大會報告16：張彬老師--罐區事故主要危害及應急響應研究.pdf

1、罐區事故主要危害及應急響應研究張彬教授江蘇特聘教授博士生導師過程安全實驗室南京工業大學Process Safety Lab安全科學與工程學院南京工業大學NANJING TECH UNIVERSITY#page#目錄研究背景典型罐區事故及主要危害主要研究方向結論與展望#page#過程安全實驗室ProcessSafetyLab2019年，國內原油產量1.91億噸，同比增長1.2%，原油產量連年下跌趨勢中國石油儲備得以扭轉。2019年，我國原油進口量5.06億噸增長9.5%，石油對外依存度達70.8%。我國已建成九大石油儲備基地共可存儲石油量3，830萬立方米石油。獨山子舟山：500萬立方米島、島時

2、家舟山擴建：250萬立方米石油儲備測片鎮海：520萬立方米大連：300萬立方米自山擴建黃島：320萬立方米黃島洞庫（地下庫）：300萬立方米獨山子：規劃庫容540萬立方米，首期工程規劃建設庫容300萬立方米蘭州：300萬立方米天津：建設規模500萬立方米，前期建設庫容320萬立方米寶全實驗室我國九大石油儲備基地Cyprocass Safey Lab#page#過程安全實驗室ProcessSafetyLab存儲液化天然氣（LNG）2019年天然氣產量為1，736億立方米，同比增長9.8%。天然氣進口量9，660萬噸，同比增長6.9%，對外依存度達43%截至2019年底，我國累計建成并投運22座L

3、NG接收站，年接收能力為7，082萬噸。已建在建管定已亂重LND接收站過程安全實驗室ProcessSafeyLab我國主要天然氣管線和LNG接收站#page#過程安全實驗室ProcessSafetyLab典型儲罐事故案例及死亡人數2005年英國邦斯菲爾2013年桑商貿有限公1988年上海高橋石油化工1984年河北保定石油1944年美國東俄玄司“31”硫酸儲罐爆德油庫火災爆炸事故公司煉油廠小涼山球罐區化工廠“331”渣油俄州燃氣公司事故直接經濟損失：2.5億炸事故液化氣爆炸燃燒事故焊接作業爆炸事故死亡人數：130英銹死亡人數：7死亡人數：26死亡人數：16J19892005 2010時間線木19

4、4420061984201319882010年蘭州石化公司爆炸事故死亡人數：61989年黃島油庫火2006年獨山子石化分公司防腐承1984年印度博帕爾農2010年大連石化三苯罐區爆炸災事故包商“10.28”閃爆事故藥廠毒氣泄漏事件著火事故死亡人數：19rSoleylab死亡人數：3死亡人數：2.5萬死亡人數#page#page#過程安全實驗室ProcessSafetyLab儲罐事故的主要危害原油、成品油等易燃液體在罐區發生泄漏時容易在圍堰內聚集形成液池，遇明火點燃后發生池火災害。沸點較低的易燃液體如苯、汽油、LNG等還可能產BLEVE蒸汽云爆炸生沸騰液體擴展蒸氣爆炸（BLEVE），生成的蒸汽在

5、空氣中與空氣混合，形成爆炸性混合物，從而產生蒸汽云爆炸（VCE）。一氧化碳、硫化氫、氯氣、氨氣等有毒壓縮氣體泄露后會立即隨風向向下風向擴散，產生毒物泄漏中毒后果。毒物泄漏罐區中儲罐分布密集，單個儲罐的事故后果極易波池火災害及周邊儲罐，造成多米諾事故儲罐事故的主要后果過程安全實驗室ProcessSafeyLab#page#過程安全實驗室ProcessSafetyLab主要研究方向LNG池火災研究儲罐災難性泄漏事故的堤堰防護高倍泡沫對LNG的危害防控罐區多米諾事故及應急策略過程安全實驗室ProcssSafy Lab#page#過程安全實驗室ProcessSafetyLabLNG池火災研究池火是LN

