每天10分鐘學(xué)習(xí)LNG廠站安全系列（3）-LNG事故危害：閃火、池火、噴射火
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如本系列文章每天10分鐘學(xué)習(xí)LNG廠站安全系列（2）所述，LNG的危險(xiǎn)因素是與其獨(dú)特的屬性相關(guān)的，結(jié)合上篇介紹的LNG的特點(diǎn)，LNG裝置事故的主要危害包括泄漏后發(fā)生閃火、池火或是噴射火后熱輻射造成的燒傷及結(jié)構(gòu)損壞；封閉或是半封閉空間內(nèi)的蒸氣云爆炸（VCE）造成的沖擊及超壓；快速相變（RPT）所引起的蒸發(fā)氣超壓；低溫凍傷及窒息等，以下分別簡(jiǎn)述以上危害。
（1）LNG的閃火、池火及噴射火
視頻：LNG噴射火焰和滅火
視頻：LNG池火和滅火
致謝：感謝【春天的地鐵】上傳視頻，原視頻網(wǎng)址：http://v.qq.com/vplus/7f150860c23e8151a25e9827b38c171e 來(lái)源：騰訊視頻
以上兩段視頻不難看出以下要點(diǎn)：
LNG池火燃燒速度較長(zhǎng)鏈烷烴更快，因而火焰更高，但是持續(xù)時(shí)間更短；此外LNG池火相對(duì)少煙，但是輻射熱量較更重的烴類更高，如較汽油高57%（220kw/m2相對(duì)比汽油為140kw/m2）；
化學(xué)干粉是撲滅LNG火災(zāi)的唯一方法，泡沫能夠延緩火災(zāi)速度，但是不會(huì)阻止LNG蒸發(fā)及蒸氣云形成。
此外，需要說(shuō)明的是以上視頻是非常小型的LNG泄露噴射火情及池火實(shí)驗(yàn)，真實(shí)工業(yè)上大型LNG池火會(huì)產(chǎn)生更多的煙，因而熱輻射強(qiáng)度會(huì)下降，如本文背景圖片所示的LNG池火可見(jiàn)明顯黑煙；此外對(duì)于大規(guī)模的LNG火災(zāi)控制燃燒比熄滅火災(zāi)更加安全，因?yàn)榭扇冀橘|(zhì)完全燃盡會(huì)避免延遲點(diǎn)燃閃火的危險(xiǎn)。
當(dāng)LNG在陸上或是水上發(fā)生泄漏后會(huì)快速蒸發(fā)形成蒸氣云，且在風(fēng)力作用下發(fā)生移動(dòng)，當(dāng)遇點(diǎn)火源點(diǎn)燃時(shí)會(huì)造成閃火，閃火通常持續(xù)時(shí)間短，但是對(duì)于處于火焰包圍的人員會(huì)卻是致命的，但是閃火通常不會(huì)發(fā)生二次點(diǎn)燃或?qū)θ紵齾^(qū)域外的人員造成燒傷。當(dāng)閃火燒回LNG池或是池蒸發(fā)氣被點(diǎn)燃時(shí)會(huì)形成池火。當(dāng)LNG帶壓泄漏（如通過(guò)孔或是裂紋）且被點(diǎn)燃時(shí)會(huì)發(fā)生噴射火，其對(duì)設(shè)備或是建筑的沖擊類似于火焰噴槍，會(huì)產(chǎn)生非常高的熱通量，但其影響范圍有限，尤其液相噴射，通常小于50米。
閃火發(fā)生時(shí)會(huì)對(duì)處于火焰包圍或是處于火焰上方結(jié)構(gòu)上的人造成危害，燃燒溫度可高達(dá)1200℃，但是由于火焰掃過(guò)特定區(qū)域的時(shí)間僅幾秒，因而會(huì)造成人員傷亡及電纜線及處于其中的建構(gòu)筑物外表面受損，但是不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)或是重型設(shè)備造成顯著破壞。有關(guān)閃火輻射破壞的數(shù)據(jù)很少（與爆炸沖擊波相比其危害要小很多）。通常蒸氣云的閃火時(shí)間不會(huì)超過(guò)幾十秒。以下表1為常見(jiàn)烴類的沸點(diǎn)及池火燃燒速度。
表1為常見(jiàn)烴類的沸點(diǎn)及池火燃燒速度
物料 | 沸點(diǎn)（K） | 燃燒速度（m/s×10-4）
| |
陸上 | 水上 | ||
氫氣 | 20.3 | 23.0 | 45.0 |
甲烷 | 111.7 | 2.08 | 5.84 |
乙烷 | 164.6 | 1.22 | 2.72 |
