论文总字数：19684字

摘 要

在化工园区，液化石油气储罐区发生的火灾爆炸是相对较为严重的一种，这种经常发生的灾害也一直是个难题，它的发生往往会造成非常严重的后果。

液化石油气（LPG）的主要的组成部分为丙烷、丁烷和少量丙烯和丁烯，本文根据它们的火灾危险特性及球罐储存的优缺点，得出了罐区主要发生的三种火灾爆炸事故类型：（BLEVE）、蒸气云爆炸（UVCE）和池火灾（Pool Fire）。然后以某LPG罐区为例，利用灾害定量评价技术，分别对这三种火灾爆炸事故类型进行了定量评价，计算出了火灾爆炸相应的指标和数据，确定了事故的伤害范围、危险程度等；并提出了在工厂选址、布局、安全管理等方面应采取的事故预防技术措施。

关键词： 液化石油气 球罐 火灾 爆炸 定量评价

Abstract

In the chemical industry park, the fire and explosion in the LPG storage tank area is a relatively serious kind. This kind of frequent disaster has always been a difficult problem, and its occurrence often causes very serious consequences.

The main components of liquefied petroleum gas (LPG) are propane, butane and a small amount of propylene and butene.according to their Fire hazard characteristics and the advantages and disadvantages of spherical tank storage, this paper obtained three main types of Fire and explosion accidents in tank areas: BLEVE, vapor cloud explosion (UVCE) and Pool Fire. Then, taking an LPG tank farm as an example and using the disaster quantitative evaluation technology, the three types of fire and explosion accidents were quantitatively evaluated, the corresponding indicators and data of fire and explosion were calculated, and the damage range and danger degree of the accident were determined. The technical measures of accident prevention should be taken in plant location, layout and safety management.

Keywords: LPG；Spherical tank；Fire；Explosion；Quantitative evaluation

目录

摘要 1

Abstract 2

第一章 绪论 1

1.1液化石油气简介 1

1.2球罐简介 1

1.3研究背景 2

1.4研究目的与意义 3

第二章 LPG罐区火灾爆炸事故类型 4

2.1沸腾液体拓展蒸气爆炸（BLEVE） 4

2.2蒸气云爆炸（UVCE） 4

2.3 池火灾（Pool Fire） 5

第三章 LPG罐区火灾爆炸定量评价方法 6

3.1 LPG罐区的沸腾液体扩展蒸气爆炸（BLEVE）定量评价方法 6

3.1.1 火球最大半径R及持续时间t 6

3.1.2 计算热通量q 6

3.1.3 计算伤害/破坏半径 7

3.2 LPG罐区的蒸气云爆炸（UVCE）定量评价方法 7

3.2.1 TNT当量计算 7

3.2.2 计算伤害/破坏半径 8

3.3 LPG罐区的池火灾（Pool Fire）定量评价方法 9

3.3.1 液池半径的计算 9

3.3.2 液体表面单位面积的燃烧速率 10

3.3.3 计算火焰高度 10

3.3.4 计算池火燃烧时释放的总热辐射通量 10

3.3.5 计算目标入射热辐射强度 11

第四章 某化工厂LPG罐区火灾爆炸定量评价 12

4.1 沸腾液体扩展蒸气爆炸（BLEVE） 12

4.1.1 计算火球最大半径R及持续时间t 12

4.1.2计算热通量q（Pr = 5） 12

4.1.3 计算伤害/破坏半径 13

4.2 蒸气云爆炸（UVCE） 14

4.2.1 计算TNT当量 14

4.2.2 计算伤害/破坏半径 14

4.3 池火灾（Pool Fire） 16

4.3.1 计算液池半径 16

4.3.2 计算LPG表面单位面积的燃烧速度 16

4.3.3 计算火焰高度 17

4.3.4 计算池火燃烧时放出的总热辐射通量 17

4.3.5 计算危害/伤亡半径 18

第五章　LPG罐区的事故预防技术措施 20

5.1 厂址与厂房平面分布的安全措施 20

5.1.1 厂区选址 20

5.1.2 厂区平面布局 20

5.2 防火、防爆的安全措施 21

5.2.1 防止爆炸性气体环境产生 21

5.2.2 消除点火源 21

5.3 安全管理的对策措施 22

5.4 抑制事态扩大的安全措施 23

第六章 结论 25

第一章 绪论

1.1液化石油气简介

在炼油厂内，运用化工设备对石油或者天然气进行加压、降温和液化所得到的一种无色具有挥发性的液体，就是液化石油气（LPG）。它的含量在空气中达到了某一的浓度范围后，遇到明火就能爆炸，并且极易自燃。液化石油气（LPG）主要是由丙烷和丁烷组成，还包含着少量的丙烯、丁烯，而且其还掺杂着微量的戊烷、戊烯和硫化物杂质。LPG具有易燃易爆性、气化性、受热膨胀性、带电性、腐蚀性等特点。

