航空燃油罐區事故后果模擬與定量風險評估

陳 晨

（江蘇航空職業技術學院，江蘇 鎮江 212134）

近年來隨著航空業的快速發展，航空燃油的需求急速增加，航空燃油屬于易燃液體，其物理形態具有較好的流動性，同時具有較強的揮發性，常見的類型有航空煤油、航空汽油等。航空燃油罐油料泄漏后揮發的油蒸氣一旦遇到點火源易發生火災乃至爆炸事故，該類事故可造成大量人員傷亡、財產損失及嚴重的社會影響[1]。近幾年國內外因油罐內油品泄漏導致的火災、爆炸事故時有發生，如2018年3月新加坡布星島碼頭終端站“3.20”燃油儲罐火災事故，造成千人緊急疏散。油罐一旦泄漏導致燃燒爆炸，如果防控處置不當，甚至可能引發多米諾效應[2-3]。航空油罐發生泄漏之后主要的事故類型是池火災和蒸氣云爆炸。本文采用南京安元QRA定量風險評估軟件將某油庫的航空燃油儲罐作為模擬分析對象，通過設定模擬參數，計算出兩種不同事故類型池火災熱輻射和蒸氣云爆炸帶來的影響范圍與后果，根據結果可優化航空油罐的周邊安全措施，同時可為后面的油罐區設計與事故緊急救援提供參考。此外根據國家相關標準要求和企業實際情況，模擬計算出不同類型事故后果的安全距離，得出航空油罐的個人風險和社會風險，為企業事故防控提供參考[4]。

1 模擬評估方法

1.1 模擬評估項目介紹

本次模擬對象航空燃油儲罐采用的是固定的常壓容器儲罐，容積為1000 m3，罐體周邊設有防火堤，泄漏模式采用泄漏到大氣中-小孔泄漏，燃油泄漏量為260 kg，人員暴露時間為30 s。

1.2 不同類型事故后果分析

航空燃油在常溫下均為液體，溫度升高，航空燃油的揮發性增大，與空氣混合后爆炸危險性增大。航空燃油在高溫下易受熱膨脹，若儲罐內航空燃油裝載過滿，體積與壓力將隨之增加，當超過罐體的承壓能力時，罐體破裂，加之航空燃油具有較強的流動性，增加了火災的風險。航空燃油閃點、自燃點較低，在微弱的點火能作用下有引爆的可能性。由航空燃油的理化特性及火災危險性分析可知，航空燃油發生燃燒爆炸的事故類型為池火災和蒸氣云爆炸[5]。泄漏初始油氣濃度較低，難以形成蒸氣云爆炸，一般僅發生池火災。如果泄漏量不斷增大，油氣混合濃度增大，則較易形成蒸氣云爆炸。

1.3 定量風險評估

本文采用南京安元有限公司開發的QRA定量風險評估軟件系統,該系統軟件可以測算出個人風險、社會風險及其安全防范的距離,并且可以通過圖形表示。輸入環境參數、裝置信息參數以及周邊人口區域分布信息后，可模擬出不同事故類型的后果，軟件計算分析出個人風險值和社會風險值，并能展示出外部安全防護距離。具體流程如圖1所示。

圖1 航空燃油罐在不同事故類型下的定量風險評估流程

2 事故后果仿真模擬參數設定

2.1 氣象條件

航空油罐區域周邊的環境條件因素對事故的后果變化有著直接的影響，根據油罐區所處的位置區域，同時結合數值模擬的需要，設定環境氣象參數，具體環境參數見表1所示，當地風向如圖2所示。

表1 模擬設定環境參數

圖2 航空油罐區域玫瑰風向圖

2.2 項目周邊環境與人員分布情況

該項目所處地勢較為平坦，周邊主要存在工廠、企業宿舍等。對周邊企事業單位進行走訪調研統計其人員情況及出現的概率，具體人員分布情況見表2。

表2 項目周邊環境與人員分布統計表

2.3 裝置參數

模擬裝置為固定的常壓容器和儲罐，裝置體積為2 000 m3，連續泄漏源強＜10 kg/s，主要模擬的事故類型為池火災、蒸氣云爆炸事故，燃料泄漏量500 kg，人員暴露時間30 s，液池半徑33.04 m，蒸氣云質量占容器最大存量的比值0.5，燃料燃燒熱43 000 kJ/kg。