丙烷 | 231.1 | 1.37 | 2.63 |
異丁烷 | 261.4 | 1.55 | 2.11 |
正丁烷 | 272.7 | 1.32 | 1.62 |
異戊烷 | 301.1 | 1.23 | 1.23 |
正戊烷 | 309.7 | 1.43 | 1.43 |
異己烷 | 333.5 | 1.37 | 1.37 |
正己烷 | 341.9 | 1.22 | 1.22 |
環(huán)戊烷 | 322.5 | 1.32 | 1.32 |
環(huán)己烷 | 353.9 | 1.15 | 1.15 |
苯 | 353.3 | 1.00 | 1.00 |
甲苯 | 383.8 | 0.95 | 0.95 |
鄰二甲苯 | 417.6 | 0.97 | 0.97 |
火災(zāi)熱輻射后果通常由輻射強(qiáng)度及暴露時(shí)間或是兩者的組合來(lái)描述。輻射強(qiáng)度為能量通量，單位為kw/m2；與持續(xù)時(shí)間相乘即為輻射量（KJ/m2）。目前有各種文獻(xiàn)來(lái)對(duì)輻射熱造成的燒傷進(jìn)行分類[1]，如美國(guó)的化工工藝安全中心（CCPS）等。常用的是將皮膚燒傷分為3度，其定義如下：
1度燒傷：輕微的表皮影響，持續(xù)發(fā)紅但無(wú)水泡。嚴(yán)重的1度燒傷會(huì)產(chǎn)生疼痛，但不會(huì)造成永久性損傷，通常在受傷幾天后外部皮膚會(huì)結(jié)痂；
2度燒傷：中等程度的皮膚燒傷，特征為會(huì)有水泡，皮膚外層受損，嚴(yán)重的皮膚深層（表皮和真皮）破壞；
3度燒傷：深度燒傷，皮膚各層全部破壞及燒焦，皮下組織亦可能破壞。
現(xiàn)代醫(yī)學(xué)則根據(jù)皮膚燒傷深度來(lái)劃分。人體可以長(zhǎng)時(shí)間無(wú)痛覺(jué)吸收的熱輻射值約為1.0kw/m2，這屬于太陽(yáng)輻射的范圍；當(dāng)皮膚表面下0.1毫米處溫度超過(guò)44.8℃時(shí)會(huì)產(chǎn)生難以忍受的痛覺(jué)；而當(dāng)人體處于1.4kw/m2的輻射熱流下無(wú)論多長(zhǎng)時(shí)間都不會(huì)產(chǎn)生痛覺(jué)，因?yàn)檠貉h(huán)會(huì)防止局部溫度達(dá)到44.8℃。下表2為美FEMA對(duì)熱輻射痛覺(jué)及燒傷的閾值列表[1]。
表2 FEMA對(duì)熱輻射痛覺(jué)及燒傷的閾值列表[1]
輻射熱流（kw/m2） | 達(dá)到痛覺(jué)時(shí)間（秒） | 達(dá)到2度燒傷時(shí)間（秒） |
5 | 13 | 40 |
6 | 11 | 30 |
8 | 7 | 20 |
10 | 5 | 14 |
12 | 4 | 11 |
英國(guó)HSE則使用熱輻射劑量的概念，其定義如下：
V = I4/3 × t。(1)
其中I為熱輻射通量（kw/m2）；t為暴露時(shí)間（s）。V為熱輻射劑量，單位為TDU（Thermal Dose Unit）或者（kw/m2）4/3s。下表3為以TDU為單位的熱輻射傷害的閾值列表[1]。
表3為以TDU為單位的熱輻射傷害的閾值列表[1]
傷害 | 熱輻射劑量 TDU | |
平均值 | 范圍 | |
痛覺(jué) | 92 | 86-103 |
1度燒傷閾值 | 105 | 80-1309 |
1度燒傷閾值 | 290 | 240-350 |
1度燒傷閾值 | 1000 | 870-2600 |
50%致死率（離岸） | 2000 | |
100%致死率（離岸） | 3500 | |
此外，對(duì)于瞬時(shí)的熱輻射傷害，如噴射火或火球，通常使用熱輻射劑量而非熱通量來(lái)表征，可使用下表4來(lái)確定火球的熱輻射傷害。
表4 火球的熱輻射傷害[1]。
I （KJ/m2） | 對(duì)裸露皮膚的效果 |
40 | 痛覺(jué)閾值 |
100 | 1度燒傷閾值 |
150 | 水泡（2度燒傷） |
250 | 1%致死率（3度燒傷） |
500 | 50%致死率（3度燒傷） |
1200 | 99%致死率（3度燒傷） |
