大型化工储罐区(共6篇)
大型化工储罐区 篇1
1 目前大型石油储罐安全情况简介
随着经济的发展, 石油的需求量必然会越来越多, 我国的石油产量也越来越多, 从而需要储备的石油量也必然增长, 这样就不可避免地增加了石油及其产品的储存风险, 万一在这一过程中发生了问题, 势必会造成重大经济损失和人员伤亡。据有关部门统计, 仅在最近50年间, 在国内国外一共发生了此类事故达二百多起, 均造成了重大损失, 比如, 黄岛油库事故致使17人死亡, 所造成大经济损失至少有三千多万, 实在是令人震惊不已, 因此, 人们对储罐区的消防安全投入更多的关注。本篇论文着重介绍了大型石油储罐的设计、维护及其管理方面的一些应对举措, 以保证大型石油储罐的消防安全, 从而可以解决实际工程问题。
2 某一大型油库概况及其消防系统
2.1 该油库简介
该油库位于沿海地区, 与某大型石化公司相邻。该油库建设的10万平方米的地上钢质外浮顶原油储罐有50多座, 并由管子道和若干个输油码头连接在一起。罐区一组一组地布置开来, 并设计了合理防火间距, 该间距为0.4D。
2.2 该油库消防系统
根据有关要求和设计规范, 为维护油库储罐区的安全, 在储罐区内设立了好几种消防系统, 其中主要有:
消防给水系统。它应用的是一种独立的稳高压消防水系统。其恒压变速变频泵的压力为0.75兆帕。同时还建立了3000平方米的专用消防水罐, 共2座。并设有水泵2台, 稳压泵1台。
水喷淋冷却系统。把水喷淋消防冷却系统设置在罐壁周围。
泡沫灭火系统。应用平衡压力比例和泡沫灭火系统采用液体上喷射泡沫的灭火方式。
火灾监控与数据采集处理系统。火灾监控是由智能消防监控和消防报警两大步骤组成, 主控室设有主控计算机, 消防站值班室设有监控客户机。它们分别检测由灌区油品蒸罐的浓度、罐内油品的温度而引起的油库事故的指标值, 而且加强了对油罐的防雷、防静电、防腐蚀等安全措施的研究。
3 大型石油储存设备火灾危险性分析及其具体体现
(1) 如果每个石油储罐的直径超过80米, 那么火灾产生的辐射就会显著增强。现如今在我国已经建成的石油应急储备库中, 单个储罐体积往往都集中于10万立方米左右, 储罐直径也超过80米。油罐敞开式燃烧事故一旦发生其所产生的辐射无疑将会严重影响周围油罐。据统计可知, 如果汽油的储油罐体积为2万立方米左右, 直径为40.5米左右, 整个储油罐面遇火燃烧的话, 此时就会较大的辐射热, 其辐射热为143300KW, 产生的危害距离远远超过17.44米, 这与《石油库设计规范》的规定大不相符, 油罐之间的最小防护距离应为0.4D。实际上, 大型石油储罐的最小值也远远超过该油罐的直径约一倍, 一旦油罐面发生燃烧, 其产生的辐射热将迅速增长, 并有可能对邻近的油罐以及其他基础设施造成难以预计的损失和破坏。
(2) 如果储罐的体积较大, 高度较高, 地基和罐壁承受的压力也大, 油罐发生事故的可能性也就增大。为实现石油便于装卸的目的, 库区往往建在沿海地区, 而沿海地区非常容易遭受各种复杂环境的影响。大型石油储罐的体积往往超过10万立方米, 罐壁和地基承受的压力都很大, 如果它再受到自然灾害 (海啸、地震等) 的影响, 储罐地基基础很有可能发生沉陷, 而且这种沉陷分布极不均匀。有时还会导致油罐破裂, 引起较大的油品的瞬时泄漏量。例如, 日本三菱石油水岛炼油厂出现了重大事故, 引发了储罐地基基础的不均匀沉陷, 进而使得罐底、罐壁一同受压而破裂, 油品瞬时大量流出, 并冲毁防火堤。实际上, 此类事故在我国也曾发生过。
(3) 油罐发生泄漏事故的重要原因是腐蚀, 虽然我们对油罐采取了一系列防腐措施, 但这只能治标, 不能治本。如果单个油罐体积增大, 油品储量较多, 腐蚀性的成分就会增多, 使油罐腐蚀的速度逐渐变大。有时某些反应还会放出大量的热, 使得油罐内部的温度升高火灾泄漏事故的发生率可能会增加。随着周围温度的升高, 加快了反应的进行, 进一步增加了放出的热, 如果某个部位聚积了大量的热, 其温度会明显升高, 火灾和爆炸的发生率会增加。
4 大型储罐消防安全的注意问题及其措施
结合工程实例, 我们分析了大型石油储罐火灾危险性和油库事故的类型、发生方位、原因等之后, 应对大型储罐管理运行过程中的下列问题予以注意:
(1) 加强管理力度, 避免由各种人为因素造成的油库火灾事故。据火灾统计可知, 由于对火管理不严格, 火灾的事实故发生率较大, 因此, 减少油库事故最有效的方法是, 实现管理科学化、规范化, 培养员工的安全责任意识。
(2) 要把牢设计关, 把油罐设计的先天隐患扼杀在萌芽中。在大型油罐设计过程中, 一定要规规矩矩地按照设计规范去做。如果设计过程中有些规范要求不能满足实际工程情况, 可以借鉴国外相关设计规范, 比如美国等发达国家的相关规范中的要求。
(3) 加强移动消防设备的管理, 严格培训技术人员。不管固定消防设备安设的多么合理, 万一储罐发生爆炸, 固定消防设备免不了遭受毁坏的命运。此时, 需要安设强大的移动消防设备, 并加强它们之间的协调与管理。由于大型移动设备操作难度大, 技术要求高, 为安全使用起见, 需要培训专职消防人员。
5 结束语
我国石油供需现状总体较好, 石油储备呈现大型化, 为此, 我们可以了解到大型石油及其产品储罐应满足以下安全技术方面的技术措施:
