（安全技术及工程专业论文）重大事故多米诺效应研究.pdf

东北大学硕士论文 a b s t r a c t s t u d y o nd o m i n oe f f e c t so fm a j o ra c c i d e n t s a b s t r a c t t h ef i r eo re x p l o s i o no fo n eu n i tc a nc a u s eas e c o n d a r ya c c i d e n ti nan e a r b yu n i t w h i c hi nr u mm a y t r i g g e rat e r t i a r ya c c i d e n ti nt h em o d e mi n d u s t r y ，e s p e c i a l l yc h e m i c a l i n d u s t r y 。s u c hp h e n o m e n aa r en a m e dd o m i n oe f f e c to rc a s c a d i n ge f f e c t g e n e r a l l y , d o m i n oe f f e c ti n d u c eu s u a l l ys e r i o u sh a z a r do ne n t e r p r i s e sa n dr e s i d e n t s s t u d yo n a c c i d e n t s d o m i n oe f f e c t si sn e c e s s a r y t h ed i s s e r t a t i o np r o p o s e st h em e t h o do fg e n e r a t i o no fa c c i d e n ts c e n a r i ob ye v e n t t r e ea n df a u l tt r e e ，s t a r t i n gf r o mm a j o rh a z a r d si d e n t i f y t h e na m e n d st h em o d e lo f d o m i n oe f f e c t sp r o b a b i l i t ya n dd e v e l o p sd o m i n o - e f f e c tc o m p u t e rt 0 0 1 t h ed i s s e r t a t i o n i l l u s t r a t e st h et a n ku n i to fc h e m i c a li n d u s t r y , a n a l y z e si t sd o m i n oe f f e c tp r o b a b i l i t ya n d c o r r e l a t i v ef a c t o r s t h ec o n c l u s i o nw i l lp r o v i d ea c a d e m i cf o u n d a t i o nf o rs c i e n t i f i c m a n a g eo f m a j o r a c c i d e n t s d o m i n oe f f e c t k e y w o r d s ：d o m i n oe f f e c t ；m a j o ra c c i d e n t s ；m a j o rh a z a r d s ；a n a l y s i so fc o n s e q u e n c e a c c i d e n t ss c e n a r i o i i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取 得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或 撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确 的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：戴哥取 日期： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学 位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 学位论文作者签名 日 期： 另外，如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为 同意。 学位论文作者签名： 签字目期： 导师签名： 签字日期： 东北大学硕士论文 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 化工生产使用的原料、中间体和产品绝大多数具有易燃易爆、有毒有害、腐 蚀等危险性。这些物质的潜在危险性决定了其在生产、使用、储存、运输等过程 中事故的多发性。