燃烧爆炸事故后果分析120页课件.ppt

1、第七章 燃烧爆炸事故后果分析v重大事故v 重大事故是指生产运行中突然发生重大泄漏、火灾或爆炸，其中涉及一种或多种有害物质，并给现场人员、公众或环境造成即刻的或延迟的严重危害的事件。v 国际劳工组织ILO(International Labour Organization)定义Major accident:An unexpected,sudden occurrence including,in particular,a major emission,fire or explosion,resulting from abnormal developments in the course of an

2、 industrial activity,leading to a serious danger to workers,the public or the environment,whether immediate or delayed,inside or outside the installation and involving one or more hazardous substances.第七章 燃烧爆炸事故后果分析后果分析定量描述一个可能发生的事故将造成的人员伤亡、财产损失和环境污染情况。意义:安全评价的组成部分；采取安全措施的依据；设置报警系统、压力释放系统、防火系统等；编制应急

3、响应预案的依据。第七章 燃烧爆炸事故后果分析7.1 后果分析的一般程序后果分析的一般程序7.2 泄漏泄漏7.3 蒸发与绝热膨胀蒸发与绝热膨胀7.4 气云在大气中的扩散气云在大气中的扩散7.5 火灾事故后果分析火灾事故后果分析7.6 爆炸后果分析爆炸后果分析7.7 中毒中毒7.1 后果分析的一般程序7.1.1后果分析程序（1 1）划分独立功能单元）划分独立功能单元 划分原则：划分原则：包含重大危险源重大危险源：重大危险源，是指长期地或者临时生产、生产、搬运、使用搬运、使用或者储存储存危险物品，且危险物品的数量等于或者超过临界量的单元（包括场所和设施）。当一个单元内有多种危险物质时，达到者定为重大

4、危险源。式中，qi：第i种危险物质的实际保有量 Q i：第i种危险物质单独存在时的规定临界量11niiqQi7.1.1后果分析程序空间上相对独立；泄漏物料与其他单元隔离：有紧急切断阀；有液位或压力控制的自动阀；有清晰明确信号遥控的阀。同一堤坝内的储罐应作为一个单元考虑。7.1.1后果分析程序（2 2）计算单元中有害物质存量）计算单元中有害物质存量 根据工艺流程和设备参数，计算单元中有害物质的存量，并记录物质的种类、相态、温度、压力、体积或质量等。对于连续的流动系统需要估算。（3 3）找出设备的典型故障）找出设备的典型故障 将设备划分为10类，分析可能存在的典型故障，每种设备只考虑少数几种情况。

5、管道、挠性连接、过滤器、阀、压力容器/反应器、泵、压缩机、贮罐（常压条件）、贮槽（加压或冷冻）、放空燃烧管/排气管。7.1.1后果分析程序（4 4）计算泄漏量）计算泄漏量 分析故障可能造成瞬时的或连续的泄漏，计算泄漏量或泄漏流量。（5 5）计算后果）计算后果 分析泄漏后可能造成的火灾、爆炸等后果，选择合适 的模型计算事故对生产现场内或现场外的影响。（6 6）整理结果）整理结果 将计算结果整理成表格，并在单元平面图上划出影响范围。7.1.1后果分析程序7.1.2 后果分析所需参数（1）有害物质的参数）有害物质的参数 包括有害物质的相态、最大质量或体积、温度、压力、密度，热力学性质如沸点、蒸发热、

6、燃烧热、热容等，有害与毒性参数等。（2）设备的参数）设备的参数 工艺流程、设备类型、设备的可能故障与泄漏位置、泄漏口形状尺寸等。（3）现场情况与气象情况）现场情况与气象情况 设备布置、人员分布、资金密度，设备地理位置，堤坝高度面积，常年主导风向、平均风速、大气稳定情况、日照情况，地形情况，地面粗糙度、建筑、树木高度等。7.1.3 后果分析模式选择确定有害物质存量和储存条件可燃有毒气体液体或两相液体或两相气体BLEVE其他情况可燃气体事件树BLEVE模型可燃液体事件树有毒液体事件树毒性气体事件树有害特性过程或储槽中的相态释放情形事件树或模型7.1.3 后果分析模式选择BLEVE:沸腾液体膨胀性蒸

7、汽爆炸（Boiling Liquid Expanding Vapor Explosions）缩写为BLEVE 池火（POOL FIRE）：可燃性液体泄露后，流到地面形成液池，或流到水面并覆盖水面，遇到引火源燃烧而形成池火。喷射火（JET FIRE):气体从裂口喷出后立即燃烧，如同火焰喷射器。火球（FIRE BALL）：压力容器内液化气体过热使容器爆炸，内容物泄露并被点燃，产生强大的火球。可燃气体释放火球闪火或爆炸闪火或爆炸闪火或爆炸喷射火闪火或爆炸瞬时泄漏?立即引燃?密度大于空气?延迟引燃?是是是是是是是是是否否否否否否否否否估计释放时间计算释放速率喷射扩散重气扩散中性扩散重气扩散中性扩散绝热