储罐的容量越大, 在一定程度上, 储罐发生事故的概率会明显增加, 要加强大型石油及其产品储罐的研制。
通过分析了400多例石油火灾事故, 发现主要事故类型为原有火灾事故。其中在油库的各个工作区中, 火灾发生率较高的区域为收发油作业区和储存区;火灾发生较多的部位是油罐;电气和明火是引起火灾的主要原因。随着经济的发展, 这类事故发生了明显的改变。对上述隐患加以检控, 并研究其发生的新规律, 进而做出科学决策。
加强设计、维护管理及人员培训的力度, 杜绝不必要的消防安全问题。
摘要:在现代社会中, 从许多工程实践中, 我们对大型石油储罐的储存和转运过程中存在的不安全因素进行了仔细研究。最近几十年来, 我们收集了大量关于大型石油储罐火灾情况的数据, 分析了此类事故的类型、发生地、原因及其趋势。在分析有关各方面的情况后, 我们可以对此作出科学的消防应急管理措施, 进而把大型石油储罐的设计、维护、管理等方面的经验上升为理论, 以用于解决实际工程中存在的各种复杂问题。
关键词:储罐,消防,管理
参考文献
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石油化工储罐区防渗技术的应用 篇2
1 石油化工储罐区介绍
石油化工企业储罐区主要是石化企业储存油气区域, 作为日常管理的重点, 其中涉及大量油罐, 由于储罐底板区域在产生泄漏后, 不易发现, 安全隐患问题严重, 直接污染地下水及土壤, 而且不能够进行及时处理, 对水质及土壤结构产生消极影响。因此, 加强对进行防渗管理, 在很大程度上能够避免环境污染, 是贯彻落实科学发展的重要体现[1]。
2 储罐区防渗技术应用
为了能够有效提高我国石化储罐区防渗技术, 增强整个储罐区防渗能力, 应积极借鉴国外经验, 结合石化企业储罐区实际情况, 将刚性与柔性防渗技术有机结合, 制定一条适合我国石化企业防渗方案, 确保储罐区能够全面、系统的实现防渗目标。目前, 我国石化企业普遍选择的刚性材料是钢纤维抗渗混凝土, 柔性则是HDPE土工膜, 二者具有防渗系数高、性能强等优势, 受到石化企业广泛的关注, 并在防渗工作得到广泛推广和普及。
(1) 防渗技术在罐基位置的应用为了能够强化罐基部位强度, 可以选择环墙式结构, 增加多种不同性质的结构层, 来增强其抗渗性能, 主要通过以下步骤完成结构的设置, 首先, 挖除耕土, 重新填土并进行压实处理, 保证土层压实度达到标准, 避免原来耕土压实不牢影响防渗效果;其次, 在其上铺设一定厚度的细砂, 同样采取压实工艺, 避免土层及砂层在日后使用中下沉现象的发生, 增强整个防渗层的承重力;最后, 防渗结构层可以选择中间带有土工膜的无纺布, 避免砂粒等对土工膜的破坏, 主要防渗材料选择软性HDPE土工膜。由此可见, 罐基底部是由底板、沥青砂、砂粒等多种材料构成, 能够在各个环节吸收渗漏物。另外, 为了能够避免罐基渗漏问题, 还可以设置渗滤液导管, 收集渗出液体, 能够根据渗出情况进行相应的处理[2]。
(2) 防渗技术在地坪中的应用油罐储运区地坪基础构成相对简单, 除了管道基础、地下污油等部分之外, 其他部分没有构筑物, 且地表负载能力较小, 基本上没有车辆通过, 在对上层进行设计时, 可以适当降低其厚度。地坪防渗处理要将刚性与柔性技术相结合, 底部可以同样采取基础层设置方式, 将砂粒层、水泥以及钢纤维混凝土结合到一起, 有效增强结构防渗性能, 避免受到外界温度等因素的影响出现缝隙, 影响防渗性能。除了上述两个重点部分外, 还需要加强对一些特殊部分的管理。
(3) 固定周围防渗层在进行防渗处理过程中, 如果对特殊部位处理不当, 会影响整体防渗效果。罐基部分与地坪中间设置HDPE保护膜, 可避免渗漏的渗透, 增强整个防渗层的连续性, 但是其端部等部分的处理也十分重要。因此, 针对罐基底部环墙式设置, 在完成土工膜设置之后, 要采用膨胀螺栓结合钢板压条加以固定, 避免其发生移位, 影响防渗效果, 另外, 渗漏介质极有可能穿透防护膜污染地下, 需要在墙与土工膜之间进行密封处理, “细节决定成败”, 石化企业要重视对每一个环节的监督和控制, 确保整个防渗系统尽善尽美, 避免由于小细节的疏漏影响防渗效果, 污染环境。石化企业储罐区防火也是工作的一部分, 为了避免由于防渗系统受到火灾等情况的破坏, 应在防护膜与防火堤之间采用钢板进行固定, 将缝隙填实, 有效增强其防渗强度。
管道作为及时了解和掌握渗漏情况的重要通道, 与环墙紧密相连, 管道与管靴之间如果密封不好, 会从接口处渗漏。因此, 要进行密封处理, 确保整个防渗系统的完整性。
3 加强对口储罐区的实时监测
由于储运区整体结构较为复杂, 包括各类管道, 例如:含油污水管道等, 这些管道如果出现泄漏现象, 也直接污染地下水及土壤, 影响水质, 破坏土壤结构, 且难以及时处理。因此, 加强对储罐区进行实时监督和控制显得尤为重要, 相关负责人要结合企业实际情况, 制定监测和监督方案, 将定期检查与抽查相结合, 注重细节检查, 监测地下情况, 从源头上避免渗漏问题的发生, 提高石化企业管理水平, 更好地落实环境保护目标[3]。
4 结语
