液氧储罐重大危险源风险评估

芦金柱

(中海油工业气体(宁波)有限公司，浙江 宁波 315800)

空分行业随着国家经济快速发展的过程中，由于人的不安全行为、物的不安全状态等因素，安全事故频频发生。1997年5月16日,辽宁抚顺某化工厂6000 m3/h制氧机组的空分塔发生了一起爆炸事故，造成4人死亡、4人重伤，直接经济损失461.9万元[1]；2019年7月19日河南三门峡市河南煤气集团义马气化厂C套装置空气分离装置发生爆炸事故，造成15人死亡、16人重伤的重大事故，直接经济损失8000多万元。因此对公司工艺系统及储罐进行重大危险源辨识及风险评估，及时发现存在的安全隐患，对预防重大事故的发生具有重要意义。

1 工艺介绍

公司采用中海油自主开发的LNG冷能空分专利技术，将LNG 气化系统与空分系统相结合，充分利用LNG 气化时所释放的巨大冷量来生产出液氮液氧等空分液体产品的一种工艺，工艺流程主要包括空气过滤及压缩系统(含末级冷却器系统)、空气纯化系统(含再生气加热系统)、氧氮精馏系统(含无氢制氩系统)、LNG 换热系统、低温液体贮存系统、乙二醇循环冷却系统、仪电控系统等几部分，工艺流程见图1。

图1 生产工艺流程图

2 重大危险源评估与分级

2.1 重大危险源评估

根据根据《危险化学品重大危险源辨识》GB18218-2018[2]，公司危险化学品重大危险源辨识的单元包括：

(1)储存单元-液氧储罐

液氧储罐：氧[压缩的或液化的]，其最大存在量为2052 t，其对应的临界量为200 t。

表1 储存单元(液氧储罐)危险化学品实际存在量和临界量

由于Σq/Q=10.26>1，所以液氧储罐已构成危险化学品重大危险源。

(2)生产单元1-空分装置

空分装置：氧[液化的或压缩的]，已知液氧生产能力300 t/d，24小时生产，在线量根据10 min的管道途径量估算，大约有2.08 t，其对应的临界量为200 t。

表2 生产单元1(空分装置)危险化学品实际存在量和临界量

由于Σq/Q=0.0104<1，所以空分装置不构成危险化学品重大危险源。

(3)生产单元2- LNG乙二醇换热器装置(含管道)

LNG乙二醇换热器装置(含管道)：LNG(液化天然气)，LNG冷箱换热装置(含LNG/NG管道)，液化天然气在使用场所主要存在于LNG 冷箱中的换热器中LNG 通道以及LNG/NG管道内，已知LNG 用量为56 t/h，在线量根据10 min的管道途径量估算，大约有9.33 t，其对应的临界量为50 t。

表3 生产单元2(LNG乙二醇换热器装置(含管道))危险化学品实际存在量和临界量

由于Σq/Q=0.1866<1，所以LNG乙二醇换热器装置(含管道)不构成危险化学品重大危险源。

2.2 重大危险源分级

(1)分级依据

根据《危险化学品重大危险源辨识》[2]，校正系数α、β取值见表4。

表4 校正系数取值表

(2)R计算

液氧储罐的重大危险源分级指标为：

R=α(β1×q1/Q1+β2×q2/Q2+…βn×qn/Qn)

=2×(0.19×1.5+10.26×1.0)=21.1

分级结果50>R=21.1≥10，本公司液氧储罐属三级重大危险源。

3 重大危险源定量评价

3.1 危险化学品重大危险源单元危险度分析

根据《危险化学品生产装置和储存设施 外部安全防护距离确定方法》GB/T37243-2019[3]，对本公司危险化学品重大危险源单元(液氧储罐)的进行危险程度评价，得出本项目液氧储罐的危险度等级，其评价结果见表5。

表5 单元危险度评价表

通过危险度评价可知，本项目液氧储罐单元的危险度等级为Ⅱ级(中度危险)。

3.2 危险化学品重大危险源事故后果模拟

危险化学品重大危险源(液氧储罐)事故后果模拟(输出距离是距离装置边缘的距离)。以下模拟计算以2000 m3液氧储罐为计算对象。

液氧储罐物理性爆炸事故后果模拟分析如下：

3.2.1 爆炸能量计算

液氧储罐破裂时，低温液体迅速沸腾剧烈蒸发，暴沸和爆炸在瞬间完成，低温液体储罐爆炸能量用下式计算[4]：

EL=[(i1-i2)-(S1-S2)Tb]W

(1)

式中：EL—过热状态下液体的爆破能量，kJ

i1—爆破前液化气体的焓，kJ/kg

i2—在一个大气压下饱和液体的焓，kJ/kg

S1—爆破前液化气体的熵，kJ/(kg·K)

S2—在一个大气压下饱和液体的熵，kJ/(kg·K)