为了降低单位产品的投资和成本，提高经济效益，现代化工生 产装置规模越来越大。装置的大型化有效地提高了生产效率，但规模越大，贮存 的危险物料越多，潜在的危险能量也越大，事故造成的后果也往往越严重。化工 生产从原料输入到输出具有高度的连续性，前后单元息息相关、互相制约，某一 环节发生故障常常会影响到整个生产系统的正常进行，甚至引起临近工艺单元发 生事故，诱发连锁反应发生。 一个工厂的某个单元发生事故，可能会引起其他单元或邻近工厂发生次级事 故，依次有可能发生三级或更高级别的事故，即事故的多米诺效应。 事故的多米诺效应带来的灾害影响往往高于单个事故的影响，常造成灾难性 的后果多人伤亡和巨额财产损失。类似的案例在国内外均有发生。 1 9 8 4 年11 月，墨西哥国家石油公司在墨西哥城圣胡安i x h a u t e p e c 液化石油气 转运油库发生一系列的严重的火灾和缳炸，造成大约5 0 0 人死亡，油库被毁。这 个油库的储量高达1 6 ，0 0 0 立方米，由6 个球形储罐和4 8 个卧式储罐构成。1 1 月8 目早晨，这个油库从4 0 0 k i n 以外的一个炼油厂接受通过管道输送过来的液化石油 气。上午5 ：3 0 从控制室和4 0 k m 外的一个管道泵站发现压力明显下降，这是由于 发生了泄漏，泄漏一直持续了5 1 0 分钟。当肘天空有约0 4 m s 的微风，在风力 和地势的共同作用下，泄漏的气体向西南方向扩散。附近有人曾听到气体泄漏的 声音并闻到汽油的味道。据目击者称，当蒸汽云达到大约2 5 0 x 1 5 0 的面积，两米 赢的时候，它燃烧起来，形成了很高的火焰，并引起大地强烈的震动。5 分钟后， 发生第一次b l e v e ( 沸腾液体蒸汽爆炸) ，大约一分钟后发生了另一次爆炸。又 有一两个小型的球罐发生b l e v e ，引起直径达3 0 0 m 火球。紧接着其他储罐又发 生了一系列的爆炸和b l e v e ，这期间的一个半小时内发生了大约1 5 次爆炸。4 个 较小的球罐和很多圆柱形储罐内的b l e v e 导致储罐破裂，产生了大量的爆破碎 片，其中很多非常重( 有的重大1 0 1 4 吨) 的碎片竟然飞出了1 k m 远，4 8 个圆 形储罐中的1 5 个发生爆炸，爆破碎片( 总重达2 0 多吨) 飞出了约1 0 0 m 远。 东北大学硕士论文 第一章绪论 1 9 8 7 年3 月，比利时安特卫普的一化工厂的一座环氧乙烷净化蒸馏塔内部的 环氧乙烷被点燃发生爆炸，引发一系列的火灾和爆炸，在风力和爆炸破片的作用 下造成大面积的设备损毁，有1 4 人受伤。 1 9 8 9 年1 0 月2 3 同，美国德克萨斯州休斯顿附近的飞利浦公司的化学工业中 心的聚乙烯泄漏事故。估测泄漏气体为乙烯、异丁烷、乙烷、和氢气的混合物。 形成的蒸汽云被点燃，引发大规模的蒸汽云爆炸。随后引起另两起大爆炸异 丁烷储罐爆炸，聚乙烯储罐反应器故障导致爆炸。两人当场死亡，一人重伤致死， 受伤人数上百人。 1 9 9 0 年美国德克萨斯州的一家石化企业，一个正在注入液化石油气的储罐的 压力表和安全阀发生故障，造成该储罐由于超压破裂，泄漏的液化石油气被点燃 形成一个大火球，储罐爆炸后的破片四处飞散。在接下来的2 0 分钟里，2 个储罐 被飞溅的碎片击漏。 1 9 9 7 年9 月1 4 日，隶属于印度斯坦石油化工有限公司的h p c l 炼油厂发生特 大火灾爆炸事故。在h p c l 炼油厂正门附近有8 个液化石油气，粗柴油球罐，1 4r 上 午5 ：1 5 一个球罐发生泄漏，6 ：4 0 着火并发生爆炸，巨大的爆炸声震撼着维沙卡帕 特南。1 5 分钟以后另一个球罐爆炸，中午前全部贮罐着火( 贮罐充满几天前刚进口的 原油) 。爆炸现场一片火海，巨大的火舌和厚重的浓烟直冲天空与天空中的乌云形成 一体，雨水夹着黑灰落到地面，人们的衬衣很快变黑，地面一片泥泞。因为炼油厂坐落 在人口密集的工业区，厂区附近的居民争相奔走逃命，手忙脚乱，整个区城就像处于 临战状态。此次事故共有2 5 个贮罐，1 9 座建筑物被烧毁，6 0 多人丧生( 事故当天 是星期天，否则死亡人数可能超过2 0 0 人。) ，造成1 5 亿美元财产损失，威胁附近城 市2 0 0 万居民的安全。【l 引 1 9 9 3 年8 月5 日1 3 时2 6 分，深圳市安贸危险物品储运公司( 以下简称安贸 公司) 清水河化学危险品仓库发生特大爆炸事故。8 月5 日下午1 3 时1 0 分，4 号 仓库的管理员发现仓内堆放的过硫酸氨冒烟、起火，1 3 时2 6 分，4 号仓内堆放的 可燃物发生了第一次爆炸，彻底摧毁了2 、3 、4 号连体仓，强大的冲击波破坏了 附近货仓，使多种化学危险品暴露于火焰之前。由于危险品处于持续被加热状念， 约l 小时后，在1 4 时2 7 分，5 、6 、7 连体仓发生第二次爆炸。爆炸冲击波造成更 大范围的破坏，爆炸后的带火飞散物( 如黄磷、燃烧的三合板和其它可燃物) 使 火灾迅速蔓延扩大，引燃了距离爆炸中心2 5 0 米处的木材堆场的3 0 0 0 立方米木质 地板块、3 0 0 米处的6 个四层楼的干货仓，4 0 0 至5 0 0 米处3 个山头上的树木。