PHAST软件在罐区集液池热辐射影响范围中的应用

李丹丹，者 莉，田 骏，刘永铎

（中国石油集团工程设计有限责任公司 华北分公司，河北 任丘 062552）

PHAST软件在罐区集液池热辐射影响范围中的应用

李丹丹，者 莉，田 骏，刘永铎

（中国石油集团工程设计有限责任公司 华北分公司，河北 任丘 062552）

以某液化天然气站场为例，分别采用PHAST软件和GB50183-2004中推荐的经验公式对液化天然气罐区集液池火灾热辐射影响范围进行计算。考察了泄露孔径、风速及大气稳定度对集液池火灾热辐射范围的影响，为项目选址和总平面布置提供指导。

罐区集液池；池火灾；PHAST

在液化天然气（LNG）站场中，集液池是指用于收集站场中的溢出或泄漏的 LNG或易燃制冷剂的一种坑池。LNG站场的罐区集液池主要考虑储罐进出管道、阀门和法兰等事故的溢出或泄漏，不适用于储罐本身的事故破裂。集液池在储罐泄漏后与敞口甲类容器相似。当罐区发生池火灾时，集液池不能简单的参照敞口容器确定区域布置防火间距。GB50183-2004［1］规定了集液池至室外活动场所、建（构）筑物的隔热距离。具体内容如下：

1）热辐射量达4 kW/m2界线以内，不得有50人以上的室外活动场所［1］。

2）热辐射量达9 kW/m2界线以内，不得有活动场所、学校、医院、监狱、拘留所和居民区等在用建筑物［1］。

3）热辐射量达30 kW/m2界线以内，不得有即使是能耐火且提供热辐射保护的在用构筑物［1］。

集液池热辐射影响范围的研究对站场的选址、总平面布置具有重要指导意义。因此，有必要对LNG罐区集液池热辐射影响范围进行研究。

1 PHAST软件模拟计算

1.1 PHAST软件介绍

PHAST（Prcoess Hazard Analysis Software Tool）软件是工艺危险源分析的一种工具，通过软件中的数学模型可预测由油、气所产生的安全事故的危险后果和影响［2］。

PHAST软件能够用于计算泄露、扩散、火灾后果（包括喷射火、池火、闪火和沸腾液体扩展为蒸气云爆炸）、爆炸后果，同时能模拟各种气象条件，是在定量风险评估中广泛使用的软件之一。

1.2 事故场景

本项目选用水容积为29 000 m3的全包容LNG储罐，内罐为不锈钢结构，外罐采用预应力混凝土结构，稳定性非常高。本计算场景为进料管线发生泄漏，泄露后的LNG通过导流槽进入集液池。

1.3 输入参数

使用PHAST 7.11中的池火灾模型计算集液池热辐射影响范围。管线中的LNG温度为-162 ℃，压力为0.45 MPa，LNG摩尔组成为甲烷：98%；乙烷：1.2%；丙烷：0.2%；丁烷：0.6%。

根据 GB50183-2004［1］和 GB/T20368-2012［3］规定，大气温度为21℃，相对湿度为50%；泄露量为10 min内最大可能的泄漏量，即21.7 m3；本项目罐区集液池长、宽、深分别为2.5、2.5、3.5 m。池火模型按圆形液面计算［4］，因此，将集液池换算为等面积的圆池，等效面积为6.25 m2。

根据AQ/T3046-2013［5］，泄露场景如表1所示。

表1 泄露场景Table 1 Leak scenario

考虑低、高、中三种风速及白天和晚上不同的天气特点，根据AQ/T3046-2013［5］，中风速及大气稳定度的对应关系，确定了5种天气场景，见表2。其中B表示不稳定场景，即少阳或多风；D表示中度稳定场景，即少阳大风或阴天晚上刮风；E表示弱稳定场景，即白天阴天或晚上少刮风的场景。

表2 天气场景Table 2 Weather scenario

1.4 计算结果与分析

根据泄露孔径、风速及大气稳定度的不同，本文共计算了15种场景下的池火灾事故后果，计算结果如表3所示。

表3 池火灾热辐射影响范围Table 3 Pool fire radiation

1.4.1 泄露孔径对热辐射范围的影响

在同一天气场景中，集液池热辐射影响范围的变化趋势表现为大孔泄露=中孔泄露＞小孔泄露。泄露孔径的不同，直接影响泄露速率和泄露量。发生中孔泄露和大孔泄露时，泄露速率分别为5.81 kg/s、 92.93 kg/s；进入集液池的LNG总量均为9358.6 kg，即GB50183-2004［1］中规定的最大泄露量。泄露量相同时，池火灾影响范围与泄露孔径无关。发生小孔泄露时，泄露速率为0.23 kg/s，进入集液池的LNG总量仅为828 kg，小于中孔泄露和大孔泄露的泄露总量。因此，小孔泄露引起的池火灾影响范围小于中孔泄露和大孔泄露。

