LNG储罐事故模拟分析

要栋梁 (北京市劳动保护科学研究所 北京 100054)

LNG储罐事故模拟分析

要栋梁 (北京市劳动保护科学研究所 北京 100054)

本文应用挪威船级社的SFETI软件对某液化天然气储罐进行事故模拟，分别选用泄漏扩散、池火灾和爆炸模型进行模拟计算，得出不同事故的伤害范围和影响区域，为事故救援和防灾减灾提供了理论依据。

液化天然气；事故模拟；泄漏

天然气是现代化城市生活和工业生产的一种重要能源，为国家“十二五”能源规划发展的重点，发展天然气可以减轻城市污染、提高人民生活水平和工业产品质量，社会综合效益显著。液化天然气（Liquefide NaturalG as，简称LNG）是经过净化处理、低温液化后的液态天然气，体积仅为原来的1/625，比天然气更清洁、热值更高、在储存、运输、贸易和应用方面更有优势，在天然气产业发展过程中，液化天然气将是重要的组成部分，对提高天然气利用效率、扩展天然气应用领域有重要作用。

一、风险分析方法

目前存在的各类定量风险分析方法较多，本文应用挪威船级社的SF ET I软件进行事故模拟分析。SAF ET I软件则是用于定量风险分析和危险性评价的计算软件，完成危险辨识、事故后果模型、事故频率分析、综合危险定量分析的功能。广泛用于风险评价、工厂选址与设计、区域和土地使用决策、运输方案优化、设计优化、提供可接受性安全标准等方面的量化分析。软件建立在大量实验的基础上得出数学模型，有很强的可信度。不仅可以对常见的各种工业灾害事故进行较为准确的模拟分析,还可以分析事故发生的频率和事故后果对个人和环境的风险值[1]。

该软件可以通过输入相关的工艺设备参数，选择某一事故情景（如设备的灾难性破坏、泄漏或连接管线失效等），对物料的释放过程进行模拟；然后采用相应的弥散模型对泄漏出的物料的扩散或蒸发过程进行模拟，得到可燃易燃或有毒云团的分布结果；运用一定的火灾模型对事故火灾影响范围进行模拟，运用一定的爆炸模型对爆炸事故的影响范围进行模拟。

二、危险性分析

液化天然气具有低温、易燃、易爆、易蒸发、易扩散、易流淌、易产生静电荷的特点。其火灾的特点是火焰传播速度快、质量燃烧速率大、火焰温度高、辐射热强，易形成大面积火灾，具有复燃性、复爆性，难于扑灭[2]。

进行事故模拟前，首先应该选定模拟对象和模拟参数。本次模拟对象选取一个5000m3的液化天然气储罐，常温低压储存（-162℃），发生灾难性破裂的事故情景。该储罐直径为22m，高19m，设置在防火堤内，罐区长69m，宽50m，防火堤高2 m。

不同气象参数和地形条件对模拟的结果影响很大。地形条件假定为开阔陆地扩散，无障碍物。气象条件假定为：风速2.5m／s，考虑最恶劣状况，风向吹向监测位置；大气稳定度为D级；环境温度为20℃；大气压力为101kPa。

三、事故模拟

依据工艺特点及天然气的特性，以及气象、地形等条件，选取液化天然气储罐泄露发生池火灾、罐体完全发生破裂泄露扩散及发生火灾爆炸的事故情景进行模拟分析。

1.池火灾事故模拟

该情景采用池火灾模型进行模拟计算，将其他形状的罐池均按照面积等效成圆形液池进行计算。将该液化天然气罐池按照面积换算，得到等效半径为33m的圆形。池火灾危害主要是火焰范围及热辐射引起的危害，经计算可知，热辐射值随着池火距离的增大而减小，达到37.5kW/m2的最远距离为62.2m，达到12.5kW/m2的最远距离为108.0m，达到4kW/m2的最远距离为174.6m。图1模拟了不同热辐射条件下的影响范围。

图1 池火灾模拟分析不同辐射区域图

2.泄露扩散事故模拟

LNG储罐完全破裂后，液化天然气会急剧气化，气体会顺下风向迅速扩散，很快达到爆炸极限，研究天然气能够达到的最远爆炸极限，对于影响区域内应采取的防火防爆等安全措施具有很现实的指导意义。该模型还可以设定既有目标坐标值，研究泄露气体在既有目标的位置可能达到的相关浓度，从而采取针对性的措施，将事故危害降到最小，该模型计算了距离事故中心50m、100m、200m处可能达到的气体浓度。

