石油储罐泄漏事故分析

西安石油大学 机械工程学院 王 芳

永平炼油厂 裴建礼

石油储罐泄漏事故分析

西安石油大学 机械工程学院 王 芳

永平炼油厂 裴建礼

随着石油需求量的增加，世界石油资源短缺问题日趋明显，国际油价居高不下。为了应对这一能源形势，世界各国都加强了石油储备战略措施，石油及化工类产品的存储量急剧上升。大多数石化产品都是用专门的贮罐储存的，目前贮罐不仅单体向大型化、综合化方向发展，而且罐群的贮罐数量也在不断增加。与此同时，国内外的油罐油气泄漏及火灾爆炸事故也呈现出增长趋势，因此，保证罐群的安全运行，并最大限度地减小火灾事故的发生，是实施石油战略储备的重要保证。由于石油储罐中储存的石油及其产品一般具有易燃、易爆、易蒸发、易产生静电、受热易膨胀、易流动扩散等特点，一旦储罐区内储罐发生泄漏，极易引发火灾、爆炸等灾害事故。我国每年都要发生数起储罐区储罐的火灾爆炸事故。汽油是用量最大的的轻质石油产品之一，是引擎的一种重要燃料，主要用作汽油机的燃料，广泛用于汽车、摩托车、快艇、直升飞机、农林业用飞机等。溶剂汽油则用于橡胶、油漆、油脂、香料等工业。本文，笔者以汽油为例，对汽油泄漏后可能造成的事故、池火灾进行分析，并对其事故后果的危险性进行定量评价，为此类事故的预防、紧急救援提供理论参考依据。

一、研究对象和基本参数

以圆柱形浮顶储罐为研究对象，储罐体积2 000 m3（常压），出料管道直径100 mm；裂口之上液位高5 m。储罐区防液堤内面积6 720 m2。汽油密度0.77 g/m L；汽油燃烧热43 000 kJ/kg，汽油燃烧速度0.022 5 kg/（m2·s）。

二、泄漏事故分析

汽油是易挥发、易燃的液体，储存在常温、常压储罐中，储罐及管道因质量问题出现裂纹，使得罐体与管道、阀门连接处松动，就有可能引起汽油泄漏。汽油泄漏后，会聚集在防液堤内或地势低洼处形成一个液池。由于汽油闪点很低，极易燃烧，一旦遇到点火源就会引发池火灾。

三、泄漏计算

1.泄漏速度。汽油的泄漏速度可用流体力学中的伯努利方程计算，其泄漏速度为

式（1）中，Q0为流体泄漏速度，Cd为流体泄漏系数，A为裂口面积，ρ为泄漏流体密度，P为特体的储存压力，P0为外界环境压力，g为重力加速度，h为裂口之上液位高度。

由于出料管为圆形，且储存物料的雷诺数都小于100，故其泄漏系数Cd为0.50；管道直径为100 mm，经计算可知裂口面积A为 0.007 85 m2。

将相关数据代入式（1），可得Q0＝ 42.312 kg/s。

2.液池半径。液池半径根据液池面积计算。

（1）瞬时泄漏（泄漏时间不超过30s）可按下式计算：

式（2）中，r 为液池半径，m为泄露的流体质量，p为设备内的液体压力，t为泄漏时间。汽油泄漏时间为30 s时，将相关数据代入式（3），可得r30s＝ 1.36 m

（2）连续泄漏（泄漏持续10 m in以上）时，液池半径按下式计算：

汽油储罐泄漏时间为10 min时，将相关数据代入式（3），可知 r10min＝271.36 m。

上述方法所得的液池半径是根据无防溢堤时液体泄漏所达的面积计算的，但是一般储罐区防溢堤的面积远小于计算所得液池面积，故在实际计算时可根据防护堤所围池的面积S来计算池直径D，计算公式如下：

考虑到该储罐区防液堤内面积6 720 m2，则泄漏10 m in液池半径为40.06 m。

四、汽油储罐泄漏池火灾事故模拟分析计算

汽油液体泄漏后会形成液池，由于汽油极易挥发，随着温度和压力的上升，油料的挥发速度也逐渐加快，挥发的油蒸气迅速与空气混合，形成可燃混合气，一旦遇到足够的点火能量，就会发生池火灾。本文，笔者模拟池火灾事故形式，对其进行分析和评价。

1.确定火焰高度。计算公式如下：

式（5）中，H为火焰高度， D为直，（泄漏30s时D为2.72m，泄漏10 m in时D为80.12m），mf为燃烧速率，p0为空气密度（常温为1.293 kg/m3）。将上述数据代入式（5），有

H30s＝3.753 m，H10min＝40.073 m。

2.液池燃烧总热辐射通量。火灾主要通过辐射热的方式破坏周围环境设施，当火灾所产生的热辐射强度足够大时，可使周围的物体变形或燃烧，强烈的热辐射可能烧死或烧伤周围的工作人员，毁坏储油装置或设备。液池燃烧时放出的总热辐射通量按下式计算：

式（6）中，Q 为总热辐射通量； η为效率因子，可取0.13～ 0.35，一般取0.15；Hc为液体燃烧热。

将相关数据代入式（5），可得

Q30s＝677.096 W，Q10min＝270 408.568 W。

3.汽油储罐泄漏池火灾伤害半径。假设全部热辐射量由液池中心点的小球面辐射出来，则在距离池中心某一距离r处的入射热辐射强度为

式（7）中，I为热辐射强度，X为目标到液池中心的水平距离，tc为热传导系数，在无相对理想的数据时，可取值为1。

热辐射造成的损坏情况取决于人员或设备、物体所在位置的辐射热的大小。可以按单位表面积受到热辐射的大小计算热辐射量，也可以按单位表面积受到的热辐射功率的大小计算热辐射量。不同入射热辐射通量造成的损失见表1。

表1 不同热辐射通量造成的损失

根据式（5）以及表1热辐射入射通量所造成的事故损失情况，计算事故伤害半径，计算结果见表2。

表2 汽油储罐泄漏池火灾伤害半径

由表2可知，瞬时泄漏时池火灾伤害半径比较小，对周围设备的破坏程度也比较小，但是如果是连续泄漏10 m in以上的池火灾，对周围工作人员及设备的破坏就很大。