危險化學(xué)品固有危險程度的定量分析

1、危險化學(xué) 品固有危險程度的定 量 分析制作：澄凈的天 空 江蘇 .丹陽【 2012.5.18 】錄于生產(chǎn)經(jīng)營單 位安全生產(chǎn)事故應(yīng)急預(yù)案危險化學(xué)品固有危險程度的定量分析1錄1危險化學(xué)品固有危 險程度的定量分析： 11、蒸汽云爆炸的傷害 12、爆炸與火災(zāi)的破壞作用 21) . 直接的破壞作用 22) . 沖擊波的破壞作用 23) . 造成火災(zāi) 24) . 造成中毒和環(huán)境污染33、 蒸氣云爆炸事故計算33.2 爆源白加碼量計算43.3 蒸氣云爆炸總能量43.4 地面蒸氣云爆炸相當(dāng)于NT量43.5 爆炸后的死亡半徑為R153.6 爆炸后的重傷半徑為R253.7 爆炸后的輕傷半徑為R353.8 財產(chǎn)損失

2、半彳3R63.9 地面蒸氣云爆炸事故后果匯總 6表4、池火災(zāi)的傷害模型計算74.1 二甲苯泄漏量74.2 燃燒速度： 74.3 火焰高度 74.4 熱輻射通量 84.5 目標(biāo)入射熱輻射強度84.6 火災(zāi)損失 84.7 按不同距離、不同入射通量造成的傷害及損失情況 9表4.8 甲類庫泄漏燃燒和爆炸后果分9 析危險 化 學(xué) 品 固 有危 險 程度 的定量分 析 ：1、蒸 汽云爆炸的傷害蒸汽云爆炸是指易 燃易爆氣體由于以“預(yù)混云”形式擴散的蒸汽云遇到點火后，在某一有限 空間發(fā)生爆炸而導(dǎo)致的。泄漏的易燃液體如果有低沸點組分就會與空氣充分混 合，在一定的范圍聚集起來，形成預(yù)混蒸汽云。如果在稍后的某一時刻

3、遇火點 燃，由于氣液兩相物質(zhì)已經(jīng)與空氣充分混合均勻，一經(jīng)點燃其過程極為劇烈，火焰前沿速度可達50100mzs,形成爆燃。對預(yù)混蒸汽云覆蓋范圍內(nèi)的建筑 物及設(shè)施產(chǎn)生沖擊波破壞，危及人們的生命安全。發(fā)生蒸汽云爆炸現(xiàn)象最起碼 應(yīng)具備以下幾個條件：周圍環(huán)境如樹木 、房屋及其它建筑物等形成具有一定限制性空間；延緩了點火的過程；充分預(yù)混了的氣液兩相物質(zhì)與空氣的混合物；一定量的易燃液體泄漏。控制住發(fā)生蒸汽云爆炸應(yīng)具備的條件也是我們防止事故發(fā)生的最有效的方法。2、爆炸與火災(zāi)的破壞作用火災(zāi)與爆炸都會帶 來生產(chǎn)設(shè)施的重大破壞和人員傷亡，但兩者的發(fā)展過程顯著不同。火災(zāi)是 在起火后火場逐漸蔓延擴大，隨著時間的延續(xù)，損

4、失數(shù)量迅速增長，損失大約 與時間的平方成比例，如火災(zāi)時間延長一倍，損失可能增加四倍。爆炸則是猝不及防 的?？赡軆H在一秒鐘內(nèi)爆炸過程已經(jīng)結(jié)束，設(shè)備損壞、廠房倒塌、人員傷 亡等巨大損失也將在瞬間發(fā)生。爆炸通常伴隨發(fā)熱、發(fā)光、壓力上升、真空和 電離等現(xiàn)象，具有很大的破壞作用。它與爆炸物的數(shù)量和性質(zhì)、爆炸時的條件、以及爆炸位置等因素有關(guān)，作為應(yīng)急救援必須熟悉以下幾種主要破壞形式：1) .直接 的破壞作 用機械設(shè)備、裝置、 容器等爆炸后產(chǎn)生許多碎片，飛出后會在相當(dāng)大的范圍內(nèi)造成危害。一般碎片在100500米內(nèi)飛散。2) .沖擊 波的破壞 作用物質(zhì)爆炸時，產(chǎn)生 的高溫高壓氣體以極高的速度膨脹，象活塞一樣擠

