熱沖擊時，水冷卻是防止容器炸裂引發(fā)現(xiàn)更大范圍危害的有力措施。

　　（2）熱絕緣及輻射屏蔽

　　容器處于高溫火焰環(huán)境時，最直接的影響就是高溫火焰通過輻射和對流的方式加熱容器壁，再通過容器壁的熱傳導作用，使容器內壓力和液化氣的溫度升高，在容器壁內產生熱應力且使容器壁軟化。在火焰向容器的傳熱過程中，輻射傳熱起著很大作用。輻射屏蔽通過減少火焰對容器的輻射傳熱，大大減輕了容器的熱負荷。在此基礎上，對容器壁進行絕緣保護。就可以減少傳入容器內的熱量，降低容器內壓力和液化氣的溫度，減輕器壁內的應力負荷，達到保護的目的。

　　(3)預警系統(tǒng)

　　安裝能夠在填充量或容器內壓力超過一定界限時發(fā)出警報的預警系統(tǒng)，就可以最大程度地避免過滿和超壓操作造成液化氣泄漏；同樣，對容器環(huán)境溫度和容器內溫度的監(jiān)測預警可以為預先采取措施避免熱沖擊造成液化氣泄漏創(chuàng)造有利條件。建立能預警各種危險因素的安全預警系統(tǒng)，可以作為事故前期的重要預防手段。

　　3.3事故初期現(xiàn)場防治

　　目前的防治措施多以事故前期預防為主，這些措施極大地減少了事故發(fā)生的可能性，值得肯定。但事故發(fā)生有其不可避免性，在事故發(fā)生初期或過程中進行現(xiàn)場防治，避免事故的進一步擴大，對減輕事故的危害非常重要。

　　前面已經提到，事故的起因往往是個別容器破裂或其它原因造成少量液化氣泄漏，遇火形成較小范圍內的大火，就會使周圍更多的容器受到熱沖擊而炸裂又會進一步使火災蔓延、加重，形成連鎖反應，所以在事發(fā)初期，應在組織力量控制火勢的同時，重點加強鄰近容器的防護。缺乏經驗的消防人員很容易忽略這一點。對于運輸途中的火車或汽車，應盡快使泄漏著火的車體和其余車體脫離；在站區(qū)的，應盡快拖到遠離居民區(qū)和建筑群的開闊地。對于儲備廠，要立即使用象水冷卻系統(tǒng)這樣的保護措施；為了不使有毒物質的泄漏造成空氣污染，可以在控制局面的情況下讓其燃盡。

　　事故初期和事故進行過程中最難處理的是容器發(fā)生爆炸。爆炸產生的拋射碎片和沖擊力，很容易導致其余容器的破裂，引發(fā)新的爆炸并加重火勢，破壞水冷卻系統(tǒng)及其它保護設施,要在現(xiàn)場防治是不可能的。為此，建在地面上的儲氣容器應合理分布，遠離居民區(qū)和建筑群，且在各儲氣容器周圍修筑能承愛一定沖擊的保護墻。這種保護墻既能起到輻射屏蔽的作用，又能防止容器爆炸碎片對鄰近容器和建筑物的沖擊，在一定程度上還可以阻止火災的蔓延。另一種較好的措施是將儲存液化氣的容器埋在地下。對于埋在地下造成容器壁腐蝕和檢修困難的問題，可以通過給容器壁增加經久耐用的防腐保護層而得到妥善解決。

　　3．4開展科學研究

　　對誘發(fā)事故的各種因素進行模擬研究，找出其變化規(guī)律，就可以根據不同的情況采取相應的防范措施，從而達到預防液化氣事故，減少損失的目的。西方發(fā)達國家近年內在這方面做了大量卓有成效的實驗和理論研究工作，我國的研究工作尚處于初級階段。北京科技大學和加拿大NewBrunswick大學火焰科學中心合作，對高溫火焰環(huán)境下容器內液化氣的熱響應和振動引起容器爆炸的機理進行了數(shù)值仿真研究，開發(fā)了代號為PLGS的仿真軟件。PLGS已得到英國健康與安全行政署（HSE）中型現(xiàn)場實驗的驗證，能夠較好地預測高溫火焰環(huán)境下容器內液化氣的行為。

　　4結束語

　　全面防治液化氣在儲存和運輸過程中的危害，是一個綜合性的課題。利用最新的信息技術和自動控制技術，建立包括管理、事故模擬、檢測、預警、自動應急保護、危害評估等系統(tǒng)在內的計算機自動控制安全系統(tǒng)，是有效防治液化氣事故的發(fā)展方向。