某化工厂甲醇储罐区火灾事故伤害范围分析

赵莹（航天长征化学工程股份有限公司兰州分公司 甘肃兰州 730050）

引言

当前化工企业使用、储存、生产过程中经常涉及到易燃液态的危险化学品，该类物质遇到明火、高温很容易发生火灾事故。一旦发生火灾事故将造成重大人员伤亡和财产损失，所以正确的分析火灾事故伤害范围，对提出相应的技术措施，预防重大事故发生有着重要的意义。

一、发生火灾的条件分析

在化工企业生产、储存、使用易燃危险化学品时由于设备损坏、管道腐蚀等容易造成危险化学品的跑、冒、滴、漏现象。工人违章操作、误操作极易导致易燃化学品短时间内大量泄漏。

易燃物质泄漏后遇明火则会发生火灾事故。如果易燃液体蒸发的气体密度比空气大，能在较低除扩散到相当远的地方，遇火源会着火回燃，可能引燃泄漏的液态物质发生火灾事故。

二、火灾伤害范围分析

储存罐区按照《建筑设计防火规范》（G B 50016-2006）的要求，在储罐四周应设有防火堤，当储罐发生泄漏，泄漏液体在防火堤内形成液池，遇到明火后，在防火堤内形成可燃液体表面的自然燃烧。这种可燃液体泄漏后流到地面或防火堤内形成液池，遇火源后燃烧形成的过程成为池火。池火分析模型一般按圆形液面计算，其他形状的液池应换算为等面积的圆池。

具体分析时，考虑储罐区最不利火灾情况为最大储罐一次泄漏量在防火堤内形成池火，燃烧面积为整个防火堤平面面积，若防火堤不是圆形，则在分析时使用防火堤面积换算出当量直径进行分析。

例如：某化工有限责任公司生产甲醇，已知该公司在甲醇成品罐区设置26500 m3的甲醇内浮顶式储罐3座，四周设1.2 m高的砖混结构围堤，防火堤为192 m×68 m，面积13056 m2。假设甲醇在储存过程中由于腐蚀穿孔、焊缝缺陷等原因造成储罐破裂，破损引起甲醇大面积泄漏，遇火源引发池火，则甲醇储罐区火灾事故范围分析如下：

1.燃烧速率

下面是广泛采用的液体单位面积燃烧速率的计算公式。

当液体沸点高于环境温度时：

当液体的沸点低于环境温度时，如加压液化气体或冷冻液化气，其单位面积的燃烧速度为Mf为：

式中：mf——液体单位表面积燃烧速度，k g/(m2·s)；

Qf——液体燃烧热，J/k g；

Cp——液体的定压比热容，J/（k g·K）；

Tb——液体的沸点，K；

Ta——环境温度，K；

Qv——液体在常压沸点下的蒸发热（气化热），J/k g。

一般燃烧速度可从手册中直接查得。经查手册得知：

甲醇的燃烧速度mf＝57.6k g/(m2·h)＝0.016k g/(m2·s)。

2.燃烧时间

池火持续时间按下式计算：

式中：t——火灾持续时间，s；

W——液池液体的总质量，k g；取值

mf——液体单位面积燃烧速度，k g/(m2·s)。

本项目甲醇储罐单罐容积为26500 m3，考虑充装系数0.85，甲醇密度为0.79 g/c m3，故液池液体的总质量为17795000 k g。根据上式计算得出：

