LNG槽船装卸临时性重大危险源事故风险评价_安全运行

摘要

摘要：基于LNG槽船运输过程中的安全现状分析和事故统计，结合高斯气羽模型模拟计算了某港口LNG槽船靠泊发生泄漏时，LNG的泄漏速率、泄漏量和蒸发速率、扩散浓度分布。对发生泄漏

摘要：基于LNG槽船运输过程中的安全现状分析和事故统计，结合高斯气羽模型模拟计算了某港口LNG槽船靠泊发生泄漏时，LNG的泄漏速率、泄漏量和蒸发速率、扩散浓度分布。对发生泄漏后的蒸气云爆炸进行风险评价，得到了LNG蒸气云爆炸事故危害程度和范围。提出应将LNG的运输纳入临时性重大危险源。

关键词：LNG槽船运输；泄漏；临时性重大危险源

Risk Assessment for Temporary Major Hazard Source Incidents during Loading and Unloading LNG Tank Ship

TAN Si-hong，LIU Qing-hui

Abstract：Combined with Gaussian plume model，the leakage rate，leakage，evaporation rate and diffusion concentration distribution of LNG are simulated and calculated when the LNG tank ship leakage occurs during docking at a port based on the analysis of safety status and the statistics of incidents during LNG tank ship transportation. The risk assessment for vapor cloud explosion after leakage is performed，and the degree and scope of harms from LNG vapor cloud explosion accident are obtained. It is pointed out that LNG transportation should be included in temporary major hazard sources.

Key words：LNG tank ship transportation；leakage；temporary major hazard source

近年来，我国的燃气事业发展迅速^[1]。在进口液化天然气方面，预计到2020年，中国需要进口2500×10⁴t/a，是目前广东LNG接收站总量的7倍。LNG进口运输的主要方式是槽船运输，大型LNG船在靠泊码头时是一个巨大的危险源。但现行国家重大危险源辨识标准：《危险化学品重大危险源辨识》GB 18218—2009中并没有包括LNG的运输。由于LNG危险性比较高，泄漏时容易发生火灾、爆炸等重大安全事故^[2]，应将LNG运输作为临时性重大危险源考虑，加强其安全管理显得非常重要。本文采用高斯气羽模型(GPM)和中国安全科学研究院编制的重大危险源区域定量分析评价软件(CASST-QRA)对LNG泄漏进行定量计算，希望能为LNG运输的安全管理和事故应急救援提供帮助。该软件获得劳动部、北京市、国家安全生产监督管理总局安全生产科技成果奖一等奖。本文以某LNG运输码头为例，结合项目运行的情况和2006年交通部的事故数据统计分析，得出其发生重大事故的可能形式为LNG泄漏事故和LNG蒸气云爆炸事故。

1 LNG泄漏扩散风险评价

1.1 LNG泄漏扩散事故情景模拟

假设LNG管道在装卸船过程中出现连续性液态泄漏，由于在实际生产过程中均采取了压力、流量检测与控制等措施，所以持续泄漏的时间一般较短，现假设泄漏时间为3min。根据《工业污染事故评价技术手册》的要求以及液体化工品、LNG事故案例分析^[3、4]，假设泄漏事故规模见表1。

表1 LNG泄漏事故规模

泄漏货种	泄漏源	泄漏规模(即管道泄漏孔径)/mm		泄漏时间 /min
		中孔泄漏	大孔泄漏
LNG	码头管道	50	100	3

1.2 环境条件

LNG蒸气的扩散与环境条件密切相关，假设地形和气象条件见表2。

表2 LNG扩散的环境条件

环境条件	模型指标
地形情况	开阔平地
地面类型	混凝土
潮湿情况	比较潮湿
平均风速/(m·s^-1)	2.5
年平均气温/℃	21.4
云层状况	云层覆盖大部分天空

1.3 LNG泄漏速率及蒸发速率计算

① 泄漏速率模拟计算

码头管道系统LNG的泄漏速率主要取决于管道内的压力与大气压之差，其计算基于Bernoulli方程^[5]，表达式为：

v_L=f(C_d，A_L，ρ，p_L，p_a) (1)

式中v_L——LNG的泄漏速率，kg/s

C_d——泄漏系数

A_L——泄漏口的面积，m²

ρ——LNG的密度，kg/m³

p_L——管道内LNG的压力，Pa

p_a——大气压力，Pa

② 蒸发速率模拟计算

LNG泄漏后，液体沿地面向四周流动并形成一定面积的液池，液池内的LNG在蒸发作用下向大气扩散，直接危害现场作业人员的身体健康并且有爆炸的危险。模拟中孔泄漏液池面积为400m²，经计算蒸发速率为4.4kg/s。

1.4 计算结果

参照《安全评价》(第3版)的相关公式^[5]，泄漏量的计算结果见表3。

从表3可以看出，在中孔泄漏、泄漏3min情况下，管道系统将有约2000kg的LNG泄漏，经济损失严重；大孔泄漏事故的泄漏量约有10080kg。如此多的泄漏物料沿地面流淌形成液池，并不断蒸发形成易燃、易爆的蒸气云团，危险性极大。

表3 典型货种泄漏速率、泄漏量及液池蒸发速率计算结果

泄漏货种	事故规模	泄漏速率/(kg·s^-1)	泄漏量/kg
LNG	中孔泄漏	11.1	2000
LNG	大孔泄漏	56.0	10080

① LNG扩散浓度计算及风险评价

a. LNG扩散模式

本评价选取的扩散模式为高斯气羽模型。该模型是计算释放到大气中的污染物沿下风向浓度分布的应用模型，该模型适用于蒸气扩散及液体转变为蒸气的扩散。该模型假定气羽在水平方向和垂直方向上的污染物浓度符合高斯分布，基本方程为^[5]：

