1、 2023 年第 5 期CHEMICAL SAFETY&ENVIRONMENT储罐区火灾爆炸事故树分析及危险因素辨识方法研究储罐区火灾爆炸事故树分析及危险因素辨识方法研究吴广强张辰新才博文刘华朋山东华鲁恒升化工股份有限公司山东德州 253000摘要:油库是储存、转输和供应石油或者石油产品的专业性仓库,是协调原油生产、加工以及成品油供应和运输的纽带,一旦油库发生物料大量泄漏、火灾爆炸事故,将可能导致大量的人员伤亡、财产损失、环境污染,甚至一系列的社会问题。为了最大限度地减少该类事故的发生,采取行之有效的方法评估油库的风险和危险因素成为必然。采用事故树分析顶上事件(储罐燃烧爆炸)发生的可能性,提出
2、预防储罐火灾爆炸的措施。同时分析油库对周边环境的影响,计算池火的燃烧速度、火焰高度、火灾热辐射通量及其危害范围,从而得出油罐发生火灾时的安全距离及对周边人员和企业的危害程度。关键词:油库;事故树;危险因素辨识;安全设施作者简介:吴广强,男,中国石油大学 化学工程与工艺专业,山东华鲁恒升化工股份有限公司,生产部安全处处长随着我国经济的发展,对国外进口石油的用量不断增加,原有的小型油库已经不能满足我国日益增加的石油储备量,建设大型油库已经迫在眉睫。油库安全问题一直被广泛关注,我们甚至可以将油库的安全与国家和人民的生命、财产安全紧密相连。一旦油库发生物料大量泄漏、火灾爆炸事故,将可能导致大量的人员伤
3、亡、财产损失、环境污染,甚至一系列的社会问题1。为了最大限度地减少人员伤亡和财产损失等事故的发生,采取行之有效的方法评估油库的风险和危险因素是非常必要的。1化工储罐区简介1.1油库基本概况本文以某公司油库为例进行分析。该油库原为 2级油库,总占地面积 205 000 m3,各种建构筑物分布在南北长约 600 m,东西长约 400 m 的不规则长方形地带上。油库分为 3 个区域,库内东西向的主干道将油库分成了南北两片,南片又分成了 2 部分,靠近库区西面南大门的是油库的办公区域,继续往南面、东面是液化石油气储存经营区域,内有 4个 1000 m3球罐,2 个50 m3卧式罐以及相应的液化石油气输
4、送、装卸、充装(已停用多年)设备,油库消防泵房、消防水池、消防车库、污水处理设施等;北片是成品油装车区域、油泵房和油罐区,油罐区成品油库容 5 104m3,其中 2 104m3外浮顶储罐 2 座,0.5 104m3固定顶储罐 1 座,0.5 104m3外浮顶储罐 1 座;油泵房 1 座;成品油装车栈台 1 座,有 DN100 的装车鹤管 4 组。本油库主要配套设施是某石化码头有限公司 5 万 t 级码头 1 座,码头主泊位为5 万 t 级,也可同时靠泊 5000 t 级油轮 2艘。码头至库区配有汽油装卸船管线 1 条(DN300)和柴油装卸船管线 1 条(DN400)。1.2油库扩建内容(1)
5、新建 2 104m3内浮顶汽油储罐 3 座,1 104m3内浮顶汽油储罐 1 座,原有的 2 座 0.5 104m3油罐改造成内浮顶罐作为汽油罐,使汽油罐的总容积达到 8 104m3;(2)新建 2 104m3内浮顶柴油储罐 5 座,1 104m3内浮顶柴油储罐 1 座(可以兼作汽油罐),改造 2 104m3内浮顶柴油储罐2 座,0.5 104m3内浮顶柴油罐 1 座,使柴油罐的总容积达到 15.5 104m3;(3)新建装船泵棚 1 座,内设柴油装船泵 4 台,汽油装船泵 3 台;(4)改造1 座原有泵棚的工艺管线,使之适应扩建项目,利用原有装车泵 8 台;(5)新建装车栈桥 1 座,共 1
6、2个鹤位(上装、下装各 12 套);(6)新建消防站 1座,内设 4 个消防车位;(7)在原有办公楼内改建1 座中心控制室;(8)在原配电间内改造 1 座新配电间,更换和新建配电盘 22 面;(9)新建装卸船(车)油气回收系统(装车为下装式);(10)新建油气回收系统的平衡气柜 1 座。扩建后总库容为23.5 104m3,属于一级油库,扩建工程一期建成。同时,对库区以及码头的供电、通信、仪表、采暖51 2023 年第 5 期CHEMICAL SAFETY&ENVIRONMENT通风、给排水及消防、分析化验、建筑结构、道路等辅 助 工 程 进 行 相 关 的 改 造。新 增 建 筑 总 面 积1