这 起事故造成1 5 人死亡，2 0 0 多人受伤，其中重伤2 5 人，直接经济损失超过2 ，5 亿 2 东北大学硕士论文 第一章绪论 元。爆炸地点位于深圳市东北角，占地约两千平方米的清水河仓库区清六平仓， 其中6 个仓( 2 7 号仓) 被彻底摧毁，现场留下两个深7 米的大坑，其余的i 号 仓和8 号仓遭到严重破坏。 1 9 9 7 年6 月2 7 日，北京东方化工厂储罐区发生特大爆炸和火灾事故。死亡9 人、伤3 9 人，直接经济损失1 1 7 亿元。事故的直接原因是：在从铁路罐车经油泵 往储罐卸轻柴油时，由于操作工开错阀门，使轻柴油进入了满载的石脑油a 罐， 导致石脑油从罐顶气窗大量溢出( 约6 3 7 立方米) ，溢出的石脑油及其油气在扩散 过程中遇到明火。产生第一次爆炸和燃烧，继而引起罐区内乙烯罐等其他罐的爆 炸和燃烧。 大量的事故统计表明，多米诺效应所导致事故的概率虽然不是很高。但一旦 发生，往往损失惨重，对人员安全、社会、经济的危害极大。 2 0 世纪以来，我国工业的发展呈现出规模大型化、系统复杂化、生产自动化、 管理科学化等特点。大型化使其企业储存的物料量增加，物料几十万吨的单储罐 已不罕见，国内已出现百万吨低温常压液化石油气储罐。从经济角度讲，大型化 和复杂化会带来更大的经济效益：从安全角度讲，大型化和复杂化使事故的多米 诺效应发生里增加趋势。这种形势下，我国的化工安全生产面临更严峻的挑战。 有必要对多米诺效应的发生、发展过程进行研究，以便提高人类预防事故，减灾、 防灾的能力。 1 2 国内外研究动态 研究重大事故的多米诺效应一般涉及以下几个方面的相关研究：重大危险源 的辨识、重大事故后果分析、事故发生模式( 事故场景) 、事故的多米诺效应的概 率分析。 重大危险源的概念起源于2 0 世纪初工业高速发展的欧美，当时在工业生产特 别是化学品生产、储存、使用、运输过程中的重大火灾、爆炸、泄漏等重大事故 频频发生。为改变事故频发和有效预防重大事故发生，i 9 7 6 年6 月英国f l i x b o r o u g h 爆炸事故发生后，英国卫生与安全委员会设立了重大危险咨询委员会( 简称 a c m h ) ，负责研究重大危险源的辨识评价技术和控制措旋开始系统的研究重大危 险源的控制技术。1 9 7 6 年a c m h 首次提出了重大危险源标准，在该标准中提出了 8 类危险物质及其相关事故物质的量。1 9 7 9 和j 9 8 4 年又对该标准进行了修改，所 提出的辨识标准中提出了4 类共2 5 种物质( 设施) 及其临界量。1 9 8 2 年欧共体异 3 东北大学硕士论文 第一章绪论 a c m h 的工作为基础颁布了工业活动中重大危险事故法令( 8 2 5 0 1 e e c ) ，简 称赛韦索法令，该法令列出了1 8 0 种物质及其临界量。经过几年的运行，1 9 9 6 年欧共体对进行赛韦索法令进行了修订，提出的修诈件中新增了3 9 种物质和 临界量。1 2 1 我国的重大危险源控制的研究工作开始于2 0 世纪9 0 年代，并列入了国家的 “八五”计划，1 9 9 7 年开始在全国六大城市北京、上海、天津、青岛、深圳和 成都进行了重大危险源的普查试点。2 0 0 0 年颁布了g b l 8 2 1 8 - - 2 0 0 0 重大危险源 辨识的国家标准，为中国重大危险源的辨识提供了基本的法律依据。 重大事故后果分析通常是在危险辨识和危险分析的基础上，应用系统科学的 研究方法，分析危险源可能发生的事故，进而采用适当的数学模型以定量描述 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。根据分析结果， 决策者可以采取适当措施( 如设罱报警系统、防火系统等) 以减少事故发生的可 能性或降低事故的危害程度。 数学模型是事故后果定量分析的基础，这些模型通常是对假想的事故场景在 理想化的前提下，依据一定的物理化学原理建立的灰箱模型，模型的参数通常是 由实验得到的。也有一些是纯经验的黑箱模型。依据不同的假设和原理，相同的 事故场景可以建立不同的模型描述；同时，由于依据不同的试验数据，有些相同 的模型其参数却有所不同甚至相差甚远。显然，采用不同的模型对同一事故的后 果分析结果会有所不同。因此，进行后果分析时，考虑模型的适用范围及选择合 适的模型是非常重要的。此外，在没有可靠的依据以选择参数值时，采用保守的 估计或考虑最坏的后果亦是可以接受的。2 1 事故场景是指“引发事件到后果的传播途径，是一个事件集合，是预测某一危 险源的事故发生过程。”它可以只包含单一事件也可以是多个事件的组合。所预测 的事故场景并不一定发生，但是有一定的发生概率。事事故场景是风险研究的基 础，它可以告诉我们什么将会发生，由此我们能够设计预防或降低其发生的概率 的方案。场景能够预想涵盖了安全方面许多的问题。 例如：预测的有毒或易燃化学品的泄漏能够影响： 气体探测器的位置 紧急切断阀和其它阀门的位置 装置的绝缘 建筑物和装备的负荷 人员中毒 4 东北大学硕士论文 第一章绪论 操作程序 消防器材的位置 应急预案 事故场景是风险研究过程中的重要的基础。