2.2.2池火模型驗(yàn)證

將研發(fā)的LNG池火熱輻射模型計(jì)算結(jié)果分別與LNGFire3模型和PoFMISE模型發(fā)表的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算結(jié)果^[9]進(jìn)行比較，來(lái)驗(yàn)證模型的可靠性，驗(yàn)證結(jié)果見(jiàn)表3。研發(fā)模型綜合LNGFire3固體火焰模型原理的優(yōu)點(diǎn)和PoFMISE對(duì)大型池火表面熱輻射力的修正，獲得的結(jié)果介于兩種模型之間，對(duì)于小型池火較貼近LNGFire3，大型池火貼近PoFMISE，其相對(duì)誤差約為2.5％的正偏差，說(shuō)明預(yù)測(cè)結(jié)果更趨安全。由此可知，研發(fā)的池火熱輻射模型綜合了LNGFire3和PoFMISE模型的優(yōu)點(diǎn)，是合理、可靠的。本模型還可對(duì)方形池火進(jìn)行模擬，表3中同時(shí)列出相同當(dāng)量直徑的方形池火的計(jì)算結(jié)果。

?

?

設(shè)某LNG站場(chǎng)用于城市燃?xì)夤?yīng)，站場(chǎng)內(nèi)有2只LNG儲(chǔ)罐。場(chǎng)內(nèi)儲(chǔ)罐區(qū)、氣化區(qū)、裝卸車(chē)區(qū)等生產(chǎn)區(qū)均屬于危險(xiǎn)區(qū)，其中儲(chǔ)罐儲(chǔ)存大量LNG，屬重要危險(xiǎn)源，筆者僅對(duì)裝卸車(chē)區(qū)的泄漏擴(kuò)散事故和儲(chǔ)罐區(qū)的池火事故進(jìn)行防火間距計(jì)算，其他危險(xiǎn)源防火間距計(jì)算原理相同，以此類(lèi)推。利用平臺(tái)對(duì)蒸氣擴(kuò)散事故和池火熱輻射事故進(jìn)行分析計(jì)算，確定站場(chǎng)與周邊環(huán)境 (如居民區(qū)、公共聚集地等)之間的防火間距。

3.1.1泄漏擴(kuò)散事故場(chǎng)景設(shè)定

設(shè)定蒸氣擴(kuò)散事故發(fā)生在裝卸車(chē)區(qū)，分為有集液池和無(wú)集液池兩種情況進(jìn)行模擬計(jì)算。LNG從卸料口泄漏，泄漏速率0.05 m³/s，持續(xù)10 min。泄漏的LNG流入集液池(有集液池)或地面(無(wú)集液池)，發(fā)生閃蒸氣化，瞬時(shí)產(chǎn)生大量蒸氣，形成低溫的重氣云團(tuán)沿下風(fēng)向擴(kuò)散。依據(jù)NFPA 59A—2009標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合當(dāng)?shù)貧庀髼l件，設(shè)定重氣擴(kuò)散發(fā)生時(shí)的大氣及環(huán)境條件如表4。

?

3.1.2?池火熱輻射事故場(chǎng)景設(shè)定

依據(jù)NFPA 59A—2009標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定池火發(fā)生的大氣環(huán)境條件為：風(fēng)速10 m／s、大氣溫度30℃、相對(duì)濕度70％。假定儲(chǔ)罐內(nèi)的LNG完全泄漏到圍堰，并引發(fā)池火事故，一種情況為兩個(gè)儲(chǔ)罐共用一個(gè)方形圍堰，一種情況為單個(gè)儲(chǔ)罐建立圓形圍堰。

3.2.1?泄漏擴(kuò)散事故安全距離計(jì)算結(jié)果

NFPA 59A—2009標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，重氣擴(kuò)散事故中站場(chǎng)建筑紅線(xiàn)處LNG蒸氣在空氣中平均濃度不超過(guò)甲烷燃燒下限的50％(即2.5％)。利用平臺(tái)對(duì)裝卸車(chē)區(qū)的蒸氣擴(kuò)散事故進(jìn)行計(jì)算分析，事故影響范圍如圖1。由圖1-a可知，由于設(shè)置了集液池，形成的LNG溢出范圍及重氣云團(tuán)尺寸較小(圖中圓形區(qū)域所示)，甲烷體積濃度2.5％的等值線(xiàn)的影響范圍有限；由圖1-b可知，由于未設(shè)置集液池，形成的LNG溢出范圍及重氣云團(tuán)尺寸(圖中圓形區(qū)域所示)遠(yuǎn)大于有集液池的情況，相應(yīng)甲烷體積濃度2.5％的等值線(xiàn)影響范圍非常大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出廠(chǎng)區(qū)范圍。因此，在廠(chǎng)區(qū)的危險(xiǎn)區(qū)域設(shè)置集液池收集泄漏的LNG，可有效控制重氣云團(tuán)尺寸，減小LNG泄漏擴(kuò)散造成的危害范圍。

?