3 事故模擬與定量風險計算

3.1 池火災事故后果模擬

航空油罐泄漏后的池火災后果主要是燃燒產生熱輻射[6-7]。火災發生后現場環境溫度不斷升高，環境熱輻射強度不斷增大，當超過一定的閾值就會給周邊的環境、設備、人員帶來安全威脅。該項目通過模擬計算得出事故后果，其中事故死亡半徑為52.6 m，事故重傷半徑為63.7 m，事故輕傷半徑為91.3 m，財產損失半徑為39.2 m（見圖3）。

圖3 航空油罐區域池火災事故后果模擬圖

3.2 蒸氣云爆炸事故后果模擬

在一定條件下，航空燃油罐發生泄漏后燃油蒸氣首先與空氣進行預混，當混合物的濃度處在爆炸極限濃度范圍之內，遇到火源后極易發生燃燒與爆炸，產生的沖擊波向周圍擴散，即產生爆燃現象。通過模擬計算結果可知，蒸氣云爆炸后死亡半徑為133.9 m，事故重傷半徑為212.77 m，輕傷半徑為413.88 m，財產損失半徑為496.32 m（見圖4）。

圖4 航空油罐區域蒸氣云事故后果模擬圖

3.3 個人風險與社會風險計算

3.3.1 個人風險和社會風險標準

個人風險是一種風險指標，單位為次/年。具體個人風險標準配置如表3所示。

表3 個人風險標準詳細配置（單位：次/年）

社會風險使用標準社會風險曲線(f-N曲線)描述,包括最可承受的風險區、盡可能降低風險區和最無法承受風險區等,圖中的實線代表了該地區的實際社會風險分布狀況,具體內容參見圖5社會風險標準曲線。

圖5 社會風險標準曲線

3.3.2 個人風險和社會風險模擬結果

個人風險和社會風險的值是參照《危險化學品生產裝置和儲存設施風險基準》標準。針對航空燃油罐區的研究，選擇個人可容許風險標準值為1×10-6次/年，可容許的社會風險標準上限為1×10-3次/年，下限為1×10-5次/年。通過軟件系統模擬計算出個人風險曲線圖和社會風險曲線圖。航空燃油庫的社會風險曲線圖如圖6所示。

圖6 社會風險曲線圖

由圖6社會風險曲線圖可看出，模擬對象航空燃油罐區的社會風險曲線的部分值超出了安全區域，這說明此部分設備等因素帶來的風險后果不能接受，此外風險曲線圖還有大部分值處在盡可能降低風險區域，這說明需要加強安全管理，采取安全技術措施對風險進行降低，直至在可接受的范圍內。經模擬發現，航空燃料罐區的一級風險對應外部安全防范距離為94.59 m，二級風險對應外部安全防范距離為366.41 m，三級風險對應外部安全防范距離為621.88 m（如圖7和圖8）。

圖7 個人風險模擬圖

圖8 基于風險的外部安全防護距離圖

4 結論

航空燃油的火災與爆炸的形成與發展是一個復雜的過程，通過定量風險評估軟件模擬計算可得出不同類型事故后果影響及風險范圍，得到如下結論：

（1）航空燃油罐一旦泄露將會發生火災爆炸事故，主要事故后果類型為池火災和蒸氣云爆炸，其中發生池火災事故的死亡半徑為52.6 m，事故重傷半徑為63.7 m，蒸氣云爆炸死亡半徑為133.9 m，事故重傷半徑為212.77 m，蒸氣云爆炸要比池火災事故破壞范圍更大，是造成人員傷亡、財產損失的主要原因，因此要根據重傷及死亡半徑的距離優化航空燃油罐區周邊的布局，同時針對性制定出有效的應急處置方案。

（2）航空燃油罐區的社會風險曲線的部分值超出了安全區域，這部分帶來的風險后果不能接受，社會風險曲線圖還有大部分值處在盡可能降低風險區域，需要加強安全管理，采取安全技術措施對風險進行降低直至到可接受的范圍內。

（3）個人風險曲線圖和外部安全防護距離圖表明建議航空燃油罐區以外366.41 m為風險控制防護距離，此范圍內禁止布置人員密集場所和產生明火的企事業單位。