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管道研究

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烟花爆竹企业工房与油气管道安全间距探讨

来源:《管道保护》杂志 作者:罗强贤;伍全红;唐杰 时间:2019-9-17 阅读:

罗强贤 伍全红 唐杰

湖南有色冶金劳动保护研究院



烟花爆竹生产属于劳动密集型高危行业,一旦发生爆炸事故,将给周边安全造成极大威胁。现行法律、法规及技术标准对烟花爆竹企业工房与油气管道的安全间距无明确要求,致使目前所建油气管道与烟花爆竹企业建设项目用地矛盾日益凸显。

烟花爆竹企业发生意外爆炸事故时产生的地震动波是对埋地管道的主要危害因素,本文以管道质点振动速度最大允许值Vmax=14 cm/s[1],分析工房爆炸时所对应的最小安全间距。

1 工房物料TNT当量确定

1.1 涉及的危险物质

烟花爆竹企业为涉爆单位,常用的生产原料有高氯酸钾、硫磺、铝银粉、引火线、黑火药、铝镁合金粉、氟铝酸钠(冰晶石)、酒精等,其中引火线、黑火药与烟花爆竹半成品、成品列入民用爆炸物品[2],其他几种原料具有火灾、爆炸或有毒有害危险性。

1.2 工房危险性

根据GB 50161―2009《烟花爆竹工程设计安全规范》,烟花爆竹企业危险性建筑物(工房)的危险等级划分为1.1级、 1.3级(表 1、表 2)。

1.1级建筑物为建筑物内的危险品在制造、储存、运输中具有整体爆炸危险或有迸射危险,其破坏效应将波及周围。根据破坏能力划分为1.1-1、1.1-2级。

1.1-1级建筑物为建筑物内的危险品发生爆炸事故时,其破坏能力相当于TNT的厂房和仓库。

1.1-2级建筑物为建筑物内的危险品发生爆炸事故时,其破坏能力相当于黑火药的厂房和仓库。

1.3级建筑物为建筑物内的危险品在制造、储存、运输中具有燃烧危险。偶尔有较小爆炸或较小迸射危险,或两者兼有,但无整体爆炸危险,其破坏效应局限于本建筑物内,对周围建筑物影响较小。

厂房的危险等级应由其中最危险的生产工序确定。仓库的危险等级应由其中所储存最危险的物品确定。

1.3 物料TNT当量确定

1.1-1级危险性建筑危险品爆炸破坏效应相当于TNT的厂房或仓库,其药量可直接按等量TNT量计算, QTNT =Q。

1.1-2级危险性建筑危险品爆炸破坏效应相当于黑火药的厂房或仓库,其药量可按等量黑火药计量,再进行TNT当量计算, QTNT = 0.795Q。

1.3级危险性建筑危险品主要为燃烧性,无整体爆炸危险,其破坏效应局限于本建筑物内,对周围建筑物影响较小。

根据相关资料研究表明, C、 D级烟花鞭炮中1 t火药折算TNT当量约为0.42 t,火药占烟花药剂比例约为40%[2]。 QTNT =Q×0.42×0.4=0.168Q。

2 计算公式选择与分析

2.1 炸药库性质工房

根据中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司与解放军理工大学野战工程学院联合开展的《油气管道与炸药库安全距离专题研究》,炸药库爆炸的 地震动波是埋地管道的主要危害因素,通过大量爆炸实验数据和5种岩土(硬岩、中硬岩、软土、硬土、普通土)特征,针对爆炸地震波作用下埋地管道安全标准问题,研究确定了客观合适的振动速度14 cm/s为安全判据,该判据具有科学性、安全性。针对炸药库爆炸地震波危害效应对管道的影响,拟合出了炸药库与管道的安全距离关系式, GB 50251―2015《输气管道工程设计规范》采纳了该公式。

(1)埋地输气管道与民用炸药储存仓库的最小水平距离计算公式:

式中: R 为管道与民用炸药储存仓库的最小水平距离, m; e 为常数,取2.718; Q 为炸药库容量,kg, 1 000 kg≤Q ≤10 000 kg。

(2)当炸药库与管道之间存在下列情况之一时,按上述计算的水平距离值可折减15%~20%:

①炸药库地面标高大于管道的管顶标高;

