液化天然气风险评价(编辑修改稿)

液化天然气风险评价(编辑修改稿)内容摘要：

油储运系统中事故起因和后果分布状况 后果 分析 火灾爆炸 人身伤亡 设备损坏 跑冒 比例（ %） 原因 分析 明火 电器设备 静电 雷击 其他 比例（ %） 阜康冶炼厂改扩建工程 环境影响报告书 13 根据《化工装备事故分析与预防》一化学工业出版社 (1994)中统计 1949 年～1988 年的全国化工行业事故发生情况的相关资料，储罐发生事故的概率为106。 根据表 ，可知储罐发生火灾爆炸几率为 106＝ 107。 在本次评价工作中，选取火灾爆炸几率为蒸气云爆炸为 107次 /年。 沸腾液体扩展蒸气爆炸（连锁爆炸事件）概率也取 107次 /年。 一般事故概率 一般事故是指那些没有造成重大经济损失和人员伤亡的事故，此类事故如处置不当，将对环境产生不利影响。 本项目参照化工生产装置事故调查统计结果可知，因生 产装置原因造成的事故中以设备、管道、贮罐破损泄漏占发生事故原因比例最大；因人为因素造成的事故中以操作失误、违章操作、维护不当占发生事故原因比例不大，详见表 ， 表 一般事故原因统计 事故原因 事故原因统计 (％ ) 贮罐、管道和设备破损 52 操作失误 11 违反检修规程 10 处理系统故障 15 其它 12 国际上先进化工生产装置一般性泄漏事故发生概率为 次 /年，非泄漏性事故发生概率为 次 /年。 参照国内化工企业生产和管理水平，确定本项目一般事故发生概率约为 次 /年。 火灾爆炸事故分析 采用事故树方法对火灾爆炸其进行分析，将火灾爆炸作为顶上事件编制事故树。 事故树分析方法简介 事故树分析是一种表示与导致灾害事故有关的各种因素之间因果关系和逻辑关系的分析法。 事故树是对某一种失效状态在一定条件下进行逻辑推理和图形演绎 ,对可能造成系统事故或导致灾害后果的各种因素 (包括硬件、软件、环境、人等 )的层层分析，按工艺流程、先后次序和因果关系 ,把所有的失效原因、失效阜康冶炼厂改扩建工程 环境影响报告书 14 模式用逻辑和或逻辑积的关系绘制成的一个树形结构。 通过定性和定量分析，判明灾害或功能故障的发 生途经和导致灾害、功能故障的各种因素之间的关系，以及系统故障发生概率及其他定量指标 (如结构重要度、概率重要度、临界重要度 ) ，最终找出系统的薄弱环节，采取相应措施加以改善，以提高系统的可靠性和本质的安全。 事故树的分析程序 事故树的分析程序，常因分析对象、分析目的、粗细程度的不同而异 ,其主要内容包括：熟悉系统、事故调查、确定顶上事件、原因时间调查、建造事故树、修改和简化事故树、定性 /定量分析、制定安全措施，如图 所示。 建立 LNG 储罐 火灾与爆炸事故树 根据顶事件确定原则，取 “LNG 储罐火灾、爆炸 ”作为顶事件。 顶事件确定后，分析引起顶事件发生的最直接的、充分和必要的原因。 引起 LNG 储罐火灾、爆炸有两种原因：一是化学爆炸模式，即罐内 LNG 泄漏 ， 遇空气、火源发生火灾、爆炸；二是物理模式，即罐内压力急剧升高，罐体泄压系统失灵，压力超过罐体所能承受的压力，发生爆炸事故。 然后把引起顶事件发生的各种可能原因又分别看作顶事件，采用类似的方法继续推理往下分析，建立以逻辑门符号表示的LNG 储罐火灾、爆炸事故树，如 所示。 该事故树共考虑了 25 个不同的 底事件，各符号所代表的事件如下表所示。 表 事故树各符号代表事件 符号 事件类型 符号 事件类型 符号 事件类型 T 储罐火灾爆炸 F13 储罐静电 X11 防爆电器损坏 P 爆炸极限 F14 人体静电 X12 雷击 确定顶上事件 熟悉系统 建造事故树 修改简化事故树 调查事故 调查原因事件 收集系统资料 定量分析 定性分析 制定安全措施 图 事故树分析程序 阜康冶炼厂改扩建工程 环境影响报告书 15 F1 有火源引起爆炸 F15 避雷器故障 X13 未安装避雷设施 F2 储罐超压爆炸 F16 接地失效 X14 接地电阻超标 F3 天然气气源存在 