PHAST軟件在罐區(qū)集液池?zé)彷椛溆绊懛秶械膽?yīng)用

李丹丹，者 莉，田 駿，劉永鐸

（中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司 華北分公司，河北 任丘 062552）

PHAST軟件在罐區(qū)集液池?zé)彷椛溆绊懛秶械膽?yīng)用

李丹丹，者 莉，田 駿，劉永鐸

（中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司 華北分公司，河北 任丘 062552）

以某液化天然氣站場為例，分別采用PHAST軟件和GB50183-2004中推薦的經(jīng)驗(yàn)公式對液化天然氣罐區(qū)集液池火災(zāi)熱輻射影響范圍進(jìn)行計(jì)算。考察了泄露孔徑、風(fēng)速及大氣穩(wěn)定度對集液池火災(zāi)熱輻射范圍的影響，為項(xiàng)目選址和總平面布置提供指導(dǎo)。

罐區(qū)集液池；池火災(zāi)；PHAST

在液化天然氣（LNG）站場中，集液池是指用于收集站場中的溢出或泄漏的 LNG或易燃制冷劑的一種坑池。LNG站場的罐區(qū)集液池主要考慮儲罐進(jìn)出管道、閥門和法蘭等事故的溢出或泄漏，不適用于儲罐本身的事故破裂。集液池在儲罐泄漏后與敞口甲類容器相似。當(dāng)罐區(qū)發(fā)生池火災(zāi)時，集液池不能簡單的參照敞口容器確定區(qū)域布置防火間距。GB50183-2004［1］規(guī)定了集液池至室外活動場所、建（構(gòu)）筑物的隔熱距離。具體內(nèi)容如下：

1）熱輻射量達(dá)4 kW/m2界線以內(nèi)，不得有50人以上的室外活動場所［1］。

2）熱輻射量達(dá)9 kW/m2界線以內(nèi)，不得有活動場所、學(xué)校、醫(yī)院、監(jiān)獄、拘留所和居民區(qū)等在用建筑物［1］。

3）熱輻射量達(dá)30 kW/m2界線以內(nèi)，不得有即使是能耐火且提供熱輻射保護(hù)的在用構(gòu)筑物［1］。

集液池?zé)彷椛溆绊懛秶难芯繉φ緢龅倪x址、總平面布置具有重要指導(dǎo)意義。因此，有必要對LNG罐區(qū)集液池?zé)彷椛溆绊懛秶M(jìn)行研究。

1 PHAST軟件模擬計(jì)算

1.1 PHAST軟件介紹

PHAST（Prcoess Hazard Analysis Software Tool）軟件是工藝危險(xiǎn)源分析的一種工具，通過軟件中的數(shù)學(xué)模型可預(yù)測由油、氣所產(chǎn)生的安全事故的危險(xiǎn)后果和影響［2］。

PHAST軟件能夠用于計(jì)算泄露、擴(kuò)散、火災(zāi)后果（包括噴射火、池火、閃火和沸騰液體擴(kuò)展為蒸氣云爆炸）、爆炸后果，同時能模擬各種氣象條件，是在定量風(fēng)險(xiǎn)評估中廣泛使用的軟件之一。

1.2 事故場景

本項(xiàng)目選用水容積為29 000 m3的全包容LNG儲罐，內(nèi)罐為不銹鋼結(jié)構(gòu)，外罐采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性非常高。本計(jì)算場景為進(jìn)料管線發(fā)生泄漏，泄露后的LNG通過導(dǎo)流槽進(jìn)入集液池。

1.3 輸入?yún)?shù)

使用PHAST 7.11中的池火災(zāi)模型計(jì)算集液池?zé)彷椛溆绊懛秶９芫€中的LNG溫度為-162 ℃，壓力為0.45 MPa，LNG摩爾組成為甲烷：98%；乙烷：1.2%；丙烷：0.2%；丁烷：0.6%。

根據(jù) GB50183-2004［1］和 GB/T20368-2012［3］規(guī)定，大氣溫度為21℃，相對濕度為50%；泄露量為10 min內(nèi)最大可能的泄漏量，即21.7 m3；本項(xiàng)目罐區(qū)集液池長、寬、深分別為2.5、2.5、3.5 m。池火模型按圓形液面計(jì)算［4］，因此，將集液池?fù)Q算為等面積的圓池，等效面積為6.25 m2。

根據(jù)AQ/T3046-2013［5］，泄露場景如表1所示。

表1 泄露場景Table 1 Leak scenario

考慮低、高、中三種風(fēng)速及白天和晚上不同的天氣特點(diǎn)，根據(jù)AQ/T3046-2013［5］，中風(fēng)速及大氣穩(wěn)定度的對應(yīng)關(guān)系，確定了5種天氣場景，見表2。其中B表示不穩(wěn)定場景，即少陽或多風(fēng)；D表示中度穩(wěn)定場景，即少陽大風(fēng)或陰天晚上刮風(fēng)；E表示弱穩(wěn)定場景，即白天陰天或晚上少刮風(fēng)的場景。

表2 天氣場景Table 2 Weather scenario

1.4 計(jì)算結(jié)果與分析

根據(jù)泄露孔徑、風(fēng)速及大氣穩(wěn)定度的不同，本文共計(jì)算了15種場景下的池火災(zāi)事故后果，計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表3 池火災(zāi)熱輻射影響范圍Table 3 Pool fire radiation