主要是应用过去的事故教训和数 学模型预测事故情形。这种预测是对过去的反馈，并在现有知识的基础上创造新 的知识。事故场景是过去、当前和将来的一个连接点。 事故场景的研究主要是考虑事故场景的可信性及其危险等级。韩国的 d o n g w o o nk i m ，1 1m o o n ，y o u n g s o o nl e e ，d o n g h y u ny o o n 作了关于事故场景自动生 成方面的研究，应用伤害半径和发生概率建立数学模型，确定了事故场景的预想 准则，并开发了相应的事故场景智能分析软件，使生成的事故场景可信又节省了 大量的人力物力。我国的胡小荣、龚时雨、曾士勇等提出在鉴别系统所有可能的 危险的基础上，分析可能引发这些危险失控的原因( 引发事件) ，再根据引发事件所关 联的系统要素及其要素间的各种关联，最终得到导致顶事件发生的事故链，从而比 较详细的了解到导致事故的事件间的相互作用关系。通常获得事故场景的方法有 主逻辑图( m l d ) 、事件序列图( e s d ) 、事件树分析( e t a ) 、故障树分析( f t a ) 等。 重大事故多米诺效应定量研究还在初步阶段。目前，国外已经有人从事事故 的多米诺效应概率方面的研究，主要分布在美国、加拿大、希腊、印度等国家。 他们的研究一般分为两类方法：概率模型和数理统计的方法。国外的一些学者在 对一些石油、化工企业的典型事故分析时首先发现了这个特点，并对其进行了较 为深入的研究。其中以加拿大的f a i s a l l k h a n 和s a a b b a s i 的研究为代表。他们指 出了触发事故多米诺效应的事故类型，多米诺效应发生的典型模式，并提出多米 诺效应分析法，建立了相关的概率模型。在此基础开发出了重大危险源发生多米 诺效应可能性研究的软件d o m i f f e c t 。此外雅典国立科技大学学者 s e k o u r n i o t i s ，c t k i r a n o u d i s ，n c m a r k a t o s 等人也对重大危险源的多米诺效应问 题进行了研究，提出了进行多米诺效应分析的统计学模型。意大利的两位学者对 超压引起的多米诺效应进行了研究。还有一些学者对抛射碎片引起的多米诺效应 进行了研究。 在概率模型分析方法中，主要问题除了模型的合理性外，临界值的选定非常 重要。f a i s a l l k h a n 和s a a b b a s i 定义冲击波对所有设备的损害临界值是一样的。 这是不符合实际的。临界值的选取一般通过对现有的数据进行统计分析得出。首 先需要为损害概念进行界定，是严重损害还是轻微损害，是泄漏还是爆炸。不同 5 一 东北大学硕士论丈 第一章绪论 的设备引发泄漏或爆炸的临界值是不同的。意大利的v a l e r i oc o z z a n i 和e m e s t o s a l z a n o 两位学者把设备分为四大类：常压容器、压力容器、加长容器、小容器。 把损害分为：装备的结构破坏和泄漏；装备的结构破坏包括：主体结构的轻微 破坏及附件的破坏，瞬时的、灾难性的破坏，甚至主体坍塌；泄漏包括：微量 泄漏( 在冲击波作用1 0 分钟以上，只是部分物质泄漏) 、强型泄漏( 在冲击波作 用1 1 0 分钟内，物质全部泄漏) 、灾难性泄漏( 在冲击波作用一分钟内全部泄漏) 。 把装备损坏和泄漏情况进行组合。当主体结构轻微破坏和轻微泄漏时，装备发生 事故的可能性很小。通过对各个情况进行分析。得出冲击波破坏装备的临界值。 国内还未见有这方面研究的报导。基于我国目前重大事故多发的形势，开展 事故多米诺效应研究。本文拟借鉴国外研究成果，针对我国化工企业的特点，建 立合适的事故多米诺效应分析模型，从而为预防控制多米诺效应事故的发生提供 理论依据。 1 3 本文研究内容、目的及方法 安全措施是建立在危险性可靠分析的基础之上。只有确切获得事故多米诺效 应的发生过程、概率以及相关影响因素，才能够采取科学的措施预防其发生。 本文首先建立危险源的选择准则，然后根据准则选定一级单元，应用系统安 全的方法进行事故场景生成。并在此基础上运用多米诺效应分析的方法，分析计 算各单元一旦发生火灾、爆炸等初始事故引发邻近单元发生多米诺效应的概率。 为危险源的管理和重大事故的预防和控制提供理论参考依据。具体作法如下： 评估某一区域内可能的火灾和爆炸灾害。因为危险源众多，不可能对所有危 险源都做到完整全面的评估。根据重大危险源辨识( g b1 8 2 18 2 0 0 0 ) 辨识区 域内的重大危险源，应用事故后果分析模型选择危险单元，从而只分析选定的危 险单元。 利用事件树和故障树建立事故场景生成方法，预想这一区域罩重大危险源可 能发生的火灾、爆炸事故。事件树分析法是从原因到结果的归纳分析。从一个初 始事件开始，按照事故发展过程中后继事件出现与不出现，交替考虑成功与失败 的可能佳；然后再把这两种可能性分别作为新的初始事件继续进行分析，一直分 析到最后结果为止。事件树分析的特点是能够得到事故发生的动态过程。故障树 分析方法是分析大型系统安全性与可靠性的常用的有效方法。它是从要分析的特 定事故或故障开始，向下层层分析其发生原因，直到找出事故的基本原因，即故 障树的基本事件为止。