安全评价中常用计算.ppt

九绵高速C2标安全评价常用计算 2016年1月 蒸汽云爆炸的伤害模型 蒸汽云爆炸是由于以 预混云 形式扩散的蒸汽云遇火后在某一有限空间发生爆炸而导致的 泄漏的油品如果没有发生沸腾液体膨胀蒸汽云爆炸现象或立即引发大火 溶剂油或燃料油等物质的低沸点组分就会与空气充分混合 在一定的范围聚集起来 形成预混蒸汽云 蒸汽云爆炸的伤害模型 如果在稍后的某一时刻遇火点燃 由于气液两相物质已经与空气充分混合均匀 一经点燃其过程极为剧烈 火焰前沿速度可达50 100m s 形成爆燃 对蒸汽云覆盖范围内的建筑物及设备产生冲击波破坏 危及人们的生命安全 蒸汽云爆炸的伤害模型 发生蒸汽云爆炸现象最起码应具备以下几个条件 周围环境如树木 房屋及其它建筑物等形成具有一定限制性空间 延缓了点火的过程 充分预混了的气液两相物质与空气的混合物 一定量的油品泄漏 蒸汽云爆炸的伤害模型 爆源的TNT当量计算TNT当量计算公式 WTNT WQf QTNT式中 WTNT 易燃液体的TNT当量 kgTNT Wf 易燃液体的质量 kg Qf 易燃液体的燃烧热 MJ kg QTNT TNT的爆热 取4 52MJ kg TNT爆热为4 52MJ kg TNT当量计算 TNT当量计算公式如下 WTNT Wf Qf QTNT式中 WTNT 蒸汽云的TNT当量 kg Wf 蒸汽云中燃料的总质量 kg 蒸汽云当量系数 统计平均值为0 04 Qf 蒸汽的燃烧热 MJ kg QTNT TNT的爆炸热 4 52MJ kg TNT当量计算 对于地面爆炸 由于地面反射作用使爆炸威力几乎加倍 一般应乘以地面爆炸系数1 8 所以我们经常用到的公式WTNT Wf Qf QTNT就变为 WTNT 1 8 0 04 Wf Qf QTNT TNT当量计算 以异丁烯的库存量18 3吨为例举例说明 异丁烯的计算 18 3吨 浓度99 异丁烯分子量为56 111kg异丁烯为1000 56 11 17 82mol异丁烯燃烧热为2705 3kj mol 2705 3 17 82 48 21MJ kg异丁烯的WTNT 1 8 0 04 18 300 1000 0 99 48 21 4 52 13912 43kg TNT当量计算 我们再举一个例子 l节油罐车溶剂油的TNT当量计算WTNT 易燃液体的TNT当量 kgTNT Wf 易燃液体的质量 kg 790 0 8 60Qf 易燃液体的燃烧热 MJ kg 溶剂油燃烧热值为43 69MJ kg QTNT TNT的爆热 取4 52MJ kg TNT爆热为4 52MJ kg TNT当量计算 将以上数据代入公式WTNT 1 8 0 04 Wf Qf QTNT 1 8 0 04 790 0 8 60 43 69 4 52 Kg这个数字大家可以自己计算一下经验 一般来说TNT的当量相当于物质重量的70 75 蒸汽云爆炸时死亡半径 运用范登伯 VandenBerg 和兰诺伊 Lannoy 方程计算蒸汽云爆炸时死亡半径为 R 13 6 WTNT 1000 0 37根据最大可能危险原则计算 可以认为此半径内的人员全部死亡 半径以外无一人死亡 这样可以使问题简化 蒸汽云爆炸时死亡半径 举一个简单的例子 当可燃蒸汽的TNT当量为1000Kg时则 R0 5 13 6 WTNT 1000 0 37 13 6m 蒸汽云爆炸时死亡半径 X 0 3967W1 3TNTexp 3 503 0 7241ln p 0 0398 ln p 2 式中X 伤害半径 p 超压Psi 1Psi 6 9Kpa 死亡半径的 p按90Kpa 13 