重大危险源分级标准(征求意见稿)

1、重大危险源分级标准（征求意见稿）1 适用范围本规范规定了重大危险源评估分级的方法和程序。本规范为重大危险源评估分级技术规范， 适用于包括储罐区、 库区、 生产场所等重大危险源。2 规范性引用文件下列文件中的条款，通过本规范的引用而成为本标准的条款。凡是标注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本规范，然而，鼓励根据本规范达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本规范。中华人民共和国安全生产法危险化学品安全管理条例安全生产许可证条例重大危险源辨识（GB18218）安全评价通则关于规范重大危险源监督与管理工作的通知（

2、安监总协调字2005125 号 ）3 术语和定义卜列术语和定义适用于本规范重大危险源 major hazard installations重大危险源是指长期地或者临时地生产、搬运、使用或者储存危险物品，且 危险物品的数量等于或超过临界量的单元（包括场所和设施）。4重大危险源分级判据重大危险源分级判据如表1所示。表1重大危险源分级判据危险源等级一级重大危险源二级重大危险源三级重大危险源四级重大危险源具体判别的依据如下:一级重大危险源：可能造成死亡二级重大危险源：可能造成死亡三级重大危险源：可能造成死亡四级重大危险源：可能造成死亡分级判据死亡人数可能造成30人（含30人）以上可能造成10 29人可

3、能造成39人可能造成1-2人30人（含30人）以上的重大危险源;10-29人的重大危险源；3-9人的重大危险源；1-2人的重大危险源。5重大危险源死亡人数及财产损失计算方法可能造成的死亡人数评价程序为：将重大危险源的周边区域划分成等间隔的网格区，用一笛卡尔坐标体系的 网格覆盖城市的区域地图（如图1所示），网格间距大小取决于当地人口密度，以 不影响计算结果为准。确定每一网格内的人员数量，通过火灾（室内火灾除外卜爆炸、毒物泄漏 扩散事故后果模型计算重大危险源事故在每一网格中心处产生的热辐射、超压或毒物浓度的数值，然后通过热辐射、冲击波超压、中毒概率函数将其其转化为造 成死亡的概率。将每一网格中心的

4、死亡率与人口数量相乘，即得到死亡的人数。将所有网格的死亡人数求和，即得到总的死亡人数。具体用下式表小：(1)nDi S Vi i 1式中，N为总的死亡人数，Di为第i个网格的人口密度，S为网格面积，vi 为第i个网格的个人死亡率，n为网格的数目。FeHRlzen industry: Petroleum refinery iFMflfe 1: 十皿PeSroleunS re-finiryiRBanffukhadlM扁f：Y,二 We| lendb-wDbmt& 后二 dChemical industry图1死亡人数计算原理示意图采用财产损失半径的方法评估事故后果造成的损失， 并假定此半径内没有损

5、 失的财产与此半径外损失的财产相互抵消， 或者说此半径内的财产完全损失，此 半径外的财产完全无损失。财产损失半径通过火灾、爆炸事故后果模型确定。财产损失半径按下式计算:1/3K iWTNTRi21/631751WTNT式中，R为i区半径，m； K为常量。热辐射对建筑物的影响直接取决于热辐射强度的大小及作用时间的长短, 引燃木材的热通量作为对建筑物破坏财产损失半径，计算公式如下:q 6730t 4/5 25400 t W/Mc(2)(3)(4)式中，q为引燃木材的热通量（W/m2）, t为热辐射作用时间，即火灾持续 时间（s）。6重大危险源评价分级程序重大危险源的评价分级程序如下图所示。如果一种

6、危险物质具有多种事故形 态，按照后果最严重的事故形态考虑，即遵循“最大危险原则” 。各类重大危险 源具体事故情景选择、后果计算及死亡概率计算过程参见附录图2重大危险源评价分级程序附录A:重大危险源事故后果模型储罐区重大事故后果分析A.1.1 储罐区的主要事故后果类型A.1.1.1 池火灾易燃液体如汽油、苯、甲醇、乙酸乙酯等，一旦从储罐及管路中泄漏到地面后，将向四周流淌、扩展，形成一定厚度的液池，若受到防火堤、隔堤的阻挡，液体将在限定区域（相当于围堰）内得以积聚，形成一定范围的液池。这时，若遇到火源，液池可能被点燃，发生地面池火灾。A.1.1.2蒸气云爆炸易燃易爆气体如H2、天然气等,泄漏后随着

