燃氣事故后果模擬分析

事故后果模擬分析校園地址：福建省福州市倉山區(qū)首山路80號郵政編碼：350007主講人：聯(lián)絡(luò)：12350291330：chong@163火災(zāi)、爆炸、中毒是燃氣企業(yè)主要的艱苦事故，經(jīng)常呵斥嚴(yán)重的人員傷亡和宏大的財富損失，影響社會安定。事故后果分析是一種對危險源預(yù)測和控制的有效方法，它經(jīng)過估計艱苦事故發(fā)生后會有哪些不良的影響，以及這些不良影響所呵斥的傷亡、損害的嚴(yán)重性，來為人們提出防備措施提供根據(jù)。對危險源進展事故后果模擬分析，確定其影響范圍，采取有效的防備控制措施具有艱苦意義。在分析過程中運用了數(shù)學(xué)模型。通常一個復(fù)雜的問題或景象用數(shù)學(xué)模型來描畫，往往是在一個系列的假設(shè)前提下按理想的情況建立的，有些模型經(jīng)過小型實驗的驗證，有的那么能夠與實踐情況有較大出入，但對辨識危險性來說是可參考的。這里重點引見有關(guān)火災(zāi)、爆炸和中毒事故(熱輻射、爆炸波、中毒)后果分析。第3頁第一部分泄漏由于設(shè)備損壞或操作失誤引起走漏，大量易燃、易爆、有毒有害物質(zhì)的釋放，將會導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸、中毒等艱苦事故發(fā)生。因此，事故后果分析由走漏分析開場。1、走漏的主要設(shè)備

根據(jù)各種設(shè)備走漏情況分析，可將工廠(特別是化工廠)中易發(fā)生走漏的設(shè)備歸納為以下10類：①管道，它包括管道、法蘭和接頭；②撓性銜接器，它包括軟管、波紋管和鉸接器；③過濾器④閥門⑤壓力容器或反響器⑥泵⑦緊縮機⑧儲罐⑨加壓或冷凍氣體容器，它包括露天或埋地放置的儲存器、壓力容器或運輸槽車等⑩火炬熄滅安裝或放散管等。2、呵斥走漏的緣由

從人－機系統(tǒng)來思索呵斥各種走漏事故的緣由主要有4類。(1)設(shè)計失誤；(2)設(shè)備緣由；(3)管理緣由；(4)以為失誤?！?〕設(shè)計失誤①根底設(shè)計錯誤，如地基下沉，呵斥容器底部產(chǎn)生裂痕，或設(shè)備變形、錯位等；②選材不當(dāng)，如強度不夠，耐腐蝕性差、規(guī)格不符等；③布置不合理，如緊縮機和輸出管沒有彈性銜接，因振動而使管道破裂；④選用機械不適宜，如轉(zhuǎn)速過高、耐溫、耐壓性能差等；⑤選用計測儀器不適宜；⑥儲罐、貯槽未加液位計，反響器(爐)未加溢流管或放散管等?！?〕設(shè)備緣由①加工不符合要求，或未經(jīng)檢驗擅自采用代用資料；②加工質(zhì)量差，特別是不具有操作證的焊工焊接質(zhì)量差；③施工和安裝精度不高，如泵和電機不同軸、機械設(shè)備不平衡、管道銜接不嚴(yán)密等；④選用的規(guī)范定型產(chǎn)質(zhì)量量不合格；⑤對安裝的設(shè)備沒有按<機械設(shè)備安裝工程及驗收規(guī)范)進展驗收；⑥設(shè)備長期運用后未按規(guī)定檢修期進展檢修，或檢修質(zhì)量差呵斥走漏；⑦計測儀表未定期校驗，呵斥計量不準(zhǔn)；⑧閥門損壞或開關(guān)走漏，又未及時改換；⑨設(shè)備附件質(zhì)量差，或長期運用后資料蛻變、腐蝕或破裂等。

