池火灾评价法在集输站场原油罐区安全评价中的应用

摘要： 介绍了对原油集输站场进行安全评价的意义，指出池火灾评价法是目前安全评价中对易燃易爆装置的一种重要评价方法。通过对原油罐区进行主要的危险危害因素分析，建立了防火堤内池火灾伤害数学模型。应用到某企业集输站场内的原油罐区，当发生池火灾时，根据不同的热辐射入射强度造成的设备损害和人员伤亡情况进行了研究、计算和分析，得出的结论对于集输站场的日常安全管理和火灾事故应急救援机制的建立具有指导意义。

Abstract： This paper describes the significance of safety evaluation of the crude oil gathering and transportation station， and proposes that pool fire evaluation method is an important evaluation method for flammable and explosive devices in the current safety assessments. Through analyzing the main dangerous factors of the crude oil tank， this paper the pool fire damage mathematical model， and applied it to the crude oil tank of a corporate gathering station. When pool fire occurs， we can study， conclude and analyze the equipment damage and casualties caused by different thermal radiation incident， and the calculation can provide guiding significance for the daily safety management of gathering and transportation station and establishing fire emergency rescue mechanism.

关键词： 集输站场；原油罐区；安全评价；池火灾

Key words： gathering and transportation station；crude oil tank；safety evaluation；pool fire

中图分类号：TE8 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）01-0064-02

0 引言

原油集输就是把油井生产的油气收集、输送和处理成合格原油的过程。原油集输站场的主要工艺流程是集输危险程度很高的易燃易爆原油，而站场的设备包括压缩机、电动机、泵、罐、阀门、锅炉和仪器仪表等，具有高温高压、易燃易爆、压力容器集中、生产连续性强等特点，一旦发生火灾、爆炸事故，不仅会造成严重的设备损坏和人员伤亡事故，而且对周围生态环境和公共安全也会构成威胁。因此，对原油集输站场进行安全评价极其重要。目前，池火灾评价法是安全评价中对易燃易爆装置的一种重要评价方法[1]。本文以某企业原油集输站场内的原油罐区为主要研究对象，针对原油的基本特性和储罐区的具体情况，采用池火灾伤害数学模型，评估其火灾事故可能造成的危险危害程度及其后果。

1 原油罐区的主要危险危害因素分析

1.1 原油的理化性质[2] 原油集输站场在整个工艺过程中涉及的主要物料是原油。原油多为黄褐色、棕色及黑色液体，标准密度为0.86，闪点为39.0℃，凝点为45℃。根据相关规定[3]，该站原油属于乙A类液体，具有火灾、爆炸危险性；此外，原油的蒸气或伴生气具有毒性，吸入一定量的原油蒸气可能会引起中毒。

1.2 主要危险危害因素分析 原油储罐区的储罐周围建有防火堤，若储罐、管线强度不够或腐蚀穿孔、焊缝破裂、阀门损坏等，均会导致原油泄漏聚集；储罐的量油孔、透光孔、呼吸阀、阻火器等设备密封不严或失效，也会导致油气泄漏；原油储罐还存在冒罐危险；原油蒸气与空气混合浓度达到爆炸极限，遇点火源可能发生火灾、爆炸事故。

2 池火灾伤害数学模型

池火灾是指可燃液体泄漏后流到地面形成液池，或流到水面并覆盖水面遇到点火源而形成的火灾。对站场内的原油储罐而言，池火灾是指可燃液体在储罐内起火，或储罐泄漏后可燃液体散流在地面、水面上所形成的液面池，遇火源发生的火灾现象。因此，站场内池火灾可分为罐内池火灾和防火堤内池火灾。这里选取防火堤内池火灾进行研究，即池火灾发生在敞开环境中，由于氧气供应充足，燃烧比较完全，产生的有毒、有害烟气容易扩散。从这个意义上来说，防火堤内的池火灾比罐内池火灾伤害力要小，但是，防火堤内池火灾产生的火焰会向周围发出强烈的热辐射，热辐射强度要比罐内池火灾大得多，而且火灾将持续一段时间。因此这里采用稳态火灾下的热通量准则来确定人员伤亡及财产的损失区域。