8、膨胀有毒气体释放重气扩散中性扩散重气扩散中性扩散绝热膨胀计算释放速率和时间喷射扩散是是否否否是瞬时泄漏?密度大于空气?可燃液体释放评价火灾损失接气体事件树评价火灾损失评价污染接气体事件树评价火灾损失评价火灾损失接气体事件树评价污染接气体事件树瞬时泄漏?立即引燃?形成液池?液池点燃?估计泄漏时间和速率绝热膨胀火球喷射火计算扩展与蒸发池火计算扩展与蒸发池火有毒液体释放评价污染接气体事件树接气体事件树评价污染接气体事件树接气体事件树绝热膨胀估计泄漏时间和速率计算扩展与蒸发计算扩展与蒸发瞬时泄漏?形成液池?7.1.3 后果分析模式选择气 体 或 两 相 泄 漏毒 性可 燃毒 性可 燃连 续瞬 时中 性

9、、浮 性 云重 气 云重 气 喷 射中 性、浮 性 云连 续中 性、浮 性 云瞬 时重 气 云扩 散火 球蒸 气 云 爆 炸闪 火喷 射 火喷 射 扩 散重 气 云中 性、浮 性 云火 球蒸 气 云 爆 炸闪 火扩 散立 即 点 燃延 迟 点 燃延 迟 点 燃是否是否是否7.1.3 后果分析模式选择可 燃 与 有 毒液 体 泄 漏常 压 液 体冷 冻 液 体加 压 液 体液 池液 池瞬 时连 续闪 蒸闪 蒸蒸 气 与 气 溶 胶液 体 与 液 滴点 燃点 燃点 燃池 火蒸 发池 火沸 腾蒸 气 扩 散蒸 气 扩 散火 球蒸 气 扩 散蒸 发蒸 气 扩 散蒸 气 与 气 溶 胶蒸 气 扩 散液

10、体点 燃喷 射 火液 池蒸 发 与 沸 腾蒸 气 扩 散是是是是否否否否7.2 泄漏7.2.1 泄漏设备及损坏尺寸泄漏往往是事故的开始物质泄漏可能引起火灾或爆炸，也可能产生毒气伤害。泄漏原因：设备损坏、失灵；错误操作；安全阀的正常或不正常动作。十类典型设备：管道挠性连接过滤器阀压力容器/反应器泵压缩机贮罐（常压条件）贮槽（加压或冷冻）放空燃烧管/排气管7.2.1 泄漏设备及损坏尺寸管道泄漏设备及损坏尺寸管道7.2.1 泄漏设备及损坏尺寸管道7.2.1 泄漏设备及损坏尺寸挠性连接器7.2.1 泄漏设备及损坏尺寸挠性连接器 7.2.1 泄漏设备及损坏尺寸过滤器 7.2.1 泄漏设备及损坏尺寸过滤器

11、7.2.1 泄漏设备及损坏尺寸阀门通用分类法通用分类法 这种分类方法既按原理、作用又按结构划分，这种分类方法既按原理、作用又按结构划分，是目前国际、国内最常用的分类方法。一般是目前国际、国内最常用的分类方法。一般分：分：闸阀、截止阀、节流阀、仪表阀、柱塞阀、闸阀、截止阀、节流阀、仪表阀、柱塞阀、隔膜阀、旋塞阀、球阀、蝶阀、止回阀、减隔膜阀、旋塞阀、球阀、蝶阀、止回阀、减压阀安全阀、疏水阀、调节阀、底阀、过滤压阀安全阀、疏水阀、调节阀、底阀、过滤器、排污阀等。器、排污阀等。阀门的分类阀门的编号 为了便于认识选用，每种阀门都有一个特定的型号，以说明阀门的为了便于认识选用，每种阀门都有一个特定的型号

12、，以说明阀门的类别、驱动方式、连接方式、结构形式、密封面和衬里材料、公称类别、驱动方式、连接方式、结构形式、密封面和衬里材料、公称压力及阀体材料，阀门的型号由七个单元组成，按下列顺序编制。压力及阀体材料，阀门的型号由七个单元组成，按下列顺序编制。1 1()2 23 34 45 56 67 7 驱动方式 连接方式 阀门类别密封或衬里材料 结构形式 阀体材料 公称压力1 1阀体材料对于PN1.6MPa的碳铸铁阀门或PN2.5MPa的碳钢阀门则略去本单元 公称压力(kgf/cm2)密封面和衬里材料T：铜合金H：不锈钢Y：硬质合金钢X：橡胶结构形式（闸）：明杆楔式单闸阀：明杆楔式双闸板3：明杆平行单闸

