液化石油气储罐安全防护方式的比较与选择.pdf

第 2 3卷第 5期 油 气 储运 液化石油气储罐安全防护方式 的比较与选择 邢 志 祥 蒋 军 成 葛 秀 坤 南京工业大学城市建设与安全环境学院 邢志祥蒋军成 液化石油气储罐安全防护方式的比较与选择， 油气储运 ， 2 0 0 4 ， 2 3 5 4 1 ～4 3 。 摘 要 介绍了液化石油气储罐火灾事故的危害及其连锁反应过程， 对液化石油气罐区的安 全防护方式进行 了分析， 并对各种防护方式的特点进行了比较， 提出了液化石油气储罐设计时选择 安全防护方法的基本原则。 主题词 液化石油气 储罐 安全 防护 方式 比较 选择 一 、液化石油气储罐 事故的危害 液化石油气是工业和 日常生活中应用十分广泛 的一种燃料 ， 具有易燃、 易爆等危险性 ， 在生产、 运输 和使用中易发生火灾和爆炸事故。液化石油气储罐 周围一旦发生火灾， 储罐内液化石油气的温度和压 力就会迅速升高， 储罐的强度将迅速下降， 在一定的 条件下储罐就会发生破裂和爆炸 ， 并引起沸腾液体 膨胀蒸气爆炸 B I E V E ， 爆炸引起 的冲击波、 热辐 射和抛出的容器碎片会对周 围人员、 建筑物和设备 造成巨大的破坏。国内外曾多次发生液化石油气火 灾爆炸事故 ， 造成了严重的损失。例如， 1 9 8 4年， 墨 西哥一液化气储配站由于液化石油气泄漏而引起火 灾， 使两个球形储罐破裂 ， 高温火焰包围了附近的容 器， 引起 多台容器破裂爆 炸， 导致 5 0 0多人死亡 ， 7 0 0 0 多人受伤， 大量工业和生活设施被毁坏。1 9 9 8 年 ， 西安液化石油气站一球罐底部泄漏， 引起火灾， 在火焰高温的作用下， 两个 4 0 0 m。 的球罐相继发生 爆炸， 并引起沸腾液体膨胀蒸气爆炸 ， 造成 1 O多人 死亡， 数十人受伤， 直接经济损失 4 0 0 1 0 元。液 化石油气储罐事故引起连锁反应的过程见图 1 。 图 1 液化石油气储罐事故链 * 2 1 0 0 0 9 ， 江苏省南京市新模范马路 5号南京工业大学 1 8 6信箱 ； 电话 0 2 5 3 5 8 7 3 0 5 。 * *国家 自然科学基金资助 ， 重点项 目编号 2 9 9 3 6 1 1 0 ， 面上项目编号 5 0 2 0 6 0 0 9 。 维普资讯 油 气储运 液化气体储罐的许多事故， 如蒸气爆炸、 气体扩 散和燃烧爆炸等 ， 在很大程度上超出人力所能控制 的范围。因此， 在液化气体储存中， 采取适当的安全 措施 ， 最大限度地减少事故发生的可能性是非常重 要的。液化石油气储罐的安全防护方法很多， 如何 选择既安全可靠又经济合理的方法 ， 是进行安全设 计时必须考虑的问题。 二 、 储罐的安全防护方法 从图 1可以看出， 要防止液化石油气储罐连锁 事故的发生， 必须首先确保液化石油气储罐在使用 过程中的安全 ， 防止火灾 ， 防止热冲击引起的超压或 机械撞击引起的泄漏。可以采用水冷却、 防火隔热 层 、 蒸气泄压等方法防止热冲击引起的超压 。 1 、 水冷却 当储罐受到火焰或辐射侵袭时 ， 用冷却水可以 有效降低储罐表面温度， 使储罐表面强度不会因温 度迅速升高而显著降低， 避免罐内介质温度迅速升 高。水冷却的关键是喷水量必须足够吸收作用在罐 体上的热量， 保证足够的供水强度。水冷却可以采 用 移动式 和 固定式两种 方式 。 移动式水冷却采用消防水枪 ， 以人工方式喷水， 是一种经常采用的方法 ， 具有简单、 可移动 、 可以根 据不同火灾条件灵活操作等优点。人工喷水法在预 防蒸气爆炸事故时受到很多制约， 主要原因有， 需水 量太大 ， 受储罐方位 、 火焰强度 、 场地等原因限制 ， 操 作人员距离火焰太近会有生命危险。 固定式水冷却系统有在储罐顶部集中配水沿罐 壁漫流式、 固定水喷淋、 水喷雾、 固定水炮 4 种基本 形式。当火灾发生时 ， 系统的控制阀可以自动打开 ， 也可以设为手动方式。