故障树的重要作用在于找出系统的薄弱环节。应用事件树 6 东北大学硕士论文 第一章绪论 和故障树可以知道事件间的相互作用关系，事件的发生过程，从而可以确定事故 发生顺序，预想事故场景。 根据重大事故后果分析方法，选用相应数学模型，对预想火灾、爆炸事故进 行定量分析，根据热通量、热剂量、超压伤害准则确定事故影响范围。如在其影 响范围内存在其它危险源，则可能引发事故的多米诺效应。把这样的危险源作为 研究单元，郎一级单元，在其影响范围内存在的其它危险源为二级单元。 对选定的一级单元再次进行事故后果分析，如二级单元吸收的热量、二级单元 处的冲击波超压、二级单元处的抛射破片载荷等。 计算二级单元在一级单元释放的能量的作用下，其压力、温度、材质等的变 化。建立多米诺效应数学模型，计算二级单元、三级单元发生事故的概率，也就 是多米诺效应事故发生的概率。 根据计算结果，分析影晌事故多米诺效应的囡素有哪些，及这些影购因素与 事故多米诺效应发生概率的关系。 7 东北大学硕士论文 第二章事故多米诺效应场景预想及重大事故后果分析 第二章事故多米诺效应场景预想及重大事 后果分析，口木7 了1 y l 一个工厂的某个单元发生事故，可能会引起其他单元或相近工厂发生二级事 故，依次有可能发生三级或更高级别的事故，这就是事故的多米诺效应现象。发 生初始事故的单元为一级单元，由初始事故直接作用引发事故的单元称为二级单 元，依次为三级单元、四级单元等。 能够触发多米诺效应发生的事故类型有火灾、爆炸。火灾是指在时间和空间 上失去控制的燃烧所造成的灾害。火灾对设备的破坏形式主要是热负荷。火灾包 括：火灾：池火( p o o lf i r e ) ，闪火( f l a s hf i r e ) ，火球( f i r eb a l l ) ，喷射火( j e tf i r e ) 。 爆炸就是物质剧烈运动的一种表现，物质运动急剧增速，由一种状态迅速地转变 成另一种状态，并在瞬间内释放出大量的能。爆炸对设备的破坏形式主要包括冲 击波、热负荷及抛射破片。爆炸包括：受限空间蒸汽云爆炸( c v c e ) ，沸腾液体 扩展蒸汽云爆炸( b l e v e ) ，蒸汽云爆炸( u v c e ) ，粉尘爆炸。 2 2 多米诺效应事故场景生成方法 事故场景生成是依据工厂所处理的化学品的性质，反应发生的物理条件或原 料、产品的储藏条件，容器、管道的几何形状、物质特性以及安全装置等。外部 因素需要考虑的是场所的特点( 地形，树木，池塘，附近的河流，临近工厂及居 民区等) 和气象条件。 事件树分析法是从原因到结果的归纳分析。从一个初始事件开始，按照事故 发展过程中后继事件出现与不出现，交替考虑成功与失败的可能性；然后再把这 两种可能性分别作为新的初因事件继续进行分析，一直分析到最后结果为止。事 件树分析的特点是能够看到事故发生的动态过程。 故障树分析方法是分析大型系统安全性与可靠性的常用的有效方法。它是从 要分析的特定事故或故障开始，向下层层分析其发生原因，直到找出事故的基本 原因，即故障树的底事件为止。故障树的重要作用在于找出系统的薄弱环节。通 过事件树和故障树应用可以知道事件间的相互作用关系，事件的发生过程，从而 可以生成事故发生顺序，拟想事故场景。 事故场景生成分为二个步骤：选定危险单元以及生成事故顺序。 8 东北大学硕士论文第二章事故多米诺效应场景预想及重大事故后果分析 2 2 1 选定危险单元 多米诺效应事故发生的必要条件：在发生火灾或爆炸的单元的损害范围内 存在其它危险单元，火灾爆炸产生的能量足以导致邻近单元发生故障。只有在 满足事故类型和必要条件的情况下，才可能发生多米诺效应事故。 ( 1 ) 辨识重大危险源 重大事故是重大危险源发生的事故。依据g b l 8 2 1 8 - 2 0 0 0 重大危险源辨识 来辨识重大危险源。重大危险源的辨识依据是物质的危险特性及其数量。重大危 险源分为生产场所重大危险源和贮存区重大危险源两种。 重大危险源分类遵循以下原则：从可操作性出发，重大危险源所处的场所或 设备、设施对重大危险源进行分类；再按相似相容性原则，各类重大危险源各自 的特性进行有层次的展开。 重大危险源场所分为7 类： 易燃、易爆、有毒物质的储罐区( 储罐) 。 易燃、易爆、有毒物质的库区( 库) 。 具有火灾、爆炸、中毒危险的生产场所。 企业危险建( 构) 筑物。 压力管道。 锅炉。 压力容器。 g b1 8 2 1 8 - - 2 0 0 0 重大危险源辨识中规定当单元内存在危险物质的数量等 于或超过标准中规定的临界量，该单元即被定为重大危险源。辨识单元内存在危 险物质的数量是否超过临界量需根据处理物质种类时多少区分为以下两种情况。 单元内存在的危险物质为单品种，则物质的数量即为单元内危险物质的 总量，若等于或超过相应的临界量，则定为重大危险源。 单元内存在的危险物质为多品种时，按式2 1 计算，若满足式2 1 ，则定为 重大危险源： 旦l + 丝+ + 盟1、 q i9 2 q 。 u lj 式中：g ，q 2 ，一q o 每种危险物质实际存在量，； q j ，q 2 一q 与各危险物质相对应的生产场所或贮存区的临界量，r 。