7、.505 103m2,其中包括新建 4 车位消防站 1 座,新建 12 车位装车栈桥 1 座。扩建后年周转能力将达到 255 104t,其中公路发油量为 55 104t。2事故树分析火灾爆炸事故运用道化学公司火灾爆炸指数评价法分析时发现该方法的评价内容比较宽泛,只是对一个大的方向进行评价,没有涉及到其中具体的操作工艺,在实际工作过程中,有很多的操作工艺流程会成为事故隐患。因此,本文将事故树定量评价方法应用于储油罐火灾爆炸事故的分析过程,分析了顶上事件发生的概率,并提出了可行的事故预防措施。2.1事故树评价方法简介事故树是由图论理论发展而来的,将图论中树的节点看成是事件的代表,而树枝中的节点之间
8、用逻辑门连接,这样连接而成的树图反映了事故的因果关系,称这样的有向树为事故树。事故树分析的目的是为了防止同类事故的再次发生,因而在分析时,必须根据现有的及以往发生过或系统可能发生的事故,寻找其发生的原因,了解事故发生的主要宏观趋势和规律,从而采取有效的防范措施2。为了全面、系统地分析事故,应按一定的程序进行事故树分析,事故树分析流程如图 1 所示。2.2事故树评价方法应用2.2.1绘制事故树如果事故树中不含有重复的或相同的基本事件,且各基本事件又都是相互独立的,顶上事件发生的概率可根据事故树的结构计算3。根据统计资料分析储油罐发生火灾爆炸可能的原因,运用事故树分析系统绘制如图 2 所示的事故树
9、。图 1事故树分析流程图事故树分析所使用的软件是由湖北科技大学能源与安全工程学院施式亮、卢本陶基于可视化理论和技术开发的。该软件建立了事故树可视化模型,确定了系统功能目标,完成了系统结构设计,构造了事故树图形生成与事故树动态分析于一体的集成分析环境,为事故分析和安全评价提供高效、准确的技术和方法5。图 2汽油储罐火灾爆炸事故树分析61 2023 年第 5 期CHEMICAL SAFETY&ENVIRONMENT2.2.2事故树定性分析本文使用事故树分析软件对可能发生的火灾爆炸事故进行了分析。(1)求最小割集和最小径集割集是指对于一些基本事件组成的集合,若集合事件中每一个事件都发生,上事件也必然
10、发生,则这个集合是一个割集。最小割集是指对于一个割集,若从中去掉一个事件后就不再是割集,那么这个割集就是最小割集,也就是使顶上事件发生所必须的最低限度的基本事件的集合。最小割集代表了系统的危险性,求出最小割集就知道事故发生的各种可能性。此事故树的最小割集是:K1=X1,X11,K2=X3,X11,X4,X5,K3=X6,X11,K4=X9,X11,K5=X1,X14,K5=X3,X14,X4,X5,K6=X7,X11,K7=X8,X11,K8=X6,X14,K9=X10,X11,K10=X9,X14,K11=X2,X14,K12=X1,X15,K13=X1,X16,径集是指对于一些基本事件组成
11、的集合,若集合中的每个事件都不发生,顶上事件也不发生,则这个集合是一个径集。最小径集是指对于一个径集,从中去掉一个事件后就不再是径集,那么这个径集就是最小径集。求出最小径集就知道使顶上事件不发生有哪几种可能的方案。最小径集越多表示系统越安全。此事故树的最小径集是:K1=X1,X3,X6,X9,X7,X8,X10,X2;K2=X11,X14,X15,X16,X12,X13;K3=X1,X4,X6,X9,X2,X7,X8,X10。(2)结构重要度分析结构重要度计算见式(1):Ik(i)=1kkr=11mr(Xi Er)(1)此事 故 树 的 结 构 重 要 度 顺 序 为:I(11)=I(14)=