②炸药库与管道间存在深度大于管沟的沟渠;

③炸药库与管道间存在宽度大于50 m且高度大于10 m的山体。

(3)无论现状炸药库的库存量有多少,公式中的炸药库容量Q应按政府部门批准的建库规模取值。库存药量不足1 000 kg应按1 000 kg取值计算。

生产性工房不宜直接认定为炸药库,烟火药库、烟火药中转库、黑火药库、黑火药中转库及引线库可认定为民用炸药库,其与埋地管道的安全最小间距宜按上述GB 50251―2015明确的公式进行计算。

1 000 kg药量按公式(1)计算对应的安全距离为105.5 m,对于库存药量限量小于1 000 kg的烟火药、黑火药、引线库及其中转库均可按此值作为安全距离标准。再根据埋地管道与炸药库之间的地形、标高、山体等现场实际情况进行折减。

2.2 其它具有整体爆炸可能性工房

非炸药库性质的其它具有整体爆炸可能性工房主要为生产性工房,其药量相对较小。为更客观评估生产性工房爆炸对输气管道的影响,以振动速度14 cm/s为安全判据,采用GB 6722―2014《爆破安全规程》中的爆破振动安全允许距离公式计算。

式中: R 为爆破振动安全允许距离, m; QTNT为炸药量(TNT当量), kg; V为保护对象所在地安全允许质点振速,取14 cm/s; K, a为与爆破点至保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数,应通过现场试验确定;在无试验数据的条件下,可参考表 3选取。

该公式未对爆破类型进行细分,且针对的爆破对象为岩石,油气管道敷设地带一般为非岩石类土壤,在无试验数据的条件下,可参考表 3 中软岩土对应的K , a 最大值选取。该公式计算值比实际影响值大,可作为参考。

2.3 C、D级成品仓库

1.3级成品仓库危险性较小,无整体性爆炸危险,但其储存量大,一旦发生爆炸也可能产生较大危害。可根据其药量TNT当量按公式(3)计算安全允许距离。

同样,在无试验数据的条件下,可参考表 3 中软岩土对应的K , a 最大值选取。该公式计算值比实际影响值大,可作为参考。

2.4 化学品仓库

参考GB 50160―2004《石油化工企业设计防 火规范》第4.1.9条内容,地区埋地输气管道与甲、乙类工艺装置或设施的防火间距为30 m,数据参照GB 50251―2003《输气管道工程设计规范》,但现行GB 50251―2015未对此作出明文规定。

烟花爆竹企业化学品仓库主要危险为火灾事故,在特定条件下亦可能发生爆炸,如铝银粉及铝镁合金粉粉尘爆炸、乙醇挥发蒸汽云爆炸等,多为有限空间蒸汽云爆炸或粉尘爆炸。蒸汽云爆炸浓度或粉尘爆炸浓度一般为每立方米几十克至几百克。

建立蒸汽云爆炸或粉尘爆炸事故模型,确定爆炸物质,根据其爆热值计算TNT当量系数μ,按化学品最大爆炸极限浓度ρmax与仓库容积 q计算爆炸物质量,按公式(4)计算安全允许距离。

同样,在无试验数据的条件下,可参考表 3 中软岩土对应的K , a 最大值选取。该公式计算值比实际影响值大,可作为参考。

3 结论

针对烟花爆竹企业各类危险性工房在发生爆炸情况下对输气管道的影响,基于以管道质点振动速度最大允许值Vmax=14 cm/s,引用相关标准给出的爆炸振动安全允许值,探讨得出各性质工房爆炸情况下对埋地管道影响的安全距离计算公式。上述公式可作为油气管道高后果区(易燃易爆)场所安全管理、隐患治理,以及油气管道路由选择依据。

 

参考文献:

[1] 谌贵宇,纪冲,王棠昱,汤建平. 爆炸地震波作用下埋地油气管道动力响应研究,油气储运[J].2015,05(33) :01-05.

[2] 周崇然.基于 TNT 当量法的仓储烟花爆竹爆炸后果评价预测研究[J].企业技术开发,2017,07(36):21-26.

 

作者:罗强贤, 1985年生,湖南浏阳人,学士,注册安全工程师/安全评价师/职业卫生评价师,主要从事油气管道安全评价工作。

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