W—储罐内液体质量

Tb—标准沸点，K

液氧物性数据：沸点-183.1 ℃；临界温度-118.4 ℃；临界压力5.08 MPa，饱和蒸气压506.62 kPa，定压比热取1.67 kJ/kg。液体氧密度取1140 kg/m3，液氧储存温度取-150 ℃。

本项目液氧储罐容量2000 m3，充装量90%，W=2052000 kg。

EL=[-79.84-(-133.69)-(3.44-2.94)×90.05]=18108900 kJ

3.2.2 TNT当量计算[5]

1 kg TNT爆炸所发出的爆炸能量为4230～4836 kJ，取平均爆破4500 kJ/kg计算。

相当于TNT当量为：WTNT=4024.2 kg。

3.2.3 爆炸的人员伤害分区[6-7]

为了估计爆炸所造成的人员伤亡情况，将危险源周围划分为死亡区、重伤区、轻伤区。根据人员因爆炸而伤亡的概率不同，将爆炸危险区域由内向外依次划分。

(1)死亡区

死亡区内的人员如果缺少防护，则被认为将无例外的蒙受严重伤害或死亡，其内径为零，外径记为 R0.5，表示外圆周处人员因冲击波作用导致死亡概率为 0.5，它与爆炸量间的关系由下式确定：

R0.5=13.6(WTNT/1000)0.37

(2)

该公式在使用时有如下假设：即认为该圆周内没有死亡的人数正好等于圆周外死亡的人数，则可以说死亡区的人员将全部死亡，而死亡区外的人员将无一死亡。这一假设能够极大的简化危险源评估的计算而不会带来显著的误差，因为在破坏效应随距离急剧衰减的情况下，该假设是近似成立的。需要说明的另一个假设是，在考虑这些区域时，已假设冲击波在这些区域传播时没有受到任何障碍。将 WTNT代入公式，可得死亡半径为 22.75 m。

(2)重伤区

重伤区内的人员如果缺少防护，则绝大多数人员将遭受严重伤害，极少数人可能死 亡或受轻伤。根据冲击波超压准则，该处要求的冲击波超压为 44000 Pa，冲击波超压Δp可按式(5)计算：

Δp=0.137Z-3+0.119Z-2+0.269Z-1-0.019

(3)

其中：Z=R(P0/E)1/3

式中:Δp——冲击波超压，105 Pa

R——目标到爆源的距离，m

P0——环境压力，101300 Pa

E——爆炸总能量，J

将各数值代入公式，可得重伤半径为 60.51 m。

(3)轻伤区

轻伤区的人员如果缺少防护，则绝大多数人员将遭受轻微伤害，少数人员将遭受重 伤或平安无事。根据冲击波超压准则，该处要求的冲击波超压为 17000 Pa，计算公式(5)。 将各数值代入公式，可得轻伤半径为 108.67 m。

综上所述，若液氧储罐泄漏发生物理爆炸事故，则死亡半径、重伤半径、轻伤半径 分别为 22.75 m、60.51 m、108.67 m。由于场内占地面积的限制，一旦储罐发生意外，对周围设备设施均有较大影响。由于液氧的气化膨胀倍数为800倍，2000 m3液氧在常温状态下将气化为 1600000 m3氧气，形成富氧气团，则可能引起更加严重的事故后果。

4 重大危险源的管控措施

通过对公司生产单元、液氧储罐进行重大危险源辨识，液氧储罐为三级重大危险源，危险度为中度危险，如果液氧储罐由于腐蚀、施加外力、误操作等因素导致低温气体逸出，发生火灾爆炸事故，死亡半径、重伤半径、轻伤半径分别为 22.75 m、60.51 m、108.67 m。为了更好的对公司重大危险源进行管控，将采取以下管控措施：

(1) 建立健全重大危险源安全管理规章制度, 制定重大危险源安全管理与监控的实施方案，明确重大危险源的责任人，落实企业主体责任。

(2) 对重大危险源进行登记建档, 建立重大危险源管理档案；将重大危险源可能发生事故时的危害后果、应急措施等信息告知周边单位和人员。在重大危险源现场设置明显的安全警示标志,并加强重大危险源的现场检测监控和有关设备、设施的安全管理。

(3) 对从业人员进行安全生产教育和培训, 使其熟悉重大危险源安全管理制度和安全操作规程, 掌握本岗位的安全操作技能等。

(4)对重大危险源的安全状况以及重要的设备设施进行定期检查、检测、检验, 并做好记录。 对存在事故隐患的重大危险源, 必须立即整改。要制定整改方案, 落实整改资金、责任人、期限等。整改期间要采取切实可行的安全措施, 防止事故发生。

(5)根据重大危险源事故模拟后果，制定针对性重大危险源应急救援预案, 配备必要的救援器材、装备, 并进行事故应急救援演练。