表1-1 液化石油气成分火灾危险特性

1.2球罐简介

图1-1 地上式球罐平面图

在化工领域，外壳呈球形的容器称作为球型容器，其也被称之为球罐。球罐是存储与输运各类液体、气体、液化气的一类高效且经济实用的压力器皿。

球罐与圆筒形容器相比，它的主要优势体现在：

①在相同容积的条件下，球面具有最小的表面积复，设备的净重最小；

②最小的表面积意味着传热面积最小，加之夹层可以抽真空，有利于获得最佳的隔热保温效果；

③在容器具有同样壁厚的条件下，球罐具有最高的承载能力，在相同内压条件下，同材料、同直径的球罐和圆筒形容器，球罐的壁厚只需要圆筒形容器的1/2（不考虑腐蚀裕度）；

④由于壁厚薄、表面积小等原因，一般制造时要比圆筒形容器节约三到四成的钢材。

球罐的主要缺点：

①加工成型需要专用加工工具，加工精度难以保证；

②现场组装技术难度大，质量难以保证；

③球壳虽然净重最小，但成型时材料利用率最低。

1.3研究背景

随着我国经济社会的不断发展而对于石油化工产品需求的迅猛增加，石油化工产业获得突飞猛进的发展。为了保证日常生活的需要，石油化工产业的生产能力^[1]也必须不断得提高，则使得化工园区所设罐组总容量越来越多，罐组输量不断增多，单罐容量也越来越大。当一个巨大的LPG罐区发生泄漏事故时，如果应急处置不及时合理，遇到点火源，就极易造成失控性火灾爆炸事故，其形成的爆炸冲击波以及爆炸热辐射拥有很大的毁坏力，并且伤害范围广，将造成重大的人员伤亡和财产损失。

国内外曾发生过多起LPG罐区池火灾、蒸气云爆炸（UVCE）和沸腾液体扩展蒸气爆炸（BLEVE）事故，伤亡、损失极为严重：

2019年6月21日在新加坡一所液化石油气工厂发生的火灾爆炸事故总共导致一人死亡，两人人受伤，他们均为中国籍员工。2017 年 7 月 21 日，浙江省杭州市西湖区桐庐野鱼馆发生液化石油气泄漏爆炸事故，事故造成 2 人死亡、45 人受伤，并造成了严重的财产损失，直接经济损失高达 700 余万元。^[2]2015年7月16日，日照市岚山区山东石大科技石化有限公司里总容量为15000m³的液化气储罐区发生泄漏并引发了燃烧爆炸事故，造成2名消防员轻伤、7辆消防车毁坏、，周边的建筑物和设施遭到了不同程度的损坏，爆炸引起的冲击波将该罐区周边1km范围内的居民房屋门窗震坏，造成的直接经济损失高达2812万元。这些惨重的事故引起了社会上的广泛关注，如何有效预防LPG罐区发生火灾爆炸事故，保障工作人员和消防官兵的生命安全和身体健康成为亟须研究解决的现实问题。

1.4研究目的与意义

近年来，随着人类生活生活质量的不断提高和石油化工行业的发展，液化石油气的生产能力和用量需求越来越大。^[3]液化石油气具有易燃易爆的特性，在其生产、贮运和使用过程中极易引起火灾爆炸事故，尤其在液化石油气罐区，储罐分布集中且储存量大，一旦发生火灾爆炸事故，将会造成无比严重的后果。^[4]

液化石油气储罐区存在发生大型火灾爆炸事故的风险，且应急处置过程复杂，一旦处置不合理，极易造成大量的人员伤亡。加之当前对于大型油气储罐等火灾爆炸事故的火灾扑救技术与应急处置策略仍是普遍性的实战挑战。因为可供应参照的大中型液化石油气储气罐区域爆炸事故成功救灾的案例比较少，另外大部分消防人员缺少扑救大中型石化型爆炸事故的实际经验，造成消防人员在紧急情况下难以合理有效的处理石油化工型爆炸事故，或许会耽误最佳扑救时机，乃至导致没有必要的人员伤亡。因此，对液化石油气罐区的火灾爆炸危险性进行系统的分析与评价，对罐区做合格的消防设计尤为重要。对液化石油气罐区开展安全评价，主要包括分析和评估火灾爆炸产生的原因以及造成的严重后果，以及可能牵涉到人员财产危害的范围，这对企业实现宏观安全监察管理、预防液化石油气火灾爆炸事故，以及对发生事故后采取合理的应急处置方案具有非常积极的意义。

第二章 LPG罐区火灾爆炸事故类型

沸腾液体扩展蒸气爆炸

立即被点燃

未立即被点燃

池火

液相积聚

LPG储罐泄漏

未立即被点燃

蒸气云爆炸

形成蒸气云

图2-1 LPG泄漏次生灾害类别

2.1沸腾液体拓展蒸气爆炸（BLEVE）

一般状况下，存储在密闭系统当中的过热液体，当系统突发压力泄漏时，毁坏了系统当中的压力平衡，液体快速气化并立刻被引燃而造成的爆炸，称之为沸腾液体拓展蒸气爆炸（BLEVE）。^[5]

沸腾液体拓展蒸气爆炸（BLEVE）产生的能量的三种主要伤害形式：

①自身是高压存储器的液化储气罐，其突然裂开造成超大的能量外泄，形成强大冲击波；

②液化气的剧烈燃烧能够释放出巨大的热能，产生巨大的火球和强烈的热辐射；^[6]

③球罐破损，爆炸超压而使容器碎片飞速抛出，对周围设备，房屋建筑及人员有不同程度的损坏和伤害。

沸腾液体扩展蒸气爆炸（BLEVE）造成的三种伤害形式当中，爆炸物体的热辐射损害是最严重的，而且爆燃冲击波与碎裂片的损害和它相比可以忽略不计，距离越远的地方更是如此。

LPG出现沸腾液体拓展蒸气爆炸形成的火球拥有燃烧速率快，影响范围广和破坏程度深等特点。

2.2蒸气云爆炸（UVCE）

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