6、G儲罐泄漏的主要危害之一在實訓場地搭建實驗檢測和數據采集系統環境溫度、風速及方向、濕度和太陽輻射LNG液位、溫度池火的溫度、熱輻射和火焰形態開展多尺度實驗研究LNG池火災的主要特征和危害TEEX的消防實訓基地質量燃燒速率Pit1:小圍堰-3m3m1.22m火焰直徑、高度、傾斜角度等Pit2:大圍堰-10m6.7m1.22mPit3:L形的溝渠熱輻射Pit4:海上圍堰-2.44m6.7m6.7m建立預測火災特性的計算模型過程安全實驗室ProcassSafeylab#page#過程安全實驗室ProcessSafetyLab大尺度LNG池火實驗全實驗室ProcassSafeiy lab#page#過

7、程安全實驗室ProcessSafetyLabLNG池火的CFD建模 FDS CFire Dynamics Simulator）美國NISTNationalInstituteofStandard and Technology） 開LNG池火的火焰形態（左：實驗，右：CFD）發的開源CFD軟件，專注于火災模擬方面的應用（H）m=m1-exp(-kD）（2）Q=mAHALNG池火燃燒LNG池火火焰溫度過程安全實驗室PocessSafeylab10#page#過程安全實驗室ProcessSafetyLab儲罐災難性泄漏事故的提堰防護LNG可以儲存在巨大的儲罐中，儲罐容積可以高達23萬立方米。為了控制L

8、NG泄漏后的危害，相關規范（GB/T20368-2012）要求儲罐外圍堤堰的容積應為最大儲罐內液體體積的110%，對堤堰高度和到儲罐的距離要求如下：最高液位一二級防護控制污染儲罐降低汽化速率控制火災范圍防護堤或攔營墻x為儲罐的內壁到防護堤或攔蓄墻最近砌面的距離；y為儲罐中最高液位到防護堤或攔蓄堤頂部的距離x應等于或大于y加液面以上蒸汽壓力的LNG當量壓頭過程安全實驗室ProcessSafey Lab11#page#過程安全實驗室ProcessSafetyLab255個實驗結果用于發展提堰溢流率的預測模型。建立圓形堤堰、方形提堰和不規則形狀堤堰的溢流率預測模型實驗研究開展了13系列的實驗室實驗和

9、5系列場地實驗實驗材料包括水、液氮和LNG。儲罐：圓柱形，提堰：圓形直堤、方形直堤和方形弧形堤110%的提堰防護條件下，溢流率為24%到100%）0153l（+0061（）+01479+03018csQ=-0.2180*ln高0.9180空80.70.60.50.430.30.200.10.20.30.40.50.6070.809實驗裝置圖（左：實驗室實驗，右：場地實驗）全實驗室MeBsuProcess Safely LakZhangB.etal，（2017），ExperimentalStudyofBundOvertoppingCausedbyaCatastrophicFailure ofTa

10、nks.IndEng.Chem.Res.12Luan，x.etal.（2020）.Predictivemodel of bundovertopping fracttiion forcatastrophicfailure ofstorage tank，Saf.Sc#page#過程安全實驗室ProcessSafetyLabCFD數值模擬基于Fluent開展堤堰防護的CFD數值模擬采用RNGk-8和LES兩種端流模型LESL（下）的模擬結果RNG k-g（上）和實驗（上）和CFD模型（下）的溢流過程Procass Safely Lal13#page#過程安全實驗室ProcessSafetyLab高倍

11、泡沫對LNG的危害防控低倍泡沫發泡倍數不高于20中倍泡沫發泡倍數20到200高倍泡沫發泡倍數大于200高倍泡沫高倍泡沫優勢：泡沫供給量大滅火迅速水漬損失少滅火后現場處理簡單對LNG氣體和池火兩方面危害都有防控作用中倍泡沫過程安全實驗室ProcassSafeylab14#page#過程安全實驗室ProcessSafetyLab高倍泡沫發生器流量計可計算管道瞬時流量和總流量軟管和卡套控制噴嘴到篩網之間調壓閥控的距離制流量風扇開啟、泡沫液收集器，帶有凹槽（可拆裝、可根據實際泡沫液量上下移系統升降、動）泵開啟電控箱實驗用高倍泡沫裝置圖過程安全實驗室ProcessSafey Lab150#page#1框

