化工安全设计 设计报告
第3章 罐区重大危险源辨识及罐区危险性分析
3.1 罐区重大危险源辨识
根据《危险源辨识》（GB18218-2009）规定：天然气临界量为10t，灌区的液化天然气总量为
33000m?0.85?0.44gcm3?1122t
单元内存在危险化学品的总量超过规定的临界量，则为重大危险源。
3.2 罐区危险性分析
参考文献[6]，LNG是在常压（或略高于常压）下低温（- 162℃）液化了的天然气，体积约为其气态体积的1/625。主要组分为甲烷（一般情况下至少90 %），同时含有乙烷、丙烷、氮气及其他天然气中通常含有的物质。其主要危险性在于其易燃易爆特性，此外，LNG还具有沸腾与翻滚、低温冻伤、低温麻醉、窒息、冷爆炸等危险。
表3-1 LNG的危险性 LNG的危险性 翻滚 贮槽中LNG不同的组成和密度引起分层，层之间进行传质和传热，最终完成混合，同时在液层表面进行蒸发。此蒸发过程吸收上层液体的热量使下层液体处于过热状态。当两层液体的密度接近相等时就会突然迅速混合而在短时间内产生大量气体，使储罐内压力急剧上升，甚至顶开安全阀。 低温冻伤 LNG是- 162 ℃的深冷液体，皮肤直接与低温物体表面接触会产生严重的伤害。直接接触时，皮肤表面的潮气会凝结，并粘在低温物体表面上。皮肤及皮肤以下组织冻结，很容易撕裂，并留下伤口。 泄漏 由于低温操作，金属部件出现明显的收缩，在管道系统的任何部位尤其是焊缝、阀门、法兰、管件、密封及裂缝处，都可能出现泄漏和沸腾蒸发，不及时封闭这些蒸气，它就会逐渐上浮且扩散较远，易遇到潜在的火源。
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第3章 罐区重大危险源辨识及罐区危险性分析
续表3-1 LNG的危险性 低温麻 醉 窒息 没有充分保护措施，人在低于10 ℃下待久后，就会有低温麻醉的危险产生，随着体温下降生理功能和智力活动都下降，进一步下降会致死亡。 LNG蒸气其中的氧含量低,容易使人窒息。吸入纯净LNG蒸气而不迅速脱离，短时间导致呼吸困难，很快会失去知觉,几分钟后死亡。 冷爆炸 火灾 在LNG泄漏遇到水的情况下，水与LNG之间有非常高的热传递速率，LNG将激烈地沸腾并伴随大的响声、喷出水雾, 导致LNG蒸气爆炸。 LNG蒸气遇到火源着火后，火焰会扩散到氧气所及的地方。游离云团中的天然气处于低速燃烧状态，云团内形成的压力低于5 kPa ，一般不会造成很大的爆炸危害。燃烧的蒸气就会阻止蒸气云团进一步形成,然后形成稳定燃烧。 3.3 泄漏引起蒸汽云爆炸事故后果预测
储罐突然破裂 立即气化 没有点燃 沸腾液体扩展蒸汽爆炸 立刻点火 持续泄漏 延迟点燃 可燃气团 LNG储罐破裂 立刻点火 没有点燃 喷射火灾 蒸汽云爆炸 闪火 无火灾 蒸汽云爆炸 蒸汽云爆炸 延迟点燃 闪火 储罐整体破裂 可燃气团 没有点燃 无火灾 图3-1 LNG泄漏后果分析
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液化天然气泄漏，其泄漏后果分析如上图3-1
参考文献[1]中对LNG罐区的危险性评价，做出如下分析： （1） LNG泄漏扩散半径
该LNG储罐区有500m3储罐6台，SH3007-1999规定：
当罐容积小于1000m3时候，取充装系0.85，储罐中LNG质量为
33000m?0.85?0.44gcm3?1122t
储罐中LNG体积为
33000?0.85?2550m
常温常压下LNG挥发后体积迅速扩大625倍，1122t LNG变成气态时体积为
2550?625?1.59?106m3
与空气混合达到爆炸下限的爆炸性混合气体，爆炸的下限5.3%，混合气体量为：
