天然气处理站重大突发性事件情景构建研究

蒋涛（中国石化华北油气分公司石油工程技术研究院）

2006 年开展国家应急规划情景工作，通过分析、梳理、总结近年来发生在美国和其它国家重大灾难性事件，最终确认15 项为重大突发事件情景，并形成完整的重大突发事件情景构建理论和方法并制定出了《国家应急规划情景》[1-2]。

2013 年针对石油化工行业，国家安全生产应急救援指挥中心牵头带领，由中国安全生产科学研究院提供技术支持，集合三大油公司（中石化、中石油、中海油）、天津市安监局开展重大突发事件情景构建工作，逐步提出重大突发事件情景构建理论基础[3]。近年来，一些重特大生产安全事故频繁发生（如2013 年青岛“11·22”中石化东黄输油管道泄漏爆炸特别重大事故、2015 年福建漳州“4·6”爆炸着火事故、2015 年天津港“8·12”瑞海公司危险品仓库特别重大火灾爆炸事故），给国家、企业和社会造成了重大影响。在这些事故中，大多暴露出缺乏针对事故情景进行应急准备、现场应急人员缺乏培训和演练、应急处置不当造成事故后果扩大的问题[4]。

1 情景概要

1.1 情景选择

选择重大突发事件情景时，考虑到事故情景要具有一定的代表性和典型性，发生的可能性，后果的严重性，以及事故影响的范围和处置难度等要素。借鉴2017 年6 月5 日发生的金誉石化爆炸事故（其中10 人死亡、9 人受伤）[5]，结合某气田处理站的现场实际，选择装车区液化石油气槽车泄漏引发事故，槽车起火爆炸引发球罐起火爆炸导致事故扩大来构建情景。

1.2 情景状况

根据对某气田脱水脱烃站设定的事故每个场景主要的演化阶段进行模拟计算，确定可能影响的范围和程度，推算可能的环境影响、财产损失、社会影响、业务中断、人员伤亡等后果。情景简表见表1。假设条件如下：

表1 情景选择

1）气象条件。夏季，南风向，风速8 m/s（较劲风），气温30 ℃，当日无降水，大气中度稳定，天气阴，多风。

2）作业情况。储罐区液化石油气装车区液化石油气槽车充装快速接口密封破损，引起液化石油气泄漏；事发时仅有一辆槽车进行装车作业。

2 定量风险分析

该次情景构建分析里，分别假设了液化石油气槽车火灾和爆炸，液化石油气/轻烃球罐火灾和爆炸。这些火灾和爆炸的后果，通过定量风险分析（QRA）进行科学定义，以确定各个演化阶段之间的合理性。

2.1 轻烃饱和蒸气压

本次情景构建的轻烃球罐，轻烃组分见表2。其轻烃没有经过稳定化处理，在槽车充装时采用开放式充装。40 ℃时，轻烃饱和蒸气压为126.5 kPa，高于大气压101.3 kPa。因此，槽车开放式充装导致大量轻烃蒸气外冒，造成火灾爆炸风险，并损耗大量轻烃组分。

表2 轻烃组分

根据情景构建分析后，槽车开放式充装改为密闭充装，避免了轻烃在充装时大量挥发到环境的物料损耗，也避免了潜在的火灾爆炸风险。

2.2 液化石油气槽车爆炸冲击波定量风险计算

采用超压模型计算爆炸冲击波造成的死亡区、重伤区、轻伤区等半径，利用挪威DNV 公司的QRA 软件PHAST RISK 进行核算[8]。核算基础如下：

1）计算参数里取情景构建的假设风速8.0 m/s，大气稳定度为D（中性）。

2）重大危险源发生泄漏时，分别核算小孔（5 mm）、中孔（25 mm）、大孔（100 mm）、设备破裂（大于150 mm）4 种事故工况热辐射强度半径。

3）以装载量为23 t 的丙烷槽车作为爆炸核算参照物。

4）丙烷槽车条件：25 ℃，压力0.6 MPa，漏点高度2 m；组分按丙烷100%。喷射火焰辐射与距离核算结果见图1。

液化石油气槽车发生泄漏和爆炸时，会对周边设施产生强烈的超压冲击波并造成伤亡事故。包括周边液化石油气球罐、轻烃球罐、脱水脱烃单元生产设施、配电室、槽车装车点、装车区办公室等设施。具体的死亡半径、重伤半径、轻伤半径见表3。