根据上文所述, 石化企业防渗是一项系统、复杂的工程, 在避免环境污染等方面具有重要作用。因此, 石化企业管理者要重视防渗工作, 并采取柔性与刚性技术相结合的方式, 结合实际情况, 进行防渗层设置, 并注重对细节的管理, 增强整个防渗系统性能, 有效避免污染物渗透, 从而促进石化企业可持续、健康发展。
参考文献
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大型化工储罐区 篇3
伴随着社会对LNG需求的不断增长,LNG接收站的储存规模及储罐均呈现大型化的趋势。同时,由于LNG具有低温、易挥发、易燃、易爆的特点,LNG接收站的安全问题随之突显,尤其是大型LNG储罐聚集的储罐区,一旦泄漏,将造成站场及周边区域人员伤亡和财产损失。因此,对大型LNG储罐区潜在主要风险进行定量风险分析,依据风险分析结果提出经济、合理并且有效的措施,对LNG接收站及周边区域的安全具有重大意义。
1 定量风险分析
1.1 方法概述
定量风险分析是采用系统的风险分析识别危险性设施潜在的危险,定量描述事故发生的可能性和后果,计算风险水平,分析风险的可接受性,对企业设施的设计和运行操作进行修改和完善,有效减少重大危险产生的影响[1,2]。风险最常用的表现形式主要包括个体风险和社会风险。个体风险常用风险等值线图表征;社会风险通常F/N曲线(累积频率/死亡人数曲线)表示[3]。
1.2 风险评估标准
1.2.1 个人风险标准
我国目前尚没有权威部门制定的个人风险标准,世界各地不同权威部门制定的个人风险标准见表1。
我国化工系统个人死亡概率在2004年前其数量级是10-6,之后上升为10-5[5];中国石油2008年度企业社会责任报告中显示该企业2004-2008年近5年来的平均死亡率为2.4×10-5;中国石化2008年度企业社会责任报告显示该企业全年事故死亡率为1.1×10-5[4]。国外权威部门推荐的个人风险最大可接受值除了英国健康安全局针对现存危险工业推荐的10-4,其余都低于1×10-5。因此,结合国内统计数据和国外制定标准,建议我国新建LNG接收站最大可接受风险为1×10-5,可忽略风险为1×10-8,而10-8-10-5之间的人员风险应使用ALARP原则,即在合理的可行的情况下尽可能越低越好。结果如表2所示。
1.2.2 社会风险标准
我国目前没有权威部门制定社会风险标准,因此借鉴国外的社会风险标准进行分析。表3为国际地区的社会风险可接受标准。
对各国标准进行比较,以最严格的标准作为LNG接收站的社会风险标准。结合风险上下限和斜率水平进行比较,荷兰标准最为严格。因此,选取荷兰标准作为LNG接收站的社会风险标准,见图1。
1.3 风险识别方法
在对风险进行识别时,采用风险评价指数(RAC)矩阵法,对潜在风险进行分级,在进一步的分析时排除小的风险,重大的事故风险采用QRA加以分析。表4为事故危险等级表。
注:Ⅰ—可能引起人员死亡或设备损伤;Ⅱ—可能引起人员严重受伤、严重职业病或严重财产损失;Ⅲ—可能引起人员轻度受伤、轻度职业病导致几个工作日的损失或轻度财产损失;Ⅳ—可能不会引起人员安全和健康问题,少于一个工作日的损失;A—频繁发生;B—在寿命期内出现若干次;C—在寿命期内有时可能发生;D—在寿命期内不易发生,但有可能发生;E—极不易发生,甚至于可以认为不发生。
表4中的元素为风险评价指数,风险指数从高到低依次排列分别为1、2、3、4,其对应的危险程度依次为:高度危险,不可接受的危险等级;危险较大,不期望发生的危险等级;危险较小,可接受的危险等级;安全的,可接受的危险等级。
2 大型LNG储罐区风险识别
2.1 罐区概述
某大型LNG接收站对LNG储罐区进行规划建设,其中储罐区选用全容式混凝土储罐,该类储罐具有较好的安全、技术经济性能和综合性能[8]。
LNG储罐区布置在接收站的最右侧,与工艺区相邻。LNG储罐区规划建设6个储罐,分两排布置,每排3个储罐;两排储罐中间布置LNG管排,所有储罐输入/输出管线均沿罐壁垂直固定,并与中间管排相连。罐区储罐均为160,000m3,外径为82.4m;LNG卸料输入管线管径为30″(762mm),罐区内长度为421m。LNG储罐的操作条件:操作温度-162℃,操作压力0.025MPa。
2.2 大型LNG储罐区潜在风险
通过对LNG罐区的危险性分析,LNG储罐及储罐区的潜在风险主要包括以下几种情况:
(1)储罐的全面破裂泄漏
导致该类事故发生有如下几种情况:①自然灾害原因(如地震、地质灾害等)引起结构的全面失效,罐体大面积开裂。②储罐保冷层出现大裂隙,保冷失效内压缓慢增高,一切防护措施同时失效,最终内压超过极限,引起罐体大面积开裂。③内罐破裂或者内罐制造存在缺陷(如焊接缺陷等),发生内罐破裂LNG外泄,冻坏混凝土层,进一步撑破外包钢,引发罐体全面失效。根据荷兰CPR出版的紫皮书,发生该类事故的推荐概率为1×10-8y-1[9]。
(2)罐顶全面失效
LNG储罐超压冲顶或是LNG罐顶受到外力的冲击,均可能会造成罐顶全面失效。但LNG储罐操作属于微正压,并且LNG储罐设置有压力报警装置、安全阀、BOG压缩机调节罐内压力;混凝土强度≧25MPa,罐顶能够抵御外部的意外冲击。针对罐顶池火灾的发生概率,全容式金属顶储罐发生概率为5×10-7y-1[10],但是随着大型LNG储罐技术的发展,全容式LNG储罐已由混凝土顶替代了金属顶,罐顶的安全性更高,并且EN1473-2007认为全容式混凝土顶储罐无需考虑罐顶全面失效,即认为该事故并不会发生。对于全容式混凝土顶储罐罐顶失效池火灾,保守认为发生概率为1×10-8 y-1[9]。