〔3〕管理緣由①沒有制定完善的平安操作規(guī)程；②對平安漠不關(guān)懷，已發(fā)現(xiàn)的問題不及時處理；③沒有嚴(yán)厲執(zhí)行監(jiān)視檢查制度；④指揮錯誤，甚至違章指揮；⑤讓未經(jīng)培訓(xùn)的工人上崗，知識缺乏，不能判別錯誤；⑥檢修制度不嚴(yán)，沒有及時檢修已出現(xiàn)缺點的設(shè)備，使設(shè)備帶病運轉(zhuǎn)?！?〕人為失誤①誤操作，違反操作規(guī)程；②判別錯誤，如記錯閥門位置而開錯閥門；③擅自脫崗；④思想不集中；⑤發(fā)現(xiàn)異常景象不知如何處置；3、走漏后果走漏一旦出現(xiàn)，其后果不單與物質(zhì)的數(shù)量、易燃性、毒性有關(guān)，而且與走漏物質(zhì)的相態(tài)、壓力、溫度等形狀有關(guān)。走漏物質(zhì)的物性不同，其走漏后果也不同。

〔1〕可燃氣體走漏；〔2〕有毒氣體分散；〔3〕液體走漏?！?〕可燃氣體走漏可燃氣體走漏后與空氣混合到達熄滅極限時，遇到引火源就會發(fā)生熄滅或爆炸。走漏后起火的時間不同，走漏后果也不一樣。①立刻起火?？扇細怏w從容器中往外泄出時即被點燃，發(fā)生分散熄滅，產(chǎn)生放射性火焰或構(gòu)成火球，它能迅速地危及走漏現(xiàn)場，但很少會影響到廠區(qū)的外部。②滯后起火?？扇細怏w泄出后與空氣混合構(gòu)成可燃蒸氣云團，并隨風(fēng)飄移，遇火源發(fā)生爆炸或爆轟，能引起較大范圍的破壞。

