LPG储罐爆炸事故评价及安全管理研究进展

刘经纬，赵 斌（辽宁石油化工大学 机械工程学院，辽宁 抚顺 1130011）



LPG储罐爆炸事故评价及安全管理研究进展

刘经纬，赵 斌
（辽宁石油化工大学 机械工程学院，辽宁 抚顺 1130011）

摘要：LPG储罐的爆炸事故时有发生，一旦出现爆炸事故，将导致大量的人员伤亡和经济损失，因此，有必要对其事故原因进行分析，并且提出有效的应对措施。首先，讨论了LPG典型事故，并且对事故类型及事故后果进行了分析；其次，研究了LPG储罐爆炸评价方法；最后，讨论了LPG储罐安全防护措施研究进展。

关键词：LPG储罐；爆炸事故；防护措施

液化石油气的的成分主要为C3与C4，是甲A类火灾危险品，闪点非常低，非常容易燃烧；着火的能量也比较小，体积膨胀系数比较大，有较大的爆炸危险性。气态的液化石油气比空气重，泄漏后非常容易在不同类型的建筑物，构筑物空间的低处、地沟、缝隙处聚集；在常压条件下，LPG沸点小，泄漏后发生闪蒸，液相LPG将转变成气相LPG，体积快速增加；液相流动时由于摩擦非常容易形成静电；LPG具有使人窒息的危害，在严重的情况下使人产生痉挛，并且终止呼吸。液化石油天然气（LPG）经济、高效、清洁、环保，有较大的热值，因此，已经应用于工业，农业和民用领域。

一般而言，能量首先传输到和LPG储罐相邻的液相和气相LPG，因此能够形成相应的分层区。分层区通常情况下相对于主流会有更高的温度，如果出现压力泄放，在对于处于不同位置的介质，具有不同的温度，相应的核化速度也有所区别。在LPG储罐处于火灾环境下的情况下，由于存在分层导致过早地产生处于过热极限状态的液体，进而使压力迅速增大。在LPG储罐受到热侵袭的过程中，分层现象使液相和气相LPG的温度有所变化，如果处于过热极限状态的液相LPG不能及时泄放到储罐外，则有可能在泄漏出喷射出并且发生爆炸［1］。

1　LPG储罐典型事故、事故分类和事故后果探究

LPG的存储条件一般为常温和高压，当由于操作失误使LPG储罐过量充装，储罐自身存在设计和施工的弊端，储罐材料处于疲劳状态，储罐材料出现腐蚀现象，储罐受到外力的作用或者处于火灾环境下，将出现严重的破坏，管道和阀门出现破坏，从而产生LPG的泄漏事故，因为LPG温度相对于大气压条件下的沸点要高出很多，泄漏出去的LPG将迅速地气化，同时出现闪蒸［2］。

LPG储罐的爆炸事故时有发生。1978年 7月11日，在西班牙巴塞罗那市与帕伦西亚市之间的高速公路的旁道上处于行驶状态的液化丙烯罐车发生爆炸事故，严重地破坏了地中海沿岸侧的一个露营场。事故导致215人死亡，67人受伤，大约有100辆汽车与 14栋建筑物遭受不同程度的损毁。1984 年 11月，在墨西哥城发生了重大的液化石油气（LPG）站爆炸事故，事故导致542人死亡，7 000多人受伤，涉及的事故面积大约为27万m3。2014 年9月18日，美国得克萨斯州贝敦市一个储油罐遭雷电击中爆炸起火后，导致另一个储油罐和3个盐水罐受损，损失原油约1 400桶。2015年7月16日日照市岚山区石大科技有限公司1 000 m3液化烃球罐在倒罐作业中发生泄漏，引火爆燃。爆炸瞬间火焰迅速扩散到整个厂区周边，巨大的冲击波将球型储罐的外壳冲出数米，周边明显感觉到震动。

LPG储罐发生爆炸的起因绝发部分是高温环境下储罐产生失效，而高温环境的主要原因就是火灾或者热辐射。当LPG储罐处于高温环境下，因为内部介质的传热、储罐壁温度、和储罐内压力失稳而引起LPG储罐的破坏，产生相应的事故，常见的事故类型及危险性如下所示［3］：

