摘  要

　　本論文以某油庫作為工程應用背景，在對油庫的火災、爆炸危險因素及事故特點進行分析、辨識的基礎上，應用道化學（DOW）火災爆炸指數評價法，對油庫中最危險的油罐區進行定量評價，得出油罐區的固有危險等級，分析、計算了不同狀態下安全補償系數對降低罐區火災危險等級的影響，明確了所采用安全措施的有效性及與現行標準規范要求尚存的差距。通過本課題的研究，不僅可以為該油庫安全整改方案提出切實可行的建議，而且還可為類似的大型原油罐區安全管理提供借鑒，促進大型罐區安全控制技術的發展。

　　關鍵詞：消防 油罐區；道化學；評價

　　1 前言

　　油罐區作為石油及其產品的儲存區域，擔負著液態油品可燃氣體的收發儲存任務。石油及其產品具有易燃易爆特性。貯罐區集中，占地面積大，油品儲量大，發生火災爆炸事故危害性大。尤其是近20 年來,油罐發展的明顯趨勢是大型化。隨著油氣儲備量的增加,油罐的規模和數量也大幅度地增加。在已建和新建的油罐運行過程中,油罐由于受到人、物或環境等因素的影響或破壞而發生火災爆炸事故的概率也相應地增大。大型化的油罐一旦發生火災爆炸所造成的損失更是難以估計。因此,如何安全有效地管理和維修油罐,提高油罐的安全可靠性,已是當前安全管理工作所面臨的一個重大課題。原油儲運過程中,由于撞擊、擠壓、火焰、烘烤等原因，原油儲罐有可能被擊穿或破裂，發生滲漏，致使大量原油泄漏，甚至發生火災、爆炸和人員中毒事故，造成重大人員傷亡和財產損失。因此，預防和控制原油儲罐重大事故的發生，對于減少人員傷亡和財產損失、維護社會穩定，具有十分重要的意義。

　　2 本文的主要研究內容及方法

　　本文主要針對某特定原油儲罐區的安全評價應用DOW火災爆炸指數評價法，對原油儲運過程中的爆炸事故、失效和事故的直接原因，以及復雜系統進行詳細分析，給出原油儲罐發生火災爆炸事故時起決定因素的事件，綜合評價原油儲罐發生火災爆炸的危險性程度。

　　3 火災爆炸危險指數評價

　　為了客觀地評價油庫的安全性,采用DOW(道) 化學公司火災爆炸指數評價法來確定物質、設備及工藝裝置等存在的潛在危險性,定量計算火災爆炸可能導致的危害程度和停產損失,是一種有效的手段。

　　3.1評價方法簡介

　　道化學公司火災爆炸指數法(簡稱DOW 指數法) 是美國道化學公司于1964 年在《化工過程及生產裝置的火災爆炸危險度評價法及其相應措施》中提出的,已有40 多年的應用歷史〔1〕。因其方法獨特,無深奧的理論,容易掌握,可對各種化工生產、儲運及使用過程的危險性進行比較客觀地評估,而受到先進工業國家的重視。道化學公司已對該評價法修改了6 次,1993 年推出了第七版。它利用工藝過程中的物質、設備等數據逐步推算,求出其火災爆炸的潛在危險。評估中使用的數據源自物質的潛在能量、以往的事故統計和現行防災措施的經驗數據,考慮的影響因素比較全面,如泄漏率、物質閃點、沸點以及危險物質成分等。該評價法(第七版,下同) 列有大量的圖表,簡捷明了,便于使用。

　　3.1.1確定評價單元

　　進行火災、爆炸危險指數評價的第一步是確定評價單元。因為工程或裝置是由多個單元所組成的，在評價火災、爆炸危險性時，要選擇那些對工藝有影響的單元進行評價，這些單元被稱為評價單元。單元是工程或裝置的一個獨立部分，與其他部分保持一定的距離，并用防火墻、防爆墻、防護堤等與其它部分隔開。通常，在不增加危險性潛能的情況下，可把危險潛能類似的單元歸并為一個較大的單元一并計算。

