LNG儲罐事故模擬分析

要棟梁 (北京市勞動保護科學研究所 北京 100054)

LNG儲罐事故模擬分析

要棟梁 (北京市勞動保護科學研究所 北京 100054)

本文應用挪威船級社的SFETI軟件對某液化天然氣儲罐進行事故模擬，分別選用泄漏擴散、池火災和爆炸模型進行模擬計算，得出不同事故的傷害范圍和影響區域，為事故救援和防災減災提供了理論依據。

液化天然氣；事故模擬；泄漏

天然氣是現代化城市生活和工業生產的一種重要能源，為國家“十二五”能源規劃發展的重點，發展天然氣可以減輕城市污染、提高人民生活水平和工業產品質量，社會綜合效益顯著。液化天然氣（Liquefide NaturalG as，簡稱LNG）是經過凈化處理、低溫液化后的液態天然氣，體積僅為原來的1/625，比天然氣更清潔、熱值更高、在儲存、運輸、貿易和應用方面更有優勢，在天然氣產業發展過程中，液化天然氣將是重要的組成部分，對提高天然氣利用效率、擴展天然氣應用領域有重要作用。

一、風險分析方法

目前存在的各類定量風險分析方法較多，本文應用挪威船級社的SF ET I軟件進行事故模擬分析。SAF ET I軟件則是用于定量風險分析和危險性評價的計算軟件，完成危險辨識、事故后果模型、事故頻率分析、綜合危險定量分析的功能。廣泛用于風險評價、工廠選址與設計、區域和土地使用決策、運輸方案優化、設計優化、提供可接受性安全標準等方面的量化分析。軟件建立在大量實驗的基礎上得出數學模型，有很強的可信度。不僅可以對常見的各種工業災害事故進行較為準確的模擬分析,還可以分析事故發生的頻率和事故后果對個人和環境的風險值[1]。

該軟件可以通過輸入相關的工藝設備參數，選擇某一事故情景（如設備的災難性破壞、泄漏或連接管線失效等），對物料的釋放過程進行模擬；然后采用相應的彌散模型對泄漏出的物料的擴散或蒸發過程進行模擬，得到可燃易燃或有毒云團的分布結果；運用一定的火災模型對事故火災影響范圍進行模擬，運用一定的爆炸模型對爆炸事故的影響范圍進行模擬。

二、危險性分析

液化天然氣具有低溫、易燃、易爆、易蒸發、易擴散、易流淌、易產生靜電荷的特點。其火災的特點是火焰傳播速度快、質量燃燒速率大、火焰溫度高、輻射熱強，易形成大面積火災，具有復燃性、復爆性，難于撲滅[2]。

進行事故模擬前，首先應該選定模擬對象和模擬參數。本次模擬對象選取一個5000m3的液化天然氣儲罐，常溫低壓儲存（-162℃），發生災難性破裂的事故情景。該儲罐直徑為22m，高19m，設置在防火堤內，罐區長69m，寬50m，防火堤高2 m。

不同氣象參數和地形條件對模擬的結果影響很大。地形條件假定為開闊陸地擴散，無障礙物。氣象條件假定為：風速2.5m／s，考慮最惡劣狀況，風向吹向監測位置；大氣穩定度為D級；環境溫度為20℃；大氣壓力為101kPa。

三、事故模擬

依據工藝特點及天然氣的特性，以及氣象、地形等條件，選取液化天然氣儲罐泄露發生池火災、罐體完全發生破裂泄露擴散及發生火災爆炸的事故情景進行模擬分析。

1.池火災事故模擬

該情景采用池火災模型進行模擬計算，將其他形狀的罐池均按照面積等效成圓形液池進行計算。將該液化天然氣罐池按照面積換算，得到等效半徑為33m的圓形。池火災危害主要是火焰范圍及熱輻射引起的危害，經計算可知，熱輻射值隨著池火距離的增大而減小，達到37.5kW/m2的最遠距離為62.2m，達到12.5kW/m2的最遠距離為108.0m，達到4kW/m2的最遠距離為174.6m。圖1模擬了不同熱輻射條件下的影響范圍。

圖1 池火災模擬分析不同輻射區域圖

2.泄露擴散事故模擬

LNG儲罐完全破裂后，液化天然氣會急劇氣化，氣體會順下風向迅速擴散，很快達到爆炸極限，研究天然氣能夠達到的最遠爆炸極限，對于影響區域內應采取的防火防爆等安全措施具有很現實的指導意義。該模型還可以設定既有目標坐標值，研究泄露氣體在既有目標的位置可能達到的相關濃度，從而采取針對性的措施，將事故危害降到最小，該模型計算了距離事故中心50m、100m、200m處可能達到的氣體濃度。