7、风向扩散，与周围空气混合成易燃易爆混合物， 在扩散扩过程中如遇到点火源， 延迟点火， 由于存在某些特殊 原因和条件，火焰加速传播，产生爆炸冲击波超压，发生蒸气云爆炸。易燃易爆的液化气体如液化石油气、 液化丙烷、 液化丁烷等， 其沸点远小于环境温度，泄漏后将会由于自身的热量、地面传热、太阳辐射、气流运动等迅速蒸发， 在液池上面形成蒸气云， 与周围空气混合成易燃易爆混合物， 并且随着风向扩散，扩散扩过程中如遇到点火源，也会发生蒸气云爆炸。A.1.1.3 喷射火对于易燃易爆气体如H2、天然气,以及易燃易爆的液化气体来说，泄漏后可能因摩擦产生的静电立即点火，产生喷射火。A.1.1.4 沸腾液体扩展蒸气

8、云爆炸易燃易爆的液化气体容器在外部火焰的烘烤下可能发生突然破裂， 压力平衡被破坏，液体急剧气化，并随即被火焰点燃而发生爆炸，产生巨大的火球。这种事故被称为沸腾液体扩展为蒸气云爆炸。A.1.1.5 中毒事故毒性的液化气体如液氯、液氨等，由于沸点小于环境温度，泄漏后会因自身 热量、地面传热、太阳辐射、气流运动等迅速蒸发，生成有毒蒸气云，密集在泄 漏源周围，随后由于环境温度、地形、风力和湍流等因素影响产生漂移、扩散， 范围变大，浓度减小。A.1.2储罐区主要事故后果模型A.1.2.1池火灾事故后果模型池火灾火焰的几何尺寸及辐射参数按如下步骤计算。计算池直径根据泄漏的液体量和地面性质，按下式可计算最大

9、可能的池面积。S亚此访（1）式中，S为液池面积（m2）, W为泄漏液体的质量（kg）,为液体的密度（kg/m3） Hmin为最小油层为度（m）。最小物料层厚度与地面性质对应关系见表1。表1不同性质地面物料层厚度表地面性质最小物料层厚度（m）草地粗糙地面平整地面混凝土地面平静的水面确定火焰高度计算池火焰高度的经验公式如下：h L D 42 m（ 0 .gD）061（2）式中：L为火焰高度（m）, D为池直径（m）, mf为燃烧速率（kg/m2s）,P 0为空气密度（kg/m3）, g为引力常数计算火焰表面热通量假定能量由圆柱形火焰侧面和顶部向周围均匀辐射，用下式计算火焰表面的 热通量:一一 一

10、2-0.25 D Hcmf fqo 20.25 D2 DL（3）式中，qo为火焰表面的热通量（kw/m2）, A He为燃烧热（kJ/kg）,冗为圆周率，f为热辐射系数（可取为），mf为燃烧速率（kg/m2s）,其它符号同前。目标接收到的热通量的计算目标接收到的热通量q（r）的计算公式为:q(r)qo(1 0.058lnr)V（4）式中，q（r）为目标接收到的热通量（kw/m2）, q。为由式（3）计算的火焰表 面的热通量（kw/m2）, r为目标到油区中心的水平距离（m）, V为视角系数。视角系数的计算角系数V与目标到火焰垂直轴的距离与火焰半径之比s,火焰高度与直径之比h有关。V(Vv2 V

11、2)A(b1/s)tan 1b1s0.51/(b21)0.5b1s1B(a1/s)tan 1a1s10.5/(a21)05a1s1(5)(6)VHA BVvtan 1(h/(s2 1)0.5)/s h(J K)/sa05 tana 10.5a1 s1a1s11K tan s 1 / s 122-a (h s 1)/(2s)b (1 s2)/(2s)(9)(10)(11)(12)(13)其中A、B、J、K、Vh、Vv是为了描述方便而引入的中间变量，冗为圆周率A.1.2.2蒸气云爆炸事故后果模型蒸气云爆炸产生的冲击波超压是其主要危害。 冲击波超压可通过传统的TNT 当量系数法进行计算，将事故爆炸产

