基于等价气云爆炸风险评估的气体防护区域定量划分

doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0153

化工进展 ›› 2019, Vol. 38 ›› Issue (03): 1587-1594.DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0153

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基于等价气云爆炸风险评估的气体防护区域定量划分

齐心歌¹(),王海清¹(),田英帅²,陈国明¹

1. 中国石油大学(华东）安全科学与工程系，山东青岛 266580
2. 深圳燃气集团安全管理部，广东深圳 518040

收稿日期:2018-01-18 修回日期:2018-12-07 出版日期:2019-03-05 发布日期:2019-03-05
通讯作者: 王海清
作者简介:齐心歌（1991—），女，博士研究生，研究方向为风险分析与控制。E-mail：qixinge2017@163.com。|王海清，教授，从事安全仪表系统/火气系统、HAZOP/LOPA、报警管理和可靠性RAM分析等研究。E-mail：wanghaiqing@upc.edu.cn。
基金资助:
山东省自然科学基金(ZR201702160283);中央高校基本科研业务费专项资金(17CX06004);中国石油大学（华东）研究生创新工程项目(YCX2018055)

Quantitative division of gas protection area based on risk assessment of equivalent gas cloud explosion

Xinge QI¹(),Haiqing WANG¹(),Yingshuai TIAN²,Guoming CHEN¹

1. Department of Safety Science and Engineering, China University of Petroleum (East China), Qingdao 266580, Shandong, China
2. Department of Safety Management, Shenzhen Gas Group Co., Ltd., Shenzhen 518040, Guangdong, China

Received:2018-01-18 Revised:2018-12-07 Online:2019-03-05 Published:2019-03-05
Contact: Haiqing WANG

摘要/Abstract

摘要：

目前对危险气体泄漏防护区域的划分方法主要为定性方法，难以对具体场景定量表征，进而无法用于风险防控系统的设计规划。本文在等价气云理论的基础上，基于爆炸事故后果风险评估，提出一种定量划分气体防护区域的方法。综合考虑气体泄漏概率、风速风向联合分布概率等现场特征要素，运用高斯扩散模型，得到气体泄漏扩散的等价气云体积以及气体泄漏扩散风险集合，并进行泄漏场景筛选。针对扩散风险较大的场景进行点火概率分析，利用多能法计算气云爆炸影响范围，对气云爆炸事故进行风险评估得到爆炸事故后果风险集合。在ALARP标准与火气系统探测器场景覆盖率的指导下，依据不同装置区域的风险值确定气体防护区域等级定量划分标准。通过某LNG接收站案例分析，可定量得到不同装置的防护区域等级，实现针对具体泄漏场景的气体防护区域等级定量划分。数值计算表明，气体防护区域定量划分可为火气系统探测器布设提供理论支持。

关键词: 危险气体, 等价气云, 气体防护区域, 爆炸, 安全, 定量等级划分

Abstract:

To divide the prevention area of hazardous gas leakage, qualitative method is mainly used. But it is difficult to characterize specific scenes by qualitative method. It cannot be used to design and plan the risk prevention and control system. A method of dividing gas protection area quantitatively is proposed based on equivalent gas cloud theory and risk assessment of explosion accident. The equivalent gas cloud size and risk set of gas leakage dispersion can be obtained by Gaussian model and considering the on-site features such as gas leakage probability, wind speed and direction joint distribution probability and so on. Then the gas leakage scenes can be selected by according to risk grade. Aiming at the scenes with higher grade of dispersion risk, the ignition probability analysis is carried out. The multiplication method is used to calculate the influence range of gas cloud explosion. The risk set of the explosive consequences can be analyzed by using risk assessment of accidents. The quantitative division standards of gas protection area are determined by risk values for different device areas under the guidance of ALARP standard and scene coverage of fire & gas system (FGS) detector. Through one LNG receiving station case analysis, the protection area grade of different devices can be quantitatively obtained. Aiming at specific leak scenarios, the quantitative classification of gas protection zones can be achieved. The numerical calculation shows that the quantitative division of the gas protection area can provide theoretical support for the detector deployment of FGS.

Key words: hazardous gas, equivalent gas cloud, gas protection area, explosions, safety, quantitative classification

中图分类号:

X937

齐心歌,王海清,田英帅,陈国明. 基于等价气云爆炸风险评估的气体防护区域定量划分[J]. 化工进展, 2019, 38(03): 1587-1594.