式中ρ(x，y，z)——下风向空间任意一点的质量浓度，mg/m³

Q——扩散源强(单位时间扩散量)，kg/s

u_a——风速，m/s

F_y——横向扩散函数，m^-1

x——下风向纵向距离，m

y——横向距离，m

F_z——垂直扩散函数，m^-1

z——距地面高度，m

由表3可知，LNG液池蒸发速率为4.4kg/s，作为LNG蒸气的扩散源强。

b. 危险区域的浓度阈值选取

LNG蒸发达到一定浓度时，可能危及人的生命安全，遇到明火，甚至会产生爆炸。本评价根据LNG蒸气扩散到不同浓度时造成危害程度的大小，将LNG扩散的危险区域划分为3个区。爆炸危险区(A区)：LNG蒸气浓度高于爆炸下限，遇明火产生爆炸；严重损害区(B区)：LNG蒸气浓度较高，可能造成人员急性中毒甚至死亡；轻度损害区(C区)：LNG蒸气浓度可引起人员不良反应，造成轻度中毒或吸入反应。3个区域的关系见图1。

② 各危险区域浓度阈值的确定

LNG扩散危险区域的浓度阈值选取见表4。

表4 LNG蒸气危害阈值表

货种	危害程度	区域	质量浓度/(mg·m^-3)
LNG	爆炸危险区	A	41344
	严重损害区	B	17990
	轻度损害区	C	8586

③ 扩散危害距离计算

经计算，LNG蒸气的扩散危害最大距离见表5。

表5 LNG蒸气扩散危害最大距离

泄漏物料	A区最大距离/m	B区最大距离/m	C区最大距离/m
LNG	58	97	151

2 LNG蒸气云爆炸事故风险评价

按上述LNG泄漏事故构成典型事故情景，情景构成及风险评价所需各种输入参数见表6。

表6 LNG泄漏事故风险评价的典型事故情景构成及输入参数^[5]

泄漏事故类型	泄漏形态	泄漏方式	泄漏速率/(kg·s^-1)	蒸气云质量/kg
管道中孔泄漏	50mm中孔泄漏，液态	连续泄漏	11.1	12186

LNG泄漏以后，经过蒸发、扩散和与空气混合，在一定范围内形成爆炸性蒸气云，一旦遇到明火，就会发生爆炸。蒸气云爆炸不仅对处于爆源(即蒸气云)中的人员、建筑物及设备等造成严重损坏，爆炸所产生的爆炸波也将对爆源周围的人员、建筑物及设备等造成危害。针对码头区域LNG蒸气云爆炸事故对周围人员与建筑物的危害进行模拟评价，事故后果见图2。

该码头LNG蒸气云爆炸事故计算后果见表7。当该码头发生管道中孔泄漏、蒸气云爆炸事故时，人员死亡、重伤半径、轻伤半径分别为40m、69m、117m。可见，蒸气云爆炸事故对人员的伤害是较为严重的。

表7 某码头LNG蒸气云爆炸事故后果

泄漏模式	灾害模式	死亡半径/m	重伤半径/m	轻伤半径/m
管道中孔泄漏	蒸气云爆炸	40	69	117

3 结论

通过定量计算对某码头模拟发生LNG泄漏扩散风险评价以及蒸气云爆炸，得到主要结论如下。

① 发生泄漏扩散后，如果A区域(蒸气沿下风向距泄漏点58m范围内)有明火，将引发爆炸、烧事故；B区域(蒸气沿下风向距泄漏点97m范围内)的暴露人员将可能发生急性中毒或窒息死亡；C区域(蒸气沿下风向距泄漏点151m范围内)的暴露人员将会发生轻度中毒影响身体健康。因此，在防止泄漏事故的同时，应严格控制火源，加强个人防护意识，避免人员伤亡和财产损失。

② 从发生蒸气云爆炸后果看，人员死亡、重伤半径、轻伤半径分别为40m、69m、117m；暴露在户外的码头作业人员及船员将遭受重伤以上的伤害，停泊在码头的船舶及LNG管道、装卸臂等设备设施将遭受严重破坏。

③ 虽然LNG的运输不包括在目前的危险化学品重大危险源辨识范围内，但是槽船运输LNG的量大、危险性也较高，因此建议将其按照临时|生重大危险源来管理。制定相应的应急处理方案，在发生事故时及时控制泄漏，并在必要时组织危险区域内的人员安全疏散。

参考文献：

[1] 高文学，李建勋，王启，等.故障树分析法在城市燃气管道安全评价的应用[J].煤气与热力，2009，29(1)：B29-B35.

[2] 费学欣，邵敏，杨昭.基于模糊评价法的燃气管道泄漏抢修方案选择[J].煤气与热力，2009，29(5)：B39-B44

[3] 祁超忠.LNG船舶港内作业前期研究及风险防范[J].航海技术，2008，(6)：2-5.

[4] 国家安全生产监督管理总局.国内外危险化学品典型事故案例分析[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2009.

[5] 国家安全生产监督管理总局.安全评价(第3版)[M].北京：煤炭工业出版社，2005.

(本文作者：谭四红¹ 刘庆辉² 1.深圳市燃气集团股份有限公司广东深圳 518040；2.广东省安全科学技术研究所广东广州 510620)