部分 临界量见表2 1 、表2 ，1 。 一9 东北大学硕士论文第二章事故多米诺效应场景预想及重大事故后果分析 表21 部分易燃物质临界量 t a b l e2 1c r i t i c a lq u a n t i t yo f p a r t i a lc o m b u s t i b l es u b s t a n c e 表2 2 部分爆炸性物质i 临界量 ! ：! ! ：! ：三： ：12 ：竺：1 2 if 。f p a r t i a ie x p i o i 盘 ：生竺 o o o o 一一 物质名称 生产场所临界最，t贮存区临界量，t 雷( 酸) 汞 硝化丙三醇 二硝基重酚 二乙二醇二硝酸酯 o 1 0 1 0 1 o ， 脒基亚硝氨基脒基四氮烯0 i i f 2 ) 危险单元的确定 重大危险源发生的事故释放能量比较大满足条件，还需计算其损害范围来 最终确定研究单元。 热辐射的损害半径 对辨识出的重大危险源，依据事件树和故障树的方法初步预测可能发生的火 灾事故，计算火灾事故的损害半径。 对于稳态火灾，由表2 3 选定1 2 5 k w - m 2 为临界热辐射通量，对于瞬间火灾 由表2 4 选定3 7 5k j m 2 为临界热剂量，应用相应的火灾事故后果分析模型中的公 式计算损害半径。 表2 3 稳态火灾不同热辐射通量所造成的损失 t a b l e2 3d e s t r u c t i v ee f f e c tf r o mr a d i a t i o no f h e a to f d u r a t i v ef i r e 热辐射通最k w m对设备的损害北亡率时间 1 0 一 东北大学硕士论文 第二章事故多米诺效应场景预想及重大事故后果分析 表2 4 瞬间火灾不同热剂量所造成的伤害 t a b l e2 4d e s t r u c t i v ee f f e c tf r o mr a d i a t i o no f h e a to fi n s t a n t a n e o u sf i r e 爆炸的损害半径 通过爆炸事故后果分析可以计算出某一位置的冲击波超压。根据表2 , 5 选取 o 0 0 5 m p a 为临界冲击波压力，根据此值利用相应爆炸事故后果分析模型计算出损 害半径。 表2 5 冲击波超压对建筑物的破坏作用 p m p a 伤害作州 a p m p a 伤害作州 o 0 0 5 0 0 0 6 门、窗玻璃部分破碎 o 0 6 0 0 7 木建筑厂房房柠折断，房价松动 00 0 6 0 0 1 5 受压面的门窗玻璃大部分碎裂o 0 7 0 1 0砖墙倒塌 00 1 5 0 0 2窗框破坏 0 1 0 02 0 防震钢筋混泥十破坏，小房麒倒塌 0 0 2 0 ，0 3 墙裂缝 o 2 0 0 3 0 大型钢架结构破 | 卅、 o 0 4 0 0 5 墙火裂缝，房屋掉r 通过重大危险源辨识及事故后果分析可以选定一级单元及二级单元，界定事 故多米诺效应研究区域。 2 2 2 生成事故顺序 因为只有火灾或爆炸事故才会触发事故多米诺效应的发生，故这里只讨论一 级单元发生火灾或爆炸的事故生成顺序。 首先假设事故的起因和发展之间存在一个线性的关系。也就是说，一个事件 跟随另一个事件发生，结束于一个事故。这罩采用事件树和故障树相结合的方法 来进行一级单元事故顺序生成。 例如把毒性或可燃性物质泄漏作为故障树分析( f t a ) 中的顶事件，作为事件 树分析( e 丁a ) 中的初始事件。故障树可以找出哪些事件是造成事故的根本原因，而 事件树可以发展多种事故后果。根据物质泄漏的故障树可得造成物质泄漏的事件 发展的逻辑图，如图2 1 所示。再以泄漏作为初始事件，利用事件树可得泄漏导致 事故的事件发展逻辑图，如图2 2 所示。把图2 1 与图2 2 相结合，其中每个分支 东北大学硕士论文第二章事故多米诺效应场景预想及重大事故后果分析 就代表一个事故场景。 图21 造成易燃易爆化学品泄漏的事件发展逻辑关系图 f i g 2 1p r o c e s s o f b e f o r e e x p l o s i v es u b s t a n c eo r c o m b u s t i b l es u b s t a n c e l e a k i n g 1 2 东北大学硕士论文第二章事故多米诺效应场景预想及重大事墼堕墨坌堑 图2 2 = | 址漏导致事故的事件发展逻辑关系图 f i g 2 2p r o c e s so f a f t e re x p l o s i v es u b s t a n c eo rc o m b u s t i b l es u b s t a n c el e a k i n g 1 3 一 东北大学硕士论文 第二章事故多米诺效应场景预想及重大事故后果分析 一级单元发生火灾、爆炸释放的能量作用于二级单元，在适当的条件可以触发 二级单元发生事故，二级单元发生事故在适当条件下可触发三级单元发生事故， 也就是事故多米诺效应，如图2 3 所示。根据上述事故场景生成方法可以预测二级 单元、三级单元发生事故场景。 