13、板4：明杆平行双闸板：暗杆楔式单闸板 6：暗杆楔式双闸板 连接形式：内螺纹：外螺纹：法兰 6：焊接驱动形式3：蜗轮4：正齿轮6：气动7：液动9：电动对手轮、手柄式板手等直接传动的阀门省略本单元 阀门类型：闸阀：截止阀：旋塞阀：止回阀：减压阀：安全阀 Q：球阀D：蝶阀()2 23 34 45 56 67 7四、阀门的编号v例：例：Z1H 6阀门的含义阀门的含义:Z Z闸阀闸阀 驱动方式：手动驱动方式：手动4 4法兰连接法兰连接1 1明杆楔式单闸阀明杆楔式单闸阀H H密封圈或衬里为不锈钢密封圈或衬里为不锈钢1616公称压力公称压力16Kgf/cm16Kgf/cm2 2阀体材料：碳铸铁阀门阀体材料：

14、碳铸铁阀门四、阀门的编号7.2.1 泄漏设备及损坏尺寸阀门7.2.1 泄漏设备及损坏尺寸阀门7.2.1 泄漏设备及损坏尺寸阀门7.2.1 泄漏设备及损坏尺寸阀门7.2.1 泄漏设备及损坏尺寸阀门7.2.1 压力容器 及反应器 7.2.1 泄漏设备及损坏尺寸泵 7.2.1 泄漏设备及损坏尺寸压缩机 7.2.1 泄漏设备及损坏尺寸贮罐 7.2.1 泄漏设备及损坏尺寸贮罐7.2.1 泄漏设备及损坏尺寸加压或冷冻贮槽 7.2.1 泄漏设备及损坏尺寸放空燃烧管和排气管7.2.1 泄漏设备及损坏尺寸放空燃烧管和排气管 7.2.2 泄漏的原因 从人-机系统来考虑造成各种泄漏事故的原因主要有4类：（1）设计失

15、误基础设计错误，如地基下沉，造成容器底部产生裂缝，或设备变形、错位等；选材不当，如强度不够，耐腐蚀性差、规格不符等；布置不合理，如压缩机和输出管没有弹性连接，因振动而使管道破裂；选用机械不合适，如转速过高、耐温、耐压性能差等；选用计测仪器不合适；储罐、贮槽未加液位计，反应器(炉)未加溢流管或放散管等。7.2.2 泄漏的原因（2）设备原因加工不符合要求，或未经检验擅自采用代用材料；加工质量差，特别是焊接质量差；施工和安装精度不高，如泵和电机不同轴、机械设备不平衡、管道连接不严密等；选用的标准定型产品质量不合格；对安装的设备没有按机械设备安装工程及验收规范进行验收；设备长期使用后未按规定检修期进行

16、检修，或检修质量差造成泄漏；计测仪表未定期校验，造成计量不准；阀门损坏或开关泄漏，又未及时更换；设备附件质量差，或长期使用后材料变质、腐蚀或破裂等。7.2.2 泄漏的原因（3）管理原因没有制定完善的安全操作规程；对安全漠不关心，已发现的问题不及时解决；没有严格执行监督检查制度；指挥错误，甚至违章指挥；让未经培训的工人上岗，知识不足，不能判断错误；检修制度不严，没有及时检修已出现故障的设备，使设备带病运转。7.2.2 泄漏的原因人为失误误操作，违反操作规程；判断错误，如记错阀门位置而开错阀门；擅自脱岗；思想不集中；发现异常现象不知如何处理。7.2.3 泄漏的控制v无论气体泄漏还是液体泄漏，泄漏量

17、的多少都是决定泄漏后果严重程度的主要因素，而泄漏量又与泄漏时间有关。因此，控制泄漏应该尽早地发现泄漏并且尽快地阻止泄漏。v通过人员巡回检查可以发现较严重的泄漏；利用泄漏检测仪器、气体泄漏检测系统可以发现各种泄漏。v利用停车或关闭遮断阀停止向泄漏处供应料可以控制泄漏。一般来说，与监控系统连锁的自动停车速度快；仪器报警后由人工停车速度较慢，大约需3-15分钟。7.2.4 泄漏量的计算液体泄漏根据柏努利（Bernoulli）方程可以建立液体经小孔泄漏的速度计算公式：ghPPACQd220 Q液体泄漏流量，kg/s；Cd排放系数，通常取0.60.64A泄漏口面积，m2；泄漏液体密度，kg/m3；P容器

