氢能源动力轻轨车辆基地火灾爆炸风险评价*

李庆升 贾运亮 詹文田 陆继荣 曾嘉伟 张新

(1.佛山市高明现代轨道交通建设投资有限公司 广东佛山 528500； 2.中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东青岛 266031； 3.中联科锐消防科技有限公司 长沙 410004 )

*基金项目：湖南省自然科学基金(2020JJ7037) ；长沙市雨花区科技计划项目(YHKJ-2020-CZ-17) 。

0 引言

氢能源有轨电车作为一种新型交通模式已在我国佛山市率先载客运营，其作为城市轻轨交通的重要组成部分，与地铁、公交等传统公共交通工具形成了有益互补。在轨道交通应用方面，氢能源有轨电车以其低成本投建运维、建设周期短、节能环保等多重优势被地方政府所重视[1-2]。虽然氢能源有着传统能源不可替代的优势，但是如果在日常运营中因管理不当或者设施设备故障导致氢气泄漏发生火灾、爆炸事故，则可能造成严重的人员伤亡和财产损失[3]。为此，本文采用Dow火灾、爆炸指数法对氢能源动力轻轨潜在的火灾、爆炸危险性进行分析，以期为运营单位制定安全对策提供可靠、科学的依据。

火灾、爆炸指数法(F&EI)是由美国道化学公司开发的，其主要用于评价工艺单元潜在的火灾、爆炸风险，该方法利用火灾、爆炸数据统计资料、物质蕴含的能量和现有的安全措施，通过计算一系列参数的火灾、爆炸指数来评价工艺单元的火灾、爆炸危险程度，经过几十年的发展，目前已更新到了第7版[4]，在世界范围内有着广泛的影响，其评价流程如图1所示[5]。

图1 Dow火灾、爆炸危险指数法评价程序示意

1 火灾、爆炸指数法在氢能源动力轻轨车辆基地的应用

1.1 评价单元描述

本文以广东佛山高明区现代有轨电车示范线智湖车辆基地为例，对其进行风险评价研究。智湖车辆基地总占地面积约2.6 hm2，主要建筑物有停车列检库(建筑面积约1 130 m2)、月检临修库(建筑面积约870 m2)、洗车库(建筑面积约190 m2)、镟轮库(建筑面积约370 m2)、蓄电池间(建筑面积约134 m2)、综合楼(建筑面积约4 056 m2)等。

智湖车辆基地涉氢场所主要是停车列检库、月检临修库和洗车库，此3个场所一般为独立的功能场所，用轻钢结构进行分隔，因此本文主要针对此3个场所进行火灾、爆炸风险评估分析，各自划分为一个工艺单元。

1.2 物质系数和危险系数的确定

通过查道化学火灾、爆炸危险指数评价法(第7版)可知，氢气的物质系数为21[4]。

(1)一般工艺危险系数F1。停车列检库、月检临修库和洗车库的一般工艺危险系数F1值计算如表1所示，分别为2.10、2.25和2.15。

表1 F1值计算

(2)特殊工艺危险系数F2。停车列检库、月检临修库和洗车库的特殊工艺危险系数F2值计算如表2所示，均为3.50。

表2 F2值计算

(3)工艺单元危险系数F3。工艺单元危险系数F3=F1×F2，根据表1和表2，可以得到停车列检库、月检临修库和洗车库危险系数F3的值，分别为7.35、7.88和7.53。

1.3 计算火灾、爆炸危险指数F&EI

火灾、爆炸危险指数F&EI是物质系数(MF)和工艺单元危险系数(F3)的乘积，即F&EI=MF×F3[6]。经计算，停车列检库、月检临修库和洗车库火灾、爆炸危险指数F&EI分别为154.35、165.48和158.13。

