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加油站重大危險源分級管理與風險控制評價

作者:唐開永  來源:安全管理網 
評論: 更新日期:2016年03月31日

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摘要:本文根據加油站安全評價實踐,運用重大危險源快速評價理論和巖土中爆炸的研究成果,對我國現行標準汽車加油站重大危險源分級管理與風險控制進行了應用性研究,得出了我國現行加油站重大危險源屬于四級重大危險源,并提出了加油站風險控制指標體系和控制程度判定意見。?
關鍵詞:風險評價;重大危險源;加油站
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汽車加油站是基層政府和安全評價人員經常遇到的重大危險源單位。如何在較科學的風險定量評價基礎上,對其進行重大危險源分級,進行風險控制狀態的評判,無論在理論和實踐上都具有重要的意義。
1.加油站重大危險源概述
1、危險物質特性及臨界量
加油站儲存的90#、93#、97#等車用汽油屬于《重大危險源辨識》(GB18218—2000)中規定的第2類(易燃物質)中的低閃點易燃物質(閃點[閉口]為-24°)的第11種,儲存場所臨界量為20T;而車用0#等柴油屬于高閃點易燃液體(閃點[閉口]為55°),未列入《重大危險源辨識》(GB18218—2000)危險物質中,但在加油站重大危險源風險評價時也應給予相應的關注。
2、重大危險源類別
原國家安全生產監督管理局、國家煤礦安全監察局《關于開展重大危險源監督管理工作的指導意見》(安監管協調字[2004]56號)將重大危險源分為7大類。加油站屬于第1類易燃、易爆、有毒物質的儲罐區(儲罐)中的可燃液體儲罐區(儲罐)重大危險源。按照國家現有技術標準規定,加油站油品儲罐應為直接埋地方式。
3、周圍環境影響
加油站一般選在交通便利的地方,宜靠近城市道路,但不宜選在城市干道的交叉路口附近。一級加油站不應建在城市建成區內。離居民住宅、生產單位、機關團體、公共場所、交通要道或其他重要公共建筑等應按照國家技術標準要求保持安全防火間距或采取安全防護措施。
2.加油站重大事故的發生原因和概率
加油站因工藝管線泄漏或加油作業操作不當,形成油蒸氣遇明火或高溫,引發火災,由于其燃燒物質質量有限,其后果比較而言較輕。加油站油罐內油品是重大危險源所在,一旦失控,可能釀成重大事故。
加油站油罐埋地設置后有效地預防甚至杜絕了地上油罐可能因泄漏、油蒸氣等引發火災事故的可能性。從有關統計資料分析,近年來汽車加油站埋地油罐幾乎未發生過因泄漏、油蒸氣等引發的火災事故。
埋地油罐如果發生爆炸,主要是因罐內油品蒸氣達到爆炸極限,形成爆炸性混合氣體,遇靜電火花、明火、高溫、雷電等引起的。埋地油罐爆炸事故,只要嚴格按照《汽車加油加氣站設計與施工規范》的規定,在防雷電、防靜電、防電火花、防明火、防高溫、防泄漏漫溢等方面安全技術措施到位后,其發生概率很小。同時,埋地油罐因為在土壤中爆炸,周圍的土壤要吸收一部分爆炸能量,爆炸波在地下衰減的較快,對地面影響范圍小。爆炸后,罐體上部所覆蓋的砂土和四周充填的砂土均可起到滅火和消減爆炸性混合氣體形成的作用,使其難以形成液池火災,而發生二次或伴生火災,有效的降低了事故后果。所以埋地油罐即使因明火或高溫等火源發生爆炸,其后果的嚴重性也遠遠小于地上油罐。
因此,加油站應嚴格按照國家標準規定,采用油罐直接埋地,嚴禁設在室內或地下室內。
3.加油站重大危險源快速評價方法介紹
重大危險源快速評價方法主要依據重大危險源可能導致的事故后果進行評價,以預測事故發生的死亡半徑為主要評價指標,以死亡半徑的大小進行重大危險源的分級。
1、評價原則與假設條件
重大危險源快速評價方法遵循最大危險原則和概率求和原則。即如果危險源具有多種危險物質或多種事故形態,按后果最嚴重的危險物質或事故形態考慮;如果一種危險物質具有多種事故形態,且它們的事故后果相差懸殊,則按后果最嚴重的事故形態考慮。如果一種危險物質具有多種事故形態,且它們的事故后果相差不太懸殊,則按統計平均原理估計總的事故后果考慮。在估算事故后果時,假設事故的傷害效用是各向同性,且無障礙物;傷害區域以單元的中心為圓心、以傷害半徑為半徑的圓形區域。
2、事故后果計算模型的確定
加油站可能發生的事故中以埋地油罐爆炸后果為最嚴重。其原因是油罐內油品氣化形成混合性爆炸氣體并達到爆炸極限,遇明火或高溫造成的。因此,適用蒸氣云爆炸的傷害模型。可采用范登伯格(Van den Berg)和蘭諾伊(Lannoy)估計蒸氣云爆炸的TNT當量WTNT的公式。