5、壓周圍空氣，把爆炸反應(yīng)釋放出的部分能量傳遞給壓縮的空氣層，空氣受沖擊而發(fā)生擾動，使其壓力、密度等產(chǎn)生突變，這種擾動在空氣中傳播就稱為沖擊波。沖擊波的傳播速度極快，在傳播過程中，可以對周圍環(huán)境中的機械設(shè)備和建筑物產(chǎn)生破壞作用和 使人員傷亡。沖擊波還可以在它的作用區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生震蕩作用，使物體因震蕩而松散，甚至破壞。沖擊波的破壞作用主要是由其波陣面上的超壓引起的。在爆 炸中心附近，空氣沖擊波波陣面上的超壓可達幾個甚至十幾個大氣壓，在這樣 高的超壓作用下，建筑物被摧毀，機械設(shè)備、管道等也會受到嚴重破壞。當(dāng)沖擊波大面積作用于建筑物時，波陣面超壓在20kP曉30kPa內(nèi)，就足以使大部分磚木結(jié)構(gòu)建筑物受到強烈

6、破壞。超壓在100kPa 以上時，除堅固的鋼筋混凝 土建筑外，其余部分將全部破壞。3) .造成 火災(zāi)爆炸發(fā)生后，爆炸 氣體產(chǎn)物的擴散只發(fā)生在極其短促的瞬間內(nèi)，對一般可燃物來說，不足 以造成起火燃燒，而且沖擊波造成的爆炸風(fēng)還有滅火作用。但 是爆炸時產(chǎn)生的高溫高壓，建筑物內(nèi)遺留大量的熱或殘余火苗，會把從破壞的 設(shè)備和容器內(nèi)部 不斷流出的可燃氣體、易燃或可燃液體的蒸氣點燃，也可能把 其它易燃物點燃引起火災(zāi)。當(dāng)盛裝易燃物的容器發(fā)生爆炸時，爆炸拋出 的易 燃物有可能引起 大面積火災(zāi),這種情況如果對正在運行的燃燒設(shè)備或高溫的化 工設(shè)備的破壞，具灼熱的碎片可能飛出，點燃附近儲存的燃料或其它可燃物， 引起火災(zāi)

7、。4) .造成中毒和環(huán)境污染在實際生產(chǎn)中，許多物質(zhì)不僅是可燃的，而且是有毒的，發(fā)生爆炸事故時， 會使大量有害物 質(zhì)外泄，造成人員中毒和環(huán)境污染。3、蒸氣云爆炸事故計算3.1 蒸汽云爆炸的傷害模型設(shè)定。工廠內(nèi)如以甲類庫集中存放易燃液體，如二甲苯、甲苯、乙酸丁酯、乙酸 乙 酯等，全部采用200L鋼桶包裝。不同于與容易形成蒸氣云爆炸事故的沸點遠小于環(huán)境溫度的液化石油氣，也不同于梢罐包裝，大量泄漏形成一定厚度的液池,若受到防火堤、隔堤的阻擋，液體將在限定區(qū)域（相當(dāng)于圍堰）內(nèi)得以 積聚， 形成一定范圍的液池，在液池上空形成有實際爆炸貢獻的蒸汽云；這時， 若遇到 火源及特定條件，液池可能被點燃，發(fā)生蒸氣云

8、爆炸和地面池火災(zāi)事故，以至造成整個梢罐中易燃液體燃燒和爆炸，形成破壞性很大的事故。本案例選一危險 化學(xué)品倉庫、有50-80只200L鋼桶包裝的易燃液體、可能 造成的危害情況如以下分析：設(shè):倉庫中有一桶二甲苯在短時間全部泄漏在甲類庫的限制空間內(nèi)，每桶最大重量175kg,產(chǎn)生飽和氣體約37柏，排除產(chǎn)生長時間向外散發(fā)造成的減量， 如果該倉庫全容積450m3,倉庫里有實際貢獻的飽和氣體如果在4.5-31.5m的范 圍，與空氣充分混合均勻，遇到點火源可能造成爆炸或者燃燒；第一次爆炸還 可能造成第二次 多個包裝桶的破損而引起殉爆，造成更大范圍的燃燒和爆炸。 此后可能產(chǎn)生多次這樣大小不等程度的燃燒和爆炸現(xiàn)象

9、。根據(jù)實際情況，極不 可能一次性全部 形成爆炸物。如果選擇第一次，第二次，第三次爆炸時二甲苯 的量分別是175kg （1桶），875kg （5桶）、1500kg （10桶）。根據(jù)危險化學(xué)品固 有危險程度的定 量分析如下：通常以TNT當(dāng)量法來預(yù)測蒸氣云爆炸的嚴重程度?？蓪⒒瘜W(xué)品的當(dāng)量相當(dāng) 于梯恩梯（TNT）的當(dāng)量計算。本項目集中存放在庫中的易燃易爆 液體品種有 甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、環(huán)己酮、二甲苯。最大儲量可達13.4t。平均按二甲苯的燃燒值 計算（為便于計算，一般根據(jù)最大可能危險原則計算，以上全 部物品的平均燃 燒值低于二甲苯的燃燒值，），二甲苯的燃燒彳直取 4563.3Kj/mol=43