1.4.1 泄露孔徑對熱輻射范圍的影響

在同一天氣場景中，集液池?zé)彷椛溆绊懛秶淖兓厔荼憩F(xiàn)為大孔泄露=中孔泄露＞小孔泄露。泄露孔徑的不同，直接影響泄露速率和泄露量。發(fā)生中孔泄露和大孔泄露時，泄露速率分別為5.81 kg/s、 92.93 kg/s；進(jìn)入集液池的LNG總量均為9358.6 kg，即GB50183-2004［1］中規(guī)定的最大泄露量。泄露量相同時，池火災(zāi)影響范圍與泄露孔徑無關(guān)。發(fā)生小孔泄露時，泄露速率為0.23 kg/s，進(jìn)入集液池的LNG總量僅為828 kg，小于中孔泄露和大孔泄露的泄露總量。因此，小孔泄露引起的池火災(zāi)影響范圍小于中孔泄露和大孔泄露。

1.4.2 風(fēng)速對熱輻射范圍的影響

從計(jì)算結(jié)果可知，其它條件相同時，風(fēng)速越大，其熱輻射影響范圍就越大。以大孔泄露場景為例，見圖1。

風(fēng)速影響氣層的擾動程度。在熱量輻射過程中，風(fēng)速對火焰的下風(fēng)向傾角有直接影響作用。風(fēng)速增大，下風(fēng)向傾角也增大，也就意味著火焰越靠近地面，因此，其影響范圍就會越大［6］。

圖1 風(fēng)速對池火災(zāi)熱輻射的影響Fig.1 Effect of the wind speed in the pool fire radiation

1.4.3 大氣穩(wěn)定度對熱輻射范圍的影響

從計(jì)算結(jié)果可知，其它條件相同時，大氣穩(wěn)定度對熱輻射影響范圍幾乎沒有影響。以大孔泄露場景為例，三條曲線幾乎重合，見圖2。

圖2 大氣穩(wěn)定度對池火災(zāi)熱輻射的影響Fig.2 Effect of the atmospheric stability in the pool fire radiation

2 經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算

2.1 公式介紹

GB50183-2004第 10.3.4的條文說明中給出了計(jì)算公式，圍堰為矩形且長寬比不大于2時，可用如下公式?jīng)Q定隔離距離［1］：

式中，d—到圍堰邊沿的距離，m；

A—圍堰的面積，m2；

F—熱通量校正系數(shù)，即：對于4 kW/m2為3.5；

對于9 kW/m2為2；對于30 kW/m2為0.8。

2.2 計(jì)算結(jié)果

將輸入?yún)?shù)代入公式，其計(jì)算結(jié)果如下：

以上距離從集液池內(nèi)壁算起，將該距離折合為從集液池中心算起，分別為10.51、6.77、3.77 m。

3 計(jì)算結(jié)果對比

天氣場景0.2D為GB50183-2004［1］推薦的天氣場景，因此，以此天氣場景中可能發(fā)生的最嚴(yán)重后果（中孔泄漏和大孔泄漏）作為軟件計(jì)算結(jié)果與經(jīng)驗(yàn)公式的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比(表4)。

軟件計(jì)算結(jié)果與公式計(jì)算結(jié)果相比，軟件計(jì)算結(jié)果略小于經(jīng)驗(yàn)公式的結(jié)果。經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算本身有一定局限性，如未體現(xiàn)風(fēng)速對熱輻射范圍的影響。因此，在總平面布置時，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范要求。

表4 罐區(qū)集液池?zé)彷椛溆绊懛秶鶷able 4 Pool fire radiation of the LNG tank impounding basin

4 結(jié) 論

（1）當(dāng)泄露量不同時，池火災(zāi)熱輻射影響范圍隨泄露孔徑的增大而增大；當(dāng)泄露量相同時，泄露孔徑對池火災(zāi)熱輻射無影響。

（2）相同條件下，風(fēng)速越大，池火災(zāi)熱輻射影響范圍越大。

（3）大氣穩(wěn)定度幾乎不會影響池火災(zāi)熱輻射范圍。

（4）軟件計(jì)算結(jié)果略小于經(jīng)驗(yàn)公式的計(jì)算結(jié)果。總平面布置時，應(yīng)滿足規(guī)范中推薦的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算結(jié)果。。

［1］ GB50183-2004石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范［S］．

［2］ Liang Tao，Chen Guohua , Zhang Ruihua.SAFETI in the application of the result estimation after accident of LPG store vessel［J］. Oil & Gas Storage and Transportation，2006，25（2）: 53-58．

［3］ GB/T20368-201液化天然氣（LNG）生產(chǎn)、儲存和裝運(yùn)［S］．

［4］ 劉詩飛，詹予忠. 重大危險(xiǎn)源辨識及危害后果分析［M］. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社, 2013：86-90．

［5］ AQ/T3046-2013化工企業(yè)定量風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)導(dǎo)則［S］．

［6］ 孫標(biāo)，郭開華. LNG池火熱輻射模型及安全距離影響因素研究［J］.中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2010，9（2）：51-55．

Application of PHAST Software in Calculating the Influence Range of the Pool Fire Radiation of LNG tank Area

LI Dan-dan，ZHE Li，TIAN Jun，LIU Yong-duo
（China Petroleum Engineering Huabei Company，Hebei Renqiu 062552，China）

Taking a liquefied natural gas plant as an example, the influence range of pool fire thermal radiation in LNG tank area was calculated by PHAST software and empirical formula from GB50183-2004. The influences of leak orifice diameter, wind speed and atmospheric stability were investigated, which could provide guidance for project site selection and general layout.

LNG tank impounding basin；Pool fire；PHAST

TE 41

A

1671-0460（2016）11-2650-03

2016-09-09

李丹丹（1985-），女，河北任丘人，工程師，碩士學(xué)位，2012年畢業(yè)于北京化工大學(xué)化工工程與技術(shù)專業(yè)，研究方向：石油天然氣處理。E-m ail：cpeldd@163.com。