18、内介质压力，Pa；P0环境压力，Pa；g重力加速度，9.8m/s2；h泄漏口上液位高度，m。PhP07.2.4 泄漏量的计算排放系数Cd：v实际流量与理想理论流量的比，用于补偿公式推导中忽略了的摩擦损失、因惯性引起的截面收缩等因素。v影响因素：泄漏口形状泄漏口位置泄漏介质的状态v取值：薄壁（壁厚孔半径）小孔泄漏，其值约为0.62；厚壁（孔半径壁厚8倍孔半径）小孔或通过一短管泄漏，其值约为0.81；通过修圆小孔排放，则排放系数为1.0。保守估计，取1.0。7.2.4 泄漏量的计算根据泄漏口形状取值其他问题：v压力变化；v液位变化；v大气相通；v管道阻力。PhP0通常按前述公式计算的为初始流量，也

19、是最大流量。雷诺数Re是流体力学里面的一个参数，是流体流动中惯性力与粘性力比值的量度。表达式：ReLu/u为流体流动速度；L为流场的几何特征尺寸，如管道的直径 为流体的密度；为流体的粘度。对于圆管内的流动，当Re2300时，流动总是层流；Re4000时，流动一般为湍流；其间为过渡区，流动可能是层流，也可能是湍流，取决于外界条件。雷诺数Re对于平行流体流过光滑平板的情况，边界层由层流转变为湍流的临界雷诺数约在1053106之间。层流：液体流动过程中，各质点的流线互不混杂，互不干扰的流动状态。紊流：液体运动过程中，各质点的流线互相混杂，互相干扰的流动状态。7.2.4 泄漏量的计算过热液体泄漏过热液

20、体泄漏过热液体是指液体的过热液体是指液体的温度超过其沸点温度超过其沸点而而没有沸腾没有沸腾的情的情况。况。如果液体的沸点低于周围环境温度，泄漏后一部分液体将立即闪蒸为蒸气。假设闪蒸过程绝热，则很容易确定闪蒸部分的比例，即闪蒸液体分数为：VbPVHTTCFFV闪蒸液体分数；直接蒸发的液体与原液体的比例Cp液体恒压热容，J/(kgK)T液体温度，K；Tb液体常压沸点，K；HV常压沸点下的汽化 热，J/kg。7.2.4 泄漏量的计算气体泄漏：气体符合理想气体状态方程，则根据柏努利（Bernoulli）方程可推导出如下的气体泄漏公式：Cd气体泄漏系数，当裂口形状为圆形时取1.00,三角形时取0.95，

21、长方形时取0.90；绝热指数，是等压热容与等容热容的比值；M气体的分子量；kg/mol；R气体常数，8.314J/(molK)；T容器内气体温度，K。102012PPPPRTMPACQd7.2.4 泄漏量的计算临界压力：泄漏气体的运动速度达到声速时的压力。声速流：压力高于临界压力亚声速流：压力低于临界压力。用原公式计算。1112RTMPACQd1021PPc7.2.4 泄漏量的计算 许多气体的绝热指数在1.1到1.4之间，则相应的临界压力只有约1.7到1.9个大气压，因此多数事故的气体泄漏是声速流。几种气体的绝热指数和临界压力（atm）注意：泄漏流量仍然随容器中介质压力的增加而增加。7.2.4

22、 泄漏量的计算两相泄漏在过热液体发生泄漏的场合，有时会出现液、气两相流动。如果容器中的过热液体泄漏前通过较长的管道（L/D12）就会产生两相泄漏。一种简化计算：假设系统中出口临界压力和上游压力比为0.55，则：（1）泄漏两相中蒸发液体分数FV按下式计算：（2）两相流中气相和液相混合物的平均密度：lVgVFF11VcpVHTTCFPPc55.07.2.4 泄漏量的计算（3）则两相流排放泄漏流量为：Cd两相流泄漏系数，一般取0.8。闪蒸比例分数可按前述计算：FV1，表示液体将全部蒸发为气体，应按气体泄漏计算；FV较小，可以简单地按液体泄漏计算。cdPPACQ27.3 蒸发与绝热膨胀7.3.1 液体

