化工安全工程课件-2

1、化工安全工程化学工程学院图4-1 后果分析程序 P70 页 教材 第第 4 章章 第第 5 章章 可燃和/或有毒？ 可可 燃燃 有有 毒毒 第六章第六章 管线、设备的破裂、断裂、失效 贮罐或管线上的小孔 反应失控 外部火焰对容器的作用 其他 释放事件的选择 选择释放事件源模型，描述释放事件、结果包括： 释放总量 （或释放持续时间） 释放速率 物质状态 选择扩散模型 Atmospheric Dispersion Models 中性浮力 重气 其他 结果可能包括： 下风向浓度 影响区域 持续时间 关关 联联 第五章：毒物泄漏及扩散模型第五章：毒物泄漏及扩散模型主要内容：主要内容：v有毒物质泄漏及扩

2、散模型的意义P.107页前言、步骤、作用v扩散影响参数v中性浮力扩散模型vPasquill-Gifford模型v重气扩散：需增加一部分内容v毒性作用标准多个标准（P 123页）例子v释放动量和浮力的影响v释放缓解前言（前言（P107P107）：）：1、有毒物质泄漏扩散模型的意义事故期间，过程单元或设备释放出大量有毒物质，所有形成的危险气云可能传播到整个工厂区域和当地社区。重大化学品事故（如Bhopal）的发生及后果，使人们意识到应急计划的重要性及将工厂设计成毒物释放事故发生最少、事故后果最小化的重要性。好的安全计划应能在事故发生前确定问题所在。化学工程师、安全工程师必须了解毒物释放的所有可能情

3、况，以避免释放事故；若发生毒物释放，尽可能降低其影响及影响区域。需要毒物释放模型，描述其迁移转化过程规律。前言前言（P107P107）：2、作用v毒物释放和扩散模型是后果模拟步骤的重要部分；是应急管理、应急响应、应急决策的基础。3、步骤-三步确定泄漏事件、泄漏源（第4章介绍了7种泄漏源模型）建立源模型，对事故释放、释放速率、释放量等进行描述。应用扩散模型估算下方向有毒有害物质的浓度，并由此根据一些准则来评估释放的后果及影响。（5.4节） 5.1 扩散影响参数扩散影响参数（P107P107）v扩散模型用于描述事故释放后由释放源开始向其他地点及大范围区域的大气输送过程。释放发生后，大气中的毒害物质

4、在风作用下以烟羽方式（连续源，图5-1）、或云团方式（瞬时源，图5-2）带走。1. 风图5-1 物质连续泄漏形成烟羽物质连续泄漏形成烟羽连续泄漏处形状与风速有关、与气云性质有关、地形，释放源位置及性质有关烟羽：通过与新鲜空气混合而消散风速1. 风图5-2 物质瞬时泄漏形成烟团物质瞬时泄漏形成烟团 物质瞬时泄漏生成烟团 t1时的烟团 t 2时的烟团 风速 三个烟团表面浓度相等：c环 烟团向下风移动并通过与新鲜空气混合而消散 5.1 扩散影响参数扩散影响参数（P107P107）多个因素影响着毒害物质在大气中的扩散：u风速；u大气稳定度；u地形条件（建筑物、地面类型、地面构筑物）；u释放源离地面的高

5、度；u释放的初始动量和浮力。 2. 大气稳定度（P108P108）v 大气稳定度与空气的垂直混合有关，昼间，空气温度随高度增加而下降，地面处受热密度变小（蒸腾），空气向上运动；夜晚，空气温度随高度增加下降不多，垂直运动较少。 图5-3，昼间和夜间空气温度随高度的变化，温度梯度影响空气的垂直运动夜间 昼间2. 大气稳定度（P108P108）稳定度划分：不稳定、中性和稳定划分标准：对地面加热速度与地面散热速度相对快慢 不稳定：加热速度地面散热速度 地面附近的空气温度比高处的空气温度高，地表附近空气的密度小，上层空气密度大，密度小的空气在这种浮力作用下上升，导致大气不稳定。晴天上午9、10点后，肉眼

