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液化石油气储罐安全防护方式的比较与选择

文档作者: 邢志祥 蒋军成 葛秀坤        文档来源: 南京工业大学城市建设与安全环境学院
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更新时间: 2021年01月08日
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第23卷第5期 油 气 储运 液化石油气储罐安全防护方式 的比较与选择 邢志祥 蒋军成 葛秀坤 (南京工业大学城市建设与安全环境学院) 邢志祥蒋军成:液化石油气储罐安全防护方式的比较与选择,油气储运,2004,23(5)41~43。 摘 要 介绍了液化石油气储罐火灾事故的危害及其连锁反应过程,对液化石油气罐区的安 全防护方式进行了分析,并对各种防护方式的特点进行了比较,提出了液化石油气储罐设计时选择 安全防护方法的基本原则。 主题词 液化石油气 储罐 安全 防护 方式 比较 选择 一 、液化石油气储罐 事故的危害 液化石油气是工业和日常生活中应用十分广泛 的一种燃料,具有易燃、易爆等危险性,在生产、运输 和使用中易发生火灾和爆炸事故。液化石油气储罐 周围一旦发生火灾,储罐内液化石油气的温度和压 力就会迅速升高,储罐的强度将迅速下降,在一定的 条件下储罐就会发生破裂和爆炸,并引起沸腾液体 膨胀蒸气爆炸(BI EVE),爆炸引起的冲击波、热辐 射和抛出的容器碎片会对周围人员、建筑物和设备 造成巨大的破坏。国内外曾多次发生液化石油气火 灾爆炸事故,造成了严重的损失。例如,1984年,墨 西哥一液化气储配站由于液化石油气泄漏而引起火 灾,使两个球形储罐破裂,高温火焰包围了附近的容 器,引起多台容器破裂爆炸,导致500多人死亡, 7 000多人受伤,大量工业和生活设施被毁坏。1998 年,西安液化石油气站一球罐底部泄漏,引起火灾, 在火焰高温的作用下,两个400 m。的球罐相继发生 爆炸,并引起沸腾液体膨胀蒸气爆炸,造成1O多人 死亡,数十人受伤,直接经济损失400×10 元。液 化石油气储罐事故引起连锁反应的过程见图1。 图1 液化石油气储罐事故链 *210009,江苏省南京市新模范马路5号南京工业大学186信箱;电话:(025)3587305。 **国家自然科学基金资助,重点项目编号29936110,面上项目编号50206009。 维普资讯 http://www.cqvip.com 油 气储运 液化气体储罐的许多事故,如蒸气爆炸、气体扩 散和燃烧爆炸等,在很大程度上超出人力所能控制 的范围。因此,在液化气体储存中,采取适当的安全 措施,最大限度地减少事故发生的可能性是非常重 要的。液化石油气储罐的安全防护方法很多,如何 选择既安全可靠又经济合理的方法,是进行安全设 计时必须考虑的问题。 二、储罐的安全防护方法 从图1可以看出,要防止液化石油气储罐连锁 事故的发生,必须首先确保液化石油气储罐在使用 过程中的安全,防止火灾,防止热冲击引起的超压或 机械撞击引起的泄漏。可以采用水冷却、防火隔热 层、蒸气泄压等方法防止热冲击引起的超压。 1、 水冷却 当储罐受到火焰或辐射侵袭时,用冷却水可以 有效降低储罐表面温度,使储罐表面强度不会因温 度迅速升高而显著降低,避免罐内介质温度迅速升 高。水冷却的关键是喷水量必须足够吸收作用在罐 体上的热量,保证足够的供水强度。水冷却可以采 用移动式和固定式两种方式。 移动式水冷却采用消防水枪,以人工方式喷水, 是一种经常采用的方法,具有简单、可移动、可以根 据不同火灾条件灵活操作等优点。