2.1 液池半径 设液池为一半径为R的圆池子，当危险区域为油罐或油罐区的时候，可根据防护堤所围池面积计算池半径：

R=■■（1）

2.2 无风时火焰高度 应用T homas 经验公式计算[4]：

H=84R■■（2）

式中，H—火焰高度，（m）；R—液池半径，（m）；

？籽0—周围空气密度，取为1.293kg/m3（标准状态）；

g—重力加速度，g=9.8s/m2；

dm/dt—燃烧速率，kg/（m2·s），原油取0.022kg/（m2·s）。

2.3 热辐射通量 当液池燃烧时产生的总热辐射通量为：

Q=■（3）

式中，Q—总热辐射通量，（W）；

Hc—液体的燃烧热，（J/kg），经查资料[5]，原油的燃烧热为4.954×107J/kg；？浊—效率因子，可取0.13～0.35。

2.4 入射强度 假设全部热辐射通量由液池中心辐射出来，则在距离池中心某一距离（X）处的入射强度为：

I=■（4）

式中：I—入射强度，（W/m2）；tc—热传导系数，一般取1；X—目标点到液池中心的距离，（m）。

2.5 火灾后果 不管发生的火灾以何种方式进行燃烧，火灾都是通过辐射热的方式影响周围环境。当火灾产生的热辐射强度足够大时，其造成的后果可使周围的物体燃烧或变形，强烈的热辐射可能烧毁设备甚至造成人员伤亡等。

在总的热辐射通量一定的前提下，火灾后果由不同入射强度造成设备损害或人员伤亡的情况进行估算，如表1所示。

3 应用实例

某企业原油集输站场内有2个10000m3原油储罐区，考虑到有防火堤，故采用池火灾伤害数学模型分析法确定其发生火灾后的影响程度。被评价的原油储罐区防火堤长度和宽度均为50米。假设由于油罐破裂或操作失误造成原油泄漏后，防火堤内充满原油并形成池火。其计算过程如下：

①当量液池半径R

R=■■=■■=28.22m

②火焰高度H

H=84R■■=28.78m

③热辐射通量

发生火灾时，按式（3）计算火焰表面的热辐射通量为：

Q=■

=■

＝3.10×105kW

④火灾后果。根据距离池中心某一距离（X）处的入射热辐射强度计算公式（4）可得罐区发生池火灾时的伤害半径如表2所示。

4 结论

根据上述“池火灾伤害数学模型”计算结果，可以得出以下结论：

①如果原油罐区因冒顶、溢流、罐底塌陷或其它原因造成大量原油泄漏，防火堤内充满泄漏原油，发生池火灾事故。产生的火焰高度可达28.78m，死亡半径为25.7m，重伤半径31.4m，轻伤半径为44.4m，财产损失半径78.6m，较安全的距离为124.2m以外。即在78.6m范围内将导致该区域内不同程度的人员伤亡和财产损失。

②在“池火灾伤害数学模型”计算中，考虑的是防火堤内池火灾和液体泄漏后充满防火堤的情况。在实际生产管理中，也会发生液体在罐体内起火或泄漏后由于发现及时未能充满防火堤的情况，因此，仅按防火堤内池火灾伤害数学模型计算偏于保守，应结合相关安全评价模型和行业标准确定合理的安全距离。

③在“池火灾伤害数学模型”计算中，为了方便计算，没有考虑风对火焰的影响，而在实际的池火灾计算中，不能忽略风对池火灾危险性的影响。

④原油储罐区储罐的安全是原油集输站场安全工作的重点，通过对其进行池火灾危险性评价，不仅有利于站场日常的安全生产管理，而且对于火灾事故应急救援机制的建立有着重要意义。

参考文献：

[1]宋文华，苗欣，王世英.池火灾评价法在三乙胺储罐区的应用研究[J].消防科学与技术，2008，27（4）：243- 245.

[2]王从岗，张艳梅.储运油料学（第二版）.北京：中国石油大学出版社.

[3]GB50183-2004石油天然气工程设计防火规范.中国石油天然气股份有限公司规划总院，2005.

[4]David G L. Fire development calculatio ns[J]. Jo ur nal o f Pr opulsio n and Pow er， 2000， 16（4）：641-648.

[5]赵承建，于孝红.原油罐区池火灾及其危险性分析[J].石油和化工设备，2010，13（6）：48-51.

[6]刘志勇.池火灾模型及伤害特征研究[J].消防科学与技术，2009，28（11）：803-805.