Xinge QI,Haiqing WANG,Yingshuai TIAN,Guoming CHEN. Quantitative division of gas protection area based on risk assessment of equivalent gas cloud explosion[J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2019, 38(03): 1587-1594.

图/表 11

参考文献 13

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分类	孔径范围/mm
小孔泄漏	1～10
中孔泄漏	10～50
大孔泄漏	50～150
破裂	>150

分类	孔径范围/mm
小孔泄漏	1～10
中孔泄漏	10～50
大孔泄漏	50～150
破裂	>150

风险值	场景覆盖率/%	气体防护区域等级
>3×10^?3	>99	Ⅰ
3×10^?4～3×10^?3	95～99	Ⅱ
3×10^?5～3×10^?4	90～95	Ⅲ
3×10^?6～3×10^?5	80～90	Ⅳ
3×10^?6	60～80	Ⅴ

风险值	场景覆盖率/%	气体防护区域等级
>3×10^?3	>99	Ⅰ
3×10^?4～3×10^?3	95～99	Ⅱ
3×10^?5～3×10^?4	90～95	Ⅲ
3×10^?6～3×10^?5	80～90	Ⅳ
3×10^?6	60～80	Ⅴ

编号	设备	孔径
编号	设备	小孔泄漏1～10mm	中孔泄漏10～50mm	大孔泄漏50～150mm	破裂>150mm
	卸船系统
1	卸料臂	5.10×10^?4	4.31×10^?4	3.08×10^?4	1.04×10^?4
2	卸料管线	7.41×10^?4	6.87×10^?4	5.92×10^?4	3.65×10^?4
3	蒸发气回流臂	5.10×10^?4	4.31×10^?4	3.08×10^?4	1.04×10^?4
4	蒸发气回流管线	7.41×10^?4	6.87×10^?4	5.92×10^?4	3.65×10^?4
	储存系统
5	LNG储罐	5.10×10^?04	4.31×10^?04	3.08×10^?4	1.04×10^?4
6	低压输送泵	9.04×10^?6	8.81×10^?6	8.38×10^?6	7.11×10^?6
	再气化/外输系统
7	高压输送泵	1.80×10^?5	1.75×10^?5	1.66×10^?5	1.40×10^?5
8	开架式海水气化器	5.10×10^?6	4.31×10^?6	3.08×10^?6	1.04×10^?6
	蒸发气回收系统
9	蒸发气压缩机	8.88×10^?6	8.61×10^?6	8.12×10^?6	6.69×10^?6
10	分液罐	5.10×10^?6	4.31×10^?6	3.08×10^?6	1.04×10^?6
11	再冷凝器	5.10×10^?6	4.31×10^?6	3.08×10^?6	1.04×10^?6

基于等价气云爆炸风险评估的气体防护区域定量划分

Quantitative division of gas protection area based on risk assessment of equivalent gas cloud explosion

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风向	概率/%
风向	0～2m/s	2～4m/s	4～6m/s	6～8m/s	8～10m/s
北N	0.643	1.628	1.086	1.012	0.627
东北NE	0.921	4.335	5.461	4.035	1.745
东E	1.588	7.404	11.297	10.984	3.315
东南SE	1.264	4.946	6.64	5.42	1.653
南S	1.082	2.675	3.732	3.812	1.506
西南SW	0.258	0.834	1.32	1.092	0.38
西W	0.278	1.102	1.077	0.91	0.243
西北NW	0.535	1.506	0.804	0.566	0.284

风险值	场景数量	占全部场景比例/%
>10^?3	131	7.4
>10^?4	540	30.7
>10^?5	872	49.5
>10^?6	1199	68.1
>10^?7	1579	89.7
>10^?8	1760	100

压力/kPa	对建筑物的影响
2.07	“安全距离”（低于该值，不造成严重损坏的概率为0.95）
3.4	大窗户和小窗户通常破碎；窗户框架偶尔遭到破坏
6.9	房屋部分破坏，不能居住
9.0	钢结构的建筑物轻微变形
13.8	房屋的墙和屋顶局部坍塌

