石油儲罐泄漏事故分析

西安石油大學 機械工程學院 王 芳

永平煉油廠 裴建禮

石油儲罐泄漏事故分析

西安石油大學 機械工程學院 王 芳

永平煉油廠 裴建禮

隨著石油需求量的增加，世界石油資源短缺問題日趨明顯，國際油價居高不下。為了應對這一能源形勢，世界各國都加強了石油儲備戰略措施，石油及化工類產品的存儲量急劇上升。大多數石化產品都是用專門的貯罐儲存的，目前貯罐不僅單體向大型化、綜合化方向發展，而且罐群的貯罐數量也在不斷增加。與此同時，國內外的油罐油氣泄漏及火災爆炸事故也呈現出增長趨勢，因此，保證罐群的安全運行，并最大限度地減小火災事故的發生，是實施石油戰略儲備的重要保證。由于石油儲罐中儲存的石油及其產品一般具有易燃、易爆、易蒸發、易產生靜電、受熱易膨脹、易流動擴散等特點，一旦儲罐區內儲罐發生泄漏，極易引發火災、爆炸等災害事故。我國每年都要發生數起儲罐區儲罐的火災爆炸事故。汽油是用量最大的的輕質石油產品之一，是引擎的一種重要燃料，主要用作汽油機的燃料，廣泛用于汽車、摩托車、快艇、直升飛機、農林業用飛機等。溶劑汽油則用于橡膠、油漆、油脂、香料等工業。本文，筆者以汽油為例，對汽油泄漏后可能造成的事故、池火災進行分析，并對其事故后果的危險性進行定量評價，為此類事故的預防、緊急救援提供理論參考依據。

一、研究對象和基本參數

以圓柱形浮頂儲罐為研究對象，儲罐體積2 000 m3（常壓），出料管道直徑100 mm；裂口之上液位高5 m。儲罐區防液堤內面積6 720 m2。汽油密度0.77 g/m L；汽油燃燒熱43 000 kJ/kg，汽油燃燒速度0.022 5 kg/（m2·s）。

二、泄漏事故分析

汽油是易揮發、易燃的液體，儲存在常溫、常壓儲罐中，儲罐及管道因質量問題出現裂紋，使得罐體與管道、閥門連接處松動，就有可能引起汽油泄漏。汽油泄漏后，會聚集在防液堤內或地勢低洼處形成一個液池。由于汽油閃點很低，極易燃燒，一旦遇到點火源就會引發池火災。

三、泄漏計算

1.泄漏速度。汽油的泄漏速度可用流體力學中的伯努利方程計算，其泄漏速度為

式（1）中，Q0為流體泄漏速度，Cd為流體泄漏系數，A為裂口面積，ρ為泄漏流體密度，P為特體的儲存壓力，P0為外界環境壓力，g為重力加速度，h為裂口之上液位高度。

由于出料管為圓形，且儲存物料的雷諾數都小于100，故其泄漏系數Cd為0.50；管道直徑為100 mm，經計算可知裂口面積A為 0.007 85 m2。

將相關數據代入式（1），可得Q0＝ 42.312 kg/s。

2.液池半徑。液池半徑根據液池面積計算。

（1）瞬時泄漏（泄漏時間不超過30s）可按下式計算：

式（2）中，r 為液池半徑，m為泄露的流體質量，p為設備內的液體壓力，t為泄漏時間。汽油泄漏時間為30 s時，將相關數據代入式（3），可得r30s＝ 1.36 m

（2）連續泄漏（泄漏持續10 m in以上）時，液池半徑按下式計算：

汽油儲罐泄漏時間為10 min時，將相關數據代入式（3），可知 r10min＝271.36 m。

上述方法所得的液池半徑是根據無防溢堤時液體泄漏所達的面積計算的，但是一般儲罐區防溢堤的面積遠小于計算所得液池面積，故在實際計算時可根據防護堤所圍池的面積S來計算池直徑D，計算公式如下：

考慮到該儲罐區防液堤內面積6 720 m2，則泄漏10 m in液池半徑為40.06 m。

四、汽油儲罐泄漏池火災事故模擬分析計算

汽油液體泄漏后會形成液池，由于汽油極易揮發，隨著溫度和壓力的上升，油料的揮發速度也逐漸加快，揮發的油蒸氣迅速與空氣混合，形成可燃混合氣，一旦遇到足夠的點火能量，就會發生池火災。本文，筆者模擬池火災事故形式，對其進行分析和評價。

1.確定火焰高度。計算公式如下：

式（5）中，H為火焰高度， D為直，（泄漏30s時D為2.72m，泄漏10 m in時D為80.12m），mf為燃燒速率，p0為空氣密度（常溫為1.293 kg/m3）。將上述數據代入式（5），有

H30s＝3.753 m，H10min＝40.073 m。

2.液池燃燒總熱輻射通量。火災主要通過輻射熱的方式破壞周圍環境設施，當火災所產生的熱輻射強度足夠大時，可使周圍的物體變形或燃燒，強烈的熱輻射可能燒死或燒傷周圍的工作人員，毀壞儲油裝置或設備。液池燃燒時放出的總熱輻射通量按下式計算：

式（6）中，Q 為總熱輻射通量； η為效率因子，可取0.13～ 0.35，一般取0.15；Hc為液體燃燒熱。

將相關數據代入式（5），可得

Q30s＝677.096 W，Q10min＝270 408.568 W。

3.汽油儲罐泄漏池火災傷害半徑。假設全部熱輻射量由液池中心點的小球面輻射出來，則在距離池中心某一距離r處的入射熱輻射強度為

式（7）中，I為熱輻射強度，X為目標到液池中心的水平距離，tc為熱傳導系數，在無相對理想的數據時，可取值為1。

熱輻射造成的損壞情況取決于人員或設備、物體所在位置的輻射熱的大小。可以按單位表面積受到熱輻射的大小計算熱輻射量，也可以按單位表面積受到的熱輻射功率的大小計算熱輻射量。不同入射熱輻射通量造成的損失見表1。

表1 不同熱輻射通量造成的損失

根據式（5）以及表1熱輻射入射通量所造成的事故損失情況，計算事故傷害半徑，計算結果見表2。

表2 汽油儲罐泄漏池火災傷害半徑

由表2可知，瞬時泄漏時池火災傷害半徑比較小，對周圍設備的破壞程度也比較小，但是如果是連續泄漏10 m in以上的池火災，對周圍工作人員及設備的破壞就很大。