X1 罐区通风不良 X15 引下线损坏 F4 火源 X2 阀门密闭失效 X16 接地端损坏 F5 安全阀失效 X3 法 兰密闭失效 X17 使用铁质工具工作 F6 LNG 泄漏 X4 罐体损坏 X18 穿带铁钉的鞋 F7 明火 X5 误操作 LNG 泄漏 X19 罐体静电聚集 F8 电火花 X6 使用未带阻火器的汽车 X20 未设静电接地装置 F9 雷击火花 X7 管区内吸烟 X21 作业中与导体接触 F10 撞击火花 X8 管区内违章动火 X22 未穿静电服工作 F11 静电火花 X9 使用电子通信工具 X23 储罐压力超过限 F12 避雷器失效 X10 未使用防爆电器 X24 安全阀弹簧损坏 X25 安全阀选型 不当 定性分析 定性分析是从事故树结构出发 ,分析各底事件的发生对顶事件发生所产生的影响程度。 定性分析目的是找出事故树的所有最小割集 ,发现系统故障或导致顶事件发生的全部可能原因 ,并定性地识别系统的薄弱环节。 最小割集是导致顶事件发生的必要且充分的底事件的集合。 得到事故树的所有最小割集，如下：X1X2X6， X1X2X7， X1X2X8， X1X2X9， X1X2X10， X1X2X11， X1X2X17， X1X2X18，X20 图 LNG 储罐火灾、爆炸事故树 X20 X16 X15 X14 X16 X15 X14 + + X130 F15 F15 X199 + X21 X22 + X5 X4 X3 + X8 X7 X6 + X11 X10 X9 + X12 F12 + X17 X18 + F13 F14 F7 F8 F9 F10 F6 X1 + F11 X240 X250 + + F3 F4 F5 X239 F1 F2 + T P 阜康冶炼厂改扩建工程 环境影响报告书 16 X1X2X21， X1X2X22， X1X3X6， X1X3X7， X1X3X8， X1X3X9， X1X3X10， X1X3X11，X1X3X17， X1X3X18， X1X3X21， X1X3X22， X1X4X6， X1X4X7， X1X4X8， X1X4X9，X1X4X10， X1X4X11， X1X4X17， X1X4X18， X1X4X21， X1X4X22， X1X5X6， X1X5X7，X1X5X8， X1X5X9， X1X5X10， X1X5X11， X1X5X17， X1X5X18， X1X5X21， X1X5X22，X1X2X12X13， X1X2X12X14， X1X2X12X15， X1X2X12X16， X1X2X14X19， X1X2X15X19，X1X2X1619， X1X2X19X20， X1X3X12X13， X1X3X12X14， X1X3X12X15， X1X3X12X16，X1X3X14X19， X1X3X15X19， X1X3X16X19， X1X3X19X20， X1X4X12X13， X1X4X12X14，X1X4X12X15， X1X4X12X16， X1X4X14X19， X1X4X15X19， X1X4X16X19， X1X4X19X20，X1X5X12X13， X1X5X12X14， X1X5X12X15， X1X5X12X16， X1X5X14X19， X1X5X15X19，X1X5X16X19， X1X5X19X20， X23X24， X23X25 计算结果表明， LNG 储罐火灾、爆炸事故树有 2 个二阶最小割集； 40 个三阶最小割集； 32 个四阶最小割集。 由割集理论可知，一般情况下，割集中出现次数最多的因素，其结构重要度就越大，直接影响着系统的安全性、可靠性，为系统的薄弱环节。 根据事故树分析，其中因素 X1（罐区通风不良）出现的次数最多，对系统的安全性和可靠性影响最大。 因此，要保证罐区有良好的通风，降低事 故发生。 综上所述，本项目发生环境风险的最大可信事故为： 液化天然气 储罐发生泄露引发爆炸并形成火灾。 