BLEVE（蒸汽爆炸）：储罐出现了破裂，LPG储罐产生泄漏、出现闪蒸，当有明火，泄漏的LPG将被迅速地点燃，此时出现沸腾液体扩展蒸汽爆炸。在发生蒸汽云爆炸时，释放的能量绝大部分都形成了冲击波，使LPG储罐周围的空气受到剧烈的冲击作用，导致空气的瞬间变化，因此，此类事故的后果非常严重，LPG储罐周围的建筑物将被严重地破坏，化工厂应该避免此类事故的发生。蒸汽云爆炸的伤害半径见表1。

表1　蒸汽云爆炸的伤害半径Table 1　Damage radius of BLEVE

PF（池火）：液相积聚形成液池，延迟或远处点燃则发生池火。当储罐管道、阀门出现破坏，液相LPG产生泄漏，发生闪蒸，一旦泄漏的介质被明火点燃，将产生喷射火。在发生池火时，对LPG储罐周围设备产生威胁的主要因素就是热辐射，不同程度的事故产生的热辐射值不同，对周围设备的威胁程度也不同，具体情况见表2。

表2　不同热辐射程度的池火灾的伤害程度Table 2　Injury extent of PF with different radiation level

2　LPG储罐爆炸评价方法

LPG储罐爆炸事故后果分析的方法主要有［4］：

2.1模糊数学和灰色关联法

由于 LPG储罐爆炸事故的评价属于一种多因素、多目标和多层次的系统，在评价过程中，许多影响因素都具有模糊性，因此，应该采取模糊数据进行评价。模糊综合评价模型能够有效地处理有多种模糊性影响因素的问题，按照设定的评价准则，通过模糊变换进行LPG储罐爆炸事故的总体评价。根据 LPG储罐的实际状况构建相应的评价指标体系，利用层次分析法计算出不同评价指标的权值，构建出权值向量，然后利用灰色关联分析对影响因素进行评价，计算出不同评价指标和LPG储罐安全的相关性，从而避免了主观因素的影响，获得科学合理的权值向量，最后可以得到出准确的评价结论。

2.2事故树分析法

事故树分析是安全系统工程中的分支方法，可以发现 LPG储罐爆炸事故系统中潜在危险因素以及相互之间的影响，利用定性和定量相结合的方法进行LPG储罐爆炸事故的评价。在评价的过程中，利用三角模糊数表征 LPG储罐爆炸事故各个基本事件的概率，依据事故树和模糊算子获得顶事件的概率分布，利用中值法分析模糊重要度，从而能够确定相应LPG储罐爆炸的主要影响因素，从而能够为提高LPG储罐提供有效的技术支持。

2.3有限元法

有限元技术是一种先进的数值模拟技术，可以有效地分析非线性问题，而LPG储罐爆炸事故中各个物理量的变化均属于非线性问题，因此，利用有限元技术对火灾环境下 LPG储罐力学行为和热力学特性进行分析是切实可行的。采用有限元仿真技术能够比较容易地计算出 LPG球罐的不同部件的受热后的应力，并且以直观的三维图显示出来。目前，许多研究机构通过有限元分析软件对火灾现场进行预测仿真分析，对LPG储罐在高温条件下内部介质的热响应进行数值分析。利用有限元分析技术能够有效地对LPG储罐的爆炸事故进行系统分析。

3　LPG储罐安全防护措施研究进展

LPG在外界高温条件下储罐本身的以及内部的介质传热储罐传热，储罐内部压力随之而变，储罐的失效时间也发生相应的改变。根据相关实验研究成果可知，影响LPG储罐安全的因素包括：储罐是否采用了有效的防护措施，储罐的充装水平是否合理，火灾包围状况，外界是否存在自然风，风速和风向变化的状况［5］。

LPG储罐主要可以从以下几个方面进行安全管理：

（1）压力控制

压力是LPG储罐的主要参数，需要对其进行有效地控制。应该实时地测试LPG储罐的压力变化数据，管理人员应该认真地巡视，一旦发现问题及时汇报。应该尽可能避免 LPG储罐在极端条件下工作，防止压力过大。严格遵守操作规范，避免违章操作［6］。