04Psi 重伤半径的 p按44Kpa 6 377Psi 轻伤半径的 p按17Kpa 2 464Psi 财产损失 p按13 8Kpa 2 00Psi 这个后面括号里面的数据带入到上面的公式就可以直接计算 蒸汽云爆炸时死亡半径 计算100t丁二烯储罐蒸汽云爆炸伤害区 丁二烯的蒸汽云爆炸的效率因子 表明参与爆炸的可燃气体的分数 一般取3 或4 这里我们取3 首先计算TNT当量WTNT 1 8 0 03 Wf Qf QTNT 1 8 0 03 100 1000 50 41 4 52 60223kg 蒸汽云爆炸时重伤半径 重伤半径R2 超压值44000Pa 重伤半径由下列方程求解 PS 0 137Z 3 0 119Z 2 0 269Z 1 0 019Z R2 E P0 1 3 PS 44000 P0 0 4344式中 E为爆炸能量 P0为环境大气压 蒸汽云爆炸时轻伤半径 轻伤半径R3 超压值17000Pa 轻伤半径由下列方程求解 PS 0 137Z 3 0 119Z 2 0 269Z 1 0 019Z R3 E P0 1 3 PS 17000 P0 0 1678 蒸汽云爆炸时财产损失半径 财产损失半径R财 超压值13800Pa 对于爆炸性破坏 财产损失半径R财的计算公式为 R财 5 6WTNT1 3 1 3175 WTNT 2 1 6式中5 6 4 6 为二次破坏系数 蒸汽云爆炸时重伤与轻伤半径 另一计算公式r 0 3967WTNT1 3exp 3 5031 0 7241ln p 0 0398 ln p 2 注意 这里超压值 p的单位是psi 1psi 6 9kPa 注 重伤与轻伤半径手工不能计算 需要计算机模型 小结 关于轻伤半径和财产损失半径 我们这里先这样介绍一下 学习是一个循序渐进的过程 只要持续学习 终身学习就会不断长进 选择学习就意味着选择进步 池火灾 火灾评价的一种模型 液体泄漏 一般会引起池火灾 池火灾的破坏主要是热辐射 如果热辐射作用在容器和设备上 尤其是液化气体容器 其内部压力会迅速升高 引起容器和设备的破裂 如果热辐射作用于可燃物 会引燃可燃物 如果热辐射作用于人员 会引起人员烧伤甚至死亡 池火灾 1 柴油泄漏量设定一个5000m3柴油罐底部DN200进油管管道破裂出现长50cm 宽1cm的泄漏口 泄漏后10分钟切断泄漏源 泄漏的液体在防火堤内形成液池 泄漏时工况设定情况见表9 4 油品连续泄漏工况 池火灾 池火灾 柴油泄漏量用柏努利公式计算 Q CdA 2 P P0 2gh 1 2W Q t式中 Q 泄漏速率 kg s W 泄漏量 kg t 油品泄漏时间 s t 600sCd 泄漏系数 长方形裂口取值0 55 按雷诺数Re 100计 池火灾 A 泄漏口面积 m2 A 0 005m2 泄漏液体密度 kg m3 P 容器内介质压力 Pa P0 大气压力 Pa g 重力加速度 9 8m s2 h 泄漏口上液位高度 m 柴油罐液面安全高度15 9m 池火灾 经计算Q 42 23kg s W 25341kg 10分钟泄漏量 池火灾 2 泄漏柴油总热辐射通量Q w 柴油泄漏后在防火堤内形成液池 遇点火源燃烧而形成池火 总热辐射通量Q w 采用点源模型计算 Q r2 2 rh mf Hc 72mf0 61 1 池火灾 式中 mf 单位表面积燃烧速度kg m2 s 柴油为0 0137 Hc 柴油燃烧热 Hc 43515kJ kg h 火焰高度h m 按下式计算 h 84r mf O 2gr 1 2 0 6 O 环境空气密度 O 1 293kg m3 g 重力加速度 9 8m