23、的扩展与蒸发液体的扩展(spreading)：无渗漏损失，扩散期间也不考虑挥发有防火堤，液池面积就是防火堤所围面积。没有防火堤：液体流向低洼处，液池面积可以估计。土地较平整：液体将扩散至达到最小液体厚度。光滑平整的地面，液层最小厚度主要取决于液体性质；对于粗糙地面，液层厚度主要取决于地面性质。7.3 蒸发与膨胀7.3.1 液体的扩展与蒸发minminHmHVS7.3.1 液体的扩展与蒸发考虑到池火等计算一般以圆池为模型，其他形状液池应化为等面积圆，其直径为：液池半径随时间变化的计算，基本假定是圆柱形液池在光滑平面上扩展。v对于瞬时泄漏：v对于连续泄漏：21tr218gm43tr3132gmr液

24、池半径，m；t泄漏时间，s；液体密度，g/m3；g重力加速度，m/s2;m泄漏质量，kg；214SD7.3.1 液体的扩展与蒸发液体的蒸发吸收地面热：低温液体或闪蒸后剩余的液体，主要吸收地面热量进行蒸发，蒸发速率：21taHTTmsvbasm蒸发速率，kg/(m2s)s表面热导系数，w/(mk)；as热扩散系数，m2/s；Ta环境温度，K；Tb液体沸点，K；ssa表面热导率和热扩散速率v表面热导率s是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度（K,）,在1秒内，通过1平方米面积传递的热量，单位为瓦/米度（W/mK，此处的K可用代替）。vas=s/(C)，热扩散率越大，表示物体内部温

25、度扯平的能力越大，或者说材料中温度变化传播的越迅速。7.3.1 液体的扩展与蒸发风引起质量转移：根据扩散通量正比于液池表面饱和蒸气浓度与其在大气中的本底浓度之差，忽略本底浓度并结合理想气体状态方程，可以得到下面的液体蒸发速度公式：v传质系数可以按下式计算：v传质系数也可简单计算：m 蒸发速度，kg/(m2s)k扩散传质系数，m/s；Ps液体饱和蒸气压，PaM分子量，kg/mol；u10m高处风速，m/hr；ScSchmidt数，/（D）；空气粘度，kg/mhr；空气密度，kg/m3；D蒸发液体的扩散系数，m2/hr。asRTMkPm 11.078.03/20292.0uSkcuk002.01米

26、高处风速，m/s7.3.1 液体的扩展与蒸发其他蒸发计算公式：下面的公式考虑了大气稳定度：nnnnasruRTMPam24227.3.1 液体的扩展与蒸发美国环保署使用的公式：式中：P液体在池温度下的蒸气压，kPa；T池中液体温度，K。R气体常数，82.05atmcm 3/（molK）RTPMum667.078.040.107.3.2 喷射扩散等效裂口：气体喷出时，温度与压力与外界环境不一致：温度可能低于环境温度压力可能高于环境压力等效裂口直径与实际裂口直径的关系为：喷射轴线上距喷射孔x处的浓度：0DDeqDeq等效裂口直径，m；D计算泄漏流量用裂口直径，m；0泄露气体的密度；环境条件下的气体

27、密度。132.0)/(2/101213eqDxbbbmkgC2195.92.485.50b0.410.232b7.3.2 喷射扩散垂直于喷射轴的水平面上的浓度分布由下式给出：沿轴的喷射速度分布由下式计算：ux喷射轴上距喷射孔x处的喷射速度，m/s；u0实际泄漏气流速度，m/s，22)(,xybyxeCC010203040506070-6-4-20246喷射扩散等浓度线示意图 20100132.04xDDxbuueqeqx2002DCQud7.3.2 喷射扩散其他问题：喷射速度沿喷射轴线下降，直到某一点喷射速度等于风速。计算该点的浓度，如果大于感兴趣浓度度则继续评价。选择后续模型，需要了解转折点

28、的气体密度：转折点处密度低于空气密度，选用中性烟羽模型或浮性烟羽模型；转折点处密度高于空气密度，还需考察喷射云整体密度：按中轴线浓度的10%作为边界。7.3.3 绝热膨胀基本假设：闪蒸的液体或压缩气体瞬时释放后的快速膨胀按绝热过程处理。假定气云是呈包含两个区间的半球状，内层“核”具有均匀的浓度，包含50%的泄漏量，外层浓度呈高斯分布，具有另外50%的泄漏量。这种双层云团扩散假定分两步：v第一步，气体或气溶胶膨胀到压力降至大气压，在膨胀过程中气团获得动能，称为膨胀能；v第二步，在膨胀能作用下气团进一步扩张，推动空气紊流混合进入气团。假设第二阶段持续到核的扩张速度降到某给定值时结束。7.3.3 绝