6、会观测到地表升腾；春秋早晨水雾消散。中性：加热速度=散热速度。热量对大气扰动很小，但很难长久保持。稳定：加热速度散热速度。地面附近的温度比高处空气的温度低，地表附近空气密度大于高处空气的密度。重力影响抑制了大气机械湍流。 3. 地面条件（P109P109）v地面条件通过对大气施加曳力（摩擦力）改变风速分布及大小。v平坦的地面、水面等曳力小。v高层建筑、密集建筑群等曳力比较大。图5-3 地面情况对垂直风速梯度的影响 地面条件：影响地表的机械混合和随高度变化的风速 4.释放高度v随着泄漏高度的增加，烟羽达到地面的时间和距离均增加；此外，烟羽到达地面时的浓度也会更低，原因是烟羽被更多的稀释。图5-5

7、 泄漏高度增加地面浓度降低对地面浓度的影响很大。释放高度越大，地面浓度越低。L2L1H1H2。5.释放物质的浮力和动量释放物质的浮力和动量改变了泄漏的有效高度；释放物质的物化性质决定了扩散影响的区域和程度。内部浮力占支配地位转变区周围环境湍流占支配地位初始加速和稀释风源图5-6 泄漏物质的初始动量和浮力影响烟羽的特性,D v喷射气体动量将气体带到释放点上方高处，使有效释放高度更高。v气体喷出后根据气体物化性质（ ，D ）等导致气体是（上浮还是下沉）及其快慢。v经过一定时间在空气里传播后，释放的气体被充分稀释混合，与局部大气环境物化性质一致，变为中性浮力气体。5.释放物质的浮力和动量喷泉 5.2

8、 中性浮力扩散模型（P110P110）v中性浮力扩散模型用来估算释放后所释放出的气体与空气混合，并导致混合气体具有中性浮力后下风向各处的浓度；适用于低浓度气体，如浓度10-6量级。v见图5-1和5-2给出了两种中性浮力蒸气云扩散模型：烟羽（连续源释放）和烟团模型（瞬时释放）。烟团模型可用来描述烟羽；对涉及动态烟羽的研究（如风向变化），须使用烟团模型。浓度随释放时间、风速和释放距离变化的公式：（5-7）Kj：漩涡扩散率（湍流扩散系数），取决于大气湍流程度、地形条件等 对式（5-9）可给定适当的初始条件（t=0的条件）和边界条件（释放到大气后一定距离处浓度不受释放源影响的大气条件，如离源50m、1

9、00m处不受影响），作为扩散模型的理论基础。jtjjjccucKtxxxj假设空气不可压缩假设空气不可压缩（5-9）图5-7：风作用下连续点源泄露（烟羽） x：风向；y：横风向；z：垂直风向5.2 中性浮力扩散模型图5-8 风作用下烟团随风的移动 x：风向；y：横风向；z：垂直风向5.2 中性浮力扩散模型5.2 中性浮力扩散模型：处理（P111P111） A：采用湍流扩散系数：采用湍流扩散系数Kj的情形的情形CASE-1：无风情况下、稳态、连续点源释放：无风情况下、稳态、连续点源释放c0t*jK =K稳态：湍流扩散系数不变（所有方向上 ） 边界条件：rr ,c0;222222ccc0 xyzm

10、 x,y,z*222Q1C4 Kx +y +zQm=常数质量释放速率不变：ju0无风：边界条件：rr ,c0;边界条件：rr ,c0;（5-16）（5-10）5.2 中性浮力扩散模型：处理（P112） A：采用湍流扩散系数：采用湍流扩散系数Kj的情形的情形rr ,c0;CASE-2：无风烟团扩散：无风烟团扩散 *jK =K湍流扩散系数不变（所有方向上 ）边界条件：烟团释放，即一定量 的物质瞬间释放*mQ*222m x,y,z,t3*2Qx +y +zCexp4K t8(K t)ju0无风：（5-20）22222221cccccrK* txyzrrdddd（5-17）5.2 中性浮力扩散模型：处

11、理 A：采用湍流扩散系数：采用湍流扩散系数Kj的情形的情形 x,y,zt0,C0CASE-3：无风情况下的：无风情况下的非稳态非稳态连续点源释放连续点源释放 Qm=常数ju0*jK =K质量释放速率不变：湍流扩散系数不变（所有方向上 ）无风：初始条件： 边界条件：rr ,c0;2222221ccccK* txyz222m x,y,z,t*x +y +zQCerfc4 K r2 K t（5-17）（5-22）湍流扩散系数不变（所有方向上 ）质量释放速率不变：5.2 中性浮力扩散模型：处理（P113） A：采用湍流扩散系数：采用湍流扩散系数Kj的情形的情形CASE-4：有风情况下的稳态连续点源释放

