摘要：基于LNG槽船運(yùn)輸過(guò)程中的安全現(xiàn)狀分析和事故統(tǒng)計(jì)，結(jié)合高斯氣羽模型模擬計(jì)算了某港口LNG槽船靠泊發(fā)生泄漏時(shí)，LNG的泄漏速率、泄漏量和蒸發(fā)速率、擴(kuò)散濃度分布。對(duì)發(fā)生泄漏后的蒸氣云爆炸進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，得到了LNG蒸氣云爆炸事故危害程度和范圍。提出應(yīng)將LNG的運(yùn)輸納入臨時(shí)性重大危險(xiǎn)源。
關(guān)鍵詞：LNG槽船運(yùn)輸；泄漏；臨時(shí)性重大危險(xiǎn)源
??? 近年來(lái)，我國(guó)的燃?xì)馐聵I(yè)發(fā)展迅速[1]。在進(jìn)口液化天然氣方面，預(yù)計(jì)到2020年，中國(guó)需要進(jìn)口2500×104t/a，是目前廣東LNG接收站總量的7倍。LNG進(jìn)口運(yùn)輸?shù)闹饕绞绞遣鄞\(yùn)輸，大型LNG船在靠泊碼頭時(shí)是一個(gè)巨大的危險(xiǎn)源。但現(xiàn)行國(guó)家重大危險(xiǎn)源辨識(shí)標(biāo)準(zhǔn)：《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識(shí)》GB 18218—2009中并沒(méi)有包括LNG的運(yùn)輸。由于LNG危險(xiǎn)性比較高，泄漏時(shí)容易發(fā)生火災(zāi)、爆炸等重大安全事故[2]，應(yīng)將LNG運(yùn)輸作為臨時(shí)性重大危險(xiǎn)源考慮，加強(qiáng)其安全管理顯得非常重要。本文采用高斯氣羽模型(GPM)和中國(guó)安全科學(xué)研究院編制的重大危險(xiǎn)源區(qū)域定量分析評(píng)價(jià)軟件(CASST-QRA)對(duì)LNG泄漏進(jìn)行定量計(jì)算，希望能為L(zhǎng)NG運(yùn)輸?shù)陌踩芾砗褪鹿蕬?yīng)急救援提供幫助。該軟件獲得勞動(dòng)部、北京市、國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局安全生產(chǎn)科技成果獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。本文以某LNG運(yùn)輸碼頭為例，結(jié)合項(xiàng)目運(yùn)行的情況和2006年交通部的事故數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，得出其發(fā)生重大事故的可能形式為L(zhǎng)NG泄漏事故和LNG蒸氣云爆炸事故。
1 LNG泄漏擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)
1.1 LNG泄漏擴(kuò)散事故情景模擬
??? 假設(shè)LNG管道在裝卸船過(guò)程中出現(xiàn)連續(xù)性液態(tài)泄漏，由于在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中均采取了壓力、流量檢測(cè)與控制等措施，所以持續(xù)泄漏的時(shí)間一般較短，現(xiàn)假設(shè)泄漏時(shí)間為3min。根據(jù)《工業(yè)污染事故評(píng)價(jià)技術(shù)手冊(cè)》的要求以及液體化工品、LNG事故案例分析[3、4]，假設(shè)泄漏事故規(guī)模見(jiàn)表1。
表1 LNG泄漏事故規(guī)模
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泄漏貨種 | 泄漏源 | 泄漏規(guī)模(即管道泄漏孔徑)/mm | 泄漏時(shí)間 /min |
中孔泄漏 | 大孔泄漏 |
LNG | 碼頭管道 | 50 | 100 | 3 |
1.2 環(huán)境條件
???LNG蒸氣的擴(kuò)散與環(huán)境條件密切相關(guān)，假設(shè)地形和氣象條件見(jiàn)表2。
表2 LNG擴(kuò)散的環(huán)境條件
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環(huán)境條件 | 模型指標(biāo) |
地形情況 | 開(kāi)闊平地 |
地面類型 | 混凝土 |
潮濕情況 | 比較潮濕 |
平均風(fēng)速/(m·s-1) | 2.5 |
年平均氣溫/℃ | 21.4 |
云層狀況 | 云層覆蓋大部分天空 |
1.3 LNG泄漏速率及蒸發(fā)速率計(jì)算
???① 泄漏速率模擬計(jì)算
???碼頭管道系統(tǒng)LNG的泄漏速率主要取決于管道內(nèi)的壓力與大氣壓之差，其計(jì)算基于Bernoulli方程[5]，表達(dá)式為：
??? vL=f(Cd，AL，ρ，pL，pa)??? (1)
式中vL——LNG的泄漏速率，kg/s
??? Cd——泄漏系數(shù)
??? AL——泄漏口的面積，m2
??? ρ——LNG的密度，kg/m3
??? pL——管道內(nèi)LNG的壓力，Pa
??? pa——大氣壓力，Pa
???② 蒸發(fā)速率模擬計(jì)算
???LNG泄漏后，液體沿地面向四周流動(dòng)并形成一定面積的液池，液池內(nèi)的LNG在蒸發(fā)作用下向大氣擴(kuò)散，直接危害現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的身體健康并且有爆炸的危險(xiǎn)。模擬中孔泄漏液池面積為400m2，經(jīng)計(jì)算蒸發(fā)速率為4.4kg/s。
1.4 計(jì)算結(jié)果
???參照《安全評(píng)價(jià)》(第3版)的相關(guān)公式[5]，泄漏量的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。
???從表3可以看出，在中孔泄漏、泄漏3min情況下，管道系統(tǒng)將有約2000kg的LNG泄漏，經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重；大孔泄漏事故的泄漏量約有10080kg。如此多的泄漏物料沿地面流淌形成液池，并不斷蒸發(fā)形成易燃、易爆的蒸氣云團(tuán)，危險(xiǎn)性極大。
表3 典型貨種泄漏速率、泄漏量及液池蒸發(fā)速率計(jì)算結(jié)果
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泄漏貨種 | 事故規(guī)模 | 泄漏速率/(kg·s-1) | 泄漏量/kg |
LNG | 中孔泄漏 | 11.1 | 2000 |
大孔泄漏 | 56.0 | 10080 |
??? ① LNG擴(kuò)散濃度計(jì)算及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)
??? a. LNG擴(kuò)散模式
本評(píng)價(jià)選取的擴(kuò)散模式為高斯氣羽模型。該模型是計(jì)算釋放到大氣中的污染物沿下風(fēng)向濃度分布的應(yīng)用模型，該模型適用于蒸氣擴(kuò)散及液體轉(zhuǎn)變?yōu)檎魵獾臄U(kuò)散。該模型假定氣羽在水平方向和垂直方向上的污染物濃度符合高斯分布，基本方程為[5]：
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式中ρ(x，y，z)——下風(fēng)向空間任意一點(diǎn)的質(zhì)量濃度，mg/m3
??? Q——擴(kuò)散源強(qiáng)(單位時(shí)間擴(kuò)散量)，kg/s
??? ua——風(fēng)速，m/s
??? Fy——橫向擴(kuò)散函數(shù)，m-1
??? x——下風(fēng)向縱向距離，m
??? y——橫向距離，m
??? Fz——垂直擴(kuò)散函數(shù)，m-1
??? z——距地面高度，m
??? 由表3可知，LNG液池蒸發(fā)速率為4.4kg/s，作為L(zhǎng)NG蒸氣的擴(kuò)散源強(qiáng)。
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