(3)储罐附件安全阀泄漏火灾分析
安全阀在事故状态下作为一个潜在的释放源,具有一定的火灾可能性,依据荷兰CPR出版的紫皮书压力释放装置失效概率为2×10-5y-1[9]。但由于其热影响范围十分小,即使发生这种事故,也不会对临近设备造成危害,其事故后果影响为轻度。
(4)LNG输入/输出管线破裂泄漏分析
LNG的输入/输出管线如受到外界的撞击、振动或者是材质的缺陷等,均有可能发生破裂。荷兰CPR出版的紫皮书中对管线的不同失效形式的概率给出了推荐的失效概率值。其中对于管线的失效分为两种情况:一种是管线完全断裂;另一种则是管线泄漏,即泄漏物从有效直径达管线公称直径10%的泄漏口流出,但最大不超过50 mm。对于公称直径大于150mm的管线,完全断裂的概率的是1×10-7m-1y-1,管线泄漏的概率是5×10-7 m-1y-1 [9]。
罐区内卸料管线总长421m,将每一米管线看作一个单元,第i个单元的失效概率为pi,则卸料管线总的失效概率P为:
undefined
由于pi=1×10-7或5×10-7 m-1y-1,失效概率很小,则其多项相乘可以忽略,此时上式可简化成:undefined
完全断裂的概率为1×10-7×421=4.21×10-5 y-1,泄漏的概率为5×10-7×421=2.1×10-4 y-1,由此可以得出管线破裂的可能性远远超过其他类型的事故。
2.3 风险识别结果
首先应用RAC法对安全阀泄漏火灾事故危险进行辨识,事故可能性为C,事故后果为Ⅲ,其危险等级为3,属可接受的风险等级。罐体全面破裂、罐顶全面失效及管线破裂泄漏造成的事故后果较严重,采用PHAST模拟三种事故可能发生的池火灾后果进行预测,用以识别三种风险危险程度,模拟结果见表5。
结合事故的可能性和严重程度,对事故危险等级进行判定,判定结果如表6所示。根据风险识别的原则,选取重大的事故风险进行定量风险分析。所以,选取LNG卸料管线全口径断裂事故场景对LNG储罐区进行定量风险分析。
注:死亡半径、重伤半径、轻伤半径分别指有衣服保护时(20%皮肤裸露)对应的辐射强度为18.42kW/m2、12.20kW/m2、5.36kW/m2[11]。
3 定量风险分析
挪威船级社(DNV)的SAFETI软件是一种多功能定量风险评估的计算软件,可对任何一种石油化工装置可能发生的火灾爆炸事故的影响范围及程度进行计算,并生成图形文件,用于评估个人及社会风险[12]。因此,应用SAFETI软件对该LNG储罐区进行定量风险分析。
3.1 事故情景构成及输入参数
根据风险识别结果选取LNG卸料管线全口径断裂事故进行定量风险分析,该事故情景构成及各种输入参数见表7。
卸料管线速率8000m3/h,LNG密度430kg/m3,其流量为956kg/s,假设泄漏1min,则泄漏量为57360kg。 同时,根据项目所在地的实际情况,选择如下环境数据:①环境温度:20.8°C;②相对湿度:78%;③风速:5m/s; ④大气稳定度:D;⑤太阳能辐
射:1kW/m2;⑥地面粗糙度:0.1m。
3.2 模拟结果
根据LNG储罐区事故场景及概率、环境数据等基本数据,计算LNG储罐区卸料管线全口径断裂池火灾对接收站的风险,个人风险等值线图及社会风险F/N曲线如图2、图3所示。
3.3 结果分析
结合确定的风险标准,风险分析结果如下:
(1)10-6个人风险等值线延伸到配有人员的建筑,如:储罐区、装车区、BOG压缩厂房、气化器区,这部分区域的个人风险水平需要采取有效措施提高。
(2)站内其他区域的个人风险均符合个人风险标准,即储罐区对站内其他区域个人风险在可接受区域内。
(3)10-7风险等值线延伸到接收站外部,但因接收站东西南方向三面环海,在北面600m处有个村庄,该村庄承受储罐区的个人风险低于10-8,即储罐区对站外区域的个人风险在可接受区域内。
(4)储罐区对接收站的社会风险没有达到不可接受区域,处于风险水平的上下限间。根据ALARP原则,考虑风险的成本与效益分析,可以进一步采取降低风险的措施,使风险水平“尽可能低”。
3.4 建议措施
在卸料管线全口径泄漏池火灾事故状态下,根据模拟结果分析得出,10-6个人风险等值线延伸到配有人员的建筑区域,不满足LNG接收站个人风险标准。因此针对该事故状态,必须防止卸料管线全口径泄漏池火灾事故的发生以及提高部分区域的个人风险水平。
第一,预防和控制卸料管线泄漏事故的发生。首先,严格控制LNG的泄漏。定期对LNG管线状况进行检查,防止因腐蚀、意外碰撞等原因造成的管线断裂或穿孔。其次,严格控制点火源,加强安全管理。加强安全检查和监管,严格控制人员携带火种,装置厂区内严禁吸烟;动火作业必须严格按照动火手续办理动火票证,并采取防范措施;加强管理机动车辆,进入生产区及库区必须戴好阻火器等。
第二,提高10-6个人风险等值线延伸到的区域,储罐区、装车区、BOG压缩厂房、气化器区的个人风险水平,建议采取的措施如下:
(1)储罐区内消防水应能够提供保障,同时在储罐附近设置可燃气体探测器,监测LNG是否泄漏。