12、：有风情况下的稳态连续点源释放 Qm=常数*jK =K风沿一个方向如x方向：边界条件：rr ,c0;jxuuu 常数222*222uccccKxxyz222m(x,y,z)*222QuCexpx +y +zx2K4 K x +y +z沿烟羽中心线 yz0m x,0,0*QC4 K x（5-23）（5-24）（5-27）5.2 中性浮力扩散模型：处理ju0rr ,c0;常数*QmCASE-5：无风时的烟团。湍流扩散系数是各向异性：无风时的烟团。湍流扩散系数是各向异性烟团释放，湍流扩散系数不同（所有方向上 ）边界条件：无风：xyzK ,K ,KA：采用湍流扩散系数：采用湍流扩散系数Kj的情形的情形

13、222xyz222ccccKKKtxyz zyxzyxtzyxKzKyKxtKKKtQmC2222/3,41exp8* （5-28）（5-29）5.2 中性浮力扩散模型：处理（P114） A：采用湍流扩散系数：采用湍流扩散系数Kj的情形的情形CASE-6：有风情况下稳态连续点源释放。：有风情况下稳态连续点源释放。湍流扩散系数各向异性湍流扩散系数各向异性Qm=常数连续释放， 风沿一个方向如x方向：边界条件：rr ,c0;jxuuu 常数与与CASE-4相同相同 xyzKKK222xyz222ccccuKKKtxyz沿烟羽中心，yz0 mxyzQC4 x K K22, ,exp44mx y zyz

14、yzQuyzCxKKx K K（5-30）（5-31）（5-32）5.2 中性浮力扩散模型：处理 A：采用湍流扩散系数：采用湍流扩散系数Kj的情形的情形CASE-7：有风下的烟团：有风下的烟团烟团释放，各方向湍流扩散系数不同，风沿x方向：边界条件：与与CASE-5相同，但有风相同，但有风 rr ,c0;jxuuu 常数xyzKKKConstQm* 222mx,y,z,t32xyzxyzx-utQ1yzCexp4tKKK8tK K K（5-33）5.2 中性浮力扩散模型：处理 A：采用湍流扩散系数：采用湍流扩散系数Kj的情形的情形CASE-8：释放源在地面上的无风时的烟团：释放源在地面上的无风时

15、的烟团 与CASE-5相同，但释放源在地面。地面代表不能渗不能渗透透的条件，因此浓度是CASE-5的两倍两倍 222mx,y,z,t32xyzxyzQ1xyzCexp4tKKK4tK K K（CASE-5）222mx,y,z,t32xyzxyzQ1xyzCexp4tKKK8tK K K（5-34）5.2 中性浮力扩散模型：处理 A：采用湍流扩散系数：采用湍流扩散系数Kj的情形的情形CASE-9：释放源在地面上的稳态烟羽：释放源在地面上的稳态烟羽 与CASE-6相同，但释放源位于地面，如图5-9所示。地面不能地面不能渗透渗透。结果是浓度应是CASE-6的浓度的浓度的2倍倍 22mx,y,zyzy

16、zQuyzCexp4xKK2 x K K22mx,y,zyzyzQuyzCexp4xKK4 x K K（CASE-6）（5-35）5.2 中性浮力扩散模型：处理 A：采用湍流扩散系数：采用湍流扩散系数Kj的情形的情形CASE-10：连续的稳态源。释放源在地面上方高度：连续的稳态源。释放源在地面上方高度Hr 高度高度 Qm=常数连续释放， 风沿一个方向如x方向：边界条件：rr ,c0;jxuuu 常数xyzKKK5.2 中性浮力扩散模型：处理 A：采用湍流扩散系数：采用湍流扩散系数Kj的情形的情形CASE-10：连续的稳态源。释放源在地面上方：连续的稳态源。释放源在地面上方 Hr 高度高度 对此

17、种情形，地面起着距释放源距释放源Hr处的不能渗透的边界作用处的不能渗透的边界作用 。222mx,y,zyzzyzQuyuuCexpexpzHrexpzHr4K x4K x4K x4 x K K 若rH0，简化为释放源在地面上的情况 （5-36）5.2 中性浮力扩散模型：处理（P115） B：简便有效的处理方法：简便有效的处理方法v对于上面对于上面10种情形都依赖于种情形都依赖于Kj。一般。一般Kj随随位置、时间、风速和天气情况而变。位置、时间、风速和天气情况而变。v湍流扩散系数这一方法是在理论上可行，但湍流扩散系数这一方法是在理论上可行，但实际上不方便，且不能提供有效的关系式。实际上不方便，且