29、热膨胀模型：第一步膨胀到大气压，膨胀能是始态能量和末态能量的差，减去对大气所做的功：第二步空气紊流混合，紊流扩散系数按下式计算：其中Vg0是标准状态下气体的体积。内核半径和内核浓度随时间的变化可按下式计算：)()(1221VVpTTCEav4/12/13/102/13/100137.0tEVEVKggd2/1)4(36.1tKrdc2/3040478.0tKVcdgc7.3.3 绝热膨胀当内核扩张速度（drc/dt）降至给定值时第二阶段结束。临界速度的选择是任意的，通常的推荐值是1m/s。选定此速度再结合扩散能以及内核半径、内核浓度与时间的关系，可以得到第二阶段结束时的内核半径和浓度：扩散第二

30、阶段结束时，半球形气团的半径按下式计算：气团密度：v根据气团半径可知气团体积，根据下式求气团中空气质量：3/103.008837.0gceVEr9.095.172Ecceceperr456.1gaacmmVcacVmm 则气团密度为：7.5 火灾事故后果分析7.5.1 热辐射破坏准则热通量准则：以热通量作为衡量目标是否被破坏的参数；目标接受到的热通量大于或等于临界热通量，目标被破坏；否则，目标不被破坏。适用范围为热通量作用的时间比目标达到热平衡所需要的时间长。热通量是指单位面积发射或接收的热能，通常以q表示，单位是J/m2。7.5.1 热辐射破坏准则热强度准则：以目标接收到的热强度作为目标是否

31、被破坏的唯一参数；目标接收到的热强度大于或等于临界热强度时，目标被破坏；否则，目标不被破坏。适用范围为作用于目标的热通量持续时间非常短、以至于目标接收到的热量来不及散失掉。热强度是指热通量除以热通量作用时间，通常用I表示，单位？。7.5.1 热辐射破坏准则热通量-热强度准则：当热通量准则或热强度准则的适用条件均不具备时、应该使用热通量-热强度准则。热通量-热强度准则认为,目标能否被破坏不能由热通量或热强度一个参数决定，而必须由它们的组合来决定。如果以热通量q和热强度I分别作为纵坐标和横坐标，那么，目标破坏的临界状态对应qI平面有一条临界曲线。本书中未严格区分热通量和热强度7.5.1 热辐射破坏

32、准则烧伤等级7.5.1 热辐射破坏准则不同热辐射水平下人的的暴露极限 7.5.1 热辐射破坏准则稳态火灾下不同热通量的伤害效应7.5.1 热辐射破坏准则瞬间火灾作用下人的伤害准则7.5.1 热辐射破坏准则一些物品点燃所需热辐射强度（10分钟暴露）7.5.2 池火池火概述池火：可燃液体液面上的自然燃烧。泄漏到地面上、堤坝内液体的燃烧；敞开的容器内液体的燃烧；水面上液体燃烧。池火模型一般按圆形液面计算，所以其他形状的液池应换算为等面积的圆池。无边界阻挡的连续泄漏，随着液池面积扩大燃烧速度加快，当燃烧速度等于泄漏速度时，液池直径达到最大。最大直径可按下式计算：fmQD2D液池直径，m；Q液体泄漏流量

33、，kg/s；mf液体单位面积燃烧速率，kg/(m2.s)7.5.2 池火液体燃烧速率 广泛采用液体单位面积燃烧速率计算公式，不考虑液池大小对燃烧速率的影响。液体沸点高于环境温度时：液体沸点低于环境温度时：vabpcfHTTCcHm)(vcfHcHm mf液体单位面积燃烧速率，kg/(m2s)；c常数，0.001kg/(m2s)；Hc液体燃烧热，J/kg；Hv液体在常沸点下的蒸发热，J/kg；Cp液体的定压热容，J/(kgK)Tb液体的沸点，K；Ta环境温度，K。7.5.2 池火考虑了液池大小的公式：半理论公式；参数由大量固体和液体实验关联，能得到与实验非常一致的结果；表明随着池直径增加单位面积

34、燃烧速率增加。)exp(1 Dkmmff几种液体的燃烧参数 7.5.2 池火池火高度无风时：有风时：a空气密度，kg/m3g重力加速度；9.8m/s2；u10m高处风速，m/s；uc特征风速，0.6142famHDgD0.670.2155fcamuHDugD3/1afcDgmu如果uuc,则u/uc取1。公式表明，液池直径越大火焰越长；有风时火焰长度有所减少，但是，火焰向下风方向倾斜，加重了下风方向的热辐射危害，还可能危及附近高大设备。7.5.2 池火火焰在风作用下向下风扩展，风向上直径为：与原液池直径之差称为后拖量。火焰倾斜角可以按下式计算：v空气动粘度，m2/s；火焰倾角，。计算火焰倾角的