12、架2豎直導軌3水平導軌4隔塊（防止透明圓筒滑出導軌）5支撐板6透明亞克力板7鋼圈（帶有墊圈和螺絲固定）8噴嘴區想610風機11升降電機12儲液箱13截止閥14泵15調壓閥16流量計17壓力表18輸液管道19電控箱20回流管實驗室21擋板ak1622滑輪#page#過程安全實驗室ProcessSafetyLabLNG氣體危害控制阻隔效應高倍泡沫對泄露液池進行OELNGODLNGFING覆蓋并在低溫液體表面形蒸汽蒸汽蒸汽成冰層抑制低溫液體的持蒸汽To續蒸發。LT高倍泡沫阻隔外界熱輻射和熱對流效應，抑制低溫增溫效應液體的持續蒸發H高倍泡沫通過和低溫氣體凍層進行熱交換使蒸發的低溫氣體升溫，加速氣體向上

13、凝擴散，防止在地表形成氣層.體爆炸混合物。QCLNG在過程安全實驗室汽化效應ProcessSafey Lab#page#過程安全實驗室ProcessSafetyLabLNG池火危害控制全實驗室Process SafetyLab18#page#過程安全實驗室ProcessSafetyLab罐區多米諾事故及應急策略罐區事故后果嚴重，儲罐之間距離較近，容易發生多米諾事故多米諾事故不確定性大，后果復雜，給事故應急帶來挑戰物理效應初始事故事故數量熱輻射超壓碎片440池火災44011716蒸汽云爆炸017機械爆炸1001303BLEVE880噴射火0000閃火011火球0安全實驗室多米諾事故場景統計Pro

14、cassSafeyla19#page#過程安全實驗室T1T2ProcessSafetyLab罐區布局情況事故基本情罐內物質特性分析況分析T3T4儲罐類型確定可能出現的事故場景分析計算物理效應事故傳播過T6程分析初始事故儲罐的確定確定事故傳播過程先驗概率分析靜態貝葉斯網絡分析后驗概率分析確定失效時間和燃盡時間T2時間區間劃分T4動態貝葉斯動態貝葉斯網絡的建立網絡分析先驗概率分析T6后驗概率分析事故前應急物資調度T1應急響應分事故后應急對象選擇析事故后應急策略實施5T3程安全實Process Safety Lah罐區多米諾事故分析路線圖20#page#過程安全實驗室ProcessSafetyLab

15、動態貝葉斯網絡分析Ctt+Att-t以上述案例為例，若T4儲罐失效之前，T1/T2/T3的發生的火災已經熄滅，那么計算處的接受的熱輻射值可能就達不到破壞閥值，從而造不成T4的失效，解決這一為題需要綜合考慮兩個參數：設備類型失效時間計算方程燃盡時間（TTB）：可燃物總量除以燃燒速率ln（TTF）=-1.128*ln（）-2.667*10-5*V+9.887常壓容器失效時間（TTF）：TTF的計算方法見表壓力容器21#page#過程安全實驗室ProcessSafetyLab結論與展望儲罐事故的后果分析是應急響應的基石大尺度火災研究仍存在不足火災的CFD模型需進一步改進堤堰是儲罐泄漏事故有效的防護方法堤堰設計對防護有效性有重要影響規范修訂應考慮研究的成果高倍泡沫是LNG儲罐事故有效的應急響應方法通過“增溫效應“和“阻隔效應“控制氣體危害通過降低質量燃燒速率及火焰大小控制池火危害罐區的多米諾事故模型對指導應急響應具有重要意義有效開展罐區風險評估輔助罐區布局發展科學的應急響應策略過程安全實驗室ProcssSafy Lab22#page#過程安全實驗室china-THANK YOU ！#page#