18、不能提供有效的关系式。问题！问题！5.2 中性浮力扩散模型：处理 B：简便有效的处理方法：简便有效的处理方法解决办法：解决办法：1、Sutton提出了解决办法，引入新的扩散系数定义。v下风向： v侧风向： v垂直风向： 22 n2x1cut222 n2y1cvt222 n2z1cwt2（5-37） v这些值比湍流扩散系数更易由实验确定。Pasquill-Gifford 模型：模型：5.2 中性浮力扩散模型：处理 B：简便有效的处理方法：简便有效的处理方法解决办法：解决办法：2、扩散系数是大气情况及释放源下风向距离的函数：v大气情况：根据六种不同的稳定度等级进行分类，见表5-1 。表5-1 Pa

19、squill-Gifford的扩散模型的大气稳定度等级表面风速（m/s）昼间日照夜间条件强适中弱薄云层或大于4/8低沉的云3/8朦胧22334466AABBCCABBBCCDDBCCDDFEDDDFFEDDv稳定度等级依赖于风速和日照程度。白天，风速的增加导致较高的稳定度(ABCDEF)；夜晚则相反。原因是从白天到夜晚，垂直方向上温度变化引起的。v对连续源的扩散系数y 和z ，由图5-10，5-11给出。表5-2为相应关系式。为给出x 的值，假设： x=y5.2 中性浮力扩散模型：处理 B：简便有效的处理方法：简便有效的处理方法解决办法：解决办法：5.2 中性浮力扩散模型：处理 B：简便有效的

20、处理方法：简便有效的处理方法解决办法：解决办法：图图5-10 泄漏位于农村时泄漏位于农村时P-G烟羽模型的扩散系数烟羽模型的扩散系数x5.2 中性浮力扩散模型：处理 B：简便有效的处理方法：简便有效的处理方法解决办法：解决办法：图图5-11 泄漏位于城市时泄漏位于城市时P-G烟羽模型的扩散系数烟羽模型的扩散系数5.2 中性浮力扩散模型：处理 B：简便有效的处理方法：简便有效的处理方法解决办法：解决办法：表5-2 烟羽扩散的Pasquill-Gifford模型扩散系数Pasquill-Gifford稳定度等级/m/m农村条件ABCDEF城市条件ABCDEFy1212121212120 . 2 2

21、10 . 0 0 0 10 . 1 610 . 0 0 0 10 . 1 110 . 0 0 0 10 . 0 810 . 0 0 0 10 . 0 610 . 0 0 0 10 . 0 410 . 0 0 0 1xxxxxxxxxxxx121212120 . 3 210 . 0 0 0 40 . 2 210 . 0 0 0 40 . 1 610 . 0 0 0 40 . 1 110 . 0 0 0 4xxxxxxxx1212110.200.120.0810.00020.0610.00150.0310.00030.01610.0003xxxxxxxxxx1212120 .2 410 .0 0

22、0 10 .2 00 .1 410 .0 0 0 30 .0 810 .0 0 1 5xxxxxxxzv烟团释放的扩散系数y和 z 由图5-12给出，关系式见表5-3。烟团的扩散系数是基于有限数据得到的，不够精确。 5.2 中性浮力扩散模型：处理 B：简便有效的处理方法：简便有效的处理方法解决办法：解决办法：5.2 中性浮力扩散模型：处理 B：简便有效的处理方法：简便有效的处理方法解决办法：解决办法：图图5-12 P-G烟团模型的扩散系数烟团模型的扩散系数5.2 中性浮力扩散模型：处理 B：简便有效的处理方法：简便有效的处理方法解决办法：解决办法：表5-3 烟团扩散的Pasquill-Giff

23、ord模型扩散系数Pasquill-Gifford稳定度等级 /m或 /m /mPasquill-Gifford稳定度等级 /m或 /m /mABCDEFxzzyyx0.920.920.920.180.140.10 xxx0.750.730.710.600.530.34xxx0.920.920.890.060.040.02xxx0.720.650.610.150.100.05xxxPasquill由式（5-37）重新得到了CASE-1CASE-10的方程。即众所周知的Pasquill-Gifford模型 5.2 中性浮力扩散模型：处理 B：简便有效的处理方法：简便有效的处理方法CASE-11：

