摘?要?目前我國(guó)相關(guān)防火安全規(guī)范缺管道明確規(guī)定適用于工程事故的分析模型。針對(duì)LNG站場(chǎng)主要危險(xiǎn)源及防火間距的問(wèn)題，依據(jù)NFPA59 A—2009標(biāo)準(zhǔn)推薦的DEGADIS、LNGFire3和PoFMISE模型原理.，研發(fā)了適用于我國(guó)LNG工程設(shè)計(jì)的LNG蒸氣擴(kuò)散模型和池火熱輻射模型，并對(duì)模型的準(zhǔn)確性和可靠性進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證：與Burro實(shí)驗(yàn)測(cè)定值對(duì)比，所研發(fā)的LNG蒸氣擴(kuò)散模型計(jì)算結(jié)果相對(duì)誤差為19.04％，優(yōu)于原DEGADIS模型32.88％的相對(duì)誤差。將池火熱輻射模型與PoFMISE和LNG Fire3模型的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明：其兼具兩者的優(yōu)點(diǎn)，更趨安全可靠。據(jù)此開(kāi)發(fā)的“液化天然氣(LNG)站場(chǎng)危險(xiǎn)性分析平臺(tái)”可用于主要危險(xiǎn)源及工藝設(shè)備的防火間距及LNG站場(chǎng)選址、規(guī)劃和設(shè)計(jì)過(guò)程中事故后果的分析評(píng)價(jià)。

關(guān)鍵詞?LNG站場(chǎng)?防火間距?LNG安全性?重氣擴(kuò)散?池火災(zāi)?危險(xiǎn)性分析平臺(tái)

中國(guó)作為新興LNG進(jìn)口國(guó)，LNG產(chǎn)業(yè)發(fā)展雖然起步較晚，但近年來(lái)發(fā)展迅猛，LNG站場(chǎng)日益增多，站場(chǎng)的安全問(wèn)題隨之凸顯。根據(jù)LNG低溫、易揮發(fā)、與空氣一定比例混合后可燃和易爆的特性，對(duì)LNG站場(chǎng)內(nèi)主要危險(xiǎn)源及無(wú)法規(guī)定具體防火間距的情形進(jìn)行有效約束，以滿(mǎn)足LNG工程設(shè)計(jì)和建設(shè)的應(yīng)用要求，是當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題，也是政府及企業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。由于LNG的大規(guī)模應(yīng)用，國(guó)際上對(duì)其安全性格外重視，在美國(guó)，LNG是唯一由美國(guó)聯(lián)邦法規(guī)(49 CFR，193部分)對(duì)其儲(chǔ)存設(shè)施選址和施工進(jìn)行詳細(xì)具體要求的可燃物質(zhì)^[1]。美國(guó)NFPA 59A—2009《液化天然氣(LNG)生產(chǎn)、儲(chǔ)存和裝運(yùn)》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定^[2]，對(duì)于站場(chǎng)內(nèi)主要危險(xiǎn)源及工藝設(shè)備的防火間距，除規(guī)定最小間距外，推薦采用可靠的事故模型進(jìn)行計(jì)算，確定事故后果的危害范圍，評(píng)價(jià)LNG站場(chǎng)的建筑紅線(xiàn)(Property Line)、與站場(chǎng)周邊公共區(qū)域的間距以及站場(chǎng)設(shè)施間距等的安全性。我國(guó)目前的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如GB 50183—2004《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》^[3]，亦提到采用事故模型計(jì)算主要危險(xiǎn)源的防火間距，但未明確規(guī)定適用于我國(guó)工程的事故數(shù)學(xué)模型。事故數(shù)學(xué)模型的建立是防火安全距離分析評(píng)估的重要技術(shù)手段。建立科學(xué)、可靠的事故模型，分析站場(chǎng)潛在的危險(xiǎn)，可保障已建站場(chǎng)的安全運(yùn)行，為新建、擴(kuò)建站場(chǎng)的安全設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

筆者針對(duì)LNG站場(chǎng)主要危險(xiǎn)源及無(wú)法規(guī)定具體防火間距的情形，根據(jù)NFPA 59A—2009標(biāo)準(zhǔn)推薦采用的DEGADIS重氣擴(kuò)散模型原理和LNGFire3模型原理，以及PoFMISE大池火修正模型原理，研發(fā)了適用于我國(guó)國(guó)情的LNG蒸氣擴(kuò)散模型和池火熱輻射模型，并開(kāi)發(fā)了“液化天然氣(LNG)站場(chǎng)危險(xiǎn)性分析平臺(tái)”，可用于LNG站場(chǎng)的選址、規(guī)劃和設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要危險(xiǎn)源及工藝設(shè)備防火間距的分析評(píng)價(jià)。

根據(jù)LNG站場(chǎng)的安全特性與工藝特點(diǎn)，NFPA59A—2009標(biāo)準(zhǔn)對(duì)儲(chǔ)罐間距(Container Spacing)、工藝設(shè)備間距(Process Equipment Spacing)、氣化器間距(Vaporizer Spacing)、裝卸設(shè)施間距(Loading and Unloading Facility Spacing)等，明確給出最小防火間距比^[2]。

國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)GB 50183—2004《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第l0章“液化天然氣站場(chǎng)”、GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》第9章《液化天然氣氣站》，對(duì)總儲(chǔ)量小于3 000 m³的小型LNG站場(chǎng)，明確給出相關(guān)的防火間距^[3-4]。