风险预测评价 液化天然气泄漏模拟分析 液化天然气泄漏速度计算 液化天然气的泄漏是引发天然气火灾、爆炸的先导因素，储罐或管线封闭不严，或其他事故均可导致天然气泄漏，天然气泄漏的速度与流动状态有关。 假如本项目 LNG 储罐应故裂开一个 半径为 3cm 的圆形 小孔，其它参数分别为：温度 T=20℃ ，大气压力 P0＝ ，储罐工作压力 P＝ ，天然气的绝热指数 k＝。 1013 pp 阜康冶炼厂改扩建工程 环境影响报告书 17 2112  kkk 当 10 12   kkkpp  时，天然气的泄漏速度为临界流，即属于音速流动。 此时，天然气的泄漏速度可用下式计算： 110 12 kkd kRTMKAPYCQ 其中： Q0：天然气泄漏速度， kg/s； Cd：天 然气泄漏系数， 圆形 裂口取值为 ； A：储罐裂口面积， m2，本项目取 ； P： 容器压力，取 ； M： 天然气分子量； R： 天然气气体常数， J/（ molK）； T： 天然气的温度， K； Y：流出系数，对于临界流 Y=。 因此，天然气泄漏速率的计算为： 110 12 kkd kRTMKAPYCQ 2)(3 1 4 1 1 3 2 50 0 2  ＝。 由于上述计算是在一系列假设基础上模拟分析的，实际 泄漏过程中压力、温度等因素都会随时间而发生变化，因此其实际泄漏速度也是动态变化的。 本项目在厂区内设有 4 座 5000m3天然气储罐，最大储气量为 6880t。 按照上述的计算可知，一旦储罐发生开裂，那么在一瞬间天然气将会迅速泄漏。 由于厂区车间安装有自动报警装置与人员常年值守，一旦发生泄漏，自动报警设备将会自动报警，并会自动关闭所有管线的阀门，也可手动关闭其它所有管阜康冶炼厂改扩建工程 环境影响报告书 18 线的阀门，以保证储罐与管线内的天然气不泄漏。 液化天然气泄漏后果分析 目前国内外尚没有天然气（甲烷）泄漏的人员疏散范围以及相关浓度限值规定，唯有前 苏联曾经规定生产车间空气中甲烷的最高容许浓度为 300mg/m3。 当 LNG 泄露至地面上时，最初会猛烈沸腾，然后蒸发速率将迅速衰减至一个固定值，该值取决于地面的热性质和周围空气供热情况。 当溢出发生时，少量液体能产生大量气体，通常条件下 1 个体积的液体将产生 600 个体积的气体。 天然气属于轻气体，必将立刻上升，随风飘散，不会长时间弥漫在泄漏原地，不会对周围人群造成致命伤害。 如果没有遇到点火源，则空气中甲烷的浓度可能会非常高，从而对 溢出区附近人员 、应急人员或者其他可能暴露于正在膨胀扩散的LNG 气团中的人员造成窒息危 害。 而且超低温的 LNG 可能会对溢出区域附近的人员和设备产生威胁。 液态 LNG 接触到皮肤会造成低温灼伤。 如果本项目天然气管网发生少量长时间泄漏，可以立即切断气源，进行抢修。 液化天然气储罐物理爆炸后果模拟分析 本项目为储罐储气，当发生爆炸时，其壳体将会破裂为许多大小不等的碎块四处飞散，并对人员、设备、管道造成不同程度的伤害。 碎片对人的伤害 碎片飞出时具有动能，动能的大小与每块碎片的质量以及速度的平方成正比，即： 221 mvE  式中： E：碎片的动能； m：碎片的质量； v：碎片集中人（物）时的速度。 根据罗勒（ rhore）的研究： ① 碎片击中人体时的动能在 26J 以上时，可制外伤； ② 碎片击中人体时的动能在 60J 以上时，可制骨部轻伤； ③ 碎片击中人体时的动能在 200J 以上时，可制骨部重伤。 经验表明：碎片飞离壳体时，一般具有 80～ 120m/s 的初速，飞离容器较远阜康冶炼厂改扩建工程 环境影响报告书 19 的地方也有 20～ 30m/s 的速度。 假设本项目储罐内一个子罐爆炸， 其中一个碎片的质量为 2kg，飞出击中人体的速度为 20m/s，其具有的能量 E 为 400J，由罗勒的研究结果可以判断，碎片飞出伤人的可能性非常大。 碎片对周围设备的穿透破坏 碎片飞出伤人的同时，还能穿透邻近的设备与管道，进而引发二次的火灾、爆炸事故。 碎片的穿透能力。