24、地面上瞬时点源的烟团，坐标系固定在释放点，：地面上瞬时点源的烟团，坐标系固定在释放点，风速恒定为风速恒定为u，风向仅沿，风向仅沿x方向方向（5-38） 22222x2321exp2),(zyxzy/mzyutx*QtzyxC气云中心浓度可令气云中心浓度可令x=ut, y=z=0zyx/m*QtutC232),0,0,(（5-41） 地面上沿地面上沿x轴的浓度可令轴的浓度可令y=z=0,得到得到2x2321exp2),0,0,(xzy/mutx*QtxC（5-40） 5.2 中性浮力扩散模型：处理 B：简便有效的处理方法：简便有效的处理方法CASE-13：位于地面：位于地面Hr高处的连续稳态源的

25、烟羽高处的连续稳态源的烟羽 风向沿风向沿x轴，风速恒定为轴，风速恒定为u（5-49） 22221exp21exp21exp2),(zrzryzymHzHzyuQzyxCCASE-12：地面上的连续稳态源的烟羽，风向沿：地面上的连续稳态源的烟羽，风向沿x轴，轴，风速恒定为风速恒定为u222221exp),(zyzymzyu*QzyxC（5-46） 5.2 中性浮力扩散模型：处理 B：简便有效的处理方法：简便有效的处理方法22220321111, , ,expexpexpexp22222rrxyzzxyzQz Hz Hx utyC x y z t （1）（5-58） CASE-15：位于地面：位于

26、地面Hr高处的瞬时点源的烟团，坐标系位于高处的瞬时点源的烟团，坐标系位于 地面的释放点处，风向沿地面的释放点处，风向沿x轴，风速恒定为轴，风速恒定为u（5-54） CASE-14：位于地面：位于地面Hr高处的瞬时点源的烟团，坐标系位于高处的瞬时点源的烟团，坐标系位于 地面并随烟团移动地面并随烟团移动5.3 重气扩散（重气扩散（P120）v一、重气：气体密度大于周围空气密度的气体。v图片一：图片 一 X-Z平面上浓度等值线图，Y=0.0m , t=5.0s5.3 重气扩散重气扩散v图片二：X(m)Z(m)-50050051015CVOL0.60.50.450.40.350.30.250.20.1

27、50.10.070.050.030.020.01图片二 X-Z平面上浓度等值线图，Y=0.0m , t=10.0s5.3 重气扩散重气扩散v图片三：图片三 X-Z平面上浓度等值线图，Y=0.0m , t=15.0s5.3 重气扩散重气扩散v图片四：图片四 X-Z平面上浓度等值线图，Y=0.0m , t=20.0s5.3 重气扩散重气扩散v图片五：图片五 X-Z平面上浓度等值线图，Y=0.0m , t=30.0sX(m)Z(m)-50050100024CVOL0.60.50.450.40.350.30.250.20.150.10.070.050.030.020.015.3 重气扩散重气扩散v二、

28、重气云扩散特点：v重气云释放后，可能在垂直和水平方向上形成尺寸相近的气云（源附近）；v重气云在重力影响下向地面沉降，高度减小，水平范围扩大；v在重力作用下，气云向周围空气扩散而被稀释；空气经垂直方向和水平方向进一步卷吸，气云高度略增加；v充分稀释后，大气湍流超过重力影响而居支配地位，显示出典型高斯扩散特征。 5.3 重气扩散重气扩散某城郊冶炼厂某城郊冶炼厂18根烟根烟囱不分昼夜排放废气囱不分昼夜排放废气上万居民生活在浓烟上万居民生活在浓烟中（中（2004年年07月月22日日来源：贵州都市报）来源：贵州都市报）硅锰冶炼释放的黄褐色浓烟中,含有大量粉尘,浓烟升上天空后,粉尘很快会沉到地面 。5.3