图1 泄漏QRA 核算结果（小孔泄漏喷）

表3 液化石油气槽车爆炸冲击波超压半径 单位：m

2.3 液化石油气/轻烃球罐热辐射和爆炸定量风险计算

定量风险分析采用650 m3液化石油气球罐作为定量核算参照物。组分100%丙烷、温度40 ℃、压力1.2 MPa、泄漏点15 m、液化石油气球罐超压半径统计见表4。液化石油气球罐火灾事故热辐射半径汇总见表5。

表4 危险源火灾爆炸冲击波超压半径统计 单位：m

表5 危险源火灾爆炸热辐射半径汇总 单位：m

2.4 液化石油气/轻烃球罐同时破裂QRA 核算

处理站共有4 个球罐（1#/2#液化石油气球罐、1#/2#轻烃球罐），每个球罐设计容积为650 m3。由于定量风险核算软件里不能够建立4 个球罐同时爆炸的模型，因此，本次核算将按照4 个球罐总容积为2 600 m3，充装容积80%进行核算，即定量风险核算的总容积为约2 000 m3。

由于液化石油气组分为C3和C4，轻烃组分以C5为主并含有少量C5以上烃类，为简化定量风险分析的计算，本次核算拟采用C4（丁烷）作为核算物料。以组分100%丁烷、温度40 ℃、压力0.6 MPa、泄漏点15 m、体积2 000 m3、风速8.0 m/s 为核算基础，假设4 个球罐为一个丁烷总容积2 000 m3的球罐发生完全破裂的爆炸事故，在采用DNV 公司的PHAST RISK 软件进行定量核算后，得出4 个球罐同时爆炸的核算结果见表6。

表6 4 个球罐同时爆炸的QRA 核算结果 单位：m

3 演化过程

依据QRA 计算结果，确定情景演化过程如下：

1）孕育阶段。处理站装车区1#装车点液化石油气槽车在进行充装作业时，快速充装接头密封泄漏。

2）发生阶段。液化石油气瞬间气化和扩散，与空气形成爆炸性混合气体，并遇静电、电气火花等发生小爆炸引发槽车大火[9]。

3）扩大阶段。液化石油气槽车被自身火灾烘烤温压上升，槽车罐体罐壁材料承压应力随温度上升而下降，最终槽车发生“沸腾液体扩展为蒸气云”爆炸；槽车爆炸碎片飞溅，击中并引燃脱水脱烃单元储罐区内液化石油气球罐和轻烃球罐，造成液化石油气和轻烃泄漏，并引发大火。

4）爆发阶段。液化石油气球罐和轻烃球罐在池火烘烤情况下，球罐内物料温度压力上升，同时球罐罐体材料随温度上升而承压能力下降，最终分别发生“沸腾液体扩展为蒸气云”爆炸；球罐爆炸碎片击中脱水脱烃单元和增压单元生产设施，引发处理站内设施损毁和多处火灾；特别是导致处理站天然气进气管道和输气管道破裂，造成管道天然气泄漏和火灾。

5）应急结束阶段。上游首站天然气管道切断阀关闭，增压机站外输天然气管线在下游阀室关闭成功后，大火逐步熄灭；政府应急指挥中心宣布现场应急结束，开展事故调查工作。

6）恢复阶段。消防废水处置，事故调查和责任认定、开展灾后恢复工作；一年后，增压机站恢复生产，脱水脱烃单元重新进行设计施工。

4 结论

文中得出了基于“情景分析-任务梳理-能力评估”为主线的重大突发事件情景构建技术方法，建立了某气田脱水脱烃站液化石油气泄漏、火灾爆炸情景，可获得本场景未来可能发生的最严重的威胁的情景，依次设置应急预案和准备工作的最优先目标，既为应急准备规划的设计提供重要依据，又给应急准备能力的建设提出了具体需求[10]。

1）情景构建有助于应急预案修订和预案体系优化工作，解决现有预案针对性不强、操作性不够等问题。

2）为处理站应急演练工作提供了指导和支撑，为桌面推演和实战演练提供科学可信的背景，也为演练提供了一致性的目标和要求。

3）情景构建有助于完善应急体系建设规划。通过对液化石油气泄露、火灾爆炸的现状与发展趋势进行分析研究；对其应急资源的现状及需求进行分析研究，确定了处理站应急体系建设规划的重点建设方向。

4）情景构建工作取代了传统的通过应急演练完善应急预案的方式，节约了大量的水、电、液化石油气等能源和人力、财力。