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油气集输联合站火灾爆炸危险分析与事故后果模拟

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境 0 风险评价 编辑王广亮 2011年第11卷第3期 油气集输联合站火灾爆炸危险 分析与事故后果模拟 韩文峰 (中国石化胜利油田新疆勘探开发中心,山东东营257000) 摘要:以某联合站为例,根据油气集输联合 站站场功能,将联合站划分为油气处理、储运及污 水处理3个单元,对各单元发生火灾爆炸事故的 可能条件进行分析,并利用件对事故后果进行模拟计算,根据事故影响范 围数据,提出相应的安全措施。 关键词:油气集输联合站火灾爆炸事故 模拟 油气集输联合站集中处理原油、天然气以及 采出水,是将油田中采油井所生产的原油汇集、存 储、分离、脱水、计量后进行外输的生产单元,也 称为集中处理站。作为油气中转集散的场所,联合 站潜在危险性极大,若安全防范稍有疏忽,就会酿 成重大事故【】I。火灾爆炸为联合站主要的危险有 害因素,因此对其进行危险分析与事故后果模拟 对于事故预防具有非常重要的意义。 下面以某联合站为例,进行火灾爆炸危险性 分析与事故后果模拟,并对其触发条件和后果的 影响范围进行分析,以便进一步提出安全对策措 施 1某联合站工艺简介 1.1天然气处理 进入联合站的混输油气在二相分离器进行气 液分离,分离 的天然气与大罐抽 气汇合后经 天然气阀组进入轻烃站处理为干气后与净化油混 输外供。 1.2原油处理 采油队来油首先进入二相分离器,进行脱气 后,含水原油进入700 m。沉降罐进行沉降脱水, 同时采用大罐抽气工艺进一步脱气,最后进入净 化油罐经过流量计由外输泵加压至加热炉加热到 60~1.3污水处理 沉降脱水罐脱出的污水经00 m 污水罐,经污水提升泵加压后进入压力斜 板除油器除油后送往1 000 水罐,最后经注水 泵加压至14 2物料危险性分析及其分布 联合站存在的主要危险有害物料为原油及经 过油气分离器分离出的天然气。由于联合站处理 和储运的大量原油和天然气属于甲类易燃易爆危 险物质,这就决定了火灾爆炸是联合站最重要的 危险因素I 。为更好地分析联合站的危险性,根据 功能将联合站划分为3个单元:油气处理单元(计 收稿日期:2011—01—19 作者简介:韩文峰,经济师,2003年毕业于武汉 理工大学工商管理专业,中国石化胜利油田分 公司新疆勘探开发中心安全环保部主任。 2 峥.油气集输 畲 睿爆炸危险分忻与事故后罘博 风险评价 . 量、加热、油气分离)、储运单元及污水处理单元 (包括注水),危险有害物质在各单元的分布见表 1。 表1 主要危险有害物质分布 3火灾爆炸危险性分析 3.1油气处理单元 若容器、管线、储罐、机泵等设备本身设计不 当,或存在制造缺陷,造成耐压能力不足而发生 破裂,可能导致物质泄漏。储罐、容器与外部管线 连接的阀门、法兰、人孔等,由于安装质量差,或 由于疏忽漏装垫片、垫片质量差,以及使用过程 中的腐蚀穿孔、焊接不良或产生腐蚀裂纹等,也 可能引起物质泄漏。 输送物料的管线如遇下列情况可能引发罐区 火灾爆炸事故:外部原因导致火灾爆炸事故,如 接触高温热源、受明火烘烤或夏季暴晒等原因导 致物料受热膨胀,如泄压措施不完善而发生爆炸 或泄漏;由于误操作或人为破坏使管线发生火灾 爆炸;由于处理的原油具有易带静电的特点,输 送过程中如流速过高、接地装置不当,也可引起 火灾爆炸事故。 另外,分离器等压力容器、压力管道等受压设 备,若设备本体存在缺陷或操作不当导致超压, 可发生物理爆炸,同时可能引发火灾、爆炸事故。 3.2储运单元 储罐、管线等因设计不当、制造和安装缺陷以 及操作不当等可能发生油品泄漏事故,如罐内液 位过高而冒罐,泄漏物质遇点火源则易导致火 灾、爆炸事故;另外,储罐在防雷接地设施失效的 情况下遭受雷击、电火花或在罐区内违章使用明 火、检修清洗时存在违规操作等情况,以及储罐 区选址不当、安全防火间距不够等因素都将可能 发生火灾、爆炸事故。 大罐抽气装置在正常情况下,能保障安全生 产。若 现异常原因使低压管吸入空气,在绝热 压缩时可能发生爆炸;或发生高压管天然气回 流,可能引发低压管道超压爆炸;或高压管憋压, 可能造成高压管道物理爆炸,爆炸后泄漏的天然 气可能引起火灾爆炸事故。 原油外输需用加热炉升温,加热炉使用的燃 料为天然气,在点火时如果操作不当,或在事故状 态下处理不当,致使炉膛内油气聚集,极易引起炉 膛爆炸事故。 3.3污水处理单元 污水隔油池为开放式操作,若污水含有较多 轻质组分,会在污油池大量释放聚集,遇点火源可 发生火灾爆炸事故,污水罐上部空间为油气,液位 波动时可能排出可燃气体或吸入空气,形成爆炸 性环境;静电、雷电以及硫化亚铁在空气中自燃都 可成为点火源。 3.4其他单元 化验室在原油含水测定过程中使用电炉加 热,油气挥发较重,如果冷凝管缺水,油气将大量 挥发,若通风橱排气不畅或通风机不防爆、电炉不 防爆,可能导致爆炸事故发生。