(2)装车区消防水系统的设置和喷淋强度应能够保障火灾发生时的安全防护;根据LNG接收站的操作经验,停车区域可以停滞5-6辆卡车等待装载;装车站区设置收集池收集意外泄漏的LNG,能够产生覆盖水池1m深的泡沫。
(3)BOG压缩厂房应当考虑通风设计或者采用有效的通风设备,在厂房顶部的适当位置设置可燃气体探测器。
(4)气化器区的开架式气化器附件安装可燃气体探测器,并考虑安装在气化器的顶部位置;消防水系统能够为这个区域提供保障。
4 结论
(1)根据国外权威部门制定的个人风险并结合中国石化行业的实际情况,制定出针对LNG接收站的个人风险标准;同时,借鉴国外制定的社会风险标准,选取最严格的标准作为LNG接收站的社会风险标准。
(2)通过对大型LNG储罐区潜在危险分析,结合事故发生频率及应用PHAST软件模拟的事故后果,应用风险评价指数(RAC)矩阵法,确定储罐区LNG卸料管线的全口径断裂作为事故场景对储罐区进行定量风险分析。
(3)应用DNV的SAFETI软件对储罐区事故进行定量风险分析,通过与确定的风险标准进行比对,储罐区、装车区、BOG压缩厂房、气化器区的个人风险需要提高,并提出了相应的建议措施;储罐区对接收站的社会风险处于可容忍区域,在考虑成本和效益的综合因素下,使风险水平“尽可能低”。
摘要:伴随着LNG接收站储罐区规模的不断增大,对大型LNG储罐区潜在风险进行定量风险分析意义重大。针对大型LNG储罐区定量风险分析,根据国外权威部门制定的风险标准,结合中国石化行业实际情况,制定出适于LNG接收站的个人及社会风险标准;应用风险评价指数(RAC)矩阵法对储罐区潜在风险进行识别,确定对储罐区LNG卸料管线的全口径断裂事故场景进行定量风险分析。在此基础之上,应用挪威DNV的SAFETI软件对储罐区LNG卸料管线全口径断裂进行定量风险分析,得出对接收站的个人及社会风险图表,根据分析结果并提出相应的建议措施,从而为LNG接收站的安全设计提供指导。
关键词:LNG储罐,定量风险,个人风险,社会风险,风险识别
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大型化工储罐区 篇4
关键词:大型浮顶罐,消防系统,有效性,火灾风险
随着全球经济的迅速发展以及石油化工行业能源储备的战略需求, 石油储罐的单罐容积和数量不断攀升, 库区、罐区规模不断扩大, 呈现出大型化、综合化的特点, 多种储罐型式并存, 由此导致的石油罐区火灾爆炸事故风险呈不断上升趋势, 给石油罐区火灾预防和扑救带来新的挑战。目前, 储存原油的最大浮顶储罐已达20×104m3, 储运成品油的最大内浮顶储罐也已达到5×104m3。如我国某石油储备基地共建有10×104m3及以上的储罐近150个, 库容达到了1 480×104m3。由国际资源保护组织 (RPI) 负责, BP、Shell等16家石油公司组织开展的LASTFIRE项目表明每年发生15~20起大型石化储罐火灾事故。近年来我国油罐火灾爆炸事故不断, 特别是油罐改造、施工、作业等过程中存在极大的火灾隐患。
笔者分析了大型浮顶油罐国内外消防规范的技术要求, 基于罐区火灾风险特征和初始火灾场景发展趋势, 重点探讨了罐区消防系统对典型火灾场景发生概率的影响, 有助于优化罐区消防系统配置, 提高火灾防控能力。
1 国内外大型浮顶罐区标准规范对比分析
适当的防火间距是降低着火罐辐射热对邻罐威胁的有效措施之一, 不同国家的气候和消防技术条件存在差异, 储罐防火间距的设定依据也各不相同。通常确定防火间距需考虑四个要素:着火油罐能否引起相邻油罐爆炸起火;满足消防操作要求;采取的消防设施能力;经济成本。经济成本是影响美国防火间距设定的根本因素, 以NFPA和API防火规范体系为主;日本没有强制性的储罐防火间距规定, 根据业主的不同而有所不同, 通常为1 D;欧洲没有明确指出防火间距的设定原则, 但对储罐之间最小防火间距给出了相关建议, 要求储罐全液面火灾场景防火间距能够防止发生倾斜的火焰接触到邻近储罐, 且满足消防员对邻近储罐进行冷却作业的空间需求。我国GB 50737-2011《石油库储备库设计规范 》、GB50160《石油化工企业设计防火规范》等规范要求对于大型浮顶储罐防火间距不应小于0.4 D (D为最大罐直径) 。
对于大型浮顶油罐区, 消防冷却水可以冷却着火储罐和周邻储罐, 有效降低热辐射危害, 起到类似于防火间距的防护作用。罐区储料一旦大量泄漏, 防火堤有效容积是防止大规模流淌的主要措施。对于油类储罐, 多采用低倍数泡沫灭火系统。表1给出了各国对大型外浮顶储罐防火间距、防火堤有效容积、低倍数泡沫供给参数和消防冷却水等的不同要求。其中, []内为石化安[2011]754号要求。
由表1可以看出, 对于大型浮顶油罐, 我国防火间距的要求低于美国和日本;防火堤有效容积与美国相当, 略低于日本;低倍数泡沫灭火系统的泡沫混合液供给强度和供给时间略高于NFPA 30的要求, 但石化行业的供给时间提高了1倍。NFPA 30对于设置了储液池的着火储罐和毗邻储罐需要消防冷却水, 且供给量很大, 防火间距为1/4 (D1+D2) 时通常不需要冷却。我国仅对着火油罐进行消防水冷却, 毗邻罐可不冷却, 但冷却水供给强度低于日本和法国。为此, 要基于火灾风险分析优化设计罐区的防火间距、防火堤容积及低倍数泡沫灭火系统和消防冷却水系统的配置。