引发事故的 边界条件 抛射碎片 图2 3 多米诺效应事故模式 f i g 2 3t h em e c h a n i s mo f d o m i n oe f f e c tp e r t a i n i n gt om o d e l i n go f c h a i no f a c c i d e n t s 2 3 重大事故后果分析 2 3 1 后果分析的一般程序 f 1 1 后果分析的步骤 ( a ) 选定危险单元。 一1 4 一 击波 东北大学硕士论文第二章事故多米诺效应场景预想及重大事故后果分析 ( b ) 计算单元中有害物质存量。 ( c ) 找出设备的典型故障 ( d ) 计算泄漏量 分析事故可能造成的瞬时或连续的泄漏，计算泄漏量或泄漏流量。 ( e 1 计算后果 分析泄漏可能造成的火灾、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。 m 整理结果 将计算结果整理成表格，并在单元平面图上划出其影响范围。 f 2 ) 后果分析需要的参数 表2 6 后果分析所需参数 t a b l e2 6p a r a m e t e ro f a c c i d e n tr e s u l ta n a l y s i s 类别相芙因素 有害物质 设备 现场 气象 相态、最大质龉或体积、温度、压力、密度、热力学性 质、有害与毒性参数等 1 ：艺流稃、设备类型、设备可能的故障和泄漏位置、泄 漏口形状及尺寸等 设备分布、人员分布、资金密度、设备地理位置、堤j ；! j 高度及面积等 常年主导风向、乎均风速、人气稳定情况、日照情况、 地形情况、地面粗糙度、建筑、树术高度等 ( 3 ) 后果分析模式的选择 一级单元事故后果分析重点是易燃、易爆气体或液体，这些物质发生火灾、 爆炸或泄漏不仅后果严重而且难以控制。 进行后果分析时就需要对每一种可能的后果进行计算。采用上一章介绍的事 故场景生成的方法可以避免对可能的后果造成遗漏。根据不同的事故场景选取不 同的后果分析模型进行计算。这里只分析导致火灾、爆炸的事故场景。 2 3 2 泄漏 泄漏往往是事故的丌始，物质泄漏可能引起重大火灾、爆炸，或毒气伤害事 故。造成泄漏的原因可能有：设备损坏或失灵、误操作等。因此后果分析首先要 考虑泄漏情况。 一1 5 东北大学硕士论文第二章事故多米诺效应场景预想及重大事故后果分析 ( 1 ) 泄漏情况分析 根据各种设备泄漏情况分析，可将工厂( 特别是化工厂) 中容易发生泄漏的 设备分类，通常归纳为：管道、挠性连接器、过滤器、阀门、压力容器或反应器、 泵、压缩机、储罐、加压或冷冻气体容器、火炬燃烧装置或放散管等1 0 类。 ( a ) 、管道。它包括管道、法兰和接头，其典型泄漏情况和裂1 2 i 尺寸分别取管 径的2 0 1 0 0 、2 0 和2 0 1 0 0 。 ( b ) 、挠性连接器。它包括软管、波纹管和铰接器，其典型泄漏情况和裂口尺 寸为： 连接器本体破裂泄漏，裂口尺寸取管径的2 0 1 0 0 ； 接头处的泄漏，裂口尺寸取管径的2 0 ； 连接装置损坏泄漏，裂口尺寸取管径的1 0 0 。 ( c ) 、过滤器。它由过滤器本体、管道、滤网等组成，其典型泄漏情况和裂口 尺寸分别取管径的2 0 1 0 0 和2 0 。 ( d ) 、阀。其典型泄漏情况和裂1 2 1 尺寸为： 阀壳体泄漏，裂口尺寸取管径的2 0 1 0 0 ； 阀盖泄漏，裂口尺寸取管径的2 0 ； 阀杆损坏泄漏，裂口尺寸取管径的2 0 。 从人一机系统来考虑造成各种泄漏事故的原因主要有四类：设计失误、设备 原因、管理原因、人为失误。 泄漏一旦出现，其后果不但与物质的数量、易燃性、毒性有关，而且与泄漏 物质的相态、压力、温度等状态有关。这些状态可以形成多种不同的结合，在后 果分析中，常见的可能的结合有四种：常压液体、加压液化气体、低温液化气体、 加压气体。”1 泄漏物性不同，所造成的泄漏后果也不同，我们这旱只讨论易燃易爆物质， 如表2 7 所示。 无论是气体泄漏还是液体泄漏，泄漏量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长短有关。 一1 6 一 东北大学硕士论文第二章事故多米诺效应场景预想厦重大事故后果分析 表2 7 易燃易爆物质的泄漏后果 t a b l e2 7r e s u l to fe x p l o s i v es u b s t a n c eo rc o m b u s t i b l es u b s t a n c el e a k i n g ( 2 ) 泄漏量计算 当发生泄漏的设备裂口是规则的，且裂口尺寸及泄漏物质的有关热力学、物 理化学性质及参数已知时，可根据流体力学中的有关方程式计算泄漏量。当裂口 不规则时，可采用等效尺寸代替，当遇到泄漏过程中有压力变化等情况发生时， 往往采用经验公式计算。2 ( a ) 液体泄漏 根据伯努利( b e m o u l l i ) 方程可以建立液体经小孔泄漏的速度计算公式： q = c 。爿p i 掣+ 2 9 h 式2 2 中q 液体泄漏流量，k g s ； 巴排放系数，通常取0 6 - - 0 6 4 ，也可按表2 8 取值； 爿泄漏面积，m 2 ； p 泄漏液体密度，k g 掰3 ； p 容器内介质压力，p a ； p 。