液態烴泄露遇到火源而爆炸，是球罐火災爆炸的主要原因，運用蒸氣云爆炸和沸騰液體擴展蒸氣爆炸兩種事故傷害模型定量計算化工一部裂解裝置液態烴罐區丙烯球罐發生重大火災爆炸事故的嚴重后果，結合液態烴罐區現狀，闡明在設備、工藝、安全管理方面應采取的防范措施。

　　1 概述

　　化工一部裂解裝置液態烴罐區是分公司重點防火區域，包括4臺1000m3乙烯球罐，21500 m3乙烯球罐，3臺1000 m3丙烯球罐和1臺300 m3氫氣球罐。液態烴泄露遇到火源引起著火爆炸是球罐區火災爆炸的主要原因。泄露可能發生在罐體、管道或法蘭連接上，罐體以及管道、閥門由于加工制造、安裝時的缺陷及材質的腐蝕會出現裂紋，當安全閥、壓力表、溫度計、液位計發生事故或失真時，都可能造成超壓，使裂紋擴展，使液態烴泄露，甚至使罐體爆裂并導致火災爆炸發生。本文選取丙烯球罐為火災爆炸分析、評價對象。

　　2 火災爆炸的傷害模型

　　液態烴火災爆炸的傷害模型有兩種：其一是蒸氣云爆炸；其二是沸騰液體擴展蒸氣爆炸。前者屬于爆炸型，其破壞效應主要是沖擊波的超壓引起沖量破壞和傷害。后者屬于火災型，它能產生巨大火球，熱輻射是其主要危害。在熱輻射的作用下，目標可能遭受傷害和破壞，熱輻射對人員的影響與輻射強度和持續時間有直接的關系。不同的傷害模型將有不同的傷害/破壞半徑，不同的傷害/破壞半徑所包圍的封閉面積內的人員多少、財產價值多少將影響事故嚴重程度的大小。

　　3 火災爆炸的定量評價計算

　　計算爆炸傷害/破壞后果時，要精確計算液態烴的爆炸能量是比較困難的。雖然容器內可燃氣體的量已知，而且在容器爆炸時又幾乎全部流出，但由于這些氣體一般以球狀或其他形態在空間擴散，只有外圍一部分可燃氣體與大氣中的氧混合形成爆炸氣體，所以并不是全部可燃氣體都參與反應。

　　參與反應的可燃氣體量的多少與許多因素有關，如容器周圍的氣流情況、氣體的爆炸極限范圍和出現火源的時間等。因此，一般只能是估算，即假定參與爆炸反應氣體所占的百分比，然后按這些可燃氣體的燃燒熱計算其爆炸能量，再確定一個大致的破壞范圍。爆炸能量是用TNT當量來表示的，因此目前對液態烴火災爆炸所產生的沖擊波超壓一般都是按相同能量的TNT爆炸所產生的超壓來確定。雖然存在一定的誤差，但在遠距離上，相同能量的液態烴氣體爆炸和TNT爆炸所產生的超壓還是像近似的。

　　3.1 蒸氣云爆炸的定量計算[1]

　　當大量丙烯氣體泄露到敞開空間以后，沒有立即點火，而是先在空中擴散，與空氣混合形成爆炸性混合氣體，然后發生延遲點火，那么就會發生蒸氣云爆炸。下面計算蒸氣云爆炸傷害/破壞范圍。

　　在正常操作當中，丙烯球罐一般裝到340t時就會切罐，本文以此為計算依據。假定參與爆炸反應得氣體所占百分比為30%。

　　蒸氣云中可燃氣體質量Wf=340×1000×30%=1.02×105kg

　　（1）TNT當量

　　據公式WTNT=1.8aWfQf/QTNT

　　式中：WTNT是可燃氣體的TNT當量；1.8是地面爆炸系數；a是可燃氣體蒸氣云當量系數（統計平均值為0.04）；

　　Qf=48670KJ/kg  QTNT=4180 KJ/kg

　　得結果為：WTNT=0.86×105kg

　　（2）死亡半徑R1

　　由表2取重傷△P1=2.4×105Pa；由表1取R0=16m

　　由以下公式求解：WTNT=1000(R1/ R0)

　　R1=29m

　　（3）重傷半徑R2

　　由表2取重傷△P2=0.6×105Pa；由表1取R0=30m

　　由以下公式求解：WTNT=1000(R2/ R0)

　　R2=55m

　　（4）輕傷半徑R3

　　由表2取輕傷△P3=0.3×105Pa；由表1取R0=44m

　　由以下公式求解：WTNT=1000(R3/ R0)

　　R3=80m

　　（5）財產損失半徑R4

　　由于罐區周圍建筑多是鋼筋混凝土結構，因此取鋼筋混凝土破壞時的沖擊波超壓值。

　　由表2取鋼筋混凝土破壞時△P4=1.5×105Pa；由表1取R0=19m

　　由以下公式求解：WTNT=1000(R4/ R0)