35、公式中，下面的简单关系式被认为能给出最好效果：069.02)/(5.1gDuDD 117.0333.0666.0costanvuDgDu1 )/(1 1)cos(5.0ccc u/uuuu/u7.5.2 池火热辐射通量池周围距池中心x处的热辐射强度为：式中：q接受点热辐射通量，W/m2；q表面池火表面热辐射通量，W/m2；vF几何视角因子；大气透射率。假设燃料燃烧的能量从圆柱状池火焰的侧面和上面均匀向外辐射，则池火焰表面热辐射能量为：f热辐射系数，范围从0.13到0.35，保守取值0.35。Fqqv表面220.250.25fcD fm HqDDL表面7.5.2 池火考虑黑烟以及一氧化碳、水蒸气

36、等，火焰表面热辐射能量可按下式计算：qf火焰可见部分最大发射能量，取140kW/m2；qs火焰黑烟部分最大发射能量，取20kW/m2；上式适用于含大量黑烟的碳氢化合物燃烧。视角因子：接受体所能接受的发热体辐射能量的分数；取决于发射体和接受体的形状、距离和相对角度；计算式非常复杂。0.120.12(1)DDfsqq eqe表面7.5.2 池火12112 12coscosF dAdAAvdAr2/11212/12/12222122222211tan1tan1 11)1()1(tan)1()1(11bbbababbbbabababababavFDxbDLa/2/2L视角因子计算7.5.2 池火大气透

37、射率：考虑水蒸气、二氧化碳等对热辐射的吸收；常用的一种计算方法是：另一种常用计算公式：上面两式的计算结果非常接近。作为保守的估计，取=1也可。点源模型：假设全部热量由池中心点发出：使用上式时通常可假定大气透射率为1。xln058.0109.011.1x010203040500.00.20.40.60.81.01.21.4 24 xHfmqcfxln058.0109.011.1x7.5.2 池火v液体燃烧时的总热通量lq总总热通量，Wlr液池半径l效率因子，可取0.3520.612/721fcfqrrH mHm总7.5.2 池火v后果分析ltc空气导热系数，可取1；lq总总热通量；lI临界热辐射

38、强度，按表7-9取值；4ct qxI总7.5.3 喷射火高压气体从裂口高速喷出后被点燃，就形成喷射火；喷射火的长度可以认为等于喷口到燃烧浓度下限的长度；热量认为是从中心轴线上一系列相等的辐射源发出，每一点源的热通量为：f燃烧效率因子，取0.35；n假设的点源数；Q泄漏流量，kg/s。则距离点源距离xi处某点接受的热辐射通量为：/cEfQHn24ipixEXqXp发射因子，取0.2总热通量是各点辐射的和：niiqq17.5.3 喷射火几点注意：辐射点源的数目可以任意选取，但对于后果分析来说，取5点即可。该模型没有考虑风的影响，因为一般喷射速度比风速大得多。在低压喷射时，风速的影响比较明显，在下风

39、向接受热量会更多。如果风使喷射火焰偏离了轴线，则该模型不适用。7.5.4火球火球：也称为沸腾液体扩展蒸气爆炸（Boiling liquid expanding vapour explosion，简称BLEVE）。当压力容器受外界热量的作用使槽壁强度下降并突然破坏，储存的过热液体或液化气体突然释放并被点燃，形成巨大火球。火球的危害主要是热辐射而不是爆炸冲击波，强烈的热辐射可能造成严重的人员伤亡和财产损失。7.5.4 火球7.5.4 火球火球直径：火球持续时间：W火球中消耗的可燃物的质量，kg。对于单罐储存，W 取罐容量的50%；对于双罐储存，W 取罐容量的70%；对于多罐储存，W 取罐容量的90

40、%。火球在燃烧时一般会升离地面，其高度也有模型描述，保守的估计可以认为火球没有离开地面。3/18.5 WD 3/145.0Wt 7.5.4 火球常见火球模型 7.5.4 火球距火球在地面投影处x的热辐射通量为：火球表面热辐射通量为：上式实际是假定火球在持续时间内辐射热量恒定不变。f是燃烧辐射分数，是容器压力的函数：常数f1=0.27，f2=0.32。P为容器内压力，MPa。在没有可靠数据时f 可取0.3。视角因子，考虑最简单最保守的情况：Fqqv表面2cfWHqD t表面21fPff xlhD224lDvF)(422xhtfWHqc所以忽略火球高度：24 txfWHqc7.5.5 闪火闪火是可

