摘?要?目前我國相關(guān)防火安全規(guī)范缺管道明確規(guī)定適用于工程事故的分析模型。針對LNG站場主要危險源及防火間距的問題，依據(jù)NFPA59 A—2009標準推薦的DEGADIS、LNGFire3和PoFMISE模型原理.，研發(fā)了適用于我國LNG工程設(shè)計的LNG蒸氣擴散模型和池火熱輻射模型，并對模型的準確性和可靠性進行了對比驗證：與Burro實驗測定值對比，所研發(fā)的LNG蒸氣擴散模型計算結(jié)果相對誤差為19.04％，優(yōu)于原DEGADIS模型32.88％的相對誤差。將池火熱輻射模型與PoFMISE和LNG Fire3模型的標準結(jié)果進行了對比，結(jié)果表明：其兼具兩者的優(yōu)點，更趨安全可靠。據(jù)此開發(fā)的“液化天然氣(LNG)站場危險性分析平臺”可用于主要危險源及工藝設(shè)備的防火間距及LNG站場選址、規(guī)劃和設(shè)計過程中事故后果的分析評價。

關(guān)鍵詞?LNG站場?防火間距?LNG安全性?重氣擴散?池火災?危險性分析平臺

中國作為新興LNG進口國，LNG產(chǎn)業(yè)發(fā)展雖然起步較晚，但近年來發(fā)展迅猛，LNG站場日益增多，站場的安全問題隨之凸顯。根據(jù)LNG低溫、易揮發(fā)、與空氣一定比例混合后可燃和易爆的特性，對LNG站場內(nèi)主要危險源及無法規(guī)定具體防火間距的情形進行有效約束，以滿足LNG工程設(shè)計和建設(shè)的應用要求，是當前亟待解決的問題，也是政府及企業(yè)關(guān)注的重點。由于LNG的大規(guī)模應用，國際上對其安全性格外重視，在美國，LNG是唯一由美國聯(lián)邦法規(guī)(49 CFR，193部分)對其儲存設(shè)施選址和施工進行詳細具體要求的可燃物質(zhì)^[1]。美國NFPA 59A—2009《液化天然氣(LNG)生產(chǎn)、儲存和裝運》標準規(guī)定^[2]，對于站場內(nèi)主要危險源及工藝設(shè)備的防火間距，除規(guī)定最小間距外，推薦采用可靠的事故模型進行計算，確定事故后果的危害范圍，評價LNG站場的建筑紅線(Property Line)、與站場周邊公共區(qū)域的間距以及站場設(shè)施間距等的安全性。我國目前的相關(guān)標準，如GB 50183—2004《石油天然氣工程設(shè)計防火規(guī)范》^[3]，亦提到采用事故模型計算主要危險源的防火間距，但未明確規(guī)定適用于我國工程的事故數(shù)學模型。事故數(shù)學模型的建立是防火安全距離分析評估的重要技術(shù)手段。建立科學、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，為新建、擴建站場的安全設(shè)計提供依據(jù)。

筆者針對LNG站場主要危險源及無法規(guī)定具體防火間距的情形，根據(jù)NFPA 59A—2009標準推薦采用的DEGADIS重氣擴散模型原理和LNGFire3模型原理，以及PoFMISE大池火修正模型原理，研發(fā)了適用于我國國情的LNG蒸氣擴散模型和池火熱輻射模型，并開發(fā)了“液化天然氣(LNG)站場危險性分析平臺”，可用于LNG站場的選址、規(guī)劃和設(shè)計過程中，主要危險源及工藝設(shè)備防火間距的分析評價。

根據(jù)LNG站場的安全特性與工藝特點，NFPA59A—2009標準對儲罐間距(Container Spacing)、工藝設(shè)備間距(Process Equipment Spacing)、氣化器間距(Vaporizer Spacing)、裝卸設(shè)施間距(Loading and Unloading Facility Spacing)等，明確給出最小防火間距比^[2]。

國內(nèi)標準GB 50183—2004《石油天然氣工程設(shè)計防火規(guī)范》第l0章“液化天然氣站場”、GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范》第9章《液化天然氣氣站》，對總儲量小于3 000 m³的小型LNG站場，明確給出相關(guān)的防火間距^[3-4]。