前两种方法是水直接作用于 保护面进行冷却 ， 水喷雾则首先对火焰冷却， 阻挡辐 射热通过 ， 然后作用于保护面起 到冷却作用。水喷 淋和水喷雾的主要区别在于喷出的水滴大小不 同， 后者喷出的水滴较小， 直径大约为 1 0 0 ～7 0 0,u m。 为了避免风和火焰热流的影响， 水喷雾应有较高的 压力 ， 以保证雾滴有较大的势能。 顶部集中配水设罐壁漫流式的喷嘴可以采用堰 式 、 穿孔管 、 喷头等形式。该方式对球罐最为有效， 水分布均匀 ， 管道配置少， 管道不易堵塞 ， 单阀启动 快 ， 不易被蒸气爆炸所破坏 ， 可用于着火罐和邻罐的 冷却。其缺点是， 当燃烧介质在罐体表面产生抗湿 性炭沉积层时， 漫流水离开罐体表面不能形成水膜． 影响冷却效果 。此外， 罐底部供水不足。 水喷淋和水喷雾 系统管道配置多， 喷头布置为 网格状 ， 水分布均匀。但一套系统不能同时进行着 火罐和邻罐的冷却， 一般需要设置两套系统。此系 统易被蒸气爆炸所破坏 ， 喷头易堵塞 ． 维护较 困难。 水喷淋对处于均匀火焰环境下的储罐能起到较好的 防护效果 ， 但对于喷射火焰 ， 由于加热 的不均匀性， 效果较差。固定水炮可以较快地向储罐供水， 不易 被蒸气爆炸所破坏， 一般不易堵塞。如果水炮布置 得当， 水可以覆盖储罐全部表面， 可以减少用水量。 当受风影响较大时， 需要加大用水量。 2 、 防火隔热层 防火隔热层是位于火焰和金属壳体之间的绝热 层 ， 它能延缓罐壁温度升高和介质压力上升， 从而为 采取其它灭火措施争取时间。设置防火隔热层的关 键是要合理地选择并安装具有足够阻火率且适合使 用环境的隔热材料。设置防火隔热层具有明显的优 越性 ， 能从火灾发生的瞬间就开始提供防护 ． 不需要 以任何方 式开启 系统 ， 不 需 要用 冷却 水 防护 。一 个 直径为 l 5 m的球罐 ， 人工水冷却的需水量为 0 ． 1 9 ～ O ． 2 2 m。 ／ s ， 自动喷淋冷却的需水量为 0 ． 1 3 m。 ／ s 。 采用防火隔热层的缺点是 ， 初期投资多， 罐体和支承 结构的重量增加 ， 不利于罐体检查， 任何防火隔热层 的延缓时间都是有限的。 3 、 安全 阀泄压 上述方法的思路是保护储罐表面不受热量侵 袭 ， 防止最终被完全破坏 。蒸气泄压的思路是降低 储罐内的压力， 防止火焰侵袭造成壳体损坏 ， 防止造 成灾难性后果 。蒸气泄压最简单的方法是使用安全 泄放阀。然而， 泄放的蒸气可能会发生燃烧和爆炸 ． 使储罐处于危险之中。安全阀泄压虽然可以降低储 罐内的压力 ， 但是不能防止储罐罐壁温度升高， 如果 单独使用安全阀， 储罐仍然有破裂爆炸 的危险， 因 此 ， 蒸气泄压一般总是与其它防护方式共同使用。 4 、 防止机械破 坏 有时， 储罐的损坏并非由于受热， 而是 由于撞击 等机械破坏。防止这类破坏 ， 主要应注意储罐本体 及储罐 系统的合理设计 和维 护 。 除了上述技术措施外， 健全的管理制度在预防 维普资讯 w w w . b z f x w . c o m 第 2 3卷第 5期 邢志祥等 液化石油气储罐安全防护方式的比较与选择 任何灾害中都是必不可少的。此外 ， 在储罐设计中 适当增强罐体和附件的可靠性， 对于预防事故是 十 分必要的。同时， 应进一步开展有关可燃液化气体 安全性 的基础 研究 和试验 研究 ， 从 深 层次 上认 识灾 害的机理， 从而提出更加合理可靠的安全措施。 三、 储罐安全防护方式的选择 储罐的安全防护方式可以选择上述一种或同时 选择几种， 一般蒸气泄放法应与水冷却或防火隔热 层联合使用。 1 、 水冷却与防火隔热层保护效果比较 文献[ 1 、 2 ] 介绍 了液化石油气储罐采用水喷淋 冷却和防火隔热层保护时的全包围火灾试验， 其试 验条件为， 容器容积为 4 ． 8 5 m。 ， 壁厚为 6 ． 5 m m， 材 料为 S T E 3 6 钢 屈服强度为 3 6 0 MP a ， 储罐上设置 安全泄放阀。