2.2.2池火模型驗證

將研發(fā)的LNG池火熱輻射模型計算結(jié)果分別與LNGFire3模型和PoFMISE模型發(fā)表的標準計算結(jié)果^[9]進行比較，來驗證模型的可靠性，驗證結(jié)果見表3。研發(fā)模型綜合LNGFire3固體火焰模型原理的優(yōu)點和PoFMISE對大型池火表面熱輻射力的修正，獲得的結(jié)果介于兩種模型之間，對于小型池火較貼近LNGFire3，大型池火貼近PoFMISE，其相對誤差約為2.5％的正偏差，說明預測結(jié)果更趨安全。由此可知，研發(fā)的池火熱輻射模型綜合了LNGFire3和PoFMISE模型的優(yōu)點，是合理、可靠的。本模型還可對方形池火進行模擬，表3中同時列出相同當量直徑的方形池火的計算結(jié)果。

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設(shè)某LNG站場用于城市燃氣供應，站場內(nèi)有2只LNG儲罐。場內(nèi)儲罐區(qū)、氣化區(qū)、裝卸車區(qū)等生產(chǎn)區(qū)均屬于危險區(qū)，其中儲罐儲存大量LNG，屬重要危險源，筆者僅對裝卸車區(qū)的泄漏擴散事故和儲罐區(qū)的池火事故進行防火間距計算，其他危險源防火間距計算原理相同，以此類推。利用平臺對蒸氣擴散事故和池火熱輻射事故進行分析計算，確定站場與周邊環(huán)境 (如居民區(qū)、公共聚集地等)之間的防火間距。

3.1.1泄漏擴散事故場景設(shè)定

設(shè)定蒸氣擴散事故發(fā)生在裝卸車區(qū)，分為有集液池和無集液池兩種情況進行模擬計算。LNG從卸料口泄漏，泄漏速率0.05 m³/s，持續(xù)10 min。泄漏的LNG流入集液池(有集液池)或地面(無集液池)，發(fā)生閃蒸氣化，瞬時產(chǎn)生大量蒸氣，形成低溫的重氣云團沿下風向擴散。依據(jù)NFPA 59A—2009標準，結(jié)合當?shù)貧庀髼l件，設(shè)定重氣擴散發(fā)生時的大氣及環(huán)境條件如表4。

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3.1.2?池火熱輻射事故場景設(shè)定

依據(jù)NFPA 59A—2009標準，設(shè)定池火發(fā)生的大氣環(huán)境條件為：風速10 m／s、大氣溫度30℃、相對濕度70％。假定儲罐內(nèi)的LNG完全泄漏到圍堰，并引發(fā)池火事故，一種情況為兩個儲罐共用一個方形圍堰，一種情況為單個儲罐建立圓形圍堰。

3.2.1?泄漏擴散事故安全距離計算結(jié)果

NFPA 59A—2009標準規(guī)定，重氣擴散事故中站場建筑紅線處LNG蒸氣在空氣中平均濃度不超過甲烷燃燒下限的50％(即2.5％)。利用平臺對裝卸車區(qū)的蒸氣擴散事故進行計算分析，事故影響范圍如圖1。由圖1-a可知，由于設(shè)置了集液池，形成的LNG溢出范圍及重氣云團尺寸較小(圖中圓形區(qū)域所示)，甲烷體積濃度2.5％的等值線的影響范圍有限；由圖1-b可知，由于未設(shè)置集液池，形成的LNG溢出范圍及重氣云團尺寸(圖中圓形區(qū)域所示)遠大于有集液池的情況，相應甲烷體積濃度2.5％的等值線影響范圍非常大，遠遠超出廠區(qū)范圍。因此，在廠區(qū)的危險區(qū)域設(shè)置集液池收集泄漏的LNG，可有效控制重氣云團尺寸，減小LNG泄漏擴散造成的危害范圍。