人工喷水法在预 防蒸气爆炸事故时受到很多制约,主要原因有,需水 量太大,受储罐方位、火焰强度、场地等原因限制,操 作人员距离火焰太近会有生命危险。 固定式水冷却系统有在储罐顶部集中配水沿罐 壁漫流式、固定水喷淋、水喷雾、固定水炮4种基本 形式。当火灾发生时,系统的控制阀可以自动打开, 也可以设为手动方式。前两种方法是水直接作用于 保护面进行冷却,水喷雾则首先对火焰冷却,阻挡辐 射热通过,然后作用于保护面起到冷却作用。水喷 淋和水喷雾的主要区别在于喷出的水滴大小不同, 后者喷出的水滴较小,直径大约为100~700,um。 为了避免风和火焰热流的影响,水喷雾应有较高的 压力,以保证雾滴有较大的势能。 顶部集中配水设罐壁漫流式的喷嘴可以采用堰 式、穿孔管、喷头等形式。该方式对球罐最为有效, 水分布均匀,管道配置少,管道不易堵塞,单阀启动 快,不易被蒸气爆炸所破坏,可用于着火罐和邻罐的 冷却。其缺点是,当燃烧介质在罐体表面产生抗湿 性炭沉积层时,漫流水离开罐体表面不能形成水膜. 影响冷却效果。此外,罐底部供水不足。 水喷淋和水喷雾系统管道配置多,喷头布置为 网格状,水分布均匀。但一套系统不能同时进行着 火罐和邻罐的冷却,一般需要设置两套系统。此系 统易被蒸气爆炸所破坏,喷头易堵塞.维护较困难。 水喷淋对处于均匀火焰环境下的储罐能起到较好的 防护效果,但对于喷射火焰,由于加热的不均匀性, 效果较差。固定水炮可以较快地向储罐供水,不易 被蒸气爆炸所破坏,一般不易堵塞。如果水炮布置 得当,水可以覆盖储罐全部表面,可以减少用水量。 当受风影响较大时,需要加大用水量。 2、防火隔热层 防火隔热层是位于火焰和金属壳体之间的绝热 层,它能延缓罐壁温度升高和介质压力上升,从而为 采取其它灭火措施争取时间。设置防火隔热层的关 键是要合理地选择并安装具有足够阻火率且适合使 用环境的隔热材料。设置防火隔热层具有明显的优 越性,能从火灾发生的瞬间就开始提供防护.不需要 以任何方式开启系统,不需要用冷却水防护。一个 直径为l5 m的球罐,人工水冷却的需水量为0.1 9 ~ O.22 m。/s,自动喷淋冷却的需水量为0.13 m。/s。 采用防火隔热层的缺点是,初期投资多,罐体和支承 结构的重量增加,不利于罐体检查,任何防火隔热层 的延缓时间都是有限的。 3、安全阀泄压 上述方法的思路是保护储罐表面不受热量侵 袭,防止最终被完全破坏。蒸气泄压的思路是降低 储罐内的压力,防止火焰侵袭造成壳体损坏,防止造 成灾难性后果。蒸气泄压最简单的方法是使用安全 泄放阀。然而,泄放的蒸气可能会发生燃烧和爆炸. 使储罐处于危险之中。安全阀泄压虽然可以降低储 罐内的压力,但是不能防止储罐罐壁温度升高,如果 单独使用安全阀,储罐仍然有破裂爆炸的危险,因 此,蒸气泄压一般总是与其它防护方式共同使用。 4、 防止机械破坏 有时,储罐的损坏并非由于受热,而是由于撞击 等机械破坏。防止这类破坏,主要应注意储罐本体 及储罐系统的合理设计和维护。 除了上述技术措施外,健全的管理制度在预防 维普资讯 http://www.cqvip.com www.bzfxw.com 第23卷第5期 邢志祥等:液化石油气储罐安全防护方式的比较与选择 任何灾害中都是必不可少的。此外,在储罐设计中 适当增强罐体和附件的可靠性,对于预防事故是十 分必要的。同时,应进一步开展有关可燃液化气体 安全性的基础研究和试验研究,从深层次上认识灾 害的机理,从而提出更加合理可靠的安全措施。 三、储罐安全防护方式的选择 储罐的安全防护方式可以选择上述一种或同时 选择几种,一般蒸气泄放法应与水冷却或防火隔热 层联合使用。 