环境压力，p a ； 譬重力加速度，9 。8 m s 2 ； 矗泄漏口上液位高度，m 。 2 8 液体泄漏系数c ， t a b l e2 8l e a k i n gc o e f f i c i e n to f l i q u i d 1 7 一 ( 2 2 ) 东北大学硕士论文第二章事故多米诺效应场帚预想及重大事故后果分析 对于常压下的液体泄漏速度，取决于裂口之上液位的高低：对于非常压下的 液体泄漏速度，主要取决于容器内介质压力与环境压力之差和液位高低。对也通 过较长管道的液体泄漏，应考虑直管阻力以及管件的局部阻力。 如果容器内的液体是过热液体，即液体的沸点低于环境的温度，如液氨、液 氯等加压液化液体，从裂口喷出后部分液体闪蒸。汽化热来自液体本身，剩余液 体将降温至其常压沸点。闪蒸液体分数为： 凡：丛掣 ( 2 3 ) 式2 3 中凡闪蒸液体分数； c 。液体恒压比热容，k j ( k gk ) ； 丁液体温度，k ； 液体常压沸点，k ： 日，常压沸点下的汽化热，k j k g 。 由式23 计算的e 一般都在o 1 之间，这种情况下一部分液体将作为极小的 分散液滴保留在蒸汽云中。随着与具有环境温度的空气混合，部分液滴将蒸发。 如果来自空气的热量不足以蒸发所有液滴，部分液体将降落地面形成液池。 对于液体是否被带走目前尚没有可接受的模型。有关实验表明，如果e 值大 于0 2 ，则液池不太可能形成。当r 小于0 2 时，可以假定带走液体与兄成线性关 系：e = o ，没有液体被带走；e - = 0 1 ，有5 0 液体被带走等。 ( b ) 气体泄漏 气体从裂口泄漏的速度与其流动状态有关。因此，计算泄漏量时首先要判断 泄漏时气体的流动属于声速还是亚声速流动，前者称为临界流，后者称为次临界 流。 式2 4 成立时，气体流动属声速流动： 旦p ( 斋厂 偿s ， l 托+ l 式2 5 中p ，p 符号意义同前； 女气体的绝热指数，即定压比热c 。与定容比热c 。之比。 1 8 东北大学硕士论文 第二章事故多米诺效应场景预想及重大事故后果分析 气体呈声速流动时，其泄漏量q 0 为 q 0 ：c 。和1 i 面m kl ( 而2j 篙 ( 26 ) 气体呈亚声速流动时，其泄漏量q 0 为： 。却厣翮 ， 上两式中c 。气体泄漏系数，当裂口形状为圆形时取1 o o ，三角形时取0 9 5 ， 长方形时取o 9 0 ； m 气体摩尔质量，k g m o l ； r 气体温度，k 。 当容器内物质随泄漏而压力减少或压力降低而影响泄漏速度时，泄漏速度的 计算比较复杂。如果流速小或时间短，在后果计算中可采取最初排放速度，否则 应计算其等效泄漏速度。 ( c ) 两相泄漏 如果容器中的过热液体泄漏前通过较长的管道就会产生两相泄漏，将对蒸汽 和水的研究结果应用于其他材料，假设系统中出口和上游临界压力之比为o 5 5 ， 则： p 。= 0 5 5 p( 2 8 ) 泄漏中蒸发液体分数凡按式2 9 计算： 乃：掣 b ， 式2 9 中r l 腼界压力下的沸点，k 。 两帽流中气相和液相混合的平均密度p ( 设气相密度为成，液相密度n 为) ， 按式2 1 0 计算： p 2 可了1 万 2 1 0 p f p l 则两相流排放泄漏量为 q = c d 爿压而i 习 1 9 ( 2 ，1 1 ) 东北大学硕士论丈第二章事故多米诺效应场景预想及重犬事故后果分析 式2 1 1 中c j 两相流泄漏系数，一般取0 8 。 关于气体携带液体的比例可以用与前面相似的方法处理。如果凡大于l ，应 按气体泄漏计算；如果凡较小，也可以简单地按液体泄漏计算。 2 3 3 扩散 泄漏物质的特性多种多样，但大多数物质从容器中泄漏出来后，都可发展成 弥散的气团向周围空间扩散。对可燃气体若遇到引火源会着火。这里仅讨论气团 原形释放的开始形式，即液体泄漏后扩散、喷射扩散和绝热扩散。关于气团在大 气中的扩散属环境保护范畴，在此不予考虑。”1 ( 1 ) 液体的扩散 液体泄漏后立即扩散到地面，一直流到低滓处或人工边界，如防火堤、岸墙 等，形成液池。液体泄漏出来不断蒸发，当液体燕友速厦等十泄漏速度时，液池 中的液体量将维持不变。 如果泄漏的液体是低挥发度的，则从液池中蒸发量较少，不易形成气团，对 厂外人员没有危险：如果着火则形成池火灾；如果渗透进土壤，有可能对环境造 成影响，如果泄漏的是挥发性液体或低温液体，泄漏后液体蒸发量大，大量蒸发 在液池上面后会形成蒸气云，并扩散到厂外，对厂外人员有影响。 ( a ) 液池面积。如果泄漏的液体已达到人工边界，则液池面积即为人工边界围 成的面积。如果泄漏的液体未达到人工边界，则从假设液体的泄漏点为中心呈扁 圆柱形在光滑平面上扩散，这时液池半径r 用式2 1 2 和2 1 3 计算： 瞬时泄漏f 泄漏时间不超过3 0 s ) 时， 、厅 ，= 塑】了 f ，12 1 连续泄漏( 泄漏持续l o m i n 以上) 时， ，_ 【丝丛一 印 式2 1 3 中r - 一液池半径，m ； m 泄漏的液体质量，k g ； g 重力加速度，