氫能源動力輕軌車輛基地火災爆炸風險評價*

李慶升 賈運亮 詹文田 陸繼榮 曾嘉偉 張新

(1.佛山市高明現代軌道交通建設投資有限公司 廣東佛山 528500； 2.中車青島四方機車車輛股份有限公司 山東青島 266031； 3.中聯科銳消防科技有限公司 長沙 410004 )

*基金項目：湖南省自然科學基金(2020JJ7037) ；長沙市雨花區科技計劃項目(YHKJ-2020-CZ-17) 。

0 引言

氫能源有軌電車作為一種新型交通模式已在我國佛山市率先載客運營，其作為城市輕軌交通的重要組成部分，與地鐵、公交等傳統公共交通工具形成了有益互補。在軌道交通應用方面，氫能源有軌電車以其低成本投建運維、建設周期短、節能環保等多重優勢被地方政府所重視[1-2]。雖然氫能源有著傳統能源不可替代的優勢，但是如果在日常運營中因管理不當或者設施設備故障導致氫氣泄漏發生火災、爆炸事故，則可能造成嚴重的人員傷亡和財產損失[3]。為此，本文采用Dow火災、爆炸指數法對氫能源動力輕軌潛在的火災、爆炸危險性進行分析，以期為運營單位制定安全對策提供可靠、科學的依據。

火災、爆炸指數法(F&EI)是由美國道化學公司開發的，其主要用于評價工藝單元潛在的火災、爆炸風險，該方法利用火災、爆炸數據統計資料、物質蘊含的能量和現有的安全措施，通過計算一系列參數的火災、爆炸指數來評價工藝單元的火災、爆炸危險程度，經過幾十年的發展，目前已更新到了第7版[4]，在世界范圍內有著廣泛的影響，其評價流程如圖1所示[5]。

圖1 Dow火災、爆炸危險指數法評價程序示意

1 火災、爆炸指數法在氫能源動力輕軌車輛基地的應用

1.1 評價單元描述

本文以廣東佛山高明區現代有軌電車示范線智湖車輛基地為例，對其進行風險評價研究。智湖車輛基地總占地面積約2.6 hm2，主要建筑物有停車列檢庫(建筑面積約1 130 m2)、月檢臨修庫(建筑面積約870 m2)、洗車庫(建筑面積約190 m2)、鏇輪庫(建筑面積約370 m2)、蓄電池間(建筑面積約134 m2)、綜合樓(建筑面積約4 056 m2)等。

智湖車輛基地涉氫場所主要是停車列檢庫、月檢臨修庫和洗車庫，此3個場所一般為獨立的功能場所，用輕鋼結構進行分隔，因此本文主要針對此3個場所進行火災、爆炸風險評估分析，各自劃分為一個工藝單元。

1.2 物質系數和危險系數的確定

通過查道化學火災、爆炸危險指數評價法(第7版)可知，氫氣的物質系數為21[4]。

(1)一般工藝危險系數F1。停車列檢庫、月檢臨修庫和洗車庫的一般工藝危險系數F1值計算如表1所示，分別為2.10、2.25和2.15。

表1 F1值計算

(2)特殊工藝危險系數F2。停車列檢庫、月檢臨修庫和洗車庫的特殊工藝危險系數F2值計算如表2所示，均為3.50。

表2 F2值計算

(3)工藝單元危險系數F3。工藝單元危險系數F3=F1×F2，根據表1和表2，可以得到停車列檢庫、月檢臨修庫和洗車庫危險系數F3的值，分別為7.35、7.88和7.53。

1.3 計算火災、爆炸危險指數F&EI

火災、爆炸危險指數F&EI是物質系數(MF)和工藝單元危險系數(F3)的乘積，即F&EI=MF×F3[6]。經計算，停車列檢庫、月檢臨修庫和洗車庫火災、爆炸危險指數F&EI分別為154.35、165.48和158.13。