29、 重气扩散（重气扩散（P121）三、重气扩散的三、重气扩散的Britter-Mcquaid模型模型v1、模型建立：通过量纲分析和对现有重气云的扩散数据进行关联后建立的。v2、适用条件：对瞬时源或连续源地面重气释放都适用；因主要对偏远乡村地区地形（即平坦、开阔地形）的实验数据关联，故仅适用于那些类型条件下的释放；不能解释如释放高度、地面粗糙度和风速的影响。v3、应用条件：需给定初始气云体积、初始烟羽体积流量、释放持续时间、初始气体密度，及10m高处的风速、下风向距离和周围气体密度。5.3 重气扩散重气扩散4、应用步骤 等温条件 v1. 确定重气模型是否适用。初始气云浮力定义为：0a0agg（5-

30、59） g0：初始浮力系数；g：重力加速度；0：泄露物质的初始密度；a：周围大气的密度。重气：0a，g00,下沉；g0UFL：不燃烧，由于氧化剂过少，一旦燃烧可能把氧化剂消耗完而不再燃烧C1010 m）；ii）粗糙颗粒的粉尘（直径大于1mm）；iii）具有高电荷质量比的粉尘（例如，由于风力传输而带电）；iv）充装速度大于0.5/s。这些都是相对强烈的放电，能量达到数百毫焦（见表6-4）；因此可引燃可燃气体和粉尘。v电刷放电：是有着相对尖点的导电体（半径为0.1100mm）与另一个导电体或带电的绝缘体表面间的放电。来自导电体的放电以像刷子的形状发光。放电强度没有点对点的火花放电强度强，不大可能引

31、燃粉尘。但电刷放电能引燃可燃性气体。v电弧放电：是来自粉尘上方空气中的云团放电。实验表明，类似闪电的放电，自体积小于60m3的容器或直径小于3m的塔中是不会发生的。v电晕放电：与电刷放电类似。电极导体有尖点。来自这种电极的放电具有足够的能量能够引燃气体（如H2）。 尖端放电尖端放电 1 1事故过程事故过程 19991999年年5 5月月2424日日1313：1010分，高密度聚乙烯车间粉料贮存分，高密度聚乙烯车间粉料贮存单元单元4204201401, G1401, G、D D二料仓闪爆着火二料仓闪爆着火，当班人员立即拨打，当班人员立即拨打119119火警电话报警后，紧急组织停车。火警电话报警后

32、，紧急组织停车。A A、B B双线立即停止向双线立即停止向脱气仓送料，双线注入一氧化碳终止反应，水阀全开，停脱气仓送料，双线注入一氧化碳终止反应，水阀全开，停止催化剂加料系统及产品出料系统，关闭脱气仓下闸板阀，止催化剂加料系统及产品出料系统，关闭脱气仓下闸板阀，关闭界区乙烯、丁烯截止阀，进行系统泄压关闭界区乙烯、丁烯截止阀，进行系统泄压. . 消防队在接到火警后，于消防队在接到火警后，于1313：1515赶到现场，迅速组织赶到现场，迅速组织灭火，灭火，1313：3535分，火被彻底扑灭。分，火被彻底扑灭。 2 2事故基本原因分析事故基本原因分析（l l）经事故调查组深入分析检查，确认在闪爆发生

33、前，聚）经事故调查组深入分析检查，确认在闪爆发生前，聚合单元、粉料贮存单元以及造粒单元均处于稳定运行状态，合单元、粉料贮存单元以及造粒单元均处于稳定运行状态，工艺参数的控制及操作均符合工艺操作规程；未进行任何工艺参数的控制及操作均符合工艺操作规程；未进行任何参数调整及其它操作。参数调整及其它操作。（2 2）经事故调查组组织的四次事故分析会分析，认定经事故调查组组织的四次事故分析会分析，认定G G、D D料仓为可燃气闪爆料仓为可燃气闪爆。（3 3）闪爆前，）闪爆前，G G料仓处于进料、出料同时进行的生产状态，料仓处于进料、出料同时进行的生产状态，历时约历时约7575小时，进出小时，进出G G仓的

34、粉料约仓的粉料约750750吨，而且料仓料位较吨，而且料仓料位较低，保持在低，保持在4848吨左右（装满吨左右（装满210210吨）。进入吨）。进入G G仓的粉料所吸仓的粉料所吸附的乙烯、丁烯单体脱吸，在料面上部空间的底部逐渐积附的乙烯、丁烯单体脱吸，在料面上部空间的底部逐渐积累。累。 2 2事故基本原因分析事故基本原因分析（4 4）料仓在进料过程中不断产生静电，当料仓在进料过程中不断产生静电，当G G料仓内可燃气料仓内可燃气（乙烯（乙烯丁烯气）浓度达到爆炸下限时，遇静电放电引起可丁烯气）浓度达到爆炸下限时，遇静电放电引起可爆性气体闪爆，引燃仓内贮存的粉料。爆性气体闪爆，引燃仓内贮存的粉料。(