12、I(15)=I(16)=I(12)=I(13)I(8)=I(10)=I(2)=I(6)=I(9)=I(1)=I(7)I(5)=I(3)=I(4);概率重要度计算见式(2):Iq(i)=P(T)qi(2)概率 重 要 度 顺 序 为:Ig(11)=Ig(12)=Ig(13)=Ig(14)=Ig(15)=Ig(16)Ig(10)=Ig(1)=Ig(2)=Ig(6)=Ig(7)=Ig(8)=Ig(9)Ig(5)Ig(3)Ig(4);根据最小割集计算顶上事件概率,见式(3)。P(T)=kr=1x,Esqi-1rskEresqi+(-1)k-1kr=1xiE1E2E3LEkqi(3)式(1)(2)(3)
13、中:r、s、k 最小割集的序号,r s k;i 基本事件的序号,i=1,2,n;qi 第 i 个 基 本 事 件 发 生 的 概 率(i=1,2,n);1r sk 最小割集中第 r、s 两个割集的组合顺序;xiEr 属于第 r 个最小割集的第 i 个基本事件;xiErEs 属于第 r 个或者第 s 个最小割集的第 i 个基本事件。将各基本事件发生的概率代入公式(3)中可得顶上事件发生的概率是:0.001771866222;基本事件发生的概率及各种重要度计算结果如表 1 所示。表 1基本事件发生概率和各种重要度计算结果基本事件发生概率结构重要度概率重要度X10.010 40.062 50.024
14、 1X20.001 00.062 50.024 1X30.020 40.031 250.000 025 305X40.105 00.031 250.000 004 916 4X50.010 00.031 250.000 051 622 2X60.000 10.062 50.024 1X70.050 00.062 50.024 1X80.001 00.062 50.024 1X90.001 00.062 50.024 1X100.010 00.062 50.024 1X110.000 10.078 1250.073 521 42X120.005 00.078 1250.073 521 42X13
15、0.003 00.078 1250.073 521 42X140.010 00.078 1250.073 521 42X150.001 00.078 1250.073 521 42X160.005 00.078 1250.073 521 422.3预防储罐火灾爆炸措施根据道化学公司火灾爆炸指数评价法可知安全措施主要从3 个方面考虑:工艺控制、物质隔离、防火措施,比较三者的补偿系数可知,为防止储罐区发生火灾爆炸事故,采取防火措施是最有效的。在事故树的定量和定性分析中,根据最小径集、最小割集、结构重要度分析,可知防止火灾就是防止火灾爆炸的3 个条件同时满足。因此,加强油气输送管道的维护、阀门定期维
16、修更换、罐体的气密性测定对预防储罐区发生火灾爆炸事故具有极其重要的作用,防止事故的发生主要就是防止油气蒸气浓度的超标,防止蒸气的泄漏和加强通风。71 2023 年第 5 期CHEMICAL SAFETY&ENVIRONMENT3油库对周边环境的影响分析通过对油库危险有害因素的分析,指出可能对建设项目周边环境造成不良影响的因素,并采用数学模拟的方法,定量计算这些危险有害因素的影响范围,并对照相关的技术规范,检查建设项目的规范符合性。3.1危险有害性辨识3.1.1油品的危险有害特性本油库储存的物质是汽油和柴油(闪点不小于 55 ),均属于易燃液体。易燃液体通常具有如下共同的危险有害特性。(1)易燃性,易燃液体往往具有较低的沸点且易挥发,点火能量较小,所以,易燃液体具有较高易燃性。(2)蒸气的爆炸性,易燃液体的挥发性强,则当其爆炸时危险也就越大。温度、压力、沸点、比重共同决定了液体的蒸发速率。(3)热膨胀性,易燃液体膨胀系数大,受热后体积膨胀,其蒸气压力也将同时增加,密封容器内部的压力增大,造成“鼓桶”,甚至爆裂。此时如遇明火或火花,即会引起爆炸。(4)流动性,易燃液体的粘度一般较小,具有易