试验结果见图 2 。 一 茎 一 出 黎 火灾作用时间 mi n 图 2各 种 防护 方式 的试 验结 果 从图 2 可以看出， 未采用防护措施的储罐 ， 在火 灾作用下其 内部压力会迅速上升 ， 1 2 rai n就发生爆 炸 ； 采用水喷淋冷却 冷却强度为 1 0 0 L ／ h m。 的储罐 ， 在火灾作用下 ， 在开始的 5 rai n内压力会迅 速上升 ， 当达到安全阀排放压力 1 ． 4 MP a时， 安全 阀开启排气 ， 储罐 内压力在 1 ． 2 ～1 ． 4 MP a之间波 动， 随后有所下降； 采用隔热层保护的储罐 ， 在火灾 作用下压力升高速度缓慢 ， 在前 5 0 ra i n ， 储罐 内部 的压力一直低于水喷淋冷却的储罐， 之后压力较水 喷淋储罐稍高。水喷淋冷却和隔热层保护的储罐均 可以在火灾作用下 9 0 rai n内不发生爆炸。从防护 效果看 ， 在火灾初期 ， 采用隔热层防护比水喷淋冷却 更为有效 ， 采用水喷淋冷却必须与安全阀配合使用 。 对于移动式储罐 ， 应采用隔热层防护。 2 、 水冷却方式的选择 对于上述 4 种水冷却方式， 根据国外资料 ， 可靠 性的排序依次为漫流式、 固定水炮、 水喷淋或水喷 雾。我国目前大多采用水喷淋或水喷雾方式． 考察 其使用效果 ， 这种方式未必妥当， 尤其在发生蒸气爆 炸时系统易遭到破坏 ， 而且喷头容易堵塞， 维护比较 困难。根据我国国情 ， 水冷却方式宜采用顶部集 中 配水罐壁漫流与固定水炮相结合的方式， 即部分冷 却水用漫流式 ， 部分冷却水用固定水炮提供。该形 式可靠性、 灵活性高， 能够满足防 日晒冷却、 着火罐 冷却以及邻近罐冷却等不同冷却强度的供水要求 ， 对于与储罐 内部蒸气区相接触的罐壁部分的冷却更 有效， 容易维护， 工程费用 比水喷淋或水喷雾系统 低。对于大型储罐 ， 应设置自摆的移动式水炮， 以减 少灭火人员暴露于火灾危险区中的危险性 ， 有效保 证喷射水流到达暴露于火灾中的储罐表面。 四、 结论 防止液化石油气储罐发生事故需要采取多种措 施 ， 例如 ， 强化安全管理 、 提高储罐设计的可靠性 、 提 高 自动化水平等。其中液化石油气储罐防护方式对 于预防和控制灾难性事故的发生是至关重要的， 应 根据具体情况选择合适的防护方式。对于固定式储 罐， 应采用储罐顶部水漫流冷却和固定水炮相结合 的方式， 同时应设置大小合适的安全阀。对于大型 储罐 ， 应设置 自摆式移动水炮。对于移动式储罐 ， 应 采用隔热层和安全泄放阀相结合的方法。对于固定 水喷淋和水喷雾冷却方式 ， 在增强其可靠性的同时 ， 也可以根据实际情况合理选择。 参 考 文 献 1，Dr os t e B a n d S c h o e n W Fu 1 1 s c a l e f i r e t e s t s wi t h u n pr o t e c t e d a n d t h e r ma l i n s u l a t e d L P G s t o r a g e t a n k s ， J o u r n a l o f Ha z a r d o u s M a t e r i a l s ， 1 9 8 8， 2 0 41 ～ 53 ． 2， Sc ho e n W a n d Dr o s t e B I n v e s t i g a t i 0 ns o f wa t e r s pr a y i n g s y s t e rns f o r L P G s t o r a g e t a n k s b y f u l l s c a l e f i r e t e s t s ， J o u r n a l o f H a z a r do u s M a t e r i a l s ， 1 9 8 8。 2 0 7 3～ 82 ． 收稿 日期 2 0 0 3 0 3 0 3 编 辑 陈桂 明 维普资讯