10、.05 X 103 Kj/kg, 梯恩梯（TNT）的爆炸熱取 4520 Kj/kg 。3.2 爆源的Wtnt當(dāng)量計算WTNT當(dāng)量計算公式：WTNT =WfQfQTNT式中：Wtnt 易燃液體的TNT當(dāng)量(kgTNT);Wf 易燃液體的質(zhì)量(kg) ；Qf易燃液體的燃燒熱(Kj /kg);QTNT TNT 的爆熱，取4520Kj kg ；二甲苯的梯恩梯(WTNT )的當(dāng)量計算。Wtnt =Wf Qf/QTNT1) Wtnt 第一次=175kgX 43.05 X1(3 Kj/kg /4520Kj/kg =1667kgTNT1) Wtnt 第二次=875kgX43.05 xiG Kj/kg /452

11、0Kj/kg =8334kgTNT1) Wtnt 第三次=1750kgx 43.05 X103 Kj/kg /4520 Kj/kg =16668kgTNT 3.3 蒸氣云爆炸 總能量地面蒸氣云爆炸 總 能量由下式計算：E=1.8 a Wf Qf式中：1.8地面爆炸系數(shù)；a可燃氣體蒸氣云的當(dāng)量系數(shù)，取 0.04;Wf 蒸汽云中對爆炸沖擊波有實際貢獻的二甲 苯的質(zhì)量( kg )；Qf 二甲苯的燒熱(kj/kg)。1) E 第一次 =1.8 aWf Qf=1.8X0.04Xl75kgX 43.05 X103 Kj/kg =5.4243 x 105 Kj2) E 第二次 =1.8 aWf Qf=1.8

12、X0.04X875kgX 43.05 X103 Kj/kg =2.71215X106 Kj3) E 第三次 =1.8 aWf Qf=1.8X0.04X 1750kgX 43.05 X103 Kj/kg =5.4243 x 106 Kj3.4 地面蒸氣云爆炸相當(dāng)于TNT當(dāng)量地面蒸氣云TNT 當(dāng) 量 由下式計算：WTNT=1.8 a Wtnt式中：1.8 地面爆炸系數(shù)；a可燃氣體蒸氣云的當(dāng)量系數(shù)，取 0.04;Wtnt 易燃液體的TNT當(dāng)量(kgTNT);1)WTNT第一次 =1.8 0.0比 1667kgTNT =120kg 2)WTNT第二次 =1.8 0.0比 8334kgTNT =600k

13、g 3)WTNT 第三次 =1.8 0.0比 16668kgTNT =1200kg3.5 爆炸 后的死亡半徑 為 R 1又稱自由蒸汽云 爆炸時的死亡半徑。根據(jù)易燃液體的TNT當(dāng)量，并且考慮參與了爆炸，對形 成沖擊波有實際貢獻的蒸汽云的量，結(jié)合甲類庫區(qū)及周邊布置情況分析，采 取地面爆炸系數(shù)1.8 ,蒸汽云的TNT當(dāng)量系數(shù)0.04 ,運用范登 伯(VandenBerg汛!蘭諾伊(Lannoy)方程計算蒸汽云爆炸時傷亡半徑為：Ri = 13.6 抬.8 伙04 Wtnt/1000).37=13.6(WTNT/1000) 0.371) Ri 第一次=13.6(WTNT/1000)0.37=13.6(1

14、20/1000)0.37=6.21m2) Ri 第二次=13.6(WTNT/1000)0.37=13.6(600/1000)0.37=11.26m 3)R1 第三次=13.6(WTNT/1000)=01.337.6(1200/1000) =01.347.55m 該地區(qū)的人員將無 例外受重傷或死亡，其內(nèi)徑為零，外徑為R1。3.6 爆炸后的重 傷半徑 為 R 2重傷半徑根據(jù)以 下公式計算：PS=0.137Z-3+0.119Z-2+0.269Z-1-0.019Z 重傷 = 2/(E/P0)1/3R其中：P0=101300pa偽環(huán)境壓力)AP=44000 pa(引起人員重傷傷害的沖擊波峰值)S=440