1.4.2 风速对热辐射范围的影响

从计算结果可知，其它条件相同时，风速越大，其热辐射影响范围就越大。以大孔泄露场景为例，见图1。

风速影响气层的扰动程度。在热量辐射过程中，风速对火焰的下风向倾角有直接影响作用。风速增大，下风向倾角也增大，也就意味着火焰越靠近地面，因此，其影响范围就会越大［6］。

图1 风速对池火灾热辐射的影响Fig.1 Effect of the wind speed in the pool fire radiation

1.4.3 大气稳定度对热辐射范围的影响

从计算结果可知，其它条件相同时，大气稳定度对热辐射影响范围几乎没有影响。以大孔泄露场景为例，三条曲线几乎重合，见图2。

图2 大气稳定度对池火灾热辐射的影响Fig.2 Effect of the atmospheric stability in the pool fire radiation

2 经验公式计算

2.1 公式介绍

GB50183-2004第 10.3.4的条文说明中给出了计算公式，围堰为矩形且长宽比不大于2时，可用如下公式决定隔离距离［1］：

式中，d—到围堰边沿的距离，m；

A—围堰的面积，m2；

F—热通量校正系数，即：对于4 kW/m2为3.5；

对于9 kW/m2为2；对于30 kW/m2为0.8。

2.2 计算结果

将输入参数代入公式，其计算结果如下：

以上距离从集液池内壁算起，将该距离折合为从集液池中心算起，分别为10.51、6.77、3.77 m。

3 计算结果对比

天气场景0.2D为GB50183-2004［1］推荐的天气场景，因此，以此天气场景中可能发生的最严重后果（中孔泄漏和大孔泄漏）作为软件计算结果与经验公式的计算结果进行对比(表4)。

软件计算结果与公式计算结果相比，软件计算结果略小于经验公式的结果。经验公式计算本身有一定局限性，如未体现风速对热辐射范围的影响。因此，在总平面布置时，应严格执行规范要求。

表4 罐区集液池热辐射影响范围Table 4 Pool fire radiation of the LNG tank impounding basin

4 结 论

（1）当泄露量不同时，池火灾热辐射影响范围随泄露孔径的增大而增大；当泄露量相同时，泄露孔径对池火灾热辐射无影响。

（2）相同条件下，风速越大，池火灾热辐射影响范围越大。

（3）大气稳定度几乎不会影响池火灾热辐射范围。

（4）软件计算结果略小于经验公式的计算结果。总平面布置时，应满足规范中推荐的经验公式计算结果。。

［1］ GB50183-2004石油天然气工程设计防火规范［S］．

［2］ Liang Tao，Chen Guohua , Zhang Ruihua.SAFETI in the application of the result estimation after accident of LPG store vessel［J］. Oil & Gas Storage and Transportation，2006，25（2）: 53-58．

［3］ GB/T20368-201液化天然气（LNG）生产、储存和装运［S］．

［4］ 刘诗飞，詹予忠. 重大危险源辨识及危害后果分析［M］. 北京：化学工业出版社, 2013：86-90．

［5］ AQ/T3046-2013化工企业定量风险评价导则［S］．

［6］ 孙标，郭开华. LNG池火热辐射模型及安全距离影响因素研究［J］.中国安全科学学报，2010，9（2）：51-55．

Application of PHAST Software in Calculating the Influence Range of the Pool Fire Radiation of LNG tank Area

LI Dan-dan，ZHE Li，TIAN Jun，LIU Yong-duo
（China Petroleum Engineering Huabei Company，Hebei Renqiu 062552，China）

Taking a liquefied natural gas plant as an example, the influence range of pool fire thermal radiation in LNG tank area was calculated by PHAST software and empirical formula from GB50183-2004. The influences of leak orifice diameter, wind speed and atmospheric stability were investigated, which could provide guidance for project site selection and general layout.

LNG tank impounding basin；Pool fire；PHAST

TE 41

A

1671-0460（2016）11-2650-03

2016-09-09

李丹丹（1985-），女，河北任丘人，工程师，硕士学位，2012年毕业于北京化工大学化工工程与技术专业，研究方向：石油天然气处理。E-m ail：cpeldd@163.com。