　　3.1.2單元危險度的初期評價

　　火災、爆炸危險指數（F&EI）按下式計算：

　　F&EI=F3×MF

　　式中：F3—工藝單元危險系數，F3= F1×F2；MF—物質系數；F1—一般工藝危險系數；F2—特殊工藝危險系數；

　　物質系數（MF）是一個最基礎的數值，用來表述物質在由燃燒或其它化學反應引起的火災、爆炸中所釋放能量大小的內在特性。

　　求出火災、爆炸危險指數后，按表確定其火災、爆炸危險等級。危險等級的劃分如表3-1所示：

　　3.1.3單元危險度的最終評價

　　單元危險度的初期評價結果表示的是不考慮任何預防措施時,單元所固有的危險性。道化學公司從降低單元的實際危險度出發，可通過變更設計，對所選用的危險系數作重新考慮；或通過采取降低速勝頻率和潛在事故規模的安全對策措施和各種預防手段來降低其危險性。

　　安全預防措施分工藝控制、物質隔離、防火措施三個方面；其中，工藝控制補償系數包括應急電源等9項措施；物質隔離補償系數包括遙控閥等4項措施；防火措施補償系數包括泄漏檢測裝置等9項措施。

　　補償火災、爆炸危險指數（F&EI）′按下式計算：

　　（F&EI）′=F&EI×C

　　式中：

　　C-安全措施總補償系數，C= C1×C2×C3 ；

　　C1—工藝控制補償系數；

　　C2—物質隔離補償系數；

　　C3—防火措施補償系數。

　　補償系數的取值分別按《道七》所建議的數值選取；沒有采取安全措施時，上述補償系數取1.0。

　　3.1.4小結

　　本評價方法的最終目的是得到可靠的評價結論，并根據評價結論提出 相應的補償措施；一般來說，只有工程或裝置中所有單元的補償火災、爆炸危險等級均低于Ⅳ級，工程或裝置才可能過過安全設計，從而達到安全生產的基本要求。否則，應對工程或裝置設計重新加以考慮，改動設計或增加安全防護措施，址到評價時通過為止。

　　火災、爆炸指數其計算分析程序如圖所示：

　　火災、爆炸危險指數分析計算程序3-1圖

　　(1) 物質系數M F 　M F 是表示物質由于燃燒或化學反應引起的火災、爆炸過程中潛在能量釋放的尺度。可燃性氣體及液體的M F 值可以根據其可燃性等級Nr和化學活性( 不穩定性) 等級Nr值查表求出;可燃性粉塵的M F 值可以按粉塵的可燃性等級S1 和化學活潑性等級Nr 查表求出;混合物的物質系數,一般用試驗方法求取,或選用混合物中物質系數最高的物質值。

　　(2) 確定一般工藝過程危險系數F1 　F1 是確定事故損失程度的主要因素。F1 的值等于其基本系數(一般為1. 00) 與放熱反應、吸熱反應、物料的儲運和輸送、封閉結構單元或室內單元、通道、排放和泄漏等6 項內容的危險系數之和,但此處列出的6 項不一定全部采用。

　　(3) 確定特殊工藝過程危險系數F2 　F2 是影響事故發生概率的主要因素。F2 的值等于其基本系數(一般為1. 00) 與毒性物質、負壓、在燃燒范圍內或附近操作、粉塵爆炸、壓力等12 項內容的危險系數之和,但此處列出的12 項不一定全部采用。

　　(4) 計算單元危險系數F3 　F3 是反映所評價單元潛在危險性的指標, 它等于一般工藝過程危險系數F1 和特殊工藝過程危險系數F2 的乘積:

　　F3 = F1 ×F2 (1)

　　(5) 計算火災爆炸指數F & EI 　F & EI 是反映火災爆炸事故可能造成的破壞情況的指標, 用符號F & EI 表示。

　　F & EI = F3 ×M F (2)

　　(6) 確定安全措施修正系數C 　安全措施修正系數C 是工藝控制系數C1 、危險物質隔離系數C2 、防火設施系數C3 三者的乘積,其值范圍在0～1 之間,它反映了安全措施的完善與否對事故可能造成的損失。

　　3.2單元固有危險指數的計算

　　3.2.1評價單元的劃分

　　根據整個油庫的工藝流程及設備的布置情況等特點，將選取該油庫的5×104m3罐、10×104m3罐、及1號油泵房為評價單元進行初期火災、爆炸危險指數和補償火災、爆炸危險指數計算和分析。