12、生的爆炸能量等同于一定当量的 TNT,也可 根据爆炸能量直接计算。(1) TNT当量法确定闪蒸系数在热力学数据资料的基础上，用下式估算燃料的闪蒸部分。Cp TF 1 exp L(14)式中，F为蒸发系数，g为燃料的平均比热(kJ/kgK), AT为环境压力下容器 内温度与沸点的温差(K), L为汽化热(kJ/kg)。计算云团中燃料的质量：(15)Wf 2FW式中，Wf为云团中燃料的质量(kg), W为泄漏的燃料的质量(kg), F为闪蒸 系数。计算TNT当量：WtnteWf H f / H TNT(16)式中，Wtnt为燃料的TNT当量(kg), Wf为云团中燃料的质量(kg), Hf为燃料的

13、燃烧热(MJ/kg), Htnt为TNT的爆 热(MJ/kg), 3为TNT当量系数，推 荐 Ofe=0将实际距离转化为无因次距mo1无因次距离实际距离mkg3 Wtnt01无因次超压X1/3R R/Wtnt(17)式中，R为离爆炸点的实际距离(m), R为无因次距离(m)。在离爆炸点距离为R处，根据相应的R值，查图1得到超压，进_ _图1 A Ps R曲线 而预测人员受伤害和建筑受破坏的I情况。(2)直接计算法在得到云团中燃料的质量的情况下，可按下式直接计算爆炸冲击波超压A p 23ln( ps / pa)0.9126 1.5058(lnZ) 0.1675(ln Z) 0.0320(ln Z

14、)(18)(Z100& 100表2液体泄漏系数Cd这个方法没有考虑泄漏速率对时间的依赖关系 （压力随时间而降低以及液压高度下降）。因此，计算出的泄漏速率是保守的最大可能泄漏速率。气体泄漏模型压力气体泄漏通常以射流的方式发生，泄漏的速度与其流动的状态有关，其特征可用临界流（最大出口速度等于声速）或亚临界流来描述。Perry等人用如下的关系式作为临界流的判断准则：当式（40）成立时，气体流动属音速流动；当式（41）成立时，气体流动属亚音速流动。P0P(40)(42)式中，Po为环境大气压力（Pa）, P为容器压力（Pa）, k为气体的绝热指数，即定压比热CP和定容比热Cv之比。对于很多气体，临界比

15、值（P/R） c r近似为2,也就是说储压近似等于大气压力的两倍，此时流体泄漏的出口速度近似等于声速。 临界流的质量泄漏速率可按下式计算:Q CdAPk 1Mk 2 k 1RT k 1(42)气体呈亚音速流动时，其泄漏量为:k 1Mk 2 k 1Q YCdAPRT k 1式中，Q是气体泄漏速率（kg/s）, Cd为气体泄漏稀疏,(43)A为裂口面积（m2）,M是气体相对分子质量，R是普适气体常数（J mol-1K1）,T是气体的储存温度（K）, Y为气体膨胀因子，按式（44）计算。(44)没有考虑气体泄漏速上述考虑的为理想气体的不可逆绝热扩散过程。 止匕外, 率随时间的变化，因此使用初始储存条

16、件必然导致保守的结果两相流泄漏模型Cude在1975年建议了两相流泄漏关系式。假设源容器和泄漏点之间的管道长度和管道直径之比L/ D12,泄漏点压力与泄漏点上流压力之比P/P=。具体计算方法如下:第一步，按下式计算两相流的质量分数:Hv(45)式中，Mv为蒸发的液体占液体总量的比例，Tc是对应于泄漏点压力 R的平衡温度（K）, T是对应于泄漏点上流压力 P的平衡温度（K）, Cp是液体的定压比热J/ （kg - K）, Hv是液体的蒸发热（J/kg）。第二步，按下式计算两相流的平均密度:(46)式中，、v和1分别是两相流、蒸气和液体的密度（kg/m3）。第三步，按下式计算两相流的质量泄漏速率