15、00/P0=0.434353406PE：1)5(J)6E 第一次=5.4243 X10 6Kj3839X10 =5.4243 X10 j 2)39E 第二次=2.71215X10 KjX10 =2.71215X10 j 3)E 第二次 =5.4243 X10 KjX10 帶入上式得：1/3Z 重傷 =1.089=5.4243 X10 j 將 E81/391/31) R2第一次 =Z重傷(E/P)i/3=1.089(5.4243 X1Q j /10130Q1/3 =19.05m2) R2第二次 二Z 重傷(E/P) =1.089 (2.71215X10 j/10130。=32.58m3) R 第

16、三次 =Z 重傷(E/P) =1.089 (5.4243 X10j /101300 =41.05m2該地區(qū)的人員如缺 少保護，大多數(shù)人將受重傷，極少數(shù)人可能死亡和輕傷，其內(nèi)徑為R,外徑為2。R-3-2-13.7 爆炸后的輕 傷半徑 為 R 31/3輕傷半徑根據(jù)以 下公式計算： PS=0.137Z +0.119Z +0.269Z -0.019Z 輕傷 =R3/(E/P0) 其中：Po=101300pa偽環(huán)境壓力)AP=17000 pa(引起人員輕傷傷害的沖擊波峰值) Ps=17000/B=0.167818361E :爆炸總能量(J)同上將E帶入上式得：Z輕傷= 1.951) R3 第一次 二Z

17、輕傷(E/B)"3=1.95 (5.4243 X108j /101300 "=34.12m2) R3第二次 二Z 輕傷(E/R)"3=1.95 (2.71215 M09 /101300 "=58.34m3) R3第三次 二Z 輕傷(E/P)1/3=1.95 (5.4243 M09 /101300 "=73.50m該地區(qū)的人員如缺少保護，大多數(shù)人將受輕微傷，少數(shù)人可能重傷或平安 無事，其內(nèi)徑為R,外徑為R。安全區(qū)內(nèi)的人員一丕會受到傷害該區(qū)的內(nèi)徑為一國3.8財產(chǎn)損失半徑R財R 貝才=KWTN/3/1+ (3175/WTNT) 21/6式中：K為二級

18、破壞系數(shù)：取K=5.61) R 財?shù)谝淮? 5.6X120/3 /1+ ( 3175/120 )2 1/6 = 9.26m 2)R 財?shù)诙?5.6X600 / t/31+ (3175/600 ) 2 = 126.95m 3) R財?shù)谌?5.6 X 1200 / 11 /3 ( 3175/1200 ) =2 42/08m3.9地面蒸氣云爆炸事故后果匯總表表8單元蒸氣云TNT當(dāng)量 (kg)死亡半徑 (m)重傷半徑 (m)輕傷半徑 (m)財產(chǎn)損失 半徑(m)第一次爆炸1206.2119.0534.129.26第二次爆炸60011.2632.5858.3426.95第三次爆炸120014.5541

19、.0573.5042.08以上是計算模擬 地面蒸汽云爆炸的傷害模型，與實際會有誤差，理論上提 供了安全保護的 參考數(shù)據(jù)，實際也有可能發(fā)生。庫中的危險化學(xué)品不可能全部 爆炸，兩次爆炸 后會大范圍燃燒，中心區(qū)缺氧， 產(chǎn)生第三次大爆炸的可能性很 小，大部分會燃 燒掉，或者在事故搶救中被拉出事故現(xiàn)場。地面蒸氣云爆炸事 故后果只是一種模型設(shè)計，死亡、重傷和輕傷的安全保護半徑提供預(yù)防的參考 范圍，做到防患于未然。廠區(qū)內(nèi)的職工如 果發(fā)現(xiàn)庫中有燃燒爆炸的異常情況，又不能立即采取有效 的措施控制庫中可能發(fā)生的異常，可以參照 地面蒸式云爆燒事故后果匯總表史一 的第二據(jù)撤離現(xiàn)場。參加應(yīng)急救援的人員在不可能控制災(zāi)情的

20、情況下， 根據(jù)事故可能發(fā) 生的程度，參照地面蒸氣云爆蛆事故后果匯總表一中的數(shù)據(jù)撤離現(xiàn)場；尋求更進一 步的應(yīng)急救援的方案。4、池 火災(zāi)的傷害模型計算4.1 二 甲 苯泄漏 量設(shè)定甲類倉庫的 易 燃液體經(jīng)過幾次局部爆炸，庫中包裝幾乎損壞，若有10 噸易燃液體參與燃燒。根據(jù)最大可能危險原則 計算，以上全部物品的平均燃燒值低于二甲苯的燃燒彳直，故燃燒物以二甲苯的參數(shù)設(shè)定。4.2 燃燒速度：當(dāng)液池中的可燃液體的沸點高于周圍環(huán)境溫度時，液體表面上單位面積的燃燒速度 dm/dt 為：dm/dt = 0.001 Hc/ CP (TbT0) H式中 :dm/dt 單位表面積的燃燒速度，kg/m 2 sHc液體燃

