(1)泄漏的主要设备
根据各种设备泄漏情况分析,本项目易发生泄漏的设备有:管道、挠性连接器、阀门、压力容器或反应器、泵储罐等。
(2)造成泄漏的原因
造成泄漏的原因主要有设计失误、设备原因、管理原因和人为失误,其中管理和人为失误是企业造成泄漏的主要原因。
(3)甲醇泄漏具备造成火灾事故的条件和需要的时间
常温常压下液体泄漏后聚集在防液堤内或地势低洼处形成液池,液体由于池表面风的对流而缓慢蒸发,若遇引火源就会发生池火灾。
泄漏量的多少是决定泄漏后果严重程度的主要因素,而泄漏量又与泄漏时间长短有关。
1)泄漏量的计算
当发生泄漏的设备的裂口是规则的,而且裂口尺寸及泄漏物质的有关热力学、物理化学性质及参数已知时,可根据流体力学中的有关方程式计算泄漏量。当裂口不规则时,可采取等效尺寸代替;当遇到泄漏过程中压力变化等情况时,往往采用经验公式计算。
甲醇储罐液体泄漏速度可用流体力学的柏努利方程计算,其泄漏速度为:
式中 Q0——液体泄漏速度,kg/s;
Cd——液体泄漏系数,取0.50;
A——裂口面积,m2;设裂口为0.2m,则A=0.126m2
ρ——泄漏液体密度,kg/m3;本项目液体甲醇ρ=0.79
p——容器内介质压力,Pa;
甲醇储罐为常压, p=1×105 Pa;
p0——环境压力,Pa;p0=1×105 Pa
g——重力加速度,9.8m/s2;
h——裂口之上液位高度,m。
设甲醇储罐裂口之上液位高度为10 m;
液体泄漏系数Cd
雷诺数(Re) | 裂口形状 | ||
圆形(多边形 ) | 三角形 | 长方形 | |
>100 | 0.65 | 0.60 | 0.55 |
≤100 | 0.50 | 0.45 | 0.40 |
2)形成池火事故的条件和范围
本项目在事故状态下,可燃液体泄漏后流到地面形成液池,遇到火源燃烧而成池火。
① 燃烧速度
当液池中的可燃液体的沸点高于周围环境温度时,液体表面上单位面积的燃烧速度dm/dt为:
式中 dm/dt——单位表面积燃烧速度,kg/(m2·h);Hc——液体燃烧热;J/kg;cp——液体的比定压热容;J/(kg.K);Tb——液体的沸点,K;T0——环境温度,K;H——液体的气化热, J/kg。
一些可燃液体的燃烧速度
物质名称 | 甲醇 |
燃烧速度( | 57.6 |
燃烧速度:
② 火焰高度
设液池为一半径为r的圆池子,其火焰高度可按下式计算:
式中h——火焰高度;m;r—液池半径;20m;ρ0——周围空气密度,1.29kg/m3;g——重力加速度,9.8m/s2;dm/dt——燃烧速度,0.016kg/(m2·s)。 液池半径为6m时,火焰高度:
∴h=8.66m
③ 热辐射通量
当液池燃烧时放出的总热辐射通量为:
式中 Q——总热辐射通量,W;
η——效率因子,取0.13;
其余符号意义同前。
∴Q=2.6×106 W =26000KW
④ 目标入射热辐射强度
假设全部辐射热量由液池中心点的小球面辐射出来,则在距离池中心某一距离(X)处的入射热辐射强度为:
式中 I——热辐射强度,kw/m2;
Q——总热辐射通量;kw;
tc——热传导系数,在无相对理想的数据时,可取值为1;
X——目标点到液池中心距离,m。
热辐射强度: KW/m2 ,
可得(m) ,即:
当I=37.5 KW/m2时,X=2.4m;
当I=25 KW/m2时,X=2.9m;
当I=12.5KW/m2时,X=4.1 m;
当I=4.0 KW/m2时,X=7.2 m;
当I=1.6KW/m2时,X=11.4m;
⑤ 火灾事故范围
火灾通过辐射热的方式影响周围环境。当火灾产生的热辐射强度足够大时,可使周围的物体燃烧或变形,强烈的热辐射可能烧毁设备甚至造成人员伤亡等。
火灾损失估算建立在辐射通量与损失等级的相应关系的基础上,下表为不同入射通量造成伤害或损失的情况。
距池中心距离X,m | 入射通量,KW/m2 | 对设备的损害 | 对人体的伤害 |
2.4 | 37.5 | 操作设备全部损坏 | 1%死亡/10s 100%死亡/1min |
2.9 | 25 | 在无火焰、长时间辐射下,木材燃烧的最小能量 | 汽车烧甲醇重大烧伤/10s 100%死亡/1min |
4.1 | 12.5 | 有火焰时,木材燃烧,塑料融化的最低能量 | 1度烧伤/10s 1%死亡/1min |
7.2 | 4.0 | 20s以上感觉疼痛,未必起泡 | |
11.4 | 1.6 | 长期辐射无不舒服感 | |
从表中可看出,在较小辐射等级时,致人重伤需要一定的时间,这时人们可以逃离现场或掩蔽起来。
(4)出现火灾事故造成人员伤亡的范围
根据甲醇池火火灾事故模型计算,距储罐区液池中心点2.9m处,重大烧伤/10s,100%死亡/1min,即事故死亡半径为2.9m;距储罐区液池中心点4.1m处,1度烧伤/10s,1%死亡/1min,即事故重伤半径为4.1m。 7.2m为设备、设施安全线;11.4m外即为人员安全线。
(5)甲醇泄漏具备造成爆炸事故的条件
甲醇的爆炸极限(V%/%)在5.5~44之间,其蒸气与空气可形成爆炸性混合物。空气中浓度处在爆炸极限范围时,若遇明火或火花,就会发生火灾爆炸事故。
爆炸是物质的一种非常急剧的物理、化学变化,也是大量能量在短时间内迅速释放或急剧转化成机械功的现象。它通常是借助于气体的膨胀来实现。
设罐区内2台50m3甲醇储罐(最大储量79t),甲醇全部泄漏蒸发成同质量的气体。甲醇爆炸范围5.5~44%,在爆炸范围的甲醇蒸汽遇到火源,发生蒸气云爆炸。
下面以进行蒸汽云爆炸模拟计算。
爆炸性气体瞬间泄漏后遇到火源,则可能发生蒸汽云爆炸。按下式预测蒸汽云爆炸的冲击波损害半径:
R=CS(NE)1/3 E=V×HC
式中:R—损害半径,m;
E—爆炸能量kj,可按下式计算:E=V×HC
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