第三届中国LNG论坛论文编号：1260902基于PHAST的罐区事故后果模拟分析中国石化青岛液化天然气有限责任公司，青岛邮编266400要：LNG接收站因存在易燃、易爆特性，其防火、防爆安全距离是重要的风险分析和事故控制指标。本文采用挪威船级社的PHAST软件进行风险评估，简要介绍其泄露模型、泄露扩散模型、热辐射模型和蒸气云爆炸模型。结合国内相关标准分析接收站的安全间距和热辐射距离，对LNG储罐进行泄露事故模拟，从气团扩散、喷射火热辐射量和爆炸冲击波超压的影响范围来评估可能的事故后果，从而为接收站的安全设计、运营提供借鉴和指导作用。关键词：PHAST软件；安全间距；热辐射量；冲击波超压引言液化天然气（以下简称LNG）作为一种安全、环保、经济、易储存的能源，可以显著提高广大人民群众的生活水平。LNG接收站投产后将有效缓解当地市场天然气供应紧张的局面，充分改善能源消费结构，可实现经济绿色、低碳、可持续发展。LNG接收站的主要物料为LNG和LNG气化产生的天然气（NG），具有沸点低（大气压力下LNG沸点约为-160）、气化体积比大（1体积LNG能转化约600个体积的NG）、易燃易爆（爆炸极限5～15％）标准的安全间距要求目前，LNG接收站的设计标准主要有BS7777、NFPA59A、EN1473和EN14620等国外标准；我国天然气标准化技术委员会于2000成立了液化天然气标准技术工作组，已经颁布和实施了一些标准，如GB/T20368-2006、GB/T19204-2003、JTS165-5-2009和SYT6711-2008等等。

其中，《石油天然气工程设计防火规范》（GB50183-2004）和《石油化工企业防火设计规范》（GB50160-2008），对LNG接收站装置布置、火灾热辐射、冲击波超压的安全间距有着严格要求。2.1火灾热辐射要求《石油化工企业防火设计规范》第10.3.4.2条规定，室外活动场所、建（构）筑物允许接受的热辐射量，在风速为0级、温度21及相对湿度为50％条件下，不应大于下述规定值：热辐射量达4000W/m界线以内，不得有50人以上的室外活动场所；热辐射量达9000W/m界线以内，不得有活动场所、学校、医院、监狱、拘留所和居民区等在用建筑物；热辐射量达30000W/m界线以内，不得有即使是能耐火且提供热辐射保护的在用构筑物。2.2装置布置间距要求《石油天然气工程设计防火规范》10.2.5条规定，液化天然气储存总容量大于或等于30000m时，与居住区，公共福利设施的距离应大于0.5km。第10.3.6条规定，储存总容量大于265m时，储罐之间最小距离为相邻储罐直径之和的1/4（最小为1.5m），围堰区边沿或储罐排放系统至建筑物或建筑界线的最小距离为储罐直径的0.7倍（不小于30m）。2.3危害程度量化火灾不同的热辐射量对人和物可造成不同程度的损害，如表1所示，由此可以确定热辐射危害区域图。

其中，入射通量为4.0kW/m的影响范围是人员设备无损失范围，入射通量为12.5kW/m火灾热辐射的不同入射通量可造成的损害Table1firethermalradiation入射通量kW/m对人的损害对设备的损害1.6长期辐射无不舒服4.020秒以上感觉痛，未必起泡12.510分钟，1%烧伤有火焰时，木材燃烧、塑料熔化的最小能量2510秒，重大损伤；分钟，100%死亡在无火焰、长时间的辐射下木材燃烧的最小能37.510秒，1%死亡；分钟，100%死亡操作设备全部破坏冲击波超压对人员伤亡情况、对建筑物损坏情况见表2，由此可确定冲击波超压危害区域图。其中，超压0.01MPa影响范围为人员建筑无损失范围，超压0.03MPa影响范围为人员建筑轻微损失范围，超压0.05MPa影响范围为人员建筑严重损失范围，超压0.1MPa影响范围为人员建筑完全损失范围。冲击波超压对人员伤亡情况Table2overpressure超压P（MPa）对人的损害对建筑的损害0.01~0.03人员轻微伤害玻璃破碎，墙出现裂纹0.03~0.05人员严重伤害墙出现大裂纹，屋瓦掉落0.05~0.10内脏严重损伤或死亡木建筑房柱折断，房架松动，砖墙倒塌0.1人员大部分死亡小房屋倒塌，大型钢架结构破坏事故后果模拟软件概述事故后果分析是通过使用一些理论模型来预测事故的影响范围，并对事故后果进行定性或定量评价。

目前，许多模型都已实现计算机化，可使用商品化软件进行计算，如挪威船级社DNV的PHAST软件、荷兰应用技术研究院TNO的DAMAGE和EFFECT软件、英荷壳牌SHELL的FRED软件。其中，DNV的PHAST软件因其模型齐全、数据库可靠等诸多优势，在国内各LNG接收站中得到了广泛的应用。因此，本文采用PHAST软件进行事故后果模拟分析，并简述其常用的各种模型3.1泄露模型泄露物质的特性多种多样，受原有条件的强烈影响。但多数物质从容器中泄漏出来后，都可发展成弥散的气团向周围空间扩散。气团扩散一般有液体泄漏后扩散、喷射扩散和绝热扩散三种模型。3.2泄露扩散模型PHAST软件运用UDM(UnifiedDispersionModel)模型描述气体泄漏扩散的过程以及造成的影响。UDM模型适用于任何泄漏方式，无论是连续泄漏还是瞬时泄漏，泄漏的是重气还是中性气体、浮性气体。UDM模型考虑了气象条件、介质密度、表面粗糙度、湍流扩散等多种因素的影响，对气云扩散分为5个阶段进行模拟，如图1所示。UDM气云扩散模拟图Fig.1UDMgascloud3.3热辐射模型热辐射模型可细分为喷射火模型、池火模型、火球模型等。

