周雪;姚安林;毛建;韦孟佼;骆吉庆
【摘 要】针对目前对LNG储罐的风险分析多数仅以单个储罐为研究对象,鲜有考虑储罐间的相互影响这一研究现状.提出将多米诺效应分析引入到LNG储罐区的风险分析当中.首先,对单个LNG储罐进行风险分析;其次,运用固体火焰模型计算各目标储罐接收的热辐射量,求得多米诺效应失效概率,进而对LNG储罐区池火灾进行风险分析;最后,绘制个人风险等值线图,将考虑多米诺效应前后的风险进行对比.实例分析表明,考虑了多米诺效应风险后,储罐区的风险要明显增大.%The current risk analysis methods focus on single LNG tank and ignore influences between tanks,so a method with domino effect analysis was proposed to analyze risks of LNG storage tank area.Firstly, the risk analysis of single LNG tank is obtained.Then, the heat radiation received by each tank is calculated by using the solid flame model, and then failure probability of the domino effect is obtained.The risk analysis of pool fires in LNG storage tank area is ascertained.At last, the individual risk contour map is drawn to compare the risk before and after the domino effect.Example analysis verified that the risk of the LNG tank area increases significantly when taking domino effect risk into account.
【期刊名称】《科学技术与工程》
【年(卷),期】2017(017)012
【总页数】6页(P308-313)
【关键词】LNG储罐区;池火灾;多米诺效应;风险分析
【作 者】周雪;姚安林;毛建;韦孟佼;骆吉庆
【作者单位】西南石油大学石油与天然气工程学院,成都 610500;西南石油大学石油与天然气工程学院,成都 610500;油气消防四川省重点实验室,成都 610500;中国石油西气东输管道公司,上海 200122;西南油气田输气管理处,成都 610213;西南石油大学石油与天然气工程学院,成都 610500
【正文语种】中 文
【中图分类】X937
液化天然气(LNG)作为一种新型的清洁能源，近年来在世界各地逐渐得到广泛应用。伴随着LNG产业的发展壮大，作为主要设施的LNG储罐建设正得到相应的发展。火灾是石化行业常见的事故类型之一，由于LNG储罐池火灾引发的后果较为严重，故本文重点针对LNG储罐区池火灾事故模式进行风险分析。
目前，对于LNG储罐区的风险研究，大多都着眼于LNG储罐泄漏扩散的分析，有部分学者对LNG站场及储罐区风险评价做了相关研究。陈国华等[1]详细分析了LNG的危险特性，应用SAFETI软件对某LNG站低温储罐泄漏导致的主要事故类型进行了详细的后果模拟与定量风险评估。杨新顺[2]对LNG储备库的风险源进行了辨识，并利用模糊数学理论对LNG储备库进行了风险评价。马欣等[3]针对LNG低温储存的特性，对API 581(RBI)的风险评估技术作了相关改进，使其在LNG风险评价中得以应用。以上的评价方法均未考虑储罐区各设备之间的相互影响，尤其是针对LNG储罐区火灾事故的多米诺效应研究目前鲜有报道。基于此，笔者将考虑LNG储罐区低温储存的特性，分别对LNG储罐池火灾风险和考虑多米诺效应的LNG储罐区池火灾风险进行分析，然后将两种风险结果进行对比，以检验多米诺效应对LNG储罐区风险的影响。
1.1 LNG储罐失效概率计算
LNG储罐失效概率采用基于风险的检测方法(RBI)进行计算[4]。API 581通过采用设备的损伤因子和管理因子对设备的通用失效概率进行修正得到设备的失效概率，其计算方法如式(1)：
Pf=gffDfFMS
式(1)中：Pf为设备失效概率；gff为设备通用失效概率；Df为设备损伤因子；FMS为管理系统修正因子。
设备损伤因子包括壁厚减薄因子)、外部腐蚀损伤因子)、应力腐蚀损伤因子)、高温氢蚀损伤因子)、脆性断裂损伤因子)、机械疲劳损伤因子)，具体计算方法分为局部腐蚀和均匀腐蚀两种不同的情形。若存在局部腐蚀，则采用式(2)计算；若存在均匀腐蚀，则采用式(3)计算：
管理系统修正因子反映了企业的管理水平对机械设备完整性的影响程度，其具体计算方法如式(4)[5]：
式(4)中：score为管理系统评价分值，系回答13类管理系统问题所得。