S2 池火灾 燃烧效率因子 取0 35 r 液池半径 m r 4S 1 2S 液池面积 S 3442m2 W 泄漏油品量kg 柴油密度 870kg m3 火灾持续时间 T W S mf 池火灾 计算结果 Q w 1006347 kw T 537s 9min 池火灾 火灾通过辐射热的方式影响周围环境 根据概率伤害模型计算 不同入射热辐射通量造成人员伤害或财产损失的情况表9 5 表9 5热辐射的不同入射通量造成的伤害及损失 池火灾 池火灾 设全部辐射热量由液池中心小球面发出 则距池中心某一距离 x 处的入射的热辐射强度I w m2 为 I Qtc 4 x2式中 Q 总热辐射通量 w tc 热传导系数 取值1 x 目标点到液池中心距离及火灾伤害半径 m 距液池中心不同距离热辐射强度预测值见表9 6 表9 6距液池中心不同距离热辐射强度预测值 池火灾 池火灾 油库区内建构筑物受到的热辐射强度见表9 7 表9 7建构筑物受到的热辐射强度预测值 池火灾 池火灾 各伤害等级距池中心的距离计算结果见表9 8 表9 8柴油罐泄漏池火灾热辐射伤害距离 池火灾 重大事故后果分析方法 火灾 易燃 易爆的气体 液体泄漏后遇到引火源就会被点燃而着火燃烧 燃烧方式有池火 喷射火 火球和突发火4种 重大事故后果分析方法 火灾 1池火可燃液体 如汽油 柴油等 泄漏后流到地面形成液池 或流到水面并覆盖水面 遇到火源燃烧而成池火 1 1燃烧速度当液池中的可燃液体的沸点高于周围环境温度时 液体表面上单位面积的燃烧速度dm dt为 重大事故后果分析方法 火灾 式中dm dt 单位表面积燃烧速度 kg m2 s Cp 液体的定压比热 J kg K Tb 液体的沸点 K To 环境温度 K H 液体的气化热 J kg 重大事故后果分析方法 火灾 当液体的沸点低于环境温度时 如加压液化气或冷冻液化气 其单位面积的燃烧速度dm dt为 式中符号意义同前 燃烧速度也可从手册中直接得到 重大事故后果分析方法 火灾 表6 3列出了一些可燃液体的燃烧速度 下表是每小时 每平米的燃烧度使用时换算成秒 即现有数据除以3600 单位制 m2 s 重大事故后果分析方法 火灾 重大事故后果分析方法 火灾 1 2火焰高度设液池为一半径为r的圆池子 其火焰高度可按下式计算 式中h 火焰高度 m r 液池半径 m 0 周围空气密度 kg m3 g 重力加速度 g 9 8m s2 dm dt 燃烧速度 kg m2 s 重大事故后果分析方法 火灾 1 3热辐射通量当液池燃烧时放出的总热辐射通量为 式中Q 总热辐射通量 W 效率因子 可取0 13 0 35 一般用0 18 其他符号意义同前 重大事故后果分析方法 火灾 1 4目标入射热辐射强度假设全部辐射热量由液池中心点的小球面辐射出来 则在距液池中心某一距离x处的入射热辐射强度为 重大事故后果分析方法 火灾 式中I 热辐射强度 W m2 Q 总热辐射通量 W tc 热传导系数 在无相对理想的数据时 可取为1 x 目标点到液池中心距离 m 重大事故后果分析方法 火灾 2喷射火加压的可燃物质泄漏时形成射流 如果在泄漏裂口处被点燃 则形成喷射火 这里所用的喷射火辐射热计算方法是一种包括气流效应在内的喷射扩散模式的扩展 把整个喷射火看成是由沿喷射中心线上的几个点热源组成 每个点热源的热辐射通量相等 重大事故后果分析方法 火灾 点热源的热辐射通量按下式计算 重大事故后果分析方法 火灾 式中q 点热源热辐射通量 W 效率因子 可取0 35 Qo 泄漏速度 kg s Hc 燃烧热 J kg 重大事故后果分析方法 火灾 