對于LNG站場內(nèi)主要危險源及無法規(guī)定具體防火間距的情形，如LNG站場的建筑紅線(Property Line)、與站場周邊公共區(qū)域的防火間距、確定事故性泄漏的危害范圍、站場內(nèi)部無法明確規(guī)定防火安全間距的其他設(shè)施等，國內(nèi)外標準的相關(guān)規(guī)定分述如下。

1.2.1 NFPA 59A—2009標準規(guī)定

采用數(shù)學模型模擬事故發(fā)生來計算防火間距。首先設(shè)定LNG“溢出場景”和特定的大氣環(huán)境，要求在預設(shè)條件下，確保：①輻射熱流在站場的“建筑紅線”或最近的居住區(qū)不會超過特定值(臨界值)水平；②在大氣中LNG蒸氣的濃度不會超過燃燒下限的50％(此時LNG泄漏產(chǎn)生的蒸氣云在環(huán)境中擴散，未被點燃)。對于重氣擴散模型，NFPA 59A—2009標準推薦采用國際通用模型DEGADIS重氣擴散基本模型，對火災熱輻射模型的選取，NFPA 59A—2009標準在推薦原有的LNGFire3模型的基礎(chǔ)上，指出對于大尺寸池火宜選用PoFMISE模型。

1.2.2 GB 50183標準規(guī)定

GB 50183標準規(guī)定，LNG站場的區(qū)域布置除滿足標準規(guī)定的防火間距外，尚應按“國際公認的高濃度氣體擴散模型和液化天然氣燃燒的熱輻射計算模型”進行校核，但并未明確給出事故數(shù)學模型。

筆者開發(fā)的液化天然氣(LNG)站場危險性分析平臺(以下簡稱“平臺”)采用Visual Basic 6.0集成開發(fā)環(huán)境進行面向?qū)ο笤O(shè)計，通過Fortran計算語言對LNG蒸氣擴散模型和池火熱輻射模型^[4-5]進行編程計算，并封裝成動態(tài)鏈接庫(DLL，Dynamic Link Library)，為Visual Basic 6.0調(diào)用。平臺適用于LNG站場選址、規(guī)劃和設(shè)計過程中，站場主要危險源及無法規(guī)定具體防火安全間距的情形。對于LNG站場潛在的主要危險事故(如LNG泄漏擴散和LNG火災熱輻射)，利用平臺的泄漏場景設(shè)計和事故模型計算功能，能直觀地在LNG站場布局圖上顯示事故的危害范圍，方便站場設(shè)計人員以及評估人員確定防火間距。

平臺包括兩種事故模型：LNG蒸氣擴散模型和池火熱輻射模型。這兩種事故模型的開發(fā)分別基于NFPA 59A—2009標準推薦采用的、國際通用的DEGADIS重氣擴散模型原理和LNGFire3池火熱輻射模型原理，詳細模型描述參見本文參考文獻[5-6 ]。在LNG重氣擴散模型基礎(chǔ)上，依據(jù)LNG泄漏氣化率與空氣卷吸率之間的關(guān)系并考慮地面和大氣環(huán)境對擴散源的影響因素，建立了LNG泄漏擴散源模型，確定擴散源尺寸、LNG氣化率和空氣實際卷吸率，使得模型更具科學性并切合應用實際。對于池火熱輻射模型，確定了LNGFire3模型和PoFMISE模型與池火尺寸的對應關(guān)系，修正兩種模型火焰表面輻射力，突破模型對火焰尺寸的限制，得到適用于大尺寸范圍的池火熱輻射計算；并在圓形池火基礎(chǔ)上，建立了對矩形池火熱輻射計算的方法，使模型能夠適合于計算各種不同形狀和尺寸的池火情況。

2.2.1 LNG蒸氣擴散模型驗證

將研發(fā)的LNG蒸氣擴散模型分別與DEGADIS重氣擴散基本模型計算結(jié)果和Burro實驗^[7-8]測定值作比較，來驗證模型的準確性和可靠性。初始條件選取Burro系列實驗條件^[7]，如表1所示(B3～B9為實驗序號)。驗證結(jié)果示于表2。研發(fā)模型計算結(jié)果對實驗測定值的平均相對偏差為19.04％，小于DEGADIS重氣擴散基本模型計算結(jié)果的偏差32.88％。由此可見，研發(fā)的擴散模型對于LNG泄漏蒸氣擴散濃度的計算是比較準確和可靠的。

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