2 大型浮顶罐区消防系统有效性评估
2.1 浮顶罐火灾场景及发生频率
从大型油罐泄漏模式看, 主要是罐顶泄漏、沉顶、罐壁或管道泄漏;从初期火灾类型来看, 主要是密封圈火灾、浮顶泄漏火灾、防火堤内火灾、沉盘全表面火灾等, 其中密封圈火灾是主要事故类型, 机械故障是罐顶泄漏的主要事故模式。LASTFIRE项目收集了1981-1995年2 420座直径大于40m的外浮顶储罐运行33 909 (罐·年) 的事故数据, 单罐密封圈火灾、浮顶泄漏火灾、防火堤内小火、防火堤内大火及部分或全液面火灾的年发生事故频率分别为1.0×10-3、3.0×10-5、9.0×10-5、6.0×10-5和3.0×10-5。从罐区火灾场景发展趋势来看, 任何初期火灾场景, 若不能有效控制和扑救, 都有可能演化为单罐或多罐全液面火灾。笔者基于案例统计分析给出初期火灾场景的发展事件树, 如图1~图4所示。
2.2 初期火灾场景升级影响因素
大型浮顶储罐一旦发生火灾, 初始密封圈火灾、浮顶泄漏火灾可能升级为全液面火灾, 热辐射、沸溢等可能导致多罐火灾。罐区密封圈火灾是主要事故场景, 我国大多数浮顶罐均针对密封圈火灾设防, 而LASTFIRE项目事故频率调查中55起密封圈火灾, 只有1起升级为全液面火灾, 相对升级条件概率非常低。但是, 一旦发生浮顶泄漏火灾, 若没有扑救全液面火灾的固定消防系统, 其升级为全液面火灾的几率非常高。为此, 降低火灾升级为全液面火灾的最好方法之一是将罐体内油料抽空, 减少可能的燃烧油料总量。
从浮顶罐火灾案例分析看, 影响罐体初期火灾场景升级的风险因素包括密封圈、浮顶类型及附件、防火间距、防火堤、风、储料、储罐运行条件及附件、消防系统有效性等。密封圈状况、储罐运行条件及消防系统有效性是影响火灾升级的主要因素, 这里仅从消防系统火灾预测预警及灭火角度分析其影响初期火灾升级的效果。
大型浮顶罐体火灾事故探测主要是油料泄漏探测和火灾探测, 前者包括气体探测和液体探测, 后者包括热感、火焰探测、热成像和视频监控等。其火灾预测预警系统主要是关注初期密封圈火灾, 通常罐区油料泄漏探测系统很少安装。不同的火灾探测系统对初始火灾发生频率的降低因子评估, 如表2所示。
我国大型浮顶罐区的消防灭火系统通常是固定密封圈灭火系统、消防冷却水系统和移动消防炮等, 国外的还包括全液面灭火系统、防火泡沫灭火系统、密封圈火灾气体灭火系统等。LASFTFIRE基于案例分析, 给出了罐区消防系统设施运行可靠性估算因子, 如表3所示。
2.3 罐区消防系统有效性评估方法
笔者提出了大型浮顶罐体消防系统设施有效性评估模型, 可表征消防系统设施对浮顶油罐初始火灾场景及发展趋势发生频率的影响程度, 如式 (1) 所示。
式中:P终为大型浮顶罐体最终火灾场景的发生频率, 起/ (罐·年) ;P初为罐体初始火灾场景的发生频率, 起/ (罐·年) ;C为罐区火灾预测预警系统对初始火灾发生频率的降低因子, 见表2;P升级为罐体初始火灾场景升级的条件概率, 见图1~图4;Pr为消防系统设施发挥作用的可靠性因子, 若没有对应的设施该项为0, 见表3。
3 实例分析
某原油商业储备库, 大型浮顶罐体直径均为80 m, 采用了密封圈泡沫灭火系统、水喷淋冷却系统和消防炮系统。罐区消防报警系统采用人工手动报警按钮、光纤光栅感温报警系统及电话报警。评估结果见表4, 可以看出罐区消防系统的有效性配置对降低初始火灾事故发生频率和控制火灾升级至关重要。
4 结束语
通过对大型浮顶罐区国内外消防标准规范对比可知, 我国罐区防火间距的要求低于美国和日本, 防火堤有效容积基本相近, 在泡沫混合液供给强度和供给时间以及消防冷却水方面存在差异。建议基于罐区火灾场景风险评估分析, 优化储罐布局和合理配置消防系统设施, 综合提高罐区的火灾风险防范水平。
大型化工储罐区 篇5
当前化工企业使用、储存、生产过程中经常涉及到易燃液态的危险化学品, 该类物质遇到明火、高温很容易发生火灾事故。一旦发生火灾事故将造成重大人员伤亡和财产损失, 所以正确的分析火灾事故伤害范围, 对提出相应的技术措施, 预防重大事故发生有着重要的意义。
一、发生火灾的条件分析
在化工企业生产、储存、使用易燃危险化学品时由于设备损坏、管道腐蚀等容易造成危险化学品的跑、冒、滴、漏现象。工人违章操作、误操作极易导致易燃化学品短时间内大量泄漏。
易燃物质泄漏后遇明火则会发生火灾事故。如果易燃液体蒸发的气体密度比空气大, 能在较低除扩散到相当远的地方, 遇火源会着火回燃, 可能引燃泄漏的液态物质发生火灾事故。
二、火灾伤害范围分析
储存罐区按照《建筑设计防火规范》 (GB50016-2006) 的要求, 在储罐四周应设有防火堤, 当储罐发生泄漏, 泄漏液体在防火堤内形成液池, 遇到明火后, 在防火堤内形成可燃液体表面的自然燃烧。这种可燃液体泄漏后流到地面或防火堤内形成液池, 遇火源后燃烧形成的过程成为池火。池火分析模型一般按圆形液面计算, 其他形状的液池应换算为等面积的圆池。
具体分析时, 考虑储罐区最不利火灾情况为最大储罐一次泄漏量在防火堤内形成池火, 燃烧面积为整个防火堤平面面积, 若防火堤不是圆形, 则在分析时使用防火堤面积换算出当量直径进行分析。