采用泄露扩散模型对LNG储罐完全破裂的事故情景进行模拟计算，达到爆炸上限、爆炸下限及1/2爆炸下限的扩散范围是分别为129.3m、367.2m、678.9m，在50m、100m、200m处的扩散浓度分别为449574ppm、274322ppm、85328ppm。具体计算结果见表2。

由计算结果可知，LNG储罐完全破裂情况下，能够达到爆炸极限的可燃气体最远能够达到367.2m；在200m的既有目标处，可燃气体浓度值在爆炸极限范围内，应该采取防火防爆措施，人员应及时疏散并撤离，且在可燃气体可能影响范围内的所有目标均应进行安全性分析和考虑。

表2 罐体破裂导致大量气体泄漏计算结果

图2模拟了液化天然气储罐完全破裂后，液池蒸发速率与时间变化的结果：在事故初始阶段液化天然气的蒸发速率最大，达到了315kg/s；随着时间的推移，蒸发速率急剧减小，在20min内下降到80 kg/s；随后蒸发速率进入一个平缓的下降期，在40min内下降到60 kg/s，约在2h内蒸发完毕。

图2 罐体破裂液池蒸发速率随时间变化图

3.火灾爆炸事故模拟

火灾爆炸事故是化工生产中最严重的事故类型，其造成的影响范围大，破坏性强，一旦发生便是灾难性的。该软件选用T NT当量爆炸模型对液化天然气储罐进行模拟计算，得出冲击波对人员财产的影响。

经模拟计算，火灾爆炸事故造成的轻伤半径、重伤半径、死亡半径最远距离分别为4271.6m、1106.0m、855.8m。图3模拟了天然气爆炸形成的冲击波造成不同程度伤害的影响范围。

图3 TNT当量爆炸模型模拟分析不同程度伤害区域

结论及探讨

1.SFET I作为一种定量风险评价软件，能很好地对石油、化工装置中各种事故进行定量风险模拟与评价，并能将评价结果以图表的形式直观形象地表达出来[3]。但要想得出科学准确的模拟结果，必须建立在对物料特性的认真了解，对工艺装置的深入分析之上，应结合工程实际对模拟过程中每项参数都要加以推敲，必要时进行对比分析，从而使模拟结果更准确地反映工程事故实际。

2.发生池火灾事故时，热辐射值随着池火距离的增大而减小，而隔堤的存在与有效性对池火灾的辐射范围影响很大。因此，在应急救援时应保证一定的安全救援距离，根据火灾热辐射危害区域进行相应的耐火保护，并在必要的情况下尽可能建设隔堤，以实现对泄露液体的有效隔离、截留，将事故控制在一定范围。

3.从泄漏扩散事故后果仿真看出，在给定的事故条件下，可燃气体扩散范围较广，影响区域会扩展到一定范围；因此，应根据泄漏扩散区域，采取一定的防火防爆和其它安全防护措施，做好应急救援工作。

4.大型LNG储罐发生爆炸事故后，影响范围会非常大，后果非常严重。因此，大型LNG储罐的选址一定要谨慎，地质条件应稳定可靠，以防止地震等自然灾害造成储罐的破裂，要尽可能远离人员密集地区和其他敏感区域和设施，确保人民生命和财产的安全。

5.不同的事故产生的危害程度不同，应根据不同的事故类型制定不同的应急救援措施，在企业进行事故应急救援时应根据实际情况来确定人员疏散方案、救援范围和安全防护距离。

[1]秦言杰等.SFETI模拟氯气泄漏事故的参数选择及后果模拟[J].工业安全与环保,2010,36（5）:52-54.

[2]张国辉.大型LNG储罐灾难性破裂后LNG扩散范围分析[J].安全健康和环境,2005,5（7）.

[3]陈国华等.LNG泄漏事故后果模拟与定量风险评估[J].天然气工业,2007,27（6）:133-135.

The Accident Simulation Analysis of LNG Tank

Yao Dong-liang (Beijing Municipal Institute of Labor Protection, Beijing, 100054, P. R. China)

Based on the software SAFETI coming from Norway Veritas,accident simulation of a liquefied natural gas storage tanks are selected.Leakage and diffusion,tank fire and explosion model was used to simulate the damage scope and impact area.It can provide a theoretical basis for the emergency rescue and disaster prevention and mitigation.

Liquefide Natural Gas,accident simulation,leakage.