　　3.2.2　單元固有危險指數計算

　　3.2.2.1單元危險性系數的取值

　　(1) 物質系數M F 的計算　根據原油物質系數M F 值查DOW 指數法附錄,求出M F 為16 。

　　(2) F1 的計算　根據該油庫的具體情況,參照DOW指數法有關系數的選擇及確定標準,得到基本系數為1. 00 , 物質處理和輸送的危險系數為0. 50 ,通道修正系數為0. 35 ,排放及泄漏控制危險系數為0. 50 ,則F1 = 2. 35 。

　　(3) F2 的計算　根據該油庫的具體條件和DOW 指數法的有關規定,得出基本系數為1. 00 ,毒性物質危險系數為0. 50 ,罐裝可燃性液體的危險系數為0. 50 , 儲存中的液體及氣體的危險系數為0. 20 ,腐蝕與磨損危險系數為0. 40 ,泄漏(接頭和填料) 的危險系數為0. 60 ,使用明火設備的危險系數為0. 20 ,則F2 = 3. 40 。

　　(4) F3 的計算　根據式(1) 求出F3 = 7. 99 。根據DOW 指數法規定, F3 最高值為8 , 因此此處的F3 的值只能取8 。

　　(5) F & EI 的計算　根據式( 2) 可以求出F & EI = 128 。

　　(6) 單元危險系數DF 的計算　根據DF 與F3 、M F 的關系曲線,查得DF = 0. 68 。

　　(7) 暴露半徑R 的計算　根據式(3) 可以求出R = 32. 77 m。

　　(8) 安全措施補償系數C 的計算　該系數由C1 、C2 和C3 組成,計算如下。

　　工藝控制安全補償系數C1 。應急電源取0.98 ,冷卻裝置取0. 99 ,緊急切斷裝置取0. 97 ,計算機

　　控制取0. 97 ,操作規程/ 程序取0. 91 ,化學活潑性物質檢查取0. 91 , 其它工藝危險分析取0. 91 , 則

　　C1 = 0. 69 。

　　物質隔離安全補償系數C2 。遙控閥取0. 98 ,卸料/ 排空裝置取0. 98 ,排放系統取0. 91 ,聯鎖裝置取0. 98 ,則C2 = 0. 86 。

　　防火設施安全補償系數C3 。泄漏檢測裝置取0. 98 ,結構鋼取0. 98 ,消防水供應系統取0. 94 ,水幕取0. 98 ,泡沫滅火裝置取0. 92 ,手提式滅火器材/ 噴水槍取0. 93 ,特殊滅火系統取0. 91 , 灑水滅火系統取0. 97 ,電纜防護取0. 98 ,則C3 = 0. 65 。

　　原油罐的安全補償系數C = C1 ×C2 ×C3= 0. 39 。

　　經補償后的原油儲罐單元的火災爆炸指數為,F & EI ×C = 49. 92 。

　　原油儲罐單元火災爆炸指數為49. 92 ,其危險等級屬“最輕”級,說明裝置確立之后,其固有的危險程度便客觀地存在,如果采取有效的安全措施,則可以起到重要的調節保護作用,使原有的危險程度下降到可以接受的范圍。

　　(9) 基本M PPD 和實際M PPD 的計算　按照目前市場物價,經財務核算和估算, 暴露區域3 座原油罐的財產價值為487. 14 ×104 美元。由式(4)可以求出基本M PPD 為331. 25 ×104 美元,由式(5) 可以求出實際M PPD 為129. 19 ×104 美元。

　　(10) 最大可能工作日損失M PDO 的確定　根據實際M PPD 值,查M PDO 曲線圖,原油罐的最大可能工作日損失為12～40 d。

　　3.2.2.2單元固有危險指數的計算如表3-2所示：

表3-2火災、爆炸危險指數（F＆EI）計算表

　　3.3單元補償后危險指數的計算

　　從火災、爆炸危險指數（F＆EI）計算可以看出，該油庫三個評價單元固有火災、爆炸危險指數F＆EI處于IV，火災、爆炸危險等級為“高”；為了進一步降低評價單元的火災、爆炸危險指數，提高其安全等級，針對實際情況，根據補償系數的取值原則，從工藝控制、物質隔離和防火措施三個方面進行，其具體補償指數如表3-3。

表3-3 補償火災、爆炸危險指數（F＆EI）

　　3.4危險指數評價結果分析

　　3.4.1危險指數評價結果匯總

　　本項目三個單元的危險指數評價結果匯總于表3-4

表3-4危險指數評價結果匯總