摘 要 目前我国相关防火安全规范缺管道明确规定适用于工程事故的分析模型。针对LNG站场主要危险源及防火间距的问题，依据NFPA59 A—2009标准推荐的DEGADIS、LNGFire3和PoFMISE模型原理.，研发了适用于我国LNG工程设计的LNG蒸气扩散模型和池火热辐射模型，并对模型的准确性和可靠性进行了对比验证：与Burro实验测定值对比，所研发的LNG蒸气扩散模型计算结果相对误差为19.04％，优于原DEGADIS模型32.88％的相对误差。将池火热辐射模型与PoFMISE和LNG Fire3模型的标准结果进行了对比，结果表明：其兼具两者的优点，更趋安全可靠。据此开发的“液化天然气(LNG)站场危险性分析平台”可用于主要危险源及工艺设备的防火间距及LNG站场选址、规划和设计过程中事故后果的分析评价。

关键词 LNG站场 防火间距 LNG安全性 重气扩散 池火灾 危险性分析平台

中国作为新兴LNG进口国，LNG产业发展虽然起步较晚，但近年来发展迅猛，LNG站场日益增多，站场的安全问题随之凸显。根据LNG低温、易挥发、与空气一定比例混合后可燃和易爆的特性，对LNG站场内主要危险源及无法规定具体防火间距的情形进行有效约束，以满足LNG工程设计和建设的应用要求，是当前亟待解决的问题，也是政府及企业关注的重点。由于LNG的大规模应用，国际上对其安全性格外重视，在美国，LNG是唯一由美国联邦法规(49 CFR，193部分)对其储存设施选址和施工进行详细具体要求的可燃物质^[1]。美国NFPA 59A—2009《液化天然气(LNG)生产、储存和装运》标准规定^[2]，对于站场内主要危险源及工艺设备的防火间距，除规定最小间距外，推荐采用可靠的事故模型进行计算，确定事故后果的危害范围，评价LNG站场的建筑红线(Property Line)、与站场周边公共区域的间距以及站场设施间距等的安全性。我国目前的相关标准，如GB 50183—2004《石油天然气工程设计防火规范》^[3]，亦提到采用事故模型计算主要危险源的防火间距，但未明确规定适用于我国工程的事故数学模型。事故数学模型的建立是防火安全距离分析评估的重要技术手段。建立科学、可靠的事故模型，分析站场潜在的危险，可保障已建站场的安全运行，为新建、扩建站场的安全设计提供依据。

笔者针对LNG站场主要危险源及无法规定具体防火间距的情形，根据NFPA 59A—2009标准推荐采用的DEGADIS重气扩散模型原理和LNGFire3模型原理，以及PoFMISE大池火修正模型原理，研发了适用于我国国情的LNG蒸气扩散模型和池火热辐射模型，并开发了“液化天然气(LNG)站场危险性分析平台”，可用于LNG站场的选址、规划和设计过程中，主要危险源及工艺设备防火间距的分析评价。

根据LNG站场的安全特性与工艺特点，NFPA59A—2009标准对储罐间距(Container Spacing)、工艺设备间距(Process Equipment Spacing)、气化器间距(Vaporizer Spacing)、装卸设施间距(Loading and Unloading Facility Spacing)等，明确给出最小防火间距比^[2]。

国内标准GB 50183—2004《石油天然气工程设计防火规范》第l0章“液化天然气站场”、GB 50028—2006《城镇燃气设计规范》第9章《液化天然气气站》，对总储量小于3 000 m³的小型LNG站场，明确给出相关的防火间距^[3-4]。

对于LNG站场内主要危险源及无法规定具体防火间距的情形，如LNG站场的建筑红线(Property Line)、与站场周边公共区域的防火间距、确定事故性泄漏的危害范围、站场内部无法明确规定防火安全间距的其他设施等，国内外标准的相关规定分述如下。

1.2.1 NFPA 59A—2009标准规定

采用数学模型模拟事故发生来计算防火间距。首先设定LNG“溢出场景”和特定的大气环境，要求在预设条件下，确保：①辐射热流在站场的“建筑红线”或最近的居住区不会超过特定值(临界值)水平；②在大气中LNG蒸气的浓度不会超过燃烧下限的50％(此时LNG泄漏产生的蒸气云在环境中扩散，未被点燃)。对于重气扩散模型，NFPA 59A—2009标准推荐采用国际通用模型DEGADIS重气扩散基本模型，对火灾热辐射模型的选取，NFPA 59A—2009标准在推荐原有的LNGFire3模型的基础上，指出对于大尺寸池火宜选用PoFMISE模型。

1.2.2 GB 50183标准规定

GB 50183标准规定，LNG站场的区域布置除满足标准规定的防火间距外，尚应按“国际公认的高浓度气体扩散模型和液化天然气燃烧的热辐射计算模型”进行校核，但并未明确给出事故数学模型。

笔者开发的液化天然气(LNG)站场危险性分析平台(以下简称“平台”)采用Visual Basic 6.0集成开发环境进行面向对象设计，通过Fortran计算语言对LNG蒸气扩散模型和池火热辐射模型^[4-5]进行编程计算，并封装成动态链接库(DLL，Dynamic Link Library)，为Visual Basic 6.0调用。平台适用于LNG站场选址、规划和设计过程中，站场主要危险源及无法规定具体防火安全间距的情形。对于LNG站场潜在的主要危险事故(如LNG泄漏扩散和LNG火灾热辐射)，利用平台的泄漏场景设计和事故模型计算功能，能直观地在LNG站场布局图上显示事故的危害范围，方便站场设计人员以及评估人员确定防火间距。

平台包括两种事故模型：LNG蒸气扩散模型和池火热辐射模型。这两种事故模型的开发分别基于NFPA 59A—2009标准推荐采用的、国际通用的DEGADIS重气扩散模型原理和LNGFire3池火热辐射模型原理，详细模型描述参见本文参考文献[5-6 ]。在LNG重气扩散模型基础上，依据LNG泄漏气化率与空气卷吸率之间的关系并考虑地面和大气环境对扩散源的影响因素，建立了LNG泄漏扩散源模型，确定扩散源尺寸、LNG气化率和空气实际卷吸率，使得模型更具科学性并切合应用实际。对于池火热辐射模型，确定了LNGFire3模型和PoFMISE模型与池火尺寸的对应关系，修正两种模型火焰表面辐射力，突破模型对火焰尺寸的限制，得到适用于大尺寸范围的池火热辐射计算；并在圆形池火基础上，建立了对矩形池火热辐射计算的方法，使模型能够适合于计算各种不同形状和尺寸的池火情况。

2.2.1 LNG蒸气扩散模型验证

将研发的LNG蒸气扩散模型分别与DEGADIS重气扩散基本模型计算结果和Burro实验^[7-8]测定值作比较，来验证模型的准确性和可靠性。初始条件选取Burro系列实验条件^[7]，如表1所示(B3～B9为实验序号)。验证结果示于表2。研发模型计算结果对实验测定值的平均相对偏差为19.04％，小于DEGADIS重气扩散基本模型计算结果的偏差32.88％。由此可见，研发的扩散模型对于LNG泄漏蒸气扩散浓度的计算是比较准确和可靠的。