對(duì)于LNG站場(chǎng)內(nèi)主要危險(xiǎn)源及無(wú)法規(guī)定具體防火間距的情形，如LNG站場(chǎng)的建筑紅線(xiàn)(Property Line)、與站場(chǎng)周邊公共區(qū)域的防火間距、確定事故性泄漏的危害范圍、站場(chǎng)內(nèi)部無(wú)法明確規(guī)定防火安全間距的其他設(shè)施等，國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定分述如下。

1.2.1 NFPA 59A—2009標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定

采用數(shù)學(xué)模型模擬事故發(fā)生來(lái)計(jì)算防火間距。首先設(shè)定LNG“溢出場(chǎng)景”和特定的大氣環(huán)境，要求在預(yù)設(shè)條件下，確保：①輻射熱流在站場(chǎng)的“建筑紅線(xiàn)”或最近的居住區(qū)不會(huì)超過(guò)特定值(臨界值)水平；②在大氣中LNG蒸氣的濃度不會(huì)超過(guò)燃燒下限的50％(此時(shí)LNG泄漏產(chǎn)生的蒸氣云在環(huán)境中擴(kuò)散，未被點(diǎn)燃)。對(duì)于重氣擴(kuò)散模型，NFPA 59A—2009標(biāo)準(zhǔn)推薦采用國(guó)際通用模型DEGADIS重氣擴(kuò)散基本模型，對(duì)火災(zāi)熱輻射模型的選取，NFPA 59A—2009標(biāo)準(zhǔn)在推薦原有的LNGFire3模型的基礎(chǔ)上，指出對(duì)于大尺寸池火宜選用PoFMISE模型。

1.2.2 GB 50183標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定

GB 50183標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，LNG站場(chǎng)的區(qū)域布置除滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的防火間距外，尚應(yīng)按“國(guó)際公認(rèn)的高濃度氣體擴(kuò)散模型和液化天然氣燃燒的熱輻射計(jì)算模型”進(jìn)行校核，但并未明確給出事故數(shù)學(xué)模型。

筆者開(kāi)發(fā)的液化天然氣(LNG)站場(chǎng)危險(xiǎn)性分析平臺(tái)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“平臺(tái)”)采用Visual Basic 6.0集成開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)，通過(guò)Fortran計(jì)算語(yǔ)言對(duì)LNG蒸氣擴(kuò)散模型和池火熱輻射模型^[4-5]進(jìn)行編程計(jì)算，并封裝成動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)(DLL，Dynamic Link Library)，為Visual Basic 6.0調(diào)用。平臺(tái)適用于LNG站場(chǎng)選址、規(guī)劃和設(shè)計(jì)過(guò)程中，站場(chǎng)主要危險(xiǎn)源及無(wú)法規(guī)定具體防火安全間距的情形。對(duì)于LNG站場(chǎng)潛在的主要危險(xiǎn)事故(如LNG泄漏擴(kuò)散和LNG火災(zāi)熱輻射)，利用平臺(tái)的泄漏場(chǎng)景設(shè)計(jì)和事故模型計(jì)算功能，能直觀地在LNG站場(chǎng)布局圖上顯示事故的危害范圍，方便站場(chǎng)設(shè)計(jì)人員以及評(píng)估人員確定防火間距。

平臺(tái)包括兩種事故模型：LNG蒸氣擴(kuò)散模型和池火熱輻射模型。這兩種事故模型的開(kāi)發(fā)分別基于NFPA 59A—2009標(biāo)準(zhǔn)推薦采用的、國(guó)際通用的DEGADIS重氣擴(kuò)散模型原理和LNGFire3池火熱輻射模型原理，詳細(xì)模型描述參見(jiàn)本文參考文獻(xiàn)[5-6 ]。在LNG重氣擴(kuò)散模型基礎(chǔ)上，依據(jù)LNG泄漏氣化率與空氣卷吸率之間的關(guān)系并考慮地面和大氣環(huán)境對(duì)擴(kuò)散源的影響因素，建立了LNG泄漏擴(kuò)散源模型，確定擴(kuò)散源尺寸、LNG氣化率和空氣實(shí)際卷吸率，使得模型更具科學(xué)性并切合應(yīng)用實(shí)際。對(duì)于池火熱輻射模型，確定了LNGFire3模型和PoFMISE模型與池火尺寸的對(duì)應(yīng)關(guān)系，修正兩種模型火焰表面輻射力，突破模型對(duì)火焰尺寸的限制，得到適用于大尺寸范圍的池火熱輻射計(jì)算；并在圓形池火基礎(chǔ)上，建立了對(duì)矩形池火熱輻射計(jì)算的方法，使模型能夠適合于計(jì)算各種不同形狀和尺寸的池火情況。

2.2.1 LNG蒸氣擴(kuò)散模型驗(yàn)證

將研發(fā)的LNG蒸氣擴(kuò)散模型分別與DEGADIS重氣擴(kuò)散基本模型計(jì)算結(jié)果和Burro實(shí)驗(yàn)^[7-8]測(cè)定值作比較，來(lái)驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性和可靠性。初始條件選取Burro系列實(shí)驗(yàn)條件^[7]，如表1所示(B3～B9為實(shí)驗(yàn)序號(hào))。驗(yàn)證結(jié)果示于表2。研發(fā)模型計(jì)算結(jié)果對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)定值的平均相對(duì)偏差為19.04％，小于DEGADIS重氣擴(kuò)散基本模型計(jì)算結(jié)果的偏差32.88％。由此可見(jiàn)，研發(fā)的擴(kuò)散模型對(duì)于LNG泄漏蒸氣擴(kuò)散濃度的計(jì)算是比較準(zhǔn)確和可靠的。

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