17、Q （kg/S）：Q ACdv2 （P PC）（47）式中，Cd为泄漏系数，多数情况下，取 Cd=, A为裂口面积（m2）, P为两 相混合物的压力（Pea）, Pc为临界压力（Pa）。如果L/ D0.1m的粗糙地形扩散系数为:y y0 fyz z0 fzIn xfy(Zo) 1 aZofz(x,Zo)(bo Colnx)(doeolnx)1Zof0g0式中，（T y0、（T z0按表4中的数值取值。其他系数按表5取值表5不同大气稳定度下的系数值稳定度ABCDEFa0b0C0d0e0f0g0式（49）和式（50）中泄漏源有效高度是指泄漏气体形成的气云基本上变成水平状时气云中心的离地高度。在大多

18、数问题中，泄漏源有效高度难以与泄漏源实际高度相一致。事实上，它等于泄漏源实际高度加泄漏源抬升高度。泄漏源抬升高度可以用下面的公式近似计算： _ _ 1,、H Vsd1.5 0.268Pa（Ts Ta）Ts d/V（51）或H 2.4Vsd/V（52）式中：AH是泄漏源抬升高度（m）, Vs是气云出口速度（m/s）, d是出口 直径（m）, V是环境风速（m/s）, pa是环境大气压力（Pa）, Ts是气云出口温度（K）, Ta是环境大气温度（K）。计算出泄漏源抬升高度以后，将泄漏源抬升高度与泄漏源实际高度相加就得 到了泄漏源有效高度。（3）重气云扩散模型常用模型有盒子模型和平板模型两类。盒子模

19、型用来描述瞬间泄漏形成的重气云团的运动，平板模型用来描述连续泄漏形成的重气云羽的运动。这两类模型的核心是因空气进入而引起的气云质量增加速率方程。盒子模型盒子模型使用如下假设：I、重气云团为正立的坍塌圆柱体，圆柱体初始高度等于初始半径的一半。II、在重气云团内部，温度、密度和危险气体浓度等参数均匀分布。III、重气云团中心的移动速度等于风速。重气扩散的盒子模型示意图如下图所示。_/Zw/ 云函向外的铃向运动图2重气云团盒子模型坍塌圆柱体的径向蔓延速度由下式确定:Vf dr/dt g ( a)/ a h(53)式中，Vf为圆柱体的径向蔓延速度（m/s）, r为圆柱体半径（m）, h为圆柱体高度（m

20、）, t为泄漏后时间（s）。等式两边同时乘以2r,上式变成下面的形式:2dr2/dt 2 g (2 1/2(54)a)/ a hr2 a a1/2由于假设重气云团和环境之间没有热量交换，重气云团的浮力将守恒，即:g( a)/ a V g( a)/ a V。(55)将上式代入式（53）,积分后得到:r 2ro22 g ( o a ) / a VO /1/2t( 56)式中，ro为重气云团的初始半径(m), V0为重气云团的初始体积(m3),o为重气云团的初始密度(kg/m 3)。由于假设重气云团是圆柱体， 初始高度等于初始半径的一半， 因此重气云团初始半径的计算公式为：ro(2VO / )1/3

21、(57)随着空气的不断进入， 云团的高度和体积也将不断变化。 云团体积随时间的变化速率由下式确定：2dV / dt ( R2)VT(2 Rh)VE( 58)式中，重气云团体积VR2h, Vt和VP分别为空气从顶部和边缘进入重气云团的速率(m/s)。由于重气云团内部危险气体质量守恒， 因此， 在重气云团扩散过程中， 下式存立：22C/CO VO /V(horo2)/(hr2)(59)式中，Co和C分别为初始时刻和t时刻重气云团内部危险物质浓度(kg/m3)。任意时刻重气云团的半径按式(56)计算。如果知道任意时刻重气云团高度的计算公式， 利用上式就可计算任意时刻重气云团内部危险物质浓度。 但这里

22、不准备采用先推导重气云团高度的计算公式， 然后计算重气云团体积和危险物质浓度的方法。 而是先采用量纲分析法求重气云团的体积和浓度， 然后利用上式反推重气云团的高度。无量纲量V / Vo与x/vO/3之间存在如下函数关系：1/3 1.51/3V Vo (x /Vo ) , x Vo( 60)式中，x为下风向距离(m)0它与时间、风速之间的关系为：x Vt( 61)将上式代入式(52)，得到：62)63)1/31.51/3C Co (x/ Vo ), x Vo将圆柱形重气云团的体积Vr2h代入式（60）,可推导出1/ 3 1.521 /3h Vo(x/Vo ) /( r ),x Vo随着空气的不断