编号	设备	点火概率				爆炸后果/m
编号	设备	小孔	中孔	大孔	破裂	小孔	中孔	大孔	破裂
	卸船系统
1	卸料臂	8.76×10^?6	3.41×10^?4	3.99×10^?3	1.65×10^?2	14.05	46.39	103.52	164.32
2	卸料管线	8.05×10^?6	3.13×10^?4	3.67×10^?3	1.51×10^?2	13.67	45.12	100.69	159.84
3	蒸发气回流臂	6.31×10^?6	2.46×10^?4	2.88×10^?3	1.19×10^?2	12.63	41.69	93.03	147.68
4	蒸发气回流管线	0	2.53×10^?4	2.96×10^?3	1.22×10^?2	0	42.05	93.83	148.95
	储存系统
5	LNG储罐	1.44×10^?5	5.61×10^?4	6.57×10^?3	2.71×10^?2	16.52	54.54	121.71	193.21
6	低压输送泵	0	2.53×10^?4	2.96×10^?3	1.22×10^?2	0	42.05	93.83	148.95
	再气化/外输系统
7	高压输送泵	0	0	3.70×10^?3	1.53×10^?2	0	0	100.96	160.27
8	开架式海水气化器	0	2.83×10^?4	3.32×10^?3	1.37×10^?2	0	43.65	97.40	154.61
	蒸发气回收系统
9	蒸发气压缩机	0	3.80×10^?4	4.46×10^?3	1.84×10^?2	0	48.06	107.25	170.24
10	分液罐	0	3.80×10^?4	4.46×10^?3	1.84×10^?2	0	48.06	107.25	170.24
11	再冷凝器	0	3.80×10^?4	4.46×10^?3	1.84×10^?2	0	48.06	107.25	170.24

[1]	郭晋, 张耕, 陈国华, 朱鸣, 谭粤, 李蔚, 夏莉, 胡昆. 车载液氢气瓶设计技术的研究进展[J]. 化工进展, 2023, 42(8): 4221-4229.
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编号	设备	爆炸后果风险				区域风险	防护区域等级
编号	设备	小孔	中孔	大孔	破裂	区域风险	防护区域等级
	卸船系统
1	卸料臂	2.46×10^?7	3.17×10^?5	8.28×10^?4	5.42×10^?3	5.85×10^?4	Ⅱ
2	卸料管线	2.20×10^?7	2.83×10^?5	7.40×10^?4	4.84×10^?3
3	蒸发气回流臂	1.59×10^?7	2.05×10^?5	5.36×10^?4	3.51×10^?3
4	蒸发气回流管线	0	2.12×10^?5	5.55×10^?4	3.63×10^?3
	储存系统
5	LNG储罐	4.75×10^?7	6.12×10^?5	1.60×10^?3	1.05×10^?2	1.82×10^?4	Ⅲ
6	低压输送泵	0	2.12×10^?5	5.55×10^?4	3.63×10^?3
	再气化/外输系统
7	高压输送泵	0	0	7.48×10^?4	4.89×10^?3	9.77×10^?6	Ⅴ
8	开架式海水气化器	0	2.47×10^?5	6.46×10^?4	4.23×10^?3
	蒸发气回收系统
9	蒸发气压缩机	0	3.66×10^?5	9.56×10^?4	6.26×10^?3	7.68×10^?6	Ⅴ
10	分液罐	0	3.66×10^?5	9.56×10^?4	6.26×10^?3
11	再冷凝器	0	3.66×10^?5	9.56×10^?4	6.26×10^?3

编号	设备	爆炸后果风险				区域风险	防护区域等级
编号	设备	小孔	中孔	大孔	破裂	区域风险	防护区域等级
	卸船系统
1	卸料臂	2.46×10^?7	3.17×10^?5	8.28×10^?4	5.42×10^?3	5.85×10^?4	Ⅱ
2	卸料管线	2.20×10^?7	2.83×10^?5	7.40×10^?4	4.84×10^?3
3	蒸发气回流臂	1.59×10^?7	2.05×10^?5	5.36×10^?4	3.51×10^?3
4	蒸发气回流管线	0	2.12×10^?5	5.55×10^?4	3.63×10^?3
	储存系统
5	LNG储罐	4.75×10^?7	6.12×10^?5	1.60×10^?3	1.05×10^?2	1.82×10^?4	Ⅲ
6	低压输送泵	0	2.12×10^?5	5.55×10^?4	3.63×10^?3
	再气化/外输系统
7	高压输送泵	0	0	7.48×10^?4	4.89×10^?3	9.77×10^?6	Ⅴ
8	开架式海水气化器	0	2.47×10^?5	6.46×10^?4	4.23×10^?3
	蒸发气回收系统
9	蒸发气压缩机	0	3.66×10^?5	9.56×10^?4	6.26×10^?3	7.68×10^?6	Ⅴ
10	分液罐	0	3.66×10^?5	9.56×10^?4	6.26×10^?3
11	再冷凝器	0	3.66×10^?5	9.56×10^?4	6.26×10^?3