趙瑩（航天長征化學(xué)工程股份有限公司蘭州分公司 甘肅蘭州 730050）

引言

當(dāng)前化工企業(yè)使用、儲存、生產(chǎn)過程中經(jīng)常涉及到易燃液態(tài)的危險(xiǎn)化學(xué)品，該類物質(zhì)遇到明火、高溫很容易發(fā)生火災(zāi)事故。一旦發(fā)生火災(zāi)事故將造成重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，所以正確的分析火災(zāi)事故傷害范圍，對提出相應(yīng)的技術(shù)措施，預(yù)防重大事故發(fā)生有著重要的意義。

一、發(fā)生火災(zāi)的條件分析

在化工企業(yè)生產(chǎn)、儲存、使用易燃危險(xiǎn)化學(xué)品時(shí)由于設(shè)備損壞、管道腐蝕等容易造成危險(xiǎn)化學(xué)品的跑、冒、滴、漏現(xiàn)象。工人違章操作、誤操作極易導(dǎo)致易燃化學(xué)品短時(shí)間內(nèi)大量泄漏。

易燃物質(zhì)泄漏后遇明火則會發(fā)生火災(zāi)事故。如果易燃液體蒸發(fā)的氣體密度比空氣大，能在較低除擴(kuò)散到相當(dāng)遠(yuǎn)的地方，遇火源會著火回燃，可能引燃泄漏的液態(tài)物質(zhì)發(fā)生火災(zāi)事故。

二、火災(zāi)傷害范圍分析

儲存罐區(qū)按照《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（G B 50016-2006）的要求，在儲罐四周應(yīng)設(shè)有防火堤，當(dāng)儲罐發(fā)生泄漏，泄漏液體在防火堤內(nèi)形成液池，遇到明火后，在防火堤內(nèi)形成可燃液體表面的自然燃燒。這種可燃液體泄漏后流到地面或防火堤內(nèi)形成液池，遇火源后燃燒形成的過程成為池火。池火分析模型一般按圓形液面計(jì)算，其他形狀的液池應(yīng)換算為等面積的圓池。

具體分析時(shí)，考慮儲罐區(qū)最不利火災(zāi)情況為最大儲罐一次泄漏量在防火堤內(nèi)形成池火，燃燒面積為整個防火堤平面面積，若防火堤不是圓形，則在分析時(shí)使用防火堤面積換算出當(dāng)量直徑進(jìn)行分析。

例如：某化工有限責(zé)任公司生產(chǎn)甲醇，已知該公司在甲醇成品罐區(qū)設(shè)置26500 m3的甲醇內(nèi)浮頂式儲罐3座，四周設(shè)1.2 m高的磚混結(jié)構(gòu)圍堤，防火堤為192 m×68 m，面積13056 m2。假設(shè)甲醇在儲存過程中由于腐蝕穿孔、焊縫缺陷等原因造成儲罐破裂，破損引起甲醇大面積泄漏，遇火源引發(fā)池火，則甲醇儲罐區(qū)火災(zāi)事故范圍分析如下：

1.燃燒速率

下面是廣泛采用的液體單位面積燃燒速率的計(jì)算公式。

當(dāng)液體沸點(diǎn)高于環(huán)境溫度時(shí)：

當(dāng)液體的沸點(diǎn)低于環(huán)境溫度時(shí)，如加壓液化氣體或冷凍液化氣，其單位面積的燃燒速度為Mf為：

式中：mf——液體單位表面積燃燒速度，k g/(m2·s)；

Qf——液體燃燒熱，J/k g；

Cp——液體的定壓比熱容，J/（k g·K）；

Tb——液體的沸點(diǎn)，K；

Ta——環(huán)境溫度，K；

Qv——液體在常壓沸點(diǎn)下的蒸發(fā)熱（氣化熱），J/k g。

一般燃燒速度可從手冊中直接查得。經(jīng)查手冊得知：

甲醇的燃燒速度mf＝57.6k g/(m2·h)＝0.016k g/(m2·s)。

2.燃燒時(shí)間

池火持續(xù)時(shí)間按下式計(jì)算：

式中：t——火災(zāi)持續(xù)時(shí)間，s；

W——液池液體的總質(zhì)量，k g；取值

mf——液體單位面積燃燒速度，k g/(m2·s)。

本項(xiàng)目甲醇儲罐單罐容積為26500 m3，考慮充裝系數(shù)0.85，甲醇密度為0.79 g/c m3，故液池液體的總質(zhì)量為17795000 k g。根據(jù)上式計(jì)算得出：