21、燒熱，J/kg。二甲苯 Hc=43050000J/kg。CP液體的定壓比熱容，J/kg.K。二甲苯CP=1220J/kg.K。Tb液體的沸點，K 。二甲苯Tb=413.62K。T0環(huán)境溫度，環(huán)境溫度為 25C, K。= 298K。H液體的氣化熱，J/kg。二甲苯H=343490.6 J/kg。(25C)計算：dm/dt=0.001 43050000/ 1220 (413.62 298) +343490.6 =0.08885kg/m2.s4.3火焰高度甲類倉庫面積為112m2， 模擬液池為園池，半徑為 5.97m， 其火焰高度可按下式計算：h=84r (dm/dt)/ pO(2gr) 1/2 0

22、.61式中 :h火焰高度，m;r液池半徑，m;取r=5.97mp 卜周圍空氣密度，kg/m 3;取 p0=1.185kg/m325C)g重力加速度，9.8m/s2;dm/dt單位表面積的燃燒速度，己知 0.08885kg/m2s計算：h=84>5.97 和.08885/1.185 (1X9.8 5.97) 1/2 0.61=24.16m4.4 熱輻射通量當(dāng)液池燃燒時放出 的總熱輻射通量為：Q=（兀 r2 + 2 兀 rh） ? （dm/dt） ?不Hc/ 72 （dm/dt） 0.6+ 1式中 :Q總熱輻射通量，W;效率因子，可取0.130.35。取0.15。（F蒯空間燃燒）其余符號意義

23、同 前 。Q= （3.1416 5.972+2M.1416 5.97 24.16） >0.08885 0d5 43050000 + （72>0.08885°.61+1） =33491002.29 （W）dm/dt 單位表面積的燃燒速度，kg/m 2 s1.1 液池面積：S=112m2；W 泄漏二 甲 苯質(zhì)量： 10000kg火災(zāi)持續(xù)時間： T= W/S. dm/dt =1005秒=16.75分鐘4.5 目 標(biāo)入射熱輻 射強度假設(shè)全部輻射熱量 由液池中心點的小球面輻射出來，則在距離池中心某一距離（ X ）處的入射熱輻射強度為：I= Qtc/（ 4 兀 X 2）式中 :I熱輻

24、射強度，W/m 2;Q總熱輻射通量，W;tc熱傳導(dǎo)系數(shù)，在無相對理想的數(shù)據(jù)時，可取值為1;X目標(biāo)點到液池中心距離，m;例如：距離液池中心20m處的入射熱輻射強度為：I= Qtc/（4兀 X2） = 33491002.29/（4.1416 202 ） = 6662.8W/m24.6 火災(zāi)損失火災(zāi)通過輻射熱的 方式可影響周圍環(huán)境。當(dāng)火災(zāi)產(chǎn)生的熱輻射強度足夠大時，可使周圍 的 物體燃燒或變形，強烈的熱輻射可能燒毀設(shè)備甚至造成人員傷亡?；馂?zāi)損失估算建立 在輻射通量與損失等級的相應(yīng)關(guān)系的基礎(chǔ)上。有資料提供不同入射通量造成傷害或損失的情況，結(jié)合本篇所要分析的對象，當(dāng)目標(biāo)接受的入射通量為某 一定值時，目標(biāo)與

25、液池中心的距離可用下式計算：X= （Qtc/4 兀 I ） 0.5式中符號意義與以上相同。按該式計算：當(dāng) I =37500,X = (33491002.29/4 家1416 彩7500) 0.5=8.43m當(dāng) I =25000,X = (33491002.29/4 3.14 25000) 0.5=10.32m當(dāng) I =12500,X = (33491002.29/4 3.14 X2500P5= 14.60當(dāng) I =4000,X = (33491002.29/4 3.14 4000)0.5=25.81m當(dāng) I = 1600, X = (33491002.29/4 3.14 X600) 03=40.81m4.7 按不同距離、不同入射通量造成的傷害及損失情況表表9目標(biāo)至池火中心 的水平距離 （m）入射通量 （W/m2對設(shè)備的損害對人的傷害8.4337500操作設(shè)備全部損壞1班亡/10s 100%E 亡/1min10.3225000在無火焰、長時間輻射 下，木材燃燒的最小能 量重大燒傷/10s 100炕亡./1min14.6012500有火焰時，木材燃燒， 塑料熔化的最低育區(qū)1度燒傷/10