有毒氣體走漏后構(gòu)成云團在空氣中分散，有毒氣體的濃密云團將覆蓋很大的空間，影響范圍大。

〔2〕有毒氣體走漏〔3〕液體走漏普通情況下，走漏的液體在空氣中蒸發(fā)而生成氣體，走漏后果與液體的性質(zhì)和儲存條件(溫度、壓力)有關(guān)。①常溫常壓下液體走漏。這種液體走漏后聚集在防液堤內(nèi)或地勢低洼處構(gòu)成液池，液體由于池外表風(fēng)的對流而緩慢蒸發(fā)，假設(shè)遇引火源就會發(fā)生池火災(zāi)。②加壓液化氣體走漏。一些液體走漏時將瞬時蒸發(fā)，剩下的液體將構(gòu)成一個液池，吸收周圍的熱量繼續(xù)蒸發(fā)。液體瞬時蒸發(fā)的比例決議于物質(zhì)的性質(zhì)及環(huán)境溫度。有些走漏物能夠在走漏過程中全部蒸發(fā)?！惨撼?蒸汽云團〕③低溫液體走漏。這種液體走漏時將構(gòu)成液池，吸收周圍熱量蒸發(fā)，蒸發(fā)量低于加壓液化氣體的走漏量，高于常溫常壓下液體的走漏量?！卜序v液體擴展蒸汽云〕第13頁第二部分事故模型火災(zāi)模型池火：池火災(zāi)是一種從容器或其他設(shè)備走漏出去的易〔可〕燃物，在地面上或水面上構(gòu)成油池，油池遇火源或高溫而被引燃的火災(zāi)。放射火：加壓的易燃性液體或氣體從破裂的開口〔如法蘭〕或管路放射出，在泄露口被引燃的火災(zāi)，即放射火災(zāi)。閃火：走漏的可燃液體、液體蒸發(fā)的蒸汽在空氣中分散，延遲遇到火源發(fā)生忽然熄滅的景象。火球：低溫可燃液化氣由于過熱，容器內(nèi)壓力增大，使容器爆炸，內(nèi)容物釋放并被點燃，發(fā)生猛烈的熄滅，產(chǎn)生強大的火球，構(gòu)成劇烈的熱輻射。爆炸模型蒸氣云爆〔VCE〕：走漏出來的介質(zhì)與空氣所構(gòu)成的混合氣體中可燃物質(zhì)的濃度在爆炸極限范圍內(nèi)，并遇到延遲點火的情況下所導(dǎo)致蒸汽云爆炸?！才c閃火同為延遲點火類型〕沸騰液體分散蒸氣云爆炸〔BLEVE〕：當(dāng)儲罐在外部火焰的烘烤下忽然破裂，使儲罐內(nèi)物質(zhì)的壓力平衡被破壞，呵斥介質(zhì)急劇汽化，并隨即被火焰點燃時發(fā)生沸騰液體擴展蒸汽爆炸。火災(zāi)損失火災(zāi)經(jīng)過熱輻射的方式影響周圍環(huán)境，當(dāng)火災(zāi)產(chǎn)生的熱輻射強度足夠，可使周圍物體熄滅或變形，劇烈的熱輻射能夠燃毀設(shè)備和呵斥人員傷亡等?；馂?zāi)損失估算建立在輻射通量與損失等級的相應(yīng)關(guān)系根底上，表3為不同入射熱輻射通量呵斥損傷或損失對應(yīng)情況。表3熱輻射的不同入射通量所呵斥的損失入射通量（KW/m2）對設(shè)備的損害對人的損害37.5操作設(shè)備全部損壞1%死亡/10秒100%死亡/1分鐘25.0在無火焰，長時間輻射下木材燃燒的最小能量重大損傷/10秒100%死亡/1分鐘12.5有火焰時，木材燃燒，塑料熔化的最低能量1度燒傷/10秒1%死亡/1分鐘4.020秒以上感覺疼痛1.6長期輻射，無不舒服感爆炸沖擊涉及其損傷、破壞作用超壓準(zhǔn)那么以為：只需沖擊波超壓到達一定值，便會對目的呵斥一定的損傷和破壞。沖擊波超壓對人體的損傷：沖擊波超壓對建筑物的破壞作用以液化石油氣儲罐為例長期以來液化石油氣都是我國城鎮(zhèn)燃氣的主要氣源之一，液化石油氣是由多種烴類氣體組成的混合物，主要成分是含有3個碳原子和4個碳原子的碳氫化合物，根據(jù)<石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范>的規(guī)定，屬于甲A類易燃易爆物質(zhì)。液化石油氣在常溫常壓下呈氣態(tài)，但在加壓和冷卻時很容易變?yōu)橐簯B(tài)，其體積僅為原來的1/200~1/300，一但走漏將迅速降壓氣化，氣態(tài)的液化石油氣比空氣重，比重約為空氣的1.5~2.5倍，走漏出來的液化石油氣會在低洼處聚集，與空氣構(gòu)成爆炸性混合物。液化石油氣爆炸極限范圍為1.5%~9.5%，爆炸極限范圍廣，爆炸下限低，極易構(gòu)成爆炸條件。所需爆炸能量小，最小點火能量約為0.31~0.38毫焦耳，極微小的火種，都足以引起液化石油氣的熄滅或爆炸。液化石油氣的儲運設(shè)備為壓力容器，有很大的火災(zāi)爆炸危險性，假設(shè)在工業(yè)消費或存儲中由于管理不當(dāng)或設(shè)備缺點能夠呵斥火災(zāi)爆炸事故，將對人民群眾生命財富和社會公共平安平安構(gòu)成極大的要挾，其平安可靠運轉(zhuǎn)與否，已成為眾所關(guān)注的問題，是燃氣企業(yè)平安消費的重點控制對象，也是燃氣行業(yè)監(jiān)管部門的主要監(jiān)控對象。放射火災(zāi)沸騰液體擴展蒸汽爆炸〔BLEVE〕未封鎖蒸汽云爆炸〔VCE〕放射火災(zāi)模型從破裂的開口〔如法蘭〕或管路放射出易燃性液體或氣體而被引燃的火災(zāi)，即放射火災(zāi)。其熄滅時間取決于燃料的多少及燃料的走漏率。這里所用的放射火輻射熱計算方法是一種包括氣流在內(nèi)的放射分散模型的擴展。把整個放射火看成是由沿放射中心線上的全部點熱源組成，每個點熱源的熱輻射通量相等。點熱源模型的熱輻射通量計算公式：q=ηQ0Hc〔1〕式中q—點熱源熱輻射通量，W；η—效率因子，可取0.35；Q0—走漏速度，kg/s；Hc—熄滅熱，J/kg。從實際上講，放射火的火焰長度等于從走漏口到可燃混合氣熄滅下限〔LFL〕的射流軸線長度。點熱源數(shù)的劃分可以是隨意的，對危險評價分析普通取n=5。射流軸線上某點熱源i到間隔該點x處一點的熱輻射強度為：〔2〕式中：Ii—點熱源I到目的點x處的入輻射強度，W/m2；q—點熱源的輻射通量，W；R—輻射率，可取0.2；x—點熱源到目的點的間隔，m。某一目的點處的入射輻射強度等于放射火的全部點熱源對目的的熱輻射強度的總和計算時普通選取的點熱源數(shù)為五個。為了簡化計算,可以假設(shè)一切的輻射是由一個點源釋放的,點源位于地面上,這樣得出的結(jié)果偏保守。程度方向間隔為x的地方接遭到的總熱輻射量為:(3)