针对LNG全容式储罐，其固有失效概率由内罐失效概率及外罐失效概率两部分构成，计算方法如式(5)[6]：
Pf罐=Pf外Pf内
1.2 LNG储罐池火灾事故后果分析
经过分析，笔者运用基于人体脆弱性模型的个人风险评价指标来对事故后果进行分析。个人风险[7](individual risk)是指评价区域内的所有危险源，因各种潜在事故造成某一固定位置的人员个体死亡的概率，通常用每年个人死亡率表示。
1.2.1 个人风险计算式
个人风险描述的是个体人员所承受风险的大小，可以用函数关系式计算个人风险值的大小，其公式如式(6)[8]：
式(6)中：Pr(x,y)为危险源在位置(x,y)处产生的个人风险，fs为第s个事故情景发生的概率，vs(x,y)为由第s个事故情景在位置(x,y)处引起的个体死亡概率，N为事故情景的个数。其中，vs(x,y)的取值由人员伤亡概率单位Y及热辐射剂量b共同决定，其计算公式为
Y=-37.23+2.56lnb
式中：t为人体接受热辐射时间；I人为人体所接受热辐射通量值。
1.2.2 个人风险可接受准则
参照《危险化学品生产、储存装置个人可接受风险标准和社会可接受风险标准(试行)》，笔者在文中采用1×10-5为可接受标准，对LNG储罐区的风险进行分析。
2.1 初始事件概率分析
当LNG储罐区发生泄漏后，发生池火灾的可能性为0.032[7]，初始事件概率P0为
P0=0.032Pf罐
式(10)中：Pf罐为设备失效概率，由式(5)计算得出。
2.2 发生多米诺效应概率分析
对于多米诺效应的基本定义，很多学者都给出了相关解释[9，10]，其中Cozzani等给出了一个相对完整的定义[11]：一个由初始事件引发的，波及邻近的一个或多个设备，引发了二次
事故的场景，从而导致了总体结果比只有初始事件时的后果更加严重。只有当结果的总体严重性高于或至少相当于初始事故后果的场景事故才被认为是多米诺事件。
2.2.1 目标接受的热辐射值计算
LNG池火灾数学半经验模型主要包括点源模型和实体火焰模型。由于点源模型并没有考虑风速、大气条件的影响，且不适用于大尺寸的池火计算，而固体火焰模型克服了这些缺点，故笔者此处选用实体火焰模型进行分析。
实体火焰模型[12]将火焰形状等效为圆柱形，圆柱的直径为池火直径。若受到风力作用火焰可发生倾斜，与竖直方向的夹角为θ，示意图如图1所示。
实体火焰模型是一种可以考虑火焰几何尺寸及环境条件(风速、温度和湿度等)的更为精细的模型。简化的实体火焰模型可用式(11)表达，简化公式形式简单，含义明确，适用于工程应用。
q=EFτ
爱的多米诺演员表
式(11)中：E为火焰表面平均热辐射通量值，F为几何视角系数，τ为接受热辐射目标与火源间的大气辐射透射系数。
虽然烃类燃料池火都能用固体火焰模型进行分析，但是不同类型的燃料有其相应特性。下面针对LNG池火，对其相关特征参数进行研究分析。
(1)表面热辐射强度E
根据已有的LNG池火灾实验研究可知，由于实验条件存在差异，不同实验测得的表面热辐射强度在150～340 kW/m2之间[13]。考虑到池火的直径，E的取值一般通过式(12)进行计算：
E=Emax(1-e-KD)
式(12)中：Emax为火焰表面最大热辐射强度，W/m2；K为常数，取0.3；D为池火直径，m。
综合NFPA 59A—2009《液化天然气生产、储运和处理标准》推荐的LNGFIRE3模型、Sandia实验室的试验数据以及美国联邦管理委员会的研究结论，取陆上LNG池火的Emax为190 kW/m2。
(2)热辐射的大气透射系数
2011年，sandia实验室进行了全球规模最大的LNG池火试验[14]，根据其得到的数据，LNG池火的热辐射大气透射系数根据Wayne公式进行计算：
τ=1.006-0.011 7lgw1-0.023 68(lgw1)2- 0.031 88lgw2+0.001 164(lgw2)2
式(13)中：
式(14)中：RH 为相对湿度；S为目标物体与辐射源的距离，m；T为环境温度，K。
由此可以看出，热辐射的大气透射系数主要受大气相对湿度及环境因素的影响。
(3)几何视角系数F
视角系数是指辐射接受面从辐射表面接受到的辐射量占总辐射量的比率，其值与辐射面以及接受面的几何性质有关。视角系数的求取涉及LNG燃烧速率、火焰长度以及火焰倾角的计算。
①燃烧速率
Babrauskas进行了大规模的池火实验，在此基础上提出了大直径LNG池火的燃烧速率估算公式式(15)[15]：
m″=m″∞ (1-e kβD)
式(15)中：m″为油品的质量燃烧速率，kg/(m2·s)；m″∞ 为油品的最大质量燃烧速率，kg/(m2·s)；k为火焰的吸收衰减系数，m-1；β为平均光线长度校正系数；D为液池直径，m。
②火焰长度
Thomas[16，17]提出了有风情况下的火焰长度的计算公式：
式(16)中：L为火焰长度，m；ρa为空气密度，kg/m3；uw为风速，m/s；uc为特征风速，m/s。
③火焰倾角
火焰倾角θ的计算采用Raj和Ataliah[18]算法，计算公式如下。
U*≤1时：
发布评论