?

3.2.2?池火熱輻射事故安全距離計(jì)算結(jié)果

NFPA 59A—2009標(biāo)準(zhǔn)對(duì)熱輻射安全值的限定如表5所示，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)火災(zāi)熱輻射強(qiáng)度安全值的規(guī)定，利用平臺(tái)分別對(duì)方形和圓形圍堰內(nèi)池火熱輻射進(jìn)行計(jì)算分析，熱輻射影響范圍如圖2。由圖2-a可知，兩個(gè)儲(chǔ)罐共用一個(gè)圍堰，導(dǎo)致池火面積較大，熱輻射波及廠(chǎng)區(qū)周?chē)^大范圍；由圖2-b可知，對(duì)單個(gè)儲(chǔ)罐建立與儲(chǔ)罐外罐相當(dāng)?shù)膱A形高圍堰(如雙容罐和全容罐)，可大大減小池火面積，熱輻射波及范圍明顯縮小，且避免當(dāng)只有單個(gè)儲(chǔ)罐發(fā)生泄漏而引發(fā)與它共用一個(gè)圍堰的儲(chǔ)罐發(fā)生連帶事故。因此，為減小池火事故波及范圍，在設(shè)置儲(chǔ)罐圍堰時(shí)，應(yīng)考慮盡量減小圍堰面積，即減小池火面積，必要時(shí)可在儲(chǔ)罐周?chē)O(shè)置高圍堰或采用雙容罐和全容罐，一方面可將火災(zāi)控制在較小范圍，另一方面可盡量減小對(duì)附近其他危險(xiǎn)源的影響，以免發(fā)生連帶事故。這也正是為什么國(guó)際上普遍認(rèn)為采用雙容罐或全容罐安全等級(jí)高的原因。

?

1)計(jì)算LNG站場(chǎng)內(nèi)主要危險(xiǎn)源和工藝設(shè)施的防火間距，應(yīng)采用可靠的、經(jīng)實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證準(zhǔn)確可靠的數(shù)學(xué)模型，預(yù)測(cè)事故后果影響的范圍，確定安全距離。

2)事故數(shù)學(xué)模型的建立是防火距離安全分析評(píng)估的重要技術(shù)手段。建立科學(xué)、準(zhǔn)確、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，并為新建、擬擴(kuò)建站場(chǎng)的安全設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

3)筆者研發(fā)的重氣擴(kuò)散模型和池火熱輻射模型及液化天然氣(LNG)站場(chǎng)危險(xiǎn)性分析平臺(tái)，可用于LNG站場(chǎng)選址、規(guī)劃和設(shè)計(jì)過(guò)程中，站場(chǎng)主要危險(xiǎn)源及工藝設(shè)施防火安全間距的分析和確定。

4)為減小LNG事故影響范圍，應(yīng)在LNG站場(chǎng)危險(xiǎn)區(qū)域采取相應(yīng)的防護(hù)措施，如在廠(chǎng)區(qū)危險(xiǎn)區(qū)域或危險(xiǎn)設(shè)備處設(shè)置集液池收集泄漏的LNG；在儲(chǔ)罐區(qū)設(shè)置圍堰控制火災(zāi)面積且應(yīng)考慮盡量減小圍堰面積，必要時(shí)可在儲(chǔ)罐周?chē)O(shè)置高圍堰或采用雙容罐和全容罐。

[1] RAJ P K，LEMOFF T.Risk analysis based LNG facility siting standard in NFPA 59A[J].Journal of Loss Prevention in the Process Industries，2009，22：820-829.

[2] National Fire Protection Association.Standard for the production，storage，and handling of liquefied natural gas (LNG)[S].NFPA 59A-2009，2009.

[3] 中華人民共和國(guó)建設(shè)部，中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB 50183—2004石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2004.

[4] 中華人民共和國(guó)建設(shè)部，中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB 50028—2006城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2006.

[5] 孫標(biāo)，郭開(kāi)華.LNG池火熱輻射模型及安全距離影響因素研究[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2010，20(9)：51-55.

[6] 孫標(biāo)，郭開(kāi)華.LNG重氣擴(kuò)散安全距離及影響因素[J].天然氣工業(yè)，2010，30(7)：110-ll3.

[7] KOOPMAN R P，BAKER J，CEDERWALL R T，et al.LLNL／NWC 1980 LNG spill tests(Volume I)Burro series data report[R].CA(USA)：Lawrence Livermore National Lab.，l982.

[8] MOHAN M，PANWAR T S，SINGH M P.Development of dense gas dispersion model for emergency preparedness[J].Atmosphere Environment，l995，29(16)：2075-2087.

[9] RAJ P K.Spectrum of fires in an LNG facility assessments，models and consideration in risk evaluations：final technical report[R].Washington DC：U.S.Department of Transportation Pineline & Hazardous Materials Safety Administration,2006.