加油站埋地油罐普遍埋設在砂質土壤中,發生爆炸應屬于在砂質亞粘土中的爆炸,其對周圍人員和建筑物的傷害主要決定于埋地油罐爆炸沖擊波和爆炸振動速度。由于埋地油罐爆炸和地上油罐爆炸的爆炸能量及危害后果是不同的,當埋地油罐爆炸時,周圍的土壤要吸收一部分能量,爆炸的影響范圍比較小。就爆炸后果來看,儲罐設置在地下要比在地上安全。根據有關研究資料,埋地儲罐爆炸其死亡半徑、重傷半徑、輕傷半徑、安全距離分別相當于地上儲罐的74.5%、57.6% 、46.9% 、40.7%;隨著傷害程度的減輕,埋地儲罐在砂質土壤中爆炸與地上儲罐在空氣中爆炸之比成遞減規律。
因此,如果仍運用現有的地上油罐重大事故后果的評價方法如易燃、易爆、有毒重大危險源評價法、重大事故后果分析方法、火災爆炸指數法等對埋地油罐罐內油蒸氣爆炸后果進行估算,誤差將會很大。因此,應從能量釋放的角度出發,以巖土中的爆炸理論為基礎,利用爆破技術中已經得出的結論,來研究埋地油罐爆炸事故的爆炸能量及危害后果。目前可以應用G.M萊克霍夫關于在砂質亞粘土中爆炸試驗得到的爆炸沖擊波與距離的關系式進行估算,能較近似的模擬出埋地油罐爆炸事故傷害結果。為政府和企業編制事故應急預案,進行汽車加油站儲油罐重大危險源管理提供較為科學的依據。
4.加油站重大危險源傷害結果模擬
4.1埋地油罐爆炸能量
1、計算公式
根據爆炸力學理論,采用范登伯格(Van den Berg)和蘭諾伊(Lannoy)TNT當量法,將其他易燃、易爆物質轉化成相對應的X千克當量TNT,來描述爆炸事故的威力,即能量釋放程度(爆炸能量)。認為某次爆炸事故造成的破壞狀況與X千克TNT爆炸造成的破壞狀況相當。就可以利用長時間以來軍事上積累的大量的TNT藥量與目標破壞程度之間關系的試驗數據,計算出危害程度。計算公式如下:
WTNT=а·Qf/QTNT·Wf
式中:WTNT—蒸氣云的TNT當量,㎏;
а—蒸氣云的當量系數,通常取4%;
Qf—燃料的燃燒熱,MJ/㎏;查美國DOW公司火災爆炸指數法附錄《物質系數和特性》表并換算,汽油為43.7 MJ/㎏,柴油為43.5 MJ/㎏;
QTNT—TNT的爆炸熱,4.52 MJ/㎏;
Wf—蒸氣云爆炸中燃燒掉的總質量,㎏。
2、埋地儲油罐爆炸能量計算
車用汽油爆炸極限,根據有關資料爆炸下限為1%,上限為8%;柴油爆炸下限為0.6%,上限為6.5%。埋地儲罐爆炸一般是罐內油品蒸氣形成爆炸性混合氣體,遇到明火或高溫等火源發生爆炸。因此應以油罐容積為限,計算其達到爆炸極限時油品蒸氣的爆炸能量。
已知汽油相對標準狀態下干空氣的密度為3.5。標準狀態下干空氣密度為1.293㎏/m3。(柴油爆炸能量為汽油的50%,按照最大危險原則考慮,可按50%比例折合成汽油計算。)
設油罐容積為X,且假設整個儲罐為一個點爆炸源。設1m3達到爆炸極限的汽油蒸氣質量為в,則有:
в=3.5×1.293×1%=0.045255,
в=3.5×1.293×8%=0.36204
代入上式,則
Wf=X·в。
根據已知條件,可對現國家規定的一、二、三級汽車加油站地下儲油罐可能的爆炸能量計算如下:
表1?汽車加油站埋地罐爆炸能量計算

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加油站等級
三級
二級
一級
油罐最大總容積(m3)
60
120
180
爆炸能量(WTNT,㎏)
1.05~8.40
2.10~16.8
3.16~25.20
表2?汽車加油站常用埋地罐單罐爆炸能量計算

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油罐最大容積m3)
10
20
30
40
50
爆炸能量(WTNT,㎏)
0.18~1.4
0.35~2.8
0.53~4.2
0.7~5.6
0.88~7
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4.2爆炸沖擊波對人員傷害和建筑物破壞范圍
1、計算公式
如前所述,埋地儲罐爆炸沖擊波計算應采用巖土爆破研究的有關成果,結合埋地儲油罐屬于沙土覆蓋和充填,采用G.M萊克霍夫的研究成果。萊克霍夫對于砂質土壤中的沖擊波超壓,有
△Pm=8〔R/(WTNT)1/3-3
式中:△Pm—爆炸沖擊波超壓,㎏f/cm2;
R—爆心到所研究點的距離,m;
WTNT—蒸氣云的TNT當量,㎏。
根據上式,
R=〔8 WTNT /△Pm1/3
2、埋地儲油罐爆炸沖擊波對人員傷害范圍計算

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