液體走漏速度可用下式計算： (4)式中：—液體走漏速度,kg/s；—走漏系數(shù),無單位，其取值見表1；A—走漏口面積,m2；—液體密度,kg/m3；—液體儲存壓力,Pa；—外界環(huán)境壓力,Pa；—重力加速度；9.8m/s2h—走漏口上方液體的高度；m。雷諾數(shù)（Re）泄漏口形狀圓形（多邊型）三角形長方形＞1000.650.600.55≤1000.50.450.4表1液體走漏系數(shù)的取值沸騰液體擴展蒸汽爆炸模型〔BLEVE〕沸騰液體擴展蒸汽爆炸事故是當(dāng)儲罐在外部火焰的烘烤下忽然破裂，使儲罐內(nèi)物質(zhì)的壓力平衡被破壞，呵斥介質(zhì)急劇汽化，并隨即被火焰點燃時發(fā)生猛烈的熄滅，產(chǎn)生宏大的火球，構(gòu)成劇烈的熱輻射，呵斥人員傷亡和財富損失，此種景象稱為沸騰液體擴展蒸汽爆炸。沸騰液體擴展蒸汽爆炸是可以產(chǎn)生三種危害后果：沖擊波超壓、火球熱輻射和拋射碎片，有時候也能夠伴隨延遲發(fā)生的蒸汽云爆炸或閃火等事故災(zāi)禍，其中，爆炸火球的熱輻射式最主要的損傷要素。本文采用國際勞工組織建議的BLEVE模型。蒸汽云爆炸模型〔VCE〕未封鎖蒸汽云爆炸是指走漏出來的介質(zhì)與空氣所構(gòu)成的混合氣體中可燃物質(zhì)的濃度在爆炸極限范圍內(nèi)，并遇到延遲點火的情況下所導(dǎo)致蒸汽云爆炸。對蒸汽云爆炸進展定量評價的方法主要有兩種：TNT當(dāng)量法和TNO模型法，本文采用TNT當(dāng)量法計算蒸汽云爆炸產(chǎn)生的危害程度。〔1〕TNT當(dāng)量計算〔5〕〔2〕損傷半徑確實定蒸汽云爆炸主要因沖擊波呵斥損傷，因此按超壓準(zhǔn)那么確定人員傷亡區(qū)域及財富損失區(qū)域。①死亡半徑R1〔6〕②重傷半徑R2和輕傷半徑R3重傷半徑指人員因在沖擊波作用下耳膜破裂的概率為0.5的半徑，它要求的沖擊波峰值超壓為44000Pa；輕傷半徑指人員在沖擊波作用下耳膜破裂的概率為0.01的半徑，它要求的沖擊波峰值超壓為17000Pa。運用超壓準(zhǔn)那么，沖擊波超壓可按以下公式計算：第30頁第三部分工程實例工程簡介某液化石油氣儲配站有一個LPG儲罐組，罐組內(nèi)布置有四個1000m3地上式球罐，液化石油氣儲罐任務(wù)壓力1.6MPa，按儲存系數(shù)80%計算，最大儲存容積為3200m3，液化石油氣〔液態(tài)〕比重為0.5，單個儲罐最大液化石油氣存量為400t，儲罐組實踐最大液化石油氣儲存量可達1600t。儲罐內(nèi)液面平安高度約為8600mm，液化石油氣熄滅熱為4.65×104KJ/kg。1、放射火災(zāi)事故后果計算①初始條件根據(jù)同類液化石油氣儲罐發(fā)生過的類似事故，假設(shè)儲罐底部與出液管道相銜接處焊縫開裂，發(fā)生液化石油氣走漏，遇到火源發(fā)生放射火災(zāi)事故，走漏口長100mm，寬10mm,面積10cm2。②泄露速度的計算，將初始數(shù)據(jù)代入公式(4)計算得液體走漏速度：

