陳 晨

（江蘇航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212134）

近年來隨著航空業(yè)的快速發(fā)展，航空燃油的需求急速增加，航空燃油屬于易燃液體，其物理形態(tài)具有較好的流動性，同時具有較強的揮發(fā)性，常見的類型有航空煤油、航空汽油等。航空燃油罐油料泄漏后揮發(fā)的油蒸氣一旦遇到點火源易發(fā)生火災(zāi)乃至爆炸事故，該類事故可造成大量人員傷亡、財產(chǎn)損失及嚴(yán)重的社會影響[1]。近幾年國內(nèi)外因油罐內(nèi)油品泄漏導(dǎo)致的火災(zāi)、爆炸事故時有發(fā)生，如2018年3月新加坡布星島碼頭終端站“3.20”燃油儲罐火災(zāi)事故，造成千人緊急疏散。油罐一旦泄漏導(dǎo)致燃燒爆炸，如果防控處置不當(dāng)，甚至可能引發(fā)多米諾效應(yīng)[2-3]。航空油罐發(fā)生泄漏之后主要的事故類型是池火災(zāi)和蒸氣云爆炸。本文采用南京安元QRA定量風(fēng)險評估軟件將某油庫的航空燃油儲罐作為模擬分析對象，通過設(shè)定模擬參數(shù)，計算出兩種不同事故類型池火災(zāi)熱輻射和蒸氣云爆炸帶來的影響范圍與后果，根據(jù)結(jié)果可優(yōu)化航空油罐的周邊安全措施，同時可為后面的油罐區(qū)設(shè)計與事故緊急救援提供參考。此外根據(jù)國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求和企業(yè)實際情況，模擬計算出不同類型事故后果的安全距離，得出航空油罐的個人風(fēng)險和社會風(fēng)險，為企業(yè)事故防控提供參考[4]。

1 模擬評估方法

1.1 模擬評估項目介紹

本次模擬對象航空燃油儲罐采用的是固定的常壓容器儲罐，容積為1000 m3，罐體周邊設(shè)有防火堤，泄漏模式采用泄漏到大氣中-小孔泄漏，燃油泄漏量為260 kg，人員暴露時間為30 s。

1.2 不同類型事故后果分析

航空燃油在常溫下均為液體，溫度升高，航空燃油的揮發(fā)性增大，與空氣混合后爆炸危險性增大。航空燃油在高溫下易受熱膨脹，若儲罐內(nèi)航空燃油裝載過滿，體積與壓力將隨之增加，當(dāng)超過罐體的承壓能力時，罐體破裂，加之航空燃油具有較強的流動性，增加了火災(zāi)的風(fēng)險。航空燃油閃點、自燃點較低，在微弱的點火能作用下有引爆的可能性。由航空燃油的理化特性及火災(zāi)危險性分析可知，航空燃油發(fā)生燃燒爆炸的事故類型為池火災(zāi)和蒸氣云爆炸[5]。泄漏初始油氣濃度較低，難以形成蒸氣云爆炸，一般僅發(fā)生池火災(zāi)。如果泄漏量不斷增大，油氣混合濃度增大，則較易形成蒸氣云爆炸。

1.3 定量風(fēng)險評估

本文采用南京安元有限公司開發(fā)的QRA定量風(fēng)險評估軟件系統(tǒng),該系統(tǒng)軟件可以測算出個人風(fēng)險、社會風(fēng)險及其安全防范的距離,并且可以通過圖形表示。輸入環(huán)境參數(shù)、裝置信息參數(shù)以及周邊人口區(qū)域分布信息后，可模擬出不同事故類型的后果，軟件計算分析出個人風(fēng)險值和社會風(fēng)險值，并能展示出外部安全防護距離。具體流程如圖1所示。

圖1 航空燃油罐在不同事故類型下的定量風(fēng)險評估流程

2 事故后果仿真模擬參數(shù)設(shè)定

2.1 氣象條件

航空油罐區(qū)域周邊的環(huán)境條件因素對事故的后果變化有著直接的影響，根據(jù)油罐區(qū)所處的位置區(qū)域，同時結(jié)合數(shù)值模擬的需要，設(shè)定環(huán)境氣象參數(shù)，具體環(huán)境參數(shù)見表1所示，當(dāng)?shù)仫L(fēng)向如圖2所示。

表1 模擬設(shè)定環(huán)境參數(shù)

圖2 航空油罐區(qū)域玫瑰風(fēng)向圖

2.2 項目周邊環(huán)境與人員分布情況

該項目所處地勢較為平坦，周邊主要存在工廠、企業(yè)宿舍等。對周邊企事業(yè)單位進行走訪調(diào)研統(tǒng)計其人員情況及出現(xiàn)的概率，具體人員分布情況見表2。

表2 項目周邊環(huán)境與人員分布統(tǒng)計表

2.3 裝置參數(shù)

模擬裝置為固定的常壓容器和儲罐，裝置體積為2 000 m3，連續(xù)泄漏源強＜10 kg/s，主要模擬的事故類型為池火災(zāi)、蒸氣云爆炸事故，燃料泄漏量500 kg，人員暴露時間30 s，液池半徑33.04 m，蒸氣云質(zhì)量占容器最大存量的比值0.5，燃料燃燒熱43 000 kJ/kg。