采用泄露擴散模型對LNG儲罐完全破裂的事故情景進行模擬計算，達到爆炸上限、爆炸下限及1/2爆炸下限的擴散范圍是分別為129.3m、367.2m、678.9m，在50m、100m、200m處的擴散濃度分別為449574ppm、274322ppm、85328ppm。具體計算結果見表2。

由計算結果可知，LNG儲罐完全破裂情況下，能夠達到爆炸極限的可燃氣體最遠能夠達到367.2m；在200m的既有目標處，可燃氣體濃度值在爆炸極限范圍內，應該采取防火防爆措施，人員應及時疏散并撤離，且在可燃氣體可能影響范圍內的所有目標均應進行安全性分析和考慮。

表2 罐體破裂導致大量氣體泄漏計算結果

圖2模擬了液化天然氣儲罐完全破裂后，液池蒸發速率與時間變化的結果：在事故初始階段液化天然氣的蒸發速率最大，達到了315kg/s；隨著時間的推移，蒸發速率急劇減小，在20min內下降到80 kg/s；隨后蒸發速率進入一個平緩的下降期，在40min內下降到60 kg/s，約在2h內蒸發完畢。

圖2 罐體破裂液池蒸發速率隨時間變化圖

3.火災爆炸事故模擬

火災爆炸事故是化工生產中最嚴重的事故類型，其造成的影響范圍大，破壞性強，一旦發生便是災難性的。該軟件選用T NT當量爆炸模型對液化天然氣儲罐進行模擬計算，得出沖擊波對人員財產的影響。

經模擬計算，火災爆炸事故造成的輕傷半徑、重傷半徑、死亡半徑最遠距離分別為4271.6m、1106.0m、855.8m。圖3模擬了天然氣爆炸形成的沖擊波造成不同程度傷害的影響范圍。

圖3 TNT當量爆炸模型模擬分析不同程度傷害區域

結論及探討

1.SFET I作為一種定量風險評價軟件，能很好地對石油、化工裝置中各種事故進行定量風險模擬與評價，并能將評價結果以圖表的形式直觀形象地表達出來[3]。但要想得出科學準確的模擬結果，必須建立在對物料特性的認真了解，對工藝裝置的深入分析之上，應結合工程實際對模擬過程中每項參數都要加以推敲，必要時進行對比分析，從而使模擬結果更準確地反映工程事故實際。

2.發生池火災事故時，熱輻射值隨著池火距離的增大而減小，而隔堤的存在與有效性對池火災的輻射范圍影響很大。因此，在應急救援時應保證一定的安全救援距離，根據火災熱輻射危害區域進行相應的耐火保護，并在必要的情況下盡可能建設隔堤，以實現對泄露液體的有效隔離、截留，將事故控制在一定范圍。

3.從泄漏擴散事故后果仿真看出，在給定的事故條件下，可燃氣體擴散范圍較廣，影響區域會擴展到一定范圍；因此，應根據泄漏擴散區域，采取一定的防火防爆和其它安全防護措施，做好應急救援工作。

4.大型LNG儲罐發生爆炸事故后，影響范圍會非常大，后果非常嚴重。因此，大型LNG儲罐的選址一定要謹慎，地質條件應穩定可靠，以防止地震等自然災害造成儲罐的破裂，要盡可能遠離人員密集地區和其他敏感區域和設施，確保人民生命和財產的安全。

5.不同的事故產生的危害程度不同，應根據不同的事故類型制定不同的應急救援措施，在企業進行事故應急救援時應根據實際情況來確定人員疏散方案、救援范圍和安全防護距離。

[1]秦言杰等.SFETI模擬氯氣泄漏事故的參數選擇及后果模擬[J].工業安全與環保,2010,36（5）:52-54.

[2]張國輝.大型LNG儲罐災難性破裂后LNG擴散范圍分析[J].安全健康和環境,2005,5（7）.

[3]陳國華等.LNG泄漏事故后果模擬與定量風險評估[J].天然氣工業,2007,27（6）:133-135.

The Accident Simulation Analysis of LNG Tank

Yao Dong-liang (Beijing Municipal Institute of Labor Protection, Beijing, 100054, P. R. China)

Based on the software SAFETI coming from Norway Veritas,accident simulation of a liquefied natural gas storage tanks are selected.Leakage and diffusion,tank fire and explosion model was used to simulate the damage scope and impact area.It can provide a theoretical basis for the emergency rescue and disaster prevention and mitigation.

Liquefide Natural Gas,accident simulation,leakage.