若加热速度控制不 好,油水突沸喷出,如被引燃,可发生火灾。 电器设备如果散热不良,或接触不良打火,也 有可能发生火灾事故。 4事故后果模拟结果及分析 4.1事故模拟方法简介 事故后果模拟是在事故模型分析的基础上选 择数学模型(常见的数学模型有气体泄漏模型、扩 散模型、爆炸模型和热辐射模型等),并根据事故 现场的情况(包括气象条件、装置设备的尺寸大小 和储存条件等)和有关危险物质的物性参数,利用 计算机模拟并输出模拟结果的过程l 3l。 借鉴挪威.5.1(件,利用扩散模型、喷射火模型、蒸气云 爆炸模型、闪火模型、池火模型、火球模型对联合 站进行事故后果模拟。 4.2事故形态假设 针对联合站常见的事故形态进行了假定分 析,选出了5个典型的事故场景进行模拟,见表2。 4.3事故后果模拟计算 选择事故案例1进行后果模拟计算,泄漏扩 散范围见图1(泄漏喷火热辐射影响范围、泄漏爆 炸超压与距离关系、泄漏闪火范围、泄漏晚期池火 范围及泄漏发生球状火灾影响范围图略去)。 风险评价 表2事故形态假定表 2011年第11卷第3期 图1 案例1事故泄漏扩散范围 4.4物料泄漏扩散距离 物料泄漏扩散后,风速为3.7 达到突发火(闪火)的距离见表3。 表3物料泄漏后浓度达到突发火的距离 m 4.5物料泄漏引起喷火的热辐射危害范围 风速为3.7 m/料泄漏后引起喷火的热 辐射危害范围见表4。 4.6物料泄漏引起池火的热辐射危害范围 液体物料泄漏后在地面流淌,在一定范围内 0 成液池,遇点火源发生池火。风速为3.7 m/引起池火的热辐射危害范同见表5。 表4喷火热辐射危害范围 m 1 2 5 20.6 52.1 25.3 19.0 17.1 18.0 9.1 早期池火灾 14.0 8.6 晚期池火灾 4.7物料泄漏后发生延迟爆炸危害区域 物料泄漏后风速为3.7 m/生延迟爆炸 后超压的危害区域见表6。 表6泄漏后发生延迟爆炸后超压 的危害区域 m 4.8火球影响范围 2011年第1 1卷第3期 韩文峰.油气集输联畲站 睿爆炸危险分卡斤与事故后果模拟 聆评价 天然气泄漏后形成云团,遇点火源则被点燃, 在一定范围内形成火球,在模拟油气分离器安全 阀起跳事故时,风速为3.7 m/球的火灾辐 射影响范围,见表7。 表7泄漏后发生火球的危害区域 m 4 9事故后果分析 a)从泄漏扩散距离可以看出,在给定的事故 条件下: 油气分离器安全阀短时间起跳,部分原油喷 向地面,挥发油气爆炸下限的范围基本上局限于 分离器区,但60 7.7 m;而且天然气60 为70.8 m,影响范同较广。由于该站的油气分离 器放空没有引入火炬,也没有引人收容容器,若安 全阀一旦起跳,是非常危险的,必须控制其影响范 同内的各种点火源,必要时站内交通要进行管制。 罐区10 m,其影响 超出罐区范围。若发生大的泄漏,必须控制各种 点火源,包括联合站围墙外道路的交通管制。 b)从喷火热辐射事故后果模拟可以看出,在 给定的事故条件下: 储罐泄漏发生喷火的热辐射对人体造成极大危 害(辐射强度为12.5 kW/m )的危害范同达39.7 m, 已经超出罐区防火堤范围,影响到附近的外输泵房、 污水处理。分离器天然气泄漏的影响范围为8.7 m。 c)从池火热辐射事故后果模拟可以看出,在 给定的事故条件下: 分离器安全阀起跳泄漏引发池火热辐射对人 体造成极大危害的范罔可达17.1 m。 由于有防火堤的收容及部分隔离、遮挡作用, 储罐泄漏池火热辐射对人体造成极大危害的范围 可达18 m。 d)从爆炸冲击波超压事故后果模拟可以看 出,在给定的事故条件下: 除了安全阀5 ,其余泄漏后发生延迟爆炸后的冲击波超压危 害范围已经超 了事故设备区,均在39 在危害区域内将对设备、建筑物等造成重大破 坏,严重伤害人体。人员大部分死亡的最大影响距 离可达79.9 m。 e)在模拟条件下,天然气一旦泄漏,由于其 中含有较多的4成分,会形成蒸气云,遇点 火源形成火球,热辐射对人体造成极大危害的范 同可达13.1 m。 5结语 a)结合联合站的工艺流程,对联合站存在的 火灾爆炸危险』生进行了详细分析,在此基础上,可 进一步提出对策措施,为预防、控制联合站火灾爆 炸事故提供技术参考。 b)联合站事故发生具有不确定性,因此,运 用.1软件对各种常见事故模型进行定 量模拟计算,模拟结果对联合站的安全运行和事 故预防具有一定的指导意义。 6参考文献 凌峰,刘云,廖锐伞等.油气集输联合站设备风险模糊综合 评价模型『道技术 设备,2008,(4):14—16 [2]牛蕴.集输油联合站安全评价中的危险、有害因素辨识【 油化工安全环保技术,2007,23(5):13一3】梁韬,陈国华,张瑞华等.的应用….油气储运,2006,25(2):53—62 il 57000) he iS a as on of in NV to of by
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