1.59?106/0.053?3.0?107m3
假设在静风条件下，如泄漏成半球形由断口处向周围扩散，
14?πR3?V23
其扩散半径为：
?3?3.0?10/2π?713?243m
与空气混合达到爆炸上限的爆炸性混合气体，爆炸上限15%，混合气体量为：
1.59?106/0.15?1.06?107m3
假设在静风条件下，如泄漏成半球形由断口处向周围扩散， 其扩散半径为：
?3?1.06?10/2π?713?172m
计算结果表明：在无风的条件下，以断口处为中心，半径在172~243m范围内为爆炸性混合气体环境区域，在此区域内混合气体极易遇明火产生爆炸或燃烧。
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第3章 罐区重大危险源辨识及罐区危险性分析
172m 243m 爆炸性混合气体环境区域 图3-2爆炸性区域示意图 （2）蒸汽云爆炸定量评价模式
气云点燃后的燃烧模式最可能是燃烧，爆燃是沿着波的前峰在压力和密度上都减小的膨胀波，属于亚音速的。当可燃气云和空气的预混物在低能量点火时就会发生爆燃。
a . LNG蒸汽云爆炸的TNT当量
WTNT??WfQf/QTNT
式中α——蒸汽云的当量系数，取值为0.04；Wf——液化天然气总质量，kg；Qf——液化天然气的燃烧热，MJ/kg；QTNT——TNT的爆热，MJ/kg。取值4.52 MJ/kg
WTNT?0.04?1122?103?55.6/4.52?5.52?105kg b. 蒸汽云爆炸的冲击波伤害、破坏半径
根据荷兰应用科技院TNO（1979）建议，可按下式预测蒸汽云爆炸的冲击波的损坏半径：
R?Cs(N?E)13
式中R——损害半径，m；E——爆炸能量，kJ，可按下式取，E=V·Hc；V——参与反应得可燃气体的体积，m3；Hc——可燃气体的高燃烧热值，kJ/ m3；N——效率因子，其
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值与燃烧浓度持续展开所造成损耗的比例和燃料燃烧所得机械能的数量有关，一般取N=10%；Cs——经验常数，取决于损害等级。
c.分类伤害半径
由于爆炸对人员的伤害情况与距爆炸中心距离而变化，因此将危险源周围依次分为死亡区、重伤区、轻伤区和安全区。
(1) 死亡区R0.5
该区内的人员如缺少防护，则被认为无例外地蒙受严重伤害或死亡，死亡率取50%，其内径为零，外径为R0.5。表示该区域内人员内脏严重损伤或死亡的概率为0.5，它与爆炸量之间关系为：
WR0.5?13.6(TNT)0.37
1000计算得R0.5=140.6m （2）重伤区R1
该区的人员如缺少防护，则被认为将无例外地蒙受严重伤害，极少数人可能死亡或受重伤。其内径为R0.5，外径R1。
取人员重伤超压△p=0.6×105 Pa，1000kgTNT爆炸产生的冲击波在距离爆心R0=30m处的冲击波超压为0.6×105 Pa
由以下公式求解R1：
R1?q1?????R0?q0??13
q1即上文的WTNT q0即1000kg 计算得R1=246.1m （3）轻伤区R2
该区的人员如缺少防护，则绝大多数人员将遭受轻微伤害，少数人将受重伤或平安无事，死亡的可能性极小。该区的内径为重伤区半径R1，外径为R2。
轻伤区计算公式同上。取人员轻伤超压△p=0.3×105 Pa，1000kgTNT爆炸产生的冲击波在距离爆心R0 =44m 处的冲击波超压为0.3×105 Pa。
计算得R2=361.0m （4）财产损失半径R3
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