?液化石油氣作為一種通用燃料廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和人民生活中,但由于其具有易燃易爆的特性,在其生產(chǎn)、貯運和使用過程中極易引起火災(zāi)爆炸事故,尤其在液化石油氣的貯罐區(qū),貯罐集中貯量大,一旦發(fā)生火災(zāi)爆炸,將會造成嚴重的后果。例如1984年墨西哥某液化石油氣貯備站,一個球型和枕型貯罐相繼發(fā)生爆炸著火,爆炸半徑達400m,碎片飛出最遠的達1200m,死亡500余人,傷2000余人,損失達5000萬美元。1998年3月5日,發(fā)生在西安市液化石油氣站的一個儲罐區(qū)內(nèi),相繼發(fā)生了4次爆炸,出事現(xiàn)場一片火海,有6個儲罐被焚毀,造成12人死亡,32人受傷,直接經(jīng)濟損失470多萬元。
盛裝液化石油氣的儲罐屬壓力容器,壓力通常有1.57MPa,一旦發(fā)生爆炸,危害極大。如果液化石油氣儲罐設(shè)在地上,為了確保儲罐與周圍的人和建筑物的安全距離,需要很大的空間,可是現(xiàn)在城市用地十分緊張,很難找到一片專用空地;如果液化石油氣儲罐直接埋在地下,發(fā)生泄漏很難發(fā)現(xiàn)和維修,容易造成地下水和土壤污染;如果設(shè)置在地下室里,同體積的液化石油氣比空氣大約重0.5倍,一旦泄漏出來,地下室里空氣流通不好,很容易在較低處聚集,可能形成爆炸性混合物,遇到火源就會爆炸。所以,液化石油氣儲罐不管設(shè)置在地上還是地下都會有危險。本文從儲罐發(fā)生爆炸后會造成的影響后果考慮,就怎樣設(shè)置儲罐相對比較安全進行探討,對液化石油氣儲罐的安全管理和安全評價具有現(xiàn)實意義。
1 研究方法
本文從能量釋放的角度出發(fā),以爆炸理論為基礎(chǔ),利用相關(guān)模型估算爆炸沖擊波的波及范圍。
液化石油氣儲罐屬于壓力容器,當它發(fā)生爆炸時有兩種形式:一種是壓力容器爆炸,由于罐內(nèi)操作壓力過大或儲罐受腐蝕、老化,抗壓能力下降,導(dǎo)致壓力容器爆炸。二是蒸氣云爆炸,由于儲罐或各種附件破裂、磨損、密封不嚴而導(dǎo)致的泄漏,形成爆炸性混合氣體遇火源發(fā)生爆炸。這兩種爆炸都會產(chǎn)生沖擊波。沖擊波的計算可采用TNT當量法,即將爆炸的能量換算為TNT當量,然后將等量的TNT炸藥爆炸的沖擊波即近似認為是液化石油氣爆炸的沖擊波。由于液化石油氣爆炸速度沒有TNT炸藥爆炸速度快,因此按TNT當量計算的沖擊波要高于液化石油氣爆炸的實際產(chǎn)生的沖擊波,但是這種方法簡單而且偏于安全,所以在工程經(jīng)常采用。
1.1 蒸氣云爆炸的能量
式中:WTNT——蒸氣云的TNT當量(kg);
α——蒸氣云的當量系數(shù),通常取4%;
Wf——蒸氣云爆炸中燃燒掉的總質(zhì)量(kg);
Qf——燃料的燃燒熱(MJ/kg);
QTNT——TNT的爆炸熱(MJ/kg)。
1.2 沖擊波超壓
液化石油氣儲罐設(shè)置在地上時,采用空氣中爆炸的沖擊波超壓計算公式:
式中:ΔP——沖擊波超壓(kgf/cm2);
W——爆炸蒸氣云的TNT當量(kg);
R——爆心到所研究點的距離(m)。
液化石油氣儲罐設(shè)置在地下室或直埋地下時,當液體泄漏一段時間,形成爆炸性混合氣體,不管是地下室還是儲罐都融為一體,假設(shè)成一個理想爆炸源,在地下粘土中發(fā)生爆炸,其爆炸沖擊波的計算公式:
式中,Δp、W、R意義同上。
1.3 超壓準則
超壓準則認為,爆炸波是否對目標造成傷害由爆炸波超壓唯一決定,只有當爆炸波超壓大于或等于某一臨界值是地,才會對目標造成一定的傷害。否則,爆炸波不會對目標造成傷害。
研究表明,超壓準則并不是對任何情況都適用。相反,這級嚴格的適用范圍,即爆炸波正相持續(xù)時間必須滿足如下條件:ωt>40,(ω為目標響應(yīng)角頻率(s-1),t為爆炸波持續(xù)時間(S))。根據(jù)超壓準則所確定的人員傷害程度及建筑物破壞程度見表1和表2。
(1)爆炸沖擊波對人員的傷害,采用表1所示的傷害準則。
(2)爆炸沖擊波對建筑物的破壞,采用表2所示的破壞準則。
表1 沖擊波對人的傷害效應(yīng)
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沖擊波超壓Δ(kgf/cm2) | 傷害效應(yīng) |
>1.0 | 死亡(大部分人員會死亡) |
0.5~1.0 | 重傷(損傷人的聽覺器官或產(chǎn)生骨折) |
0.2~0.3 | 輕傷(人體受到輕微損傷) |
<0.2 | 能保證人員安全 |
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表2 沖擊波對建筑物的破壞效應(yīng)
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超壓ΔP×105,Pa | 建筑物被破壞的程度 |
>2.0 | 鋼架橋位移 |
1.0~2.0 | 防震建筑物破壞或嚴重破壞 |
0.5~1.0 | 鋼骨架或輕型鋼筋混凝土建筑物破壞 |
0.3~0.5 | 不含混凝土厚0.2~0.3m的磚板因剪切或彎曲而破裂,房屋幾乎完全破壞 |
0.15~0.3 | 磚砌房屋50%被破壞,無框架、自約束的鋼板建筑完全破壞,油罐破裂 |
0.07~0.015 | 房屋的一部分完全破壞,無法繼續(xù)居住 |
0.02~0.07 | 房屋結(jié)構(gòu)受到輕微破壞,大小窗玻璃經(jīng)常震碎 |
0.01 | 玻璃開始破裂 |