港區加油站埋地儲油罐爆炸危險性定量分析

劉動動 劉斌(日照中燃船舶燃料供應有限公司，山東 日照 276800)

0 引言

港區加油站是港口必要的生產輔助性設施，承擔著港內作業機械及進出港車輛的供油服務。加油站通常儲存大量的汽油、柴油，儲存的油品易揮發，揮發油品蒸氣的密度比空氣重，易在低洼處積聚，形成易爆炸性混合氣體，遇到點火源容易發生火災甚至爆炸事故，一旦發生火災爆炸事故，將可能會造成人員傷亡和重大財產損失等嚴重后果，因此發生火災爆炸事故是加油站面臨的最大威脅。本文通過研究港區加油站埋地儲罐爆炸時放出的能量，確定各種傷害效應的安全距離，對預測事故影響范圍和做好加油站火災爆炸事故應急救援具有重要意義。

1 港區加油站概況

本文以日照中燃公司港區加油站為例進行埋地儲油罐爆炸危險性定量分析。日照中燃港區加油站位于日照港石臼港區，擁有雙槍雙油品潛油泵加油機4臺，埋地油罐共5個(95#汽油、92#汽油30m3儲罐各1個，柴油40m3儲罐3個)，油罐總容積120m3(柴油油罐容積折半計算)，根據《汽車加油加氣站設計與施工規范》該港區加油站屬于二級加油站。

港區加油站埋地儲罐發生火災爆炸事故的影響范圍及造成的危害最大，如果儲罐內的混合油氣達到爆炸極限，遇到明火、靜電放電火花、雷電等，并達到燃燒所需的最低能量，就可能會發生火災甚至爆炸事故。加油站在嚴格按照《汽車加油加氣站設計與施工規范》的規定，做好防雷電、防靜電、防電火花、防明火、防高溫、防泄漏滿溢等方面安全技術措施以及規范操作的情況下，埋地油罐發生爆炸事故的概率很小[1]。

2 爆炸危險性定量分析

日照中燃港區加油站儲油罐按照《汽車加油加氣站設計與施工規范》要求，埋設在砂質土壤中。本文以日照中燃公司港區加油站為例，根據巖土中的爆炸力學理論、G.M萊克霍夫爆炸沖擊波超壓與距離的關系式推算出儲罐爆炸釋放的能量和沖擊波對人、建筑物影響的范圍。

2.1 爆炸釋放的能量(TNT當量)

根據爆炸力學理論，可以將易燃易爆物質爆炸時釋放的能量，換算成TNT當量來表示，即認為事故爆炸產生的破壞后果與多少質量TNT爆炸造成的破壞程度相當。

式中：mTNT為蒸氣云的TNT當量(kg)；?為蒸氣云的當量系數，通常取值0.04；mf為蒸氣云爆炸中燃燒物燃燒的質量(kg)；Qf為燃燒物的燃燒熱(kJ/kg)；QTNT為TNT 的爆炸熱(kJ/kg)。

根據爆炸性混合氣體爆炸極限范圍，計算出儲罐中爆炸性混合氣體的爆炸TNT當量。查閱相關資料：汽油的爆炸極限1.3%～6.0%，柴油的爆炸極限0.5%～4.1%，汽油蒸氣相對標準狀態下干空氣的密度為3.5，柴油蒸氣相對標準狀態下干空氣的密度為4.0，標準狀態下干空氣的密度為1.293kg/m3，汽油的燃燒熱為4.37×104kJ/kg，柴油的燃燒熱為4.35×104kJ/kg，TNT的爆炸熱為4.52×103kJ/kg。利用上述公式，以每個油罐容積為限，可以計算出達到爆炸極限時油品蒸氣的爆炸能量，并根據危險概率求和原則，對港區加油站的5個埋地儲罐進行了加和計算，結果如表1所示。

2.2 各種傷害效應的安全距離分析

如前所述，港區加油站埋地儲罐由沙土覆蓋和充填，采用G.M萊克霍夫爆炸沖擊波超壓與距離的關系式，估算出爆炸沖擊波對人員的傷害和建筑物的影響范圍。

表1 港區加油站埋地儲罐爆炸能量計算結果

式中：Δpm為爆炸沖擊波超壓(kgf/cm2)；R為爆炸中心到所研究點的距離(m)；mTNT為蒸氣云的TNT當量(kg)。

由公式(2)，可得：

根據超壓準則，爆炸波超壓決定爆炸沖擊波對目標的傷害程度，當爆炸沖擊波超壓大于等于某臨界值時，才可能會對目標造成傷害。否則，爆炸沖擊波將不會對目標產生影響。按照超壓準則，討論分析埋地儲油罐爆炸沖擊波對人員和建筑物影響情況，如表2和表3所示[2]。設Δp=Δpm，按照危險最大化原則，將各儲罐爆炸能量最大值代入公式(3)，可得出港區加油站埋地儲油罐爆炸沖擊波對人員傷害和建筑物破壞的距離。可以通過參照文獻中給出的TNT藥量爆炸對于目標傷害情況的相關數據[3,4]，討論埋地儲油罐爆炸沖擊波對人員及建筑物的影響情況。

由表2可知，若港區加油站發生儲油罐爆炸事故，距離8.6m以外則可以保證人員不受爆炸沖擊波傷害。

由表3可得，若港區加油站發生儲油罐爆炸事故，距離油罐區13.7m以外，可以保證周邊建筑物不受爆炸沖擊波損壞。

表2 埋地儲油罐爆炸沖擊波對人員的傷害距離

表3 埋地儲油罐爆炸沖擊波對建筑物的破壞距離

3 結語

(1)根據爆炸性性混合氣體爆炸極限范圍，計算出各儲罐中爆炸性混合氣體的爆炸TNT當量：汽油30m3埋地油罐的爆炸TNT當量為0.68kg～3.15kg；柴油40m3埋地油罐的爆炸TNT當量為0.40kg～3.27kg；按照危險概率求和原則，日照中燃公司港區加油站5個埋地儲罐的總爆炸TNT當量為2.56kg～16.11kg。

(2)采用G.M萊克霍夫爆炸沖擊波超壓與距離的關系式，估算出日照中燃港區加油站埋地儲油罐爆炸沖擊波對人員和建筑物的安全距離分別為8.6m和13.7m。