35、5)D(5)D仓闪爆前，在料仓中存有仓闪爆前，在料仓中存有105105吨粉料，已静置吨粉料，已静置6 6天时间，天时间，吸咐在粉料内的乙烯、丁烯等单体脱吸聚积，在料仓上部吸咐在粉料内的乙烯、丁烯等单体脱吸聚积，在料仓上部空间形成可爆性气体。当空间形成可爆性气体。当G G料仓内发生闪爆时，闪爆冲击波料仓内发生闪爆时，闪爆冲击波击破击破D D料仓正对料仓正对G G料仓的爆破板；闪爆火焰引起料仓的爆破板；闪爆火焰引起D D料仓内可爆料仓内可爆性气体闪爆，引燃仓内贮存的粉料。性气体闪爆，引燃仓内贮存的粉料。 齐鲁齐鲁HDPEHDPE“5.245.24”事故分析基本结论事故分析基本结论齐鲁齐鲁HDPEH

36、DPE“5.245.24”“”“5.245.24”事故不是粉料仓中出现意外事故不是粉料仓中出现意外的高能放电造成的，而是堆表面通常的锥形放电和料仓内的高能放电造成的，而是堆表面通常的锥形放电和料仓内气体控制失误共同引发的。气体控制失误共同引发的。 当日粉料仓气体控制失误当日粉料仓气体控制失误，与反应器、脱气仓、程控阀、，与反应器、脱气仓、程控阀、仓内过滤器等设备无关，而仓内过滤器等设备无关，而是由边进料边出料的不规范操是由边进料边出料的不规范操作造成的作造成的。4)静电放电能（静电放电能（P190）图 7-12 最小引燃能与静电放电能量的比较不确定区不确定区v静电放电所产生的能量与气体、蒸汽和

37、粉尘的最小引燃能的比较见图7-12的说明。结果表明，通常可燃气体与蒸汽能够被火花、电刷、圆锥尖端和传播电极放电引燃，可燃粉尘仅能被火花、传播电极和圆锥尖端放电引燃。图7-12中虚线所包围的区域表示不确定区域。5)静电引燃源能量静电引燃源能量v当两导体之间的距离比导体的直径小，以及导体之间的电场强度近似为3MV/m时，两导体之间就产生火花放电；若导电体之间的距离大于导电体的弯曲半径，就能产生电刷放电（LR）。 火花放电的能量是物体上积聚的电量（Q,C）、物体的电容（C,F）和物体电压（V,V）的函数。三个变量的关系为 C=Q/V。与放电过程有关的实际能量（焦耳）由下述公式给出：v式（7-20）假

38、设为电容放电（即火花）。对于其他可能的放电，静电放电能是积累电荷的函数。在工业环境中，静电荷的积累是由流动固体的接触带电或摩擦带电，以及流动液体的双层带电所致。22QJC（7-20）6) 流动电流流动电流v流动的液体或固体将电子由一个表面转移至另一个表面所产生的电子流动。v当液体或固体流经管道（金属或玻璃）时，静电在流动的物质上产生，与电路中的电流类似。v液体流动液体流动电流与管径、管长、流体速度和流体性质之间的关系为：uLudmsmAIsexp1)()(/10102226（7-21）v式中，Is为流动电流，A；u为速度， m/s；L为管长， m；为液体松弛时间，sv松弛时间是电荷泄漏驱散所需

39、的时间：cr0（7-22）v式中，r为相对介电常数（无量纲数）；c为电导率；0为介电常数，为：cmsmN 81085. 8v电导率和相对介电常数见表7-2。表7.2 静电计算特性6) 流动电流：运输固体流动电流：运输固体v固体的几何尺寸很难定义，因此固体静电的计算采取经验方法处理。v输送固体时，所产生的流动电流是固体处理过程方法和流动速率的函数：CkgIskgs（7-23）v式中，Is为流动电流，C/s或A；C/kg为电荷积聚，见表7-3；kg/s为固体流速。表7-3 各种操作的电荷积累17) 静电电压差静电电压差V（P191）v图7-13例举了流体流动导致的加料管线