③損傷半徑的計算，根據(jù)表2，將火災(zāi)呵斥各種危害的入射通量以及泄露速度代入〔3〕式，即可劃定相應(yīng)的損傷半徑值。死亡半徑取當(dāng)入射熱通量I=25.0kw/m2時,重傷半徑取當(dāng)入射熱通量I=4.0kw/m2時,輕傷半徑取當(dāng)入射熱通量I=1.6kw/m2時,財富損失半徑取取當(dāng)入射熱通量I=12.5kw/m2時,④傷亡和財富損失分析根據(jù)上述計算結(jié)果可知：液化石油氣儲罐區(qū)內(nèi)一個液化石油氣儲罐底部與出液管道相銜接處發(fā)生放射火災(zāi)〔開口面積10cm2〕所呵斥的傷亡和財富損失分析如下。以裂口處為中心，半徑r≤14.96m范圍內(nèi)為死亡區(qū)；14.96m﹤r≤37.40m范圍內(nèi)為艱苦傷亡區(qū)；37.40m﹤r≦59.14m范圍內(nèi)為輕傷區(qū)；r﹥59.14m為平安區(qū)半徑；r≤21.16m為財富損失區(qū)，傷亡和財富損失范圍一覽表結(jié)果列于表3。表3放射火災(zāi)傷亡和財富損失范圍一覽表

災(zāi)害類型泄漏面積cm2死亡半徑（m）重傷半徑（m）輕傷半徑（m）財產(chǎn)損失半徑（m）噴射火1014.9637.4059.1421.162、沸騰液體擴展蒸汽爆炸事故后果計算罐組內(nèi)布置有4個1000m3地上式球罐，屬于多罐儲存，所以，火球中耗費的可燃物質(zhì)量取罐容量的90%。即：W=1600×1000×90%=1.44×106〔kg〕①火球半徑，由〔9〕式計算得火球半徑：②火球繼續(xù)時間，由〔10〕式計算得火球繼續(xù)時間：③對人員及周圍建筑物產(chǎn)生不同影響的熱輻射的計算死亡、一度、二度燒傷以及燒毀財物，都以損傷百分數(shù)D=50%定義，取Pr=5計算。分別代入〔12〕、〔13〕、〔14〕、〔15〕式得：死亡時熱輻射通量；二度燒傷熱輻射通量；一度燒傷熱輻射通量；財富損失熱輻射通量。

④損傷半徑的計算將③中求得的、、、分別代入〔11〕式，即可利用計算機算出沸騰液體擴展蒸汽爆炸死亡半徑936.58m；二度燒傷半徑1174.80m；一度燒傷半徑1787.75m；財富損失半徑594.20m。⑤傷亡和財富損失分析根據(jù)上述計算結(jié)果可知：液化石油氣儲罐區(qū)內(nèi)四個液化石油氣儲罐發(fā)生蒸汽云爆炸事故所呵斥的傷亡和財富損失分析如下。距爆炸中心點半徑r≤936.58m范圍內(nèi)為死亡區(qū)；936.58m﹤r≤1174.80m范圍內(nèi)為艱苦傷亡區(qū)；1174.80m﹤r≤1787.75m范圍內(nèi)為輕傷區(qū)；r﹥1787