本項(xiàng)目池火持續(xù)時(shí)間t=85184s＝23.66 h。

3.火焰高度

設(shè)液池為一半徑為r的圓池子，其火焰高度可按下式計(jì)算：

式中：h——火焰高度，m；

r——液池半徑，m；（甲醇儲罐區(qū)的當(dāng)量圓半徑，為64.5m）

ρ——周圍空氣密度，k g/m3；取值1.293 k g/m3。

對于摩擦作用對材料變形的影響，已有不少學(xué)者做了研究。李達(dá)人等[7]通過數(shù)值模擬方法確定了W-40%Cu粉末燒結(jié)材料在熱加工數(shù)值模擬過程中的摩擦因子。鄧華紅等[8]通過數(shù)值模擬研究了葉片精鍛過程中摩擦的作用，發(fā)現(xiàn)摩擦對溫度場和載荷形成曲線均有較大影響。馬勇等[9]采用有限元軟件分析了不同摩擦條件對7075鋁合金等通道角擠壓過程的影響，發(fā)現(xiàn)隨著摩擦因數(shù)增大，載荷峰值明顯增大甚至成倍增長，且載荷值波動加劇，等效應(yīng)力應(yīng)變分布不均勻。本文結(jié)合Deform 3D有限元軟件，研究了摩擦系數(shù)對2024鋁合金的熱模擬壓縮過程的影響。

g——重力加速度，9.8 m/s2；

mf——燃燒速度，k g/m2·s。

本項(xiàng)目防火堤面積為13056 m2，折算為圓形液池半徑為64.5m。根據(jù)上式計(jì)算得出：

本項(xiàng)目池火火焰高度為h=45.6 m。

4.熱輻射通量

液池燃燒時(shí)放出的總熱輻射通量為：

Q=（πr2+2 πr h）mf·η·Qf/[72mf0.60+1]

式中：Q——總輻射通量，W；

η——效率因子，可取0.13～0.35；

Qf——液體燃燒熱，J/k g；（經(jīng)查數(shù)據(jù)手冊，甲醇的燃燒熱為22720000 J/k g）

根據(jù)上式計(jì)算得出：

本項(xiàng)目液池燃燒時(shí)放出的總熱輻射通量為：Q＝57633940 W。

5.目標(biāo)入射熱輻射強(qiáng)度

假設(shè)全部輻射熱量由液池中心點(diǎn)的小球面輻射出來，則在距離池中心某一距離（X）處的入射熱輻射強(qiáng)度為：

I=Qtc/4πX2

式中 I— 熱輻射強(qiáng)度，W/m2；

Q— 總輻射通量，W；

tc— 熱傳導(dǎo)系數(shù)，在無相對理想的數(shù)據(jù)時(shí)，可取值為1；

X— 目標(biāo)點(diǎn)到液池中心距離，m。

表1 熱輻射的不同入射通量所造成的危害

1度燒傷/10 s 1%死亡/1mi n 20 s以上感覺疼痛，未必起泡長期輻射無不舒服感12.5有火焰時(shí)，木材燃燒，塑料熔化的最低能量4.01.6

6.火災(zāi)傷害范圍分析

根據(jù)目標(biāo)入射熱輻射強(qiáng)度公式，可計(jì)算得到不同傷害程度時(shí)與液池的距離：

X＝（Qtc/4πI）0.5

由此得到：

當(dāng)I≥37.5 k W/m2時(shí)，目標(biāo)點(diǎn)到液池中心的距離為35m，可對目標(biāo)造成死亡傷害；

當(dāng)37.5＞I≥25 k W/m2時(shí)，目標(biāo)點(diǎn)到液池中心的距離為42 m，可對目標(biāo)造成重傷傷害；

當(dāng)25＞I≥12.5k W/m2時(shí)，目標(biāo)點(diǎn)到液池中心的距離為84m，可對目標(biāo)造成輕傷傷害；

當(dāng)12.5＞I≥4k W/m2時(shí)，目標(biāo)點(diǎn)到液池中心的距離為107 m，可對目標(biāo)造成引燃木材傷害。

當(dāng)I≤1.6 k W/m2時(shí)，目標(biāo)點(diǎn)到液池中心的距離為169 m，長期輻射無不舒服感，為安全距離。

經(jīng)計(jì)算得出，本項(xiàng)目甲醇儲罐區(qū)火災(zāi)事故傷害半徑如下：

表2 甲醇儲罐區(qū)池火災(zāi)事故傷害結(jié)果

54.6 m 35m 42 m 84m 107 m 169 m 234567火焰高度死亡半徑二度燒傷半徑一度燒傷半徑20 s以上有疼痛感長期輻射無不舒服感

結(jié)論

隨著我國化學(xué)品的儲存、生產(chǎn)和使用量的不斷增加，危險(xiǎn)化學(xué)品事故的潛在危險(xiǎn)也在急劇增加。本文采用了火災(zāi)事故后果模型對某化工廠的甲醇儲罐區(qū)進(jìn)行了模擬分析，沒有考慮風(fēng)向、風(fēng)速等現(xiàn)場環(huán)境，即沒有考慮現(xiàn)場實(shí)際的環(huán)境因素。公司管理者可以從工藝設(shè)備、建筑結(jié)構(gòu)、安全管理三個方面采取控制措施，從而降低事故的危害程度。通過對甲醇儲罐區(qū)火災(zāi)事故危害半徑的分析，得出以下結(jié)論：

（1）甲醇儲罐區(qū)一旦發(fā)生火災(zāi)事故，其傷亡半徑很大，輕傷半徑為84m,因此該化工廠應(yīng)采取有效措施，防止非特殊工作人員和重大財(cái)產(chǎn)在這一區(qū)域出現(xiàn)。

（2）該化工廠應(yīng)加強(qiáng)該甲醇罐區(qū)的監(jiān)管措施，切實(shí)做好這一區(qū)域的安全防控。

【1】吳宗之，高進(jìn)東，魏利軍.危險(xiǎn)評價(jià)方法及其應(yīng)用.北京：冶金工業(yè)出版社，2001.