（2）液位控制

当工作环境发生变化时，液位也随之变化，当液位变化时，相应的保护措施也随之变化。为了能够避免储存过量，可以采取报警控制系统，减小LPG储罐液位检测误差。应该定期对 LPG储罐进行检查，将其液位的变化做好记录，如果发生异常现象，应该及时处理，避免LPG储罐在过高或者过低的液位下工作。

（3）冷却控制

LPG储罐爆炸的原因有两个，一方面是LPG储罐的内部压力不断增加；另外一方面是LPG储罐罐壁温度增加导致罐壁强度的降低。因此，应该选择有效的手段避免储罐内部压力的增加以及罐壁温度的增加，能够更好地防止LPG储罐事故。水冷却是一种有效的方式，主要包括固定水喷淋、固定水炮、水喷雾等形式。

（4）严格遵循LPG储罐的设计和制造规范

LPG储罐自身存在着较大的危险性，因此，对于LPG储罐的设计与制造等方面的管理，国家有关机构提出了非常严格的要求，因此，LPG储罐的制造企业应该具备设计和制造资质，否则，就没有资格进行LPG储罐的设计与制造。可以设计LPG储罐的企业应该遵循国家的相关规范，这样才能避免爆炸事故的发生。

4　结 论

LPG储罐是国家的主要资产，其安全运行对于国家的经济发展具有非常重要的作用，此外，LPG储罐的经济价值非常大，而且储存的油品自身存在较大的价值，因此，价值相当可观。储油罐操作运行及安全管理应该严格按照国家或石油石化企业颁布的相关标准执行，防止LPG储罐事故的发生，保障石油石化企业的经济利益。不仅应该关注LPG储罐主体的安全，LPG储罐的附件的安全管理也必须给予足够的关注，从而能够更好地避免LPG储罐的爆炸事故或者漏油事故。针对长时运行的 LPG储罐，应该定期地进行在线完整性检测，采取更为先进的检测技术，发现LPG储罐中存在的安全隐患，避免事故的发生。

参考文献：

［1］邢志祥，杨乃军，郝永梅.高温环境下LPG储罐热响应及安全防护的研究进展［J］.消防科学与技术，2014，33（9）∶979-983.

［2］李骁骅，王晶禹.LPG储罐的失效原因分析［J］.工业安全与环保，2007，33（6）∶44-46.

［3］孙文栋，方江敏.LPG储罐火灾爆炸事故后果模拟方法研究［J］.工业安全与环保，2009，35（12）∶44-45.

［4］黄昆 ，蒋宏业，李余斌.LPG储罐火灾与爆炸事故分析［J］.西南石油学院学报，2004，26（5）∶74-76.

［5］梁韬，陈国华，张瑞华，颜伟文.SAFETI在LPG储罐事故后果评价中的应用［J］.油气储运，2006，25（2）∶53-58.

［6］张雅萍，苏举端，于胜男.液化石油气（LPG）储罐安全监测研究［J］.工业安全与环保，2010，（2）∶31-33.

Research Progress of Explosion Accident Evaluation and Safety Management for LPG Tanks

LIU Jing-wei，ZHAO Bin
（School of Mechanical Engineering，Liaoning Shihua University，Liaoning Fushun 113001，China）

Abstract：The explosion accident of LPG tank happens all the time；once explosion accident of LPG tank happens，a large number of casualties and economic losses will be caused，therefore it is necessary to carry out accident analysis for LPG tank，and effective countermeasures should be put forward.Firstly，the classic accidents were discussed，and the accident type and results of LPG tank were analyzed.Secondly，the LPG tank explosion evaluation method was studied.Finally，the safety countermeasures of LPG tank were summarized.

Key words：LPG tank；Explosion accident；Safety countermeasures

中图分类号：TQ 052

文献标识码：A

文章编号：1671-0460（2016）01-0067-03

收稿日期：2015-09-10

作者简介：刘经纬（1994-），男，辽宁省大连市人，研究方向：主要研究石油化工设备的安全分析。E-mail：630601772@qq.com。