从理论上讲 喷射火的火焰长度等于从泄漏口到可燃混合气燃烧下限 LFL 的射流轴线长度 对表面火焰热通量 则集中在LFL 1 5处 n点的划分可以是随意的 对危险评价分析一般取n 5就可以了 射流轴线上某点热源i到距离该点工处一点的热辐射强度为 重大事故后果分析方法 火灾 重大事故后果分析方法 火灾 式中Ii 点热源i至目标点x处的热辐射强度 W m2 q 点热源的辐射通量 W R 辐射率 可取0 2 x 点热源到目标点的距离 m 某一目标点处的入射热辐射强度等于喷射火的全部点热源对目标的热辐射强度的总和 重大事故后果分析方法 火灾 重大事故后果分析方法 火灾 式中n 计算时选取的点热源数 一般取n 5 重大事故后果分析方法 火灾 3火球和爆燃低温可燃液化气体由于过热 容器内压增大 使容器爆炸 内容物释放并被点燃 发生剧烈的燃烧 产生强大的火球 形成强烈的热辐射 火球半径为 重大事故后果分析方法 火灾 重大事故后果分析方法 火灾 式中R 火球半径 m M 急剧蒸发的可燃物质的质量 kg 火球持续时间为 重大事故后果分析方法 火灾 重大事故后果分析方法 火灾 式中t 火球持续时间 s 火球燃烧时释放出的辐射热通量为 重大事故后果分析方法 火灾 重大事故后果分析方法 火灾 式中Q 火球燃烧时辐射热通量 W Hc 燃烧热 J kg 效率因子 取决于容器内可燃物质的饱和蒸气压 0 27p0 32 目标接受到的入射热辐射强度为 重大事故后果分析方法 火灾 重大事故后果分析方法 火灾 式中Tc 传导系数 保守取值为1 x 目标距火球中心的水平距离 m 重大事故后果分析方法 火灾 4固体火灾固体火灾的热辐射参数按点源模型估计 此模型认为火焰射出的能量为燃烧的一部分 并且辐射强度与目标至火源中心距离的平方成反比 即 重大事故后果分析方法 火灾 重大事故后果分析方法 火灾 式中qr 目标接受到的辐射强度 W m2 f 辐射系数 可取f 0 25 Mc 燃烧速率 kg s Hc 燃烧热 J kg x 目标至火源中心间的水平距离 m 重大事故后果分析方法 火灾 5突发火泄漏的可燃气体 液体蒸发的蒸气在空中扩散 遇到火源发生突然燃烧而没有爆炸 此种情况下 处于气体燃烧范围内的室外人员将会全部烧死 建筑物内将有部分人被烧死 突发火后果分析 主要是确定可燃混合气体的燃烧上 下极限的轮廓线及其下限随气团扩散到达的范围 为此 可按气团扩散模型计算气团大小和可燃混合气体的浓度 重大事故后果分析方法 火灾 6火灾损失火灾通过辐射热的方式影响周围环境 当火灾产生的热辐射强度足够大时 可使周围的物体燃烧或变形 强烈的热辐射可能烧毁设备甚至造成人员伤亡等 火灾损失估算建立在辐射通量与损失等级的相应关系的基础上 表6 4为不同入射通量造成伤害或损失的情况 重大事故后果分析方法 火灾 重大事故后果分析方法 火灾 重大事故后果分析方法 火灾 从表6 4中可看出 在较小辐射等级时 致人重伤需要一定的时间 这时人们可以逃离现场或隐蔽起来 火球伤害区示意图 什么是TNT TNT 2 4 6 三硝基甲苯 梯恩梯 茶褐炸药 2 4 6 Trinitrotoluene TNT 是一种烈性炸药 呈黄色粉末或鱼鳞片状 难溶于水 可用于水下爆破 由于威力大 常用来做副起爆药 爆炸后呈负氧平衡 产生有毒的一氧化碳 故不适用于地下工程爆破 什么是TNT 三硝基甲苯 Trinitrotoluene TNT 2 4 6 trinitromethylbenzene 是一种带苯环的有机化合物 溶点为摄氏81度 它带有爆炸性 常用来制造炸药 它经由甲苯的氮化作用