1、 水冷却与防火隔热层保护效果比较 文献[1、2]介绍了液化石油气储罐采用水喷淋 冷却和防火隔热层保护时的全包围火灾试验,其试 验条件为,容器容积为4.85 m。,壁厚为6.5 mm,材 料为STE36钢(屈服强度为360 MPa),储罐上设置 安全泄放阀。试验结果见图2。 一 茎 一 出 黎 火灾作用时间(min) 图2 各种防护方式的试验结果 从图2可以看出,未采用防护措施的储罐,在火 灾作用下其内部压力会迅速上升,12 rain就发生爆 炸;采用水喷淋冷却(冷却强度为100 L/(h·m。)) 的储罐,在火灾作用下,在开始的5 rain内压力会迅 速上升,当达到安全阀排放压力1.4 MPa时,安全 阀开启排气,储罐内压力在1.2~1.4 MPa之间波 动,随后有所下降;采用隔热层保护的储罐,在火灾 作用下压力升高速度缓慢,在前50 rain,储罐内部 的压力一直低于水喷淋冷却的储罐,之后压力较水 喷淋储罐稍高。水喷淋冷却和隔热层保护的储罐均 可以在火灾作用下90 rain内不发生爆炸。从防护 效果看,在火灾初期,采用隔热层防护比水喷淋冷却 更为有效,采用水喷淋冷却必须与安全阀配合使用。 对于移动式储罐,应采用隔热层防护。 2、水冷却方式的选择 对于上述4种水冷却方式,根据国外资料,可靠 性的排序依次为漫流式、固定水炮、水喷淋或水喷 雾。我国目前大多采用水喷淋或水喷雾方式.考察 其使用效果,这种方式未必妥当,尤其在发生蒸气爆 炸时系统易遭到破坏,而且喷头容易堵塞,维护比较 困难。根据我国国情,水冷却方式宜采用顶部集中 配水罐壁漫流与固定水炮相结合的方式,即部分冷 却水用漫流式,部分冷却水用固定水炮提供。该形 式可靠性、灵活性高,能够满足防日晒冷却、着火罐 冷却以及邻近罐冷却等不同冷却强度的供水要求, 对于与储罐内部蒸气区相接触的罐壁部分的冷却更 有效,容易维护,工程费用比水喷淋或水喷雾系统 低。对于大型储罐,应设置自摆的移动式水炮,以减 少灭火人员暴露于火灾危险区中的危险性,有效保 证喷射水流到达暴露于火灾中的储罐表面。 四、结论 防止液化石油气储罐发生事故需要采取多种措 施,例如,强化安全管理、提高储罐设计的可靠性、提 高自动化水平等。其中液化石油气储罐防护方式对 于预防和控制灾难性事故的发生是至关重要的,应 根据具体情况选择合适的防护方式。对于固定式储 罐,应采用储罐顶部水漫流冷却和固定水炮相结合 的方式,同时应设置大小合适的安全阀。对于大型 储罐,应设置自摆式移动水炮。对于移动式储罐,应 采用隔热层和安全泄放阀相结合的方法。对于固定 水喷淋和水喷雾冷却方式,在增强其可靠性的同时, 也可以根据实际情况合理选择。 参 考 文 献 1, Droste B and Schoen W :Fu11 scale fire tests with unprotected and thermal insulated LPG storage tanks,Journal of Hazardous M aterials,1988,20:41~ 53. 2, Schoen W and Droste B:Investigati0ns of water spraying sys— terns for LPG storage tanks by full scale fire tests,Journal of Hazardous Materials,1988。20:73~82. (收稿日期:2003—03—03) 编辑:陈桂明
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