23、进入， 重气云团的密度将不断减小， 重气坍塌引起的扩散将逐步让位于环境湍流引起的扩散。目前，判断重气坍塌过程终止的准则主要有：I、e准则定义 （p a）/ a。e准则认为，如果e小于或等于某个临界值（在之），重气坍塌引起的扩散将让位于环境湍流引起的扩散。下面推导转变发生的位置，令：E gV（ p a）/ a（64）gV将式（60）代入式（64） ，得到：E g Vo（x/Vo1/3 ）1.5（65）从上式求出X,得到：2/31/32/3X E Vo（g ）（66）由于不考虑云团与环境之间的热交换， 云团浮力守恒， 故 E=E0。 代入上式得到转变点对应的下风向距离为：2/31/32/3Xf E

24、o Vo（g cr）（67）II、 Ri 准则对于瞬间泄漏，定义Richardson数Ri （g（ pa）/ a）V1/3/V*2。Ri准则认为，如果Ri小于或等于某个临界值（在110之间），重气坍塌引起的扩散将让位 于环境湍流引起的扩散。由于云团内部浮力守恒，因此Eo E gV（ a）/ a（68）对上式进行恒等变换，得到：( a)/ aEo/(gV)(69)将式(69)代入Richardson数的定义式，得到：RiEo /( xVo1/ 3V*2)(70)从上式求出转变点下风向距离x,得到：1/32xfEo /(RicrVo1/3V*2)(71)III、 Vf 准则定义重气云团径向蔓延速度

25、 Vf=dr/dt。Vf准则认为，如果 Vf小于或等于某 个临界值，重气坍塌引起的扩散将让位于环境湍流引起的扩散。不同研究人员提出的重气云扩散阶段终止时的临界Vf 值相差很大。例如，van Ulden认为，重气云扩散阶段终止的条件是 Vf= 2V*, Germeles和Drake认为， 重气云扩散阶段终止的条件是 Vf = V, Cox和Carpenter认为，重气云扩散阶段终 止的条件是Vf=d(ry/dt, 小st）, w=0（当Wst）, a为恒定压力下理想配比时燃烧的膨胀比（碳氢化合物一般取a =8）, 小为燃料所占混合物的体积比，小st为理想配比时燃料占的体积比。燃烧速度s= Uwv

26、o如果知道蒸气云团的组成和火焰的几何形状，就可以计算闪火产生的热辐射影响。火焰宽度火焰宽度 W 随时间变化关系：W 2R2 (R St)21/2(96)热辐射能平面物体单位面积上接收的辐射能由下式计算：q EF a( 97)式中，E为辐射能(KW/m2), F为几何视角系数，pa为大气传输率。在保守计算场合，若是干燥晴朗的天气一般可取ra=1,已知湿度时可用a log(14.1RH 0.108 X 0.13)(98)式中，RH为相对湿度，X为到目标物的距离(m)。几何视角因子假设辐射面和接受面是两个互相平行的平面， 则 F 可用Fmax 表示，计算关系如下：Fmax=(Fh2+FV2)( 99)Fh=tan-1(1/Xr)-AXrtan-1(A) / 兀Fv=HAtan-1(A)+(B/H)tan-1(B) / 兀A=1/(Hr2+Xr2)B=Hr /(1+Xr2)Hr=H/bXr=X/bb=1/2W当X和Hr给定时，可以根据以上公式计算出最大视角系数F,也可以查表7或图 4 得到 F 值。A.3.2.8中毒事故见A.1.3节中毒事故后果模型死亡概率的计算方法A.4.1火灾死亡概率计算方法首先通过火灾的事故后果模型得出计算位置处的热辐射通量数值，然后通过火灾热辐射概率方程确定死亡概率。火灾的事故后果主要包括：池火灾、喷射火、闪火、非腾液体扩展蒸气云爆 火球（Bleve）、