LNG泄漏时形成射流，如果在泄漏裂口处被点燃，则形成喷射火。结合实际情况，对于接收站采用喷射火模型。3.4蒸气云爆炸模型爆炸是物质的一种非常急剧的物理、化学变化，也是大量能量在短时间内迅速释放或急剧转化成机械功的现象。PHAST软件把泄露的物质通过公式（1），折算成TNT当量，来计算爆炸威力；冲击波产生的超压峰值P0则采用theKingeryBulmash曲线（Less，1996年发表）近似计算，如公式（2），计算距离爆炸点z处的冲击波超压峰值。effTNTcombustionTNT10log(loglogmTNT：爆炸时气团中的物质TNT当量；P0：冲击波超压峰值。储罐区事故后果模拟分析4.1事故假设4.1.1天气状况大气温度：28相对湿度87%（对应风速5.3m/s）、50%（对应风速2m/s）天气条件1：风速2m/s，大气稳定度F天气条件2；风速5.3m/s，大气稳定度D4.1.2泄露情景本项目设置了比较完善的安全防护系统，按事故安全型设计了联锁系统，保证安全度等级达到SIL3级；设置泄漏检测报警系统，一旦有泄漏发生，可及时发现并采取相应的措施，在短时间内控制泄漏事故。因此，本次模拟罐区失效装置泄漏10min 的量，且选择危险性较大的LNG 储罐内低压 泵出口管线部位，分析气云扩散范围、火灾热辐射影响范围和爆炸超压影响范围。

事故假设：罐内低压泵出口管线泄漏，泄漏点位于地面附近1m 高处，泄漏方向为水平，与风 向一致，压力1MPa； 4.2 模拟结果 将各项假设参数输入PHAST 软件，经过计算，泄漏后气团的扩散浓度、泄漏后形成喷射火的辐 射热危害范围和泄漏后发生爆炸超压危害区域如下图所示，计算数据如表所示。 4.2.1 影响范围区域图 扩散影响范围俯视图Fig.2 rangeview clouddiffusion effects 喷射火热辐射影响范围图Fig.3 rangeview jetfire radiation 冲击波超压影响范围图Fig.4 rangeview overpressure4.2.2 计算数据表 表3：扩散浓度-距离关系 Table3 relationshiptable diffusionconcentration distance假设事故 浓度（PPm），风速2m/s 浓度（PPm），风速5.3m/s 25m 65m 25m 65m 事故 351067 149493 337378 150677 危险有害物质泄漏后形成喷射火的辐射热危害范围Table4 relationshiptable jetfire radiation distance假设事故 距离（m），风速2m/s 距离（m），风速5.3m/s 热辐射量kW/m 37.5事故 113.1 105.4 82.8 128.3 119.2 109.4 表5：危险有害物质泄漏后发生冲击波超压与距离的关系 Table5 relationshiptable distance假设事故 距离（m），风速2m/s 距离（m），风速5.3m/s 0.01MPa 0.03MPa 0.05MPa 0.1MPa 0.01MPa 0.03MPa 0.05MPa 0.1MPa 事故 644.6 567.2 547.0 528.5 453.7 396.8 382.0 368.4 4.3 后果分析 （1）从泄漏扩散事故模拟中，可知在不同气象条件下，气云扩散范围不同。

如图2、表3所示， 在不同风速下，在0~60m，60~220m，220~340m 三个区域内，气云扩散的浓度-距离关系相同，但 ppm的气云可扩散至480m。因此，在2m/s 风速条件下，气云扩散范围更大，更有可能扩散至接收站区域以外，发生闪火的影响范围可能性更 高，影响范围更广。 （2）从喷射火事故后果模拟中，可知在不同气象条件下，LNG 泄漏发生喷射火的热辐射的影 响范围不同，且存在人员设备完全损失范围。如图3、表4 所示，在5.3m/s 的风速下，人员设备完 全损失影响范围达到109.4m，在此热辐射影响范围内即便是有耐火保护的建筑物也将被毁，可造成 设备损坏和作业人员伤亡。在2m/s 的风速下，人员设备完全损失影响范围为82.8m。因此，在5.3m/s 风速条件下，喷射火热辐射影响范围更大，在人员设备完全损失影响范围内需考虑各种设施，如储 罐、码头、工艺单元设施的可靠性。 （3）从爆炸冲击波超压事故后果模拟中，可知在不同气象条件下，冲击波超压影响范围不同， 且存在人员建筑完全损失范围。如图4、表5 所示，在5.3m/s 的风速下，人员建筑完全损失影响范 围为368.4m，在此冲击波超压影响范围内，人员大部分死亡，大型钢架结构严重破坏。

在2m/s 风速下，人员建筑完全损失影响范围为528.5m。因此，在2m/s风速条件下，冲击波超压影响范围 更大。 （4）综上所述，可知若LNG 储罐发生泄漏，泄露气团的闪火影响范围较大，在一定的风速条 件下，闪火影响范围可超出接收站围墙。若发生喷射火，其辐射通量可严重影响周围工艺设施。若 发生爆炸，则冲击波超压也可严重影响周围工艺设施。因此，依据事故模拟计算的完全损失范围， 考虑罐区的安全措施，依据标准要求合理布置，以便事故应急响应和救援。同时，在生产运营中必 须做好日常监测，防止发生大的泄漏。 结论1、依据GB50183-2004 和GB50160-2008 中对的安全间距要求，合理规划、布置LNG 接收站的