【论文精选】基于风险的LPG储配站储罐防火间距的确定

作者：张涛

第一作者单位：中国市政工程华北设计研究总院有限公司

摘自《煤气与热力》2020年3月刊

1   概述

    液化石油气在燃气领域的应用十分广泛，例如在日本的能源结构中，液化石油气占有相当的比重，我国珠江三角地区的液化石油气需求也有相当大的市场，储存总容积和单罐容积也不断增大。若能适当缩小防火间距，在工程建设中可节约大量土地和资金。现行标准规范中的液化石油气储罐与站外建构筑物的防火间距主要由国内燃气行业的设计、运行单位结合设计、管理经验及参考国外相关数据确定。

    本文从人们可承受的风险角度出发，以总容积大于5 000 m³且小于10 000 m³，单罐容积大于等于1 000 m³的液化石油气储配站为研究对象，探讨储罐与周围建构筑物（居住区、村镇和学校、影剧院、体育馆等重要公共建筑）防火间距的确定原则。储罐事故影响距离、风险评价均采用DNV PHAST软件进行计算。 

2   研究对象概况 

    液化石油气储配站的平面布置见图1。液化石油气储配站分为罐区、装卸区、消防设施区、控制室、站内人员办公区等。主要设施有：5台1 000 m³液化石油气球罐、2台100 m³液化石油气罐（与空压机室邻近）、1座槽车装卸台、1座空压机室（框架结构）、1座泵房（钢结构）等。 

 3   研究过程 

3.1  事故影响距离 

    储罐内的易燃物质泄漏后产生的潜在后果有：池火、喷火、火球、闪火、蒸气云爆炸、沸腾液体扩展蒸气云爆炸。其中，池火、喷火、火球的主要影响为热辐射，危害等级分为4.0、12.5、37.5 kW/m²。蒸气云爆炸的主要影响为冲击波，危害等级分为20、140、210 kPa。对于闪火，死亡率取决于暴露在其范围内的人员是否在闪火的火焰内。

    对于沸腾液体扩展蒸气云爆炸，在蒸气云内的人员会被卷入火中，尽管时间短，即使没有烧伤，也可能由于吸入热的燃烧气体而死亡。与爆炸与瞬间压力变化造成人体内部器官，如肺等受伤相比，人员更有可能由于爆炸冲击波的作用，被抛出去摔在地面上或撞到附近的物体上而受到伤害或死亡。另外，由于超压产生的设备碎片或残骸也会危及人员的安全。 

    为了计算液化石油气等危险物料泄漏造成的风险，获取泄漏形成的可燃云团可能扩散到的区域的点火源信息是必需的。对每个点火源必须要确认以下3个因素：存在系数，是一个点火源出现在某一特定的区域的可能性。点火概率，为点火源的能力，取决于点火源点燃停留于可燃云团上方的时间。点火源位置，根据储配站平面布置图可确定点火源位置。结合储配站具体情况，根据点火源信息、风速、不同设备的操作条件等，可由PHAST RISK软件计算出储罐主要事故的影响距离。在泄漏频率计算中，采用储罐全部泄漏的发生频率进行风险分析，泄漏频率来自挪威船级社（DNV）最新的泄漏频率数据库。

    由计算结果可知，储罐泄漏蒸气云爆炸的事故影响距离最大，达到1 278 m，但实际应用中不可能以该事故影响距离作为防火间距。

 3.2  防火间距确定原则

    风险指事故发生的可能性与其后果的结合。更科学地讲，可定义为某一特定危险事件在特定时期及给定的情况下发生的概率。任何生产在一定程度上都存在风险，绝对安全是不存在的。当企业根据风险评估结果，实施完成所选择的控制措施后，会有残余的风险。风险是随时间而变化的，风险管理是一个动态的管理过程，这就要求企业实施动态的风险评估与风险控制，即企业要定期进行风险评估。只要风险能够承受的距离就是确定防火间距的基础和依据。

     在PHAST RISK软件中，输入储配站平面图、人员位置、天气条件、事件概率等后，运行软件就可以得到年度个人风险（IRPA）。在本次分析中，主要考虑储配站的建设对厂界外的影响，尤其是对居民区的影响。储配站界区外的风险标准以10^-5 a^-1的风险等高线作为安全防火间距确定原则（国外也如此），也就是该风险等高线是风险控制的最小距离，是不能进入居民区的。

    由风险分析结果可知，在液化石油气储配站东南西北4个方向上，以南侧储罐大破裂的风险贡献率最大。因此，以储罐至10^-5 a^-1风险等高线的最小间距（100 m）作为液化石油气储配站与周边建构筑物的防火间距。在实际应用中，储配站事故的灾害实际上还与泄漏点大小、发现泄漏时间及采取应急措施等因素有关。因此，在加强储配站设备本质安全及加强风险管控的前提下，防火间距还可适当减小。

 4   结论 

    在事故后果影响距离中，储罐泄漏蒸气云爆炸的事故后果影响距离最大，达到1 278 m，但实际应用中不可能以该事故后果影响距离作为防火间距。

    由风险分析结果可知，在储配站东南西北4个方向上，以南侧储罐大破裂的风险贡献率最大。因此，以储罐至10^-5 a^-1风险等高线的最小间距（100 m）作为储配站与周边建构筑物的防火间距。在加强设备本质安全及加强风险管控的前提下，防火间距还可适当减小。