本项目池火持续时间t=85184s＝23.66 h。

3.火焰高度

设液池为一半径为r的圆池子，其火焰高度可按下式计算：

式中：h——火焰高度，m；

r——液池半径，m；（甲醇储罐区的当量圆半径，为64.5m）

ρ——周围空气密度，k g/m3；取值1.293 k g/m3。

对于摩擦作用对材料变形的影响，已有不少学者做了研究。李达人等[7]通过数值模拟方法确定了W-40%Cu粉末烧结材料在热加工数值模拟过程中的摩擦因子。邓华红等[8]通过数值模拟研究了叶片精锻过程中摩擦的作用，发现摩擦对温度场和载荷形成曲线均有较大影响。马勇等[9]采用有限元软件分析了不同摩擦条件对7075铝合金等通道角挤压过程的影响，发现随着摩擦因数增大，载荷峰值明显增大甚至成倍增长，且载荷值波动加剧，等效应力应变分布不均匀。本文结合Deform 3D有限元软件，研究了摩擦系数对2024铝合金的热模拟压缩过程的影响。

g——重力加速度，9.8 m/s2；

mf——燃烧速度，k g/m2·s。

本项目防火堤面积为13056 m2，折算为圆形液池半径为64.5m。根据上式计算得出：

本项目池火火焰高度为h=45.6 m。

4.热辐射通量

液池燃烧时放出的总热辐射通量为：

Q=（πr2+2 πr h）mf·η·Qf/[72mf0.60+1]

式中：Q——总辐射通量，W；

η——效率因子，可取0.13～0.35；

Qf——液体燃烧热，J/k g；（经查数据手册，甲醇的燃烧热为22720000 J/k g）

根据上式计算得出：

本项目液池燃烧时放出的总热辐射通量为：Q＝57633940 W。

5.目标入射热辐射强度

假设全部辐射热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（X）处的入射热辐射强度为：

I=Qtc/4πX2

式中 I— 热辐射强度，W/m2；

Q— 总辐射通量，W；

tc— 热传导系数，在无相对理想的数据时，可取值为1；

X— 目标点到液池中心距离，m。

表1 热辐射的不同入射通量所造成的危害

1度烧伤/10 s 1%死亡/1mi n 20 s以上感觉疼痛，未必起泡长期辐射无不舒服感12.5有火焰时，木材燃烧，塑料熔化的最低能量4.01.6

6.火灾伤害范围分析

根据目标入射热辐射强度公式，可计算得到不同伤害程度时与液池的距离：

X＝（Qtc/4πI）0.5

由此得到：

当I≥37.5 k W/m2时，目标点到液池中心的距离为35m，可对目标造成死亡伤害；

当37.5＞I≥25 k W/m2时，目标点到液池中心的距离为42 m，可对目标造成重伤伤害；

当25＞I≥12.5k W/m2时，目标点到液池中心的距离为84m，可对目标造成轻伤伤害；

当12.5＞I≥4k W/m2时，目标点到液池中心的距离为107 m，可对目标造成引燃木材伤害。

当I≤1.6 k W/m2时，目标点到液池中心的距离为169 m，长期辐射无不舒服感，为安全距离。

经计算得出，本项目甲醇储罐区火灾事故伤害半径如下：

表2 甲醇储罐区池火灾事故伤害结果

54.6 m 35m 42 m 84m 107 m 169 m 234567火焰高度死亡半径二度烧伤半径一度烧伤半径20 s以上有疼痛感长期辐射无不舒服感

结论

随着我国化学品的储存、生产和使用量的不断增加，危险化学品事故的潜在危险也在急剧增加。本文采用了火灾事故后果模型对某化工厂的甲醇储罐区进行了模拟分析，没有考虑风向、风速等现场环境，即没有考虑现场实际的环境因素。公司管理者可以从工艺设备、建筑结构、安全管理三个方面采取控制措施，从而降低事故的危害程度。通过对甲醇储罐区火灾事故危害半径的分析，得出以下结论：

（1）甲醇储罐区一旦发生火灾事故，其伤亡半径很大，轻伤半径为84m,因此该化工厂应采取有效措施，防止非特殊工作人员和重大财产在这一区域出现。

（2）该化工厂应加强该甲醇罐区的监管措施，切实做好这一区域的安全防控。

【1】吴宗之，高进东，魏利军.危险评价方法及其应用.北京：冶金工业出版社，2001.