　　R4=34m

　　3.2 沸騰液體擴展蒸氣爆炸

　　沸騰液體擴展蒸氣爆炸事故是石油、化工和交通運輸行業常見的重要事故類型。通常情況下，封閉體系中的過熱液體在體系發生突然泄壓時，壓力平衡被破壞，液體急劇氣化，并隨即被火焰點燃引起爆炸，這種爆炸稱為沸騰液體擴展蒸氣爆炸。沸騰液體擴展蒸氣爆炸的能量來源于兩個方面：一方面液態烴球罐本身是高壓容器，它的突然破裂能釋放出巨大的能量，產生沖擊波并將容器碎片拋向遠方；另一方面氣化液態烴劇烈燃燒能釋放出巨大的熱能，產生巨大的火球和強烈的熱輻射。碎片和沖擊波與爆炸火球的熱輻射危害相比，他們的危害可以忽略，遠場情況尤其如此。液態烴沸騰擴展蒸氣云爆炸產生的火球具有燒傷范圍廣、燒傷速度快和傷害程度深等特點。W為火球中消耗的燃料質量，據經驗可對單罐存儲W取罐容的50%，對雙罐存儲，取罐容的70%，多罐存儲取罐容的90%[2]。

　　沸騰液體質量W=340×1000×90%=3.06×105kg

　　3.2.1 計算熱通量

　　按公式，火球半徑R=2.9W1/3=195m

　　火球持續時間 t=0.45 W1/3=30s

　　當傷害幾率Pr=5時，死亡、一度燒傷、二度燒傷、財產燒毀百分數D都以50%定義。下面求不同傷害破壞時的熱通量。

　　（1）死亡熱通量q1

　　Pr=-37.23+2.56ln(tq14/3)

　　帶入Pr和t的值，經計算得q1=18449W/m2

　　（2）二度燒傷（重傷）熱通量q2

　　Pr=-43.13+3.0186ln(tq24/3)

　　帶入Pr和t的值，經計算得q2=12123 W/m2

　　（3）一度燒傷（輕傷）熱通量q3

　　Pr=-39.83+3.0186ln(tq34/3)

　　帶入Pr和t的值，經計算得q3=5353 W/m2

　　（4）財產燒毀熱通量q4

　　q4=6730t-0.8+25400=25842 W/m2

　　3.2.2 計算傷害/破壞半徑

　　通過研究計算，發現傷害半徑與火球溫度無關，據以下經驗公式得：

　　死亡半徑R1=0.58W0.487=272

　　二度燒傷（重傷）半徑R2=0.72W0.487=338m

　　一度燒傷（輕傷）半徑R3=1.086W0.487=509m

　　財產損壞半徑R4=0.32W0.487=150m

　　4 結論

　　（1）當液態烴罐區發生丙烯泄露，形成混合型爆炸氣體遇到明火產生爆炸。以泄露點為中心，在半徑29m范圍內，人員死亡；半徑55m范圍內重傷；半徑80m范圍內輕傷；半徑34m范圍內財產遭破壞。若無法控制事故的發展，將會引發嚴重的沸騰液體擴展蒸氣爆炸。

　　（2）若發生沸騰液體擴展蒸氣爆炸時，火球半徑為195m，持續時間30s，死亡半徑272m，重傷半徑338m，輕傷半徑509m，財產損失半徑150m。這種爆炸將會使罐區附近的重要區域受到相應程度的破壞。

　　5 防范措施

　　通過以上對丙烯泄露后爆炸傷害/破壞半徑的定量計算，我們可以認識到液態烴罐區生產管理的重要性，否則一旦發生事故，后果將難以估量。建議加強以下管理措施：

　　（1）工藝操作上嚴格執行安全操作規程，操作中球罐不超壓，不超裝。

　　（2）球罐按期檢驗，發現缺陷及時消除。

　　（3）嚴格執行分公司《液態烴、石腦油和芳烴管區安全管理規定》，加強罐區管理。

　　（4）為防止事故發生后，高溫火焰燒烤環境下的液態烴儲罐內液態烴過熱而迅速氣化導致罐內超壓、破裂泄露所引起的二次火災，應盡快啟動雨淋系統冷卻事故罐和相鄰罐，降低罐內溫度。

　　（5）點火源是引起火災、爆炸的一個重要因素，罐區內應嚴格控制動火，認真執行《用火作業安全管理規定》，罐區實行封閉式管理，禁止于罐區無關的車輛和人員進入。

　　（6）完善相關事故預案，組織學習并定期演練。

　　參考文獻

　　1程中林 安徽化工 2004年 46

　　2王若菌，蔣軍成 中國安全生產科學技術 2005年6月 11