3 事故模擬與定量風(fēng)險計算

3.1 池火災(zāi)事故后果模擬

航空油罐泄漏后的池火災(zāi)后果主要是燃燒產(chǎn)生熱輻射[6-7]?；馂?zāi)發(fā)生后現(xiàn)場環(huán)境溫度不斷升高，環(huán)境熱輻射強度不斷增大，當(dāng)超過一定的閾值就會給周邊的環(huán)境、設(shè)備、人員帶來安全威脅。該項目通過模擬計算得出事故后果，其中事故死亡半徑為52.6 m，事故重傷半徑為63.7 m，事故輕傷半徑為91.3 m，財產(chǎn)損失半徑為39.2 m（見圖3）。

圖3 航空油罐區(qū)域池火災(zāi)事故后果模擬圖

3.2 蒸氣云爆炸事故后果模擬

在一定條件下，航空燃油罐發(fā)生泄漏后燃油蒸氣首先與空氣進行預(yù)混，當(dāng)混合物的濃度處在爆炸極限濃度范圍之內(nèi)，遇到火源后極易發(fā)生燃燒與爆炸，產(chǎn)生的沖擊波向周圍擴散，即產(chǎn)生爆燃現(xiàn)象。通過模擬計算結(jié)果可知，蒸氣云爆炸后死亡半徑為133.9 m，事故重傷半徑為212.77 m，輕傷半徑為413.88 m，財產(chǎn)損失半徑為496.32 m（見圖4）。

圖4 航空油罐區(qū)域蒸氣云事故后果模擬圖

3.3 個人風(fēng)險與社會風(fēng)險計算

3.3.1 個人風(fēng)險和社會風(fēng)險標(biāo)準(zhǔn)

個人風(fēng)險是一種風(fēng)險指標(biāo)，單位為次/年。具體個人風(fēng)險標(biāo)準(zhǔn)配置如表3所示。

表3 個人風(fēng)險標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)配置（單位：次/年）

社會風(fēng)險使用標(biāo)準(zhǔn)社會風(fēng)險曲線(f-N曲線)描述,包括最可承受的風(fēng)險區(qū)、盡可能降低風(fēng)險區(qū)和最無法承受風(fēng)險區(qū)等,圖中的實線代表了該地區(qū)的實際社會風(fēng)險分布狀況,具體內(nèi)容參見圖5社會風(fēng)險標(biāo)準(zhǔn)曲線。

圖5 社會風(fēng)險標(biāo)準(zhǔn)曲線

3.3.2 個人風(fēng)險和社會風(fēng)險模擬結(jié)果

個人風(fēng)險和社會風(fēng)險的值是參照《危險化學(xué)品生產(chǎn)裝置和儲存設(shè)施風(fēng)險基準(zhǔn)》標(biāo)準(zhǔn)。針對航空燃油罐區(qū)的研究，選擇個人可容許風(fēng)險標(biāo)準(zhǔn)值為1×10-6次/年，可容許的社會風(fēng)險標(biāo)準(zhǔn)上限為1×10-3次/年，下限為1×10-5次/年。通過軟件系統(tǒng)模擬計算出個人風(fēng)險曲線圖和社會風(fēng)險曲線圖。航空燃油庫的社會風(fēng)險曲線圖如圖6所示。

圖6 社會風(fēng)險曲線圖

由圖6社會風(fēng)險曲線圖可看出，模擬對象航空燃油罐區(qū)的社會風(fēng)險曲線的部分值超出了安全區(qū)域，這說明此部分設(shè)備等因素帶來的風(fēng)險后果不能接受，此外風(fēng)險曲線圖還有大部分值處在盡可能降低風(fēng)險區(qū)域，這說明需要加強安全管理，采取安全技術(shù)措施對風(fēng)險進行降低，直至在可接受的范圍內(nèi)。經(jīng)模擬發(fā)現(xiàn)，航空燃料罐區(qū)的一級風(fēng)險對應(yīng)外部安全防范距離為94.59 m，二級風(fēng)險對應(yīng)外部安全防范距離為366.41 m，三級風(fēng)險對應(yīng)外部安全防范距離為621.88 m（如圖7和圖8）。

圖7 個人風(fēng)險模擬圖

圖8 基于風(fēng)險的外部安全防護距離圖

4 結(jié)論

航空燃油的火災(zāi)與爆炸的形成與發(fā)展是一個復(fù)雜的過程，通過定量風(fēng)險評估軟件模擬計算可得出不同類型事故后果影響及風(fēng)險范圍，得到如下結(jié)論：

（1）航空燃油罐一旦泄露將會發(fā)生火災(zāi)爆炸事故，主要事故后果類型為池火災(zāi)和蒸氣云爆炸，其中發(fā)生池火災(zāi)事故的死亡半徑為52.6 m，事故重傷半徑為63.7 m，蒸氣云爆炸死亡半徑為133.9 m，事故重傷半徑為212.77 m，蒸氣云爆炸要比池火災(zāi)事故破壞范圍更大，是造成人員傷亡、財產(chǎn)損失的主要原因，因此要根據(jù)重傷及死亡半徑的距離優(yōu)化航空燃油罐區(qū)周邊的布局，同時針對性制定出有效的應(yīng)急處置方案。

（2）航空燃油罐區(qū)的社會風(fēng)險曲線的部分值超出了安全區(qū)域，這部分帶來的風(fēng)險后果不能接受，社會風(fēng)險曲線圖還有大部分值處在盡可能降低風(fēng)險區(qū)域，需要加強安全管理，采取安全技術(shù)措施對風(fēng)險進行降低直至到可接受的范圍內(nèi)。

（3）個人風(fēng)險曲線圖和外部安全防護距離圖表明建議航空燃油罐區(qū)以外366.41 m為風(fēng)險控制防護距離，此范圍內(nèi)禁止布置人員密集場所和產(chǎn)生明火的企事業(yè)單位。