41、燃蒸气云的非爆炸燃烧；燃烧速度虽然很快但比爆炸慢得多；危害主要是热辐射而没有冲击波。有关闪火的后果分析研究还很不充分，一般可以认为蒸气云浓度在气体爆炸上、下限之间的范围为闪火范围。闪火的热辐射也可以采用适当的模型描述，但考虑到蒸气云本身的形状已经难于确定，而闪火持续时间又很短，因此一般后果分析可不考虑其热辐射效应，只考虑闪火范围内的伤害。一般可认为闪火范围内的室外人员将全部烧死，建筑物内将有部分人被烧死。在缺乏资料时，可以认为室内的死亡率为0。7.5.6 热辐射伤害概率模型热辐射伤害也常用概率模型描述。概率与伤害百分率的关系为：duuD5Pr22exp当Pr=5时，伤害百分率为50%。7.6

42、爆炸后果分析7.6.1 爆炸伤害准则一、超压准则认为爆炸波对目标造成的伤害是由爆炸波超压唯一决定的。超压大于临界值，造成伤害，否则不造成伤害。未考虑超压作用时间。二、冲量准则冲量为超压正相与时间的积分。也有缺陷。7.6.1爆炸伤害准则三、超压-冲量准则 综合考虑超压和冲量两个方面：常数，与破坏等级常数，与破坏等级和目标性质有关和目标性质有关7.6.1 爆炸伤害准则7.6.2 凝聚相爆炸伤害模型v冲击波超压与距离有关P超压，MPa；R与爆炸中心的距离；n衰减系数。p该表达式说明，距离增大，超压逐渐变小7.6.2 凝聚相爆炸伤害模型v三次方规律 不同数量的同类炸药爆炸时，如果距离爆炸中心的距离R之

43、比与炸药量q三次方之比相等，则所产生的冲击波超压相同，即：则 即：1000kg TNT炸药在100m处产生的超压与1kg TNT炸药在10m处产生的超压相同。1/300/R Rq qa0pp 1/3000/Rq qRRa1/30.1qa炸药爆炸实验的模拟比7.6.2 凝聚相爆炸伤害模型7.6.2 凝聚相爆炸伤害模型超压对人体的伤害作用7.6.2 凝聚相爆炸伤害模型超压对建筑物的伤害作用7.6.5 物理爆炸后果分析v压缩气体与水蒸气的爆破能l等熵指数；lCg爆破能量系数，与压力有关；130.10131101 ggpVEpC V7.6.5 物理爆炸后果分析v介质全部为液体时lt压缩系数，与T、p有

44、关。212tLpVE7.6.5 物理爆炸后果分析v液化气体（过热液体）v高温饱和水 12121EHHSST W爆破wwEC V7.6.5 物理爆炸后果分析v物理爆炸后果计算l根据介质特性，计算爆破能量E；l将爆破能量转化为TNT当量；l求出爆炸的模拟比；l求出1000kg TNT爆炸试验中的相当距离R0；l查表得相应超压；l根据超压查找伤害和破坏。7.6.5 物理爆炸后果分析v粗略计算物理危害半径l重大死亡半径l死亡半径l重伤半径l轻伤半径1/32.28TNTERQ重死1/33.25TNTERQ死亡1/34.25TNTERQ重伤1/35.6TNTERQ轻伤7.6.3 蒸气云爆炸伤害模型蒸气云爆

45、炸伤害模型TNT当量法当量法v将参与爆炸的可燃气体释放的能量折合为能释放相同能量TNT炸药的质量：lWTNT蒸气云的TNT当量，kg；l蒸气云爆炸的效率因子；l常数，地面爆炸时取1.8；lWf蒸气云中燃料的总质量，kg；lQf蒸汽的燃烧热MJ/kg；lQTNTTNT的爆热，取4.52MJ/kgffTNTTNTW QWQa7.6.3 蒸气云爆炸伤害模型蒸气云爆炸伤害模型TNT当量法当量法v爆炸中心与给定超压间的距离v缺陷：l 蒸气云爆炸与TNT(凝聚相)爆炸性质不同，因此有误差；l 高估了近场处的超压，低估了远场的破坏。1/320.3967exp 3.5031 0.7241ln0.0398(ln

46、)TNTxWpp7.6.4 爆炸伤害概率模型爆炸伤害概率模型v依据超压-冲量准则和概率模型的死亡半径：v财产损失半径:0.370.513.61000TNTWR1/31/624.631751TNTTNTWRW7.7 中毒事故后果分析v急性中毒 大量毒物短时间内经皮肤、呼吸道、消化道途径进入人体，使机体受损并发生功能障碍。v慢性中毒 不引起急性中毒的毒物剂量下，长期反复进入机体所引起的机体在生理、生化及病理学方面的改变，出现临床症状、体征的中毒状态或疾病状态。v急性中毒的表现l刺激l麻醉l窒息l系统损害7.7.1 概率函数法v概率值与接触毒物的浓度及时间有关v计算中毒范围=lnnY ABc tYAnBc te