例如:某化工有限责任公司生产甲醇, 已知该公司在甲醇成品罐区设置26500m3的甲醇内浮顶式储罐3座, 四周设1.2m高的砖混结构围堤, 防火堤为192m×68m, 面积13056m2。假设甲醇在储存过程中由于腐蚀穿孔、焊缝缺陷等原因造成储罐破裂, 破损引起甲醇大面积泄漏, 遇火源引发池火, 则甲醇储罐区火灾事故范围分析如下:
1. 燃烧速率
下面是广泛采用的液体单位面积燃烧速率的计算公式。
当液体沸点高于环境温度时:
当液体的沸点低于环境温度时, 如加压液化气体或冷冻液化气, 其单位面积的燃烧速度为Mf为:
式中:mf——液体单位表面积燃烧速度, kg/ (m2·s) ;
Qf——液体燃烧热, J/kg;
Cp——液体的定压比热容, J/ (kg·K) ;
Tb——液体的沸点, K;
Ta——环境温度, K;
Qv——液体在常压沸点下的蒸发热 (气化热) , J/kg。
一般燃烧速度可从手册中直接查得。经查手册得知:
甲醇的燃烧速度mf=57.6 kg/ (m2·h) =0.016 kg/ (m2·s) 。
2. 燃烧时间
池火持续时间按下式计算:
式中:t——火灾持续时间, s;
W——液池液体的总质量, kg;取值
S——液池的面积, m2;取值13056 m2;
mf——液体单位面积燃烧速度, kg/ (m2·s) 。
本项目甲醇储罐单罐容积为26500m3, 考虑充装系数0.85, 甲醇密度为0.79g/cm3, 故液池液体的总质量为17795000kg。根据上式计算得出:
本项目池火持续时间t=85184s=23.66h。
3. 火焰高度
设液池为一半径为r的圆池子, 其火焰高度可按下式计算:
式中:h——火焰高度, m;
r——液池半径, m; (甲醇储罐区的当量圆半径, 为64.5m)
ρ——周围空气密度, kg/m3;取值1.293kg/m3。
g——重力加速度, 9.8m/s2;
mf——燃烧速度, kg/m2·s。
本项目防火堤面积为13056m2, 折算为圆形液池半径为64.5m。根据上式计算得出:
本项目池火火焰高度为h=45.6m。
4. 热辐射通量
液池燃烧时放出的总热辐射通量为:
式中:Q——总辐射通量, W;
η——效率因子, 可取0.13~0.35;
Qf——液体燃烧热, J/kg; (经查数据手册, 甲醇的燃烧热为22720000 J/kg)
根据上式计算得出:
本项目液池燃烧时放出的总热辐射通量为:Q=57633940W。
5. 目标入射热辐射强度
假设全部辐射热量由液池中心点的小球面辐射出来, 则在距离池中心某一距离 (X) 处的入射热辐射强度为:
式中I—热辐射强度, W/m2;
Q—总辐射通量, W;
tc—热传导系数, 在无相对理想的数据时, 可取值为1;
X—目标点到液池中心距离, m。
6. 火灾伤害范围分析
根据目标入射热辐射强度公式, 可计算得到不同伤害程度时与液池的距离:
由此得到:
当I≥37.5 k W/m2时, 目标点到液池中心的距离为35m, 可对目标造成死亡伤害;
当37.5>I≥25 k W/m2时, 目标点到液池中心的距离为42m, 可对目标造成重伤伤害;
当25>I≥12.5k W/m2时, 目标点到液池中心的距离为84m, 可对目标造成轻伤伤害;
当12.5>I≥4k W/m2时, 目标点到液池中心的距离为107m, 可对目标造成引燃木材伤害。
当I≤1.6k W/m2时, 目标点到液池中心的距离为169m, 长期辐射无不舒服感, 为安全距离。
经计算得出, 本项目甲醇储罐区火灾事故伤害半径如下:
结论
随着我国化学品的储存、生产和使用量的不断增加, 危险化学品事故的潜在危险也在急剧增加。本文采用了火灾事故后果模型对某化工厂的甲醇储罐区进行了模拟分析, 没有考虑风向、风速等现场环境, 即没有考虑现场实际的环境因素。公司管理者可以从工艺设备、建筑结构、安全管理三个方面采取控制措施, 从而降低事故的危害程度。通过对甲醇储罐区火灾事故危害半径的分析, 得出以下结论:
(1) 甲醇储罐区一旦发生火灾事故, 其伤亡半径很大, 轻伤半径为84m, 因此该化工厂应采取有效措施, 防止非特殊工作人员和重大财产在这一区域出现。
(2) 该化工厂应加强该甲醇罐区的监管措施, 切实做好这一区域的安全防控。
参考文献
大型化工储罐区 篇6
为摸清各罐区安全水平, 明确罐区安全管理的“短板”所在, 合理安排隐患整改资金, 有必要确定罐区的安全等级和储罐区间安全等级排序, 有针对性地对罐区进行管理。
储罐区安全水平指标系统具有多层次性和指标众多的特点, 本文从影响罐区安全水平的主要因素出发, 利用层次分析法与鱼刺图相结合的方法构建罐区综合安全水平评估体系并评估各要素的权重, 并利用安全检查表法对基本要素进行赋分, 提出一种罐区安全水平综合评估的新方法, 实现罐区安全水平综合评估。
1 评估指标的选择
根据罐区事故统计分析和储罐区危险因素分析结果[1,2,3,4,5,6,7], 将罐区安全水平综合评价一级指标划分为5个二级指标, 分别是设备设施及工艺可靠性、安全设施、安全管理、周边和平面布局合理性和作业环境。鱼刺图分析结果如图1, 罐区安全水平综合评价指标体系如表1。
2 评估方法选择及方法简介
罐区安全水平综合评估采用层次分析法法和安全检查表法相结合的形式对罐区综合安全水平进行评价, 将现场操作与相关规范、标准要求相结合, 可以获得更加有效的综合评价效果, 并容易被作业人员和决策者理解和接受, 具有其它方法不可比拟的优势。