針對計算出的火災、爆炸危險指數，依據數值大小將其分成了若干個危險等級以便區分，F&EI值與對應的危險等級如表3所示[7]。

表3 F&EI值及危險等級

由表3可知，停車列檢庫、月檢臨修庫和洗車庫的危險等級分別為“很大”、“非常大”、“很大”。

1.4 安全措施補償系數C

安全措施分為工藝控制(C1)、物質隔離(C2)、防火措施(C3)。停車列檢庫、月檢臨修庫和洗車庫安全措施補償系數計算見表4。

表4 安全措施補償系數

1.5氫能源動力輕軌車輛基地工藝單元安全評價與分析

1.5.1 危害系數、暴露半徑和暴露面積

氫氣的物質系數為21，其危害系數可根據下式計算[4]：

y=0.340 314+0.076 531x+0.003 912x2-0.000 73x3

式中，y表示危害系數，x表示工藝單元危險系數(F3)。經計算，停車列檢庫、月檢臨修庫和洗車庫的危害系數分別為0.82、0.83和0.83。

暴露區域半徑決定了暴露區域的大小[8]，停車列檢庫、月檢臨修庫和洗車庫的火災、爆炸暴露半徑及暴露面積如表5所示。

1.5.2 財產損失

(1)暴露區域內財產更換價值。由于氫能源動力輕軌停車列檢庫、月檢臨修庫和洗車庫評價單元內設施設備種類較多，且不同的車輛基地投資建設成本也各不相同，因此這里對財產損失只介紹計算方法。假設停車列檢庫、月檢臨修庫和洗車庫評價單元內財產更換價值分別為A1、A2、A3。

表5 暴露半徑和暴露面積計算

(2)基本最大可能財產損失?；咀畲罂赡茇敭a損失(BaseMPPD)的值為更換價值乘以危害系數，則停車列檢庫、月檢臨修庫和洗車庫評價單元內的基本最大可能財產損失分別為0.82A1、0.83A2、0.83A3。

(3)實際最大可能財產損失。實際最大可能財產損失(ActualMPPD)的值為基本最大可能財產損失乘以安全措施補償系數C，則停車列檢庫、月檢臨修庫和洗車庫評價單元內的實際最大可能財產損失分別為0.62A1、0.63A2、0.63A3。

2 評價結果與結論

2.1 評價結果

補償前停車列檢庫、月檢臨修庫和洗車庫的危險等級分別為“很大”、“非常大”、“很大”，經過安全補償后，其火災、爆炸危險等級均降至“中等”，如表6所示。

表6 F3值計算

經過上述分析，可列出停車列檢庫、月檢臨修庫和洗車庫評價單元內各危險分析數據，如表7所示。

表7 停車列檢庫、月檢臨修庫和洗車庫危險分析匯總

2.2 評價結論

(1)采用Dow火災、爆炸危險指數法對氫能源動力輕軌車輛基地中的停車列檢庫、月檢臨修庫和洗車庫進行了風險評價研究，得到了火災爆炸指數、暴露半徑、暴露面積以及財產損失等數據。結果表明，若發生火災、爆炸事故，事故影響范圍或區域大、經濟損失重。

(2)氫能源動力輕軌車輛基地中的停車列檢庫、月檢臨修庫和洗車庫在沒有安全措施補償前，火災、爆炸危險指數F&EI分別為154.35、165.48和158.13，危險等級分別為“很大”、“非常大”、“很大”；在采取了安全措施補償后，其火災、爆炸危險等級均將至“中等”。這表示在氫能源動力輕軌車輛基地設計與運營過程中，應當采取必要的安全措施以降低火災、爆炸風險。

3 結語

采用火災、爆炸指數評價法，可以得到氫能源動力輕軌車輛基地中的停車列檢庫、月檢臨修庫和洗車庫的危險性，車輛基地各評價單元的危險等級為很大或非常大，通過采取一些安全措施可以降低其危險性。氫能源動力輕軌作為一種新的公共交通模式，其運營管理尚無經驗可循，在日常運營管理中，運營方應積極采取制定針對性的安全管理對策，明確重大危險源區域崗位職責部門及責任人，加強設施設備的維護保養工作，確保氫能源動力輕軌的安全運營。