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3.2.2?池火熱輻射事故安全距離計算結(jié)果

NFPA 59A—2009標準對熱輻射安全值的限定如表5所示，依據(jù)標準對火災熱輻射強度安全值的規(guī)定，利用平臺分別對方形和圓形圍堰內(nèi)池火熱輻射進行計算分析，熱輻射影響范圍如圖2。由圖2-a可知，兩個儲罐共用一個圍堰，導致池火面積較大，熱輻射波及廠區(qū)周圍較大范圍；由圖2-b可知，對單個儲罐建立與儲罐外罐相當?shù)膱A形高圍堰(如雙容罐和全容罐)，可大大減小池火面積，熱輻射波及范圍明顯縮小，且避免當只有單個儲罐發(fā)生泄漏而引發(fā)與它共用一個圍堰的儲罐發(fā)生連帶事故。因此，為減小池火事故波及范圍，在設(shè)置儲罐圍堰時，應考慮盡量減小圍堰面積，即減小池火面積，必要時可在儲罐周圍設(shè)置高圍堰或采用雙容罐和全容罐，一方面可將火災控制在較小范圍，另一方面可盡量減小對附近其他危險源的影響，以免發(fā)生連帶事故。這也正是為什么國際上普遍認為采用雙容罐或全容罐安全等級高的原因。

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1)計算LNG站場內(nèi)主要危險源和工藝設(shè)施的防火間距，應采用可靠的、經(jīng)實際應用驗證準確可靠的數(shù)學模型，預測事故后果影響的范圍，確定安全距離。

2)事故數(shù)學模型的建立是防火距離安全分析評估的重要技術(shù)手段。建立科學、準確、可靠的事故模型，分析站場潛在的危險，可保障已建站場的安全運行，并為新建、擬擴建站場的安全設(shè)計提供依據(jù)。

3)筆者研發(fā)的重氣擴散模型和池火熱輻射模型及液化天然氣(LNG)站場危險性分析平臺，可用于LNG站場選址、規(guī)劃和設(shè)計過程中，站場主要危險源及工藝設(shè)施防火安全間距的分析和確定。

4)為減小LNG事故影響范圍，應在LNG站場危險區(qū)域采取相應的防護措施，如在廠區(qū)危險區(qū)域或危險設(shè)備處設(shè)置集液池收集泄漏的LNG；在儲罐區(qū)設(shè)置圍堰控制火災面積且應考慮盡量減小圍堰面積，必要時可在儲罐周圍設(shè)置高圍堰或采用雙容罐和全容罐。

[1] RAJ P K，LEMOFF T.Risk analysis based LNG facility siting standard in NFPA 59A[J].Journal of Loss Prevention in the Process Industries，2009，22：820-829.

[2] National Fire Protection Association.Standard for the production，storage，and handling of liquefied natural gas (LNG)[S].NFPA 59A-2009，2009.

[3] 中華人民共和國建設(shè)部，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB 50183—2004石油天然氣工程設(shè)計防火規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2004.

[4] 中華人民共和國建設(shè)部，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB 50028—2006城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.

[5] 孫標，郭開華.LNG池火熱輻射模型及安全距離影響因素研究[J].中國安全科學學報，2010，20(9)：51-55.

[6] 孫標，郭開華.LNG重氣擴散安全距離及影響因素[J].天然氣工業(yè)，2010，30(7)：110-ll3.

[7] KOOPMAN R P，BAKER J，CEDERWALL R T，et al.LLNL／NWC 1980 LNG spill tests(Volume I)Burro series data report[R].CA(USA)：Lawrence Livermore National Lab.，l982.

[8] MOHAN M，PANWAR T S，SINGH M P.Development of dense gas dispersion model for emergency preparedness[J].Atmosphere Environment，l995，29(16)：2075-2087.

[9] RAJ P K.Spectrum of fires in an LNG facility assessments，models and consideration in risk evaluations：final technical report[R].Washington DC：U.S.Department of Transportation Pineline & Hazardous Materials Safety Administration,2006.