层次分析法是一种系统工程中对非定量事件作定量分析的简便方法。该方法是将评价对象或问题视为一个系统, 根据问题的性质和欲达到的目标, 将问题分解成不同的要素, 并按照要素间的相互关联度及隶属关系, 将要素按不同层次聚集组合, 从而形成一个多层次的分析结构系统, 把问题条理化、层次化, 为多目标、多准则或无结构特性的复杂决策问题提供简便的决策方法。它是一种定性和定量相结合的、系统化、层次化的分析方法, 具有高度的逻辑性、系统性、简洁性和实用性, 特别适用于那些难以完全用定量进行分析的复杂问题。
在层次分析法中, 为了使判断定量化, 关键在于设法使任意两个方案对于某一准则的相对优越程度得到定量描述。一般对单一准则来说, 两个方案进行比较总能判断出优劣, 层次分析法采用1~9标度方法, 对不同情况的评比给出数量标度, 如表2所示。
安全检查表方法是风险评价中最基本、最直观的一种评价方法。其要求检查人员按照相关的标准、规范制定检查表, 然后根据检查表所涉及的内容, 对分析对象的具体情况进行检查, 分析是否满足标准、规范以及安全的要求。
3 评估步骤
(1) 收集资料, 分析研究评估对象。
(2) 使用鱼刺图构建层次模型, 确定各层评估指标。
(3) 利用层次分析法确定各层权重系数, 层次分析法见参阅文献[8]。
(4) 依据法规、规范、事故案例等编制三级评估指标安全检查表并确定各项检查内容的分值。
(5) 确定罐区综合安全水平等级划分标准。
(6) 实施评估, 得出罐区安全水平等级。
4 应用实例
该方法通过在中国石油某石化公司乙烯厂原料车间储罐区的应用, 对评估对象进行了安全等级评判和安全等级排序, 为隐患管理工作提供参考。
4.1 罐区概况
乙烯厂原料车间主要生产任务是接收上游来的油品, 并按生产的需要输送到指定下游装置, 储存介质主要有石脑油、汽油、柴油等, 储罐25座, 油品总储存量达6.86×104m3, 现场分为石脑油罐区、汽油罐区和柴油罐区3个储罐区。
4.2 综合安全水平指标权重计算
罐区综合安全水平指标判断矩阵如表4。
经过计算, λmax=5.19, CR=CI/RI=0.0425<0.1, 满足一致性检验。归一化后, 权重向量A= (0.07, 0.46, 0.24, 0.18, 0.04) 。
4.3 周边及平面布局合理性指标权重计算
周边及平面布局合理性指标判断矩阵如表5。
经过计算, 判断矩阵的最大特征值λmax=4.147;CR=CI/RI=0.0551<0.1, 满足一致性检验。归一化后, 权重向量A= (0.06, 0.56, 0.26, 0.12) 。
4.4 工艺及设备设施可靠性指标权重计算
工艺及设备设施可靠性的指标判断矩阵如表6。
经过计算, 判断矩阵的最大特征值λmax=4.132;CR=CI RI=0.0439<0.1, 满足一致性检验。归一化后, 权重向量A= (0.12, 0.51, 0.27, 0.10) 。
4.5 安全设施的完善性及可靠性指标权重计算
安全设施的完善性及可靠性指标判断矩阵如表7。
经过计算, 判断矩阵的最大特征值λmax=7.445;CR=CI/RI=0.0546<0.1, 满足一致性检验。归一化后, 权重向量A= (0.16, 0.27, 0.13, 0.32, 0.06, 0.04, 0.03) 。
4.6 安全管理指标权重计算
安全管理指标判断矩阵如表8。
经过计算, 判断矩阵的最大特征值λmax=8.57;CR=CI/RI=0.0578<0.1, 满足一致性检验。归一化后, 权重向量A= (0.04, 0.08, 0.19, 0.34, 0.07, 0.11, 0.05, 0.12) 。
4.7 作业环境指标权重计算
作业安全指标判断矩阵如表9。
经过计算, 判断矩阵的最大特征值λmax=3.018;CR=CI/RI=0.0018<0.1, 满足一致性检验。归一化后, 权重向量A= (0.56, 0.12, 0.32) 。
4.8 评估指标权重汇总
罐区综合安全水平评估指标权重如表10。
4.9 三级指标检查表评分结果
利用编制的检查表对三级指标逐项进行打分, 结果如表11。
由安全检查表得出的分值, 结合权重, 得出各罐区的安全水平评估分值, 结果如表12。
5 结论
(1) 利用层次分析法和检查表评分法对罐区安全水平进行评估, 使用鱼刺图建立的层次结构模型, 提出了一种新的罐区安全水平综合评估方法。
(2) 通过罐区安全水平综合评估方法在中国石油某石化公司原料车间的应用, 得出了各罐区的安全水平等级。通过该方法, 可综合评估罐区安全水平, 为企业合理安排隐患整改资金和隐患管理提供参考。
摘要:从影响罐区安全水平的主要因素出发, 确定了罐区安全水平综合评价的指标体系和评估指标。利用层次分析法的原理, 用鱼刺图构建层次结构模型, 确定了各要素的权重, 并利用安全检查表法对基本要素进行赋分, 提出一种罐区安全水平综合评估的新方法。并通过实例进行了该方法的实际运用。
关键词:储罐区,安全等级,综合评估,层次分析法
参考文献
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