针对计算出的火灾、爆炸危险指数，依据数值大小将其分成了若干个危险等级以便区分，F&EI值与对应的危险等级如表3所示[7]。

表3 F&EI值及危险等级

由表3可知，停车列检库、月检临修库和洗车库的危险等级分别为“很大”、“非常大”、“很大”。

1.4 安全措施补偿系数C

安全措施分为工艺控制(C1)、物质隔离(C2)、防火措施(C3)。停车列检库、月检临修库和洗车库安全措施补偿系数计算见表4。

表4 安全措施补偿系数

1.5氢能源动力轻轨车辆基地工艺单元安全评价与分析

1.5.1 危害系数、暴露半径和暴露面积

氢气的物质系数为21，其危害系数可根据下式计算[4]：

y=0.340 314+0.076 531x+0.003 912x2-0.000 73x3

式中，y表示危害系数，x表示工艺单元危险系数(F3)。经计算，停车列检库、月检临修库和洗车库的危害系数分别为0.82、0.83和0.83。

暴露区域半径决定了暴露区域的大小[8]，停车列检库、月检临修库和洗车库的火灾、爆炸暴露半径及暴露面积如表5所示。

1.5.2 财产损失

(1)暴露区域内财产更换价值。由于氢能源动力轻轨停车列检库、月检临修库和洗车库评价单元内设施设备种类较多，且不同的车辆基地投资建设成本也各不相同，因此这里对财产损失只介绍计算方法。假设停车列检库、月检临修库和洗车库评价单元内财产更换价值分别为A1、A2、A3。

表5 暴露半径和暴露面积计算

(2)基本最大可能财产损失。基本最大可能财产损失(BaseMPPD)的值为更换价值乘以危害系数，则停车列检库、月检临修库和洗车库评价单元内的基本最大可能财产损失分别为0.82A1、0.83A2、0.83A3。

(3)实际最大可能财产损失。实际最大可能财产损失(ActualMPPD)的值为基本最大可能财产损失乘以安全措施补偿系数C，则停车列检库、月检临修库和洗车库评价单元内的实际最大可能财产损失分别为0.62A1、0.63A2、0.63A3。

2 评价结果与结论

2.1 评价结果

补偿前停车列检库、月检临修库和洗车库的危险等级分别为“很大”、“非常大”、“很大”，经过安全补偿后，其火灾、爆炸危险等级均降至“中等”，如表6所示。

表6 F3值计算

经过上述分析，可列出停车列检库、月检临修库和洗车库评价单元内各危险分析数据，如表7所示。

表7 停车列检库、月检临修库和洗车库危险分析汇总

2.2 评价结论

(1)采用Dow火灾、爆炸危险指数法对氢能源动力轻轨车辆基地中的停车列检库、月检临修库和洗车库进行了风险评价研究，得到了火灾爆炸指数、暴露半径、暴露面积以及财产损失等数据。结果表明，若发生火灾、爆炸事故，事故影响范围或区域大、经济损失重。

(2)氢能源动力轻轨车辆基地中的停车列检库、月检临修库和洗车库在没有安全措施补偿前，火灾、爆炸危险指数F&EI分别为154.35、165.48和158.13，危险等级分别为“很大”、“非常大”、“很大”；在采取了安全措施补偿后，其火灾、爆炸危险等级均将至“中等”。这表示在氢能源动力轻轨车辆基地设计与运营过程中，应当采取必要的安全措施以降低火灾、爆炸风险。

3 结语

采用火灾、爆炸指数评价法，可以得到氢能源动力轻轨车辆基地中的停车列检库、月检临修库和洗车库的危险性，车辆基地各评价单元的危险等级为很大或非常大，通过采取一些安全措施可以降低其危险性。氢能源动力轻轨作为一种新的公共交通模式，其运营管理尚无经验可循，在日常运营管理中，运营方应积极采取制定针对性的安全管理对策，明确重大危险源区域岗位职责部门及责任人，加强设施设备的维护保养工作，确保氢能源动力轻轨的安全运营。