40、上的电荷积聚。流体经输入管线流入储罐过程中流动电流输入管线至容器。从金属管线接地至玻璃管末端的电压计算（电压差）如下：SVI R（7-24）v电阻R由液体的电导率c、导体长度L、导体面积A计算：图7-13 流体流动导致的加料管线上电荷的积聚cLRA（7-25）v8) 带电电容器的能量（带电电容器的能量（P192）v将电容器上的电荷由Q增加到Q+dQ所需做的功为：22222QCVQVJC（7-26）v式中，电容(C)的单位为 F；电压(V)的单位为V；电荷(Q)的单位为C；能量(J)的单位为J。dJVdQ其中，V为电压差，Q为电荷。v利用V=Q/C，利用(7-20)，得到放电能J：22QJCv化

41、学工业中使用的各种物质的电容见表7-5。sQI t（7-28）v流动电流Is(dQ/dt)能导致电荷的积累。假设流动电流为常数，有：式中，Is单位为AF；t的单位为s。v适用于开始时系统无电荷积累，仅有恒定的电荷源Is，无电流或电荷损失项。表7-5 各种物质的电容19) 身体的电容（身体的电容（P195）v积累在某表面上的电荷相对于另一表面可以形成电容。一般通过假设平行平板或或球形球形来估算所形成的电容的特性。来估算所形成的电容的特性。图7-15 不同类型的工业电容014rQVr （7-29）v利用C=Q/V ，故球体的电容为：对于半径为r的球（绝缘储罐或人体的电容储罐或人体的电容）：v当积累

42、的电荷为Q时，所形成的电压为：04rCr （7-30）v式中，r为相对介电常数（无量纲数）；0 为介电常数；r为球的半径；C为电容。v对于两块平行平板（人的鞋底或外部接地内部绝缘人的鞋底或外部接地内部绝缘的储罐的储罐）0rQLVA （7-31）v利用C=Q/V ，故平行平板间的电容为：0rACL （7-32）v式中，A为表面积；L 为绝缘体的厚度。7.3控制静电（控制静电（P200）v若不采用适当的控制方法，则电荷的积累、所产生的火花对可燃性物质的引燃是不可避免的。v工程设计者在实践中重视这一问题并利用专门的装置来：通过消除静电的累积和聚集以防止火花；通过对周围环境进行惰化处理来防止引燃。惰化

43、是防止引燃的最有效和最可靠的方法。v1.防止静电引燃的一般设计方法防止静电引燃的一般设计方法 该类设计的目的是防止电荷在产物（液体或粉末）和周围物体（设备或人）上积累。有三种方法来实现这一目的。v1) 通过降低电荷产生的速度和增加电荷释放的速度，防止电荷积累到危险水平。进行液体操作时，通常使用该方法。v2)设计一套系统来防止电荷积累到危险水平，主要通过低能放电的方法来减少电荷。进行粉末状的物体操作时，通常使用该方法。v3)当危险的放电不能被清除时，则通过维持氧化剂的浓度低于可燃浓度（惰化），或通过维持燃料的浓度低于LFL或高于UFL来防止引燃。v2. 防止静电引燃的特殊设计方法 v通过接地和连

44、接防止火花放电。该方法可防止相互接近的两金属物体间形成电压。接地和连接，特别用于防止绝缘的金属部件或物体的存在。当一个带低电压的导体接近绝缘物体时，这些绝缘物体很容易积累起较高的电压和能量较大的火花。v通过增加导电性，减少电荷速率使其低于0.5/s或使用容积小于1m3 的容器来防止尖端放电。v通过保持不导电的表面足够薄，或具有击穿电压（Ud）为4KV的导电性质好的表面来防止电刷放电。v通过维持容器容积小于60 m3或容器的直径小于3m来防止电弧放电。v若不能满足这些条件，就要对系统进行惰化。v3.松弛松弛v当将液体通过位于容器上部的管道抽吸到容器中时，分离过程产生流动电流，该电流是电荷积累的基

45、础。在管道刚要进入贮罐处通过增加一个放大截面的管道，可能会相当大地减少静电危害，该控制提供了通过松弛来减少电荷的时间。v4.连接和接地连接和接地v两个导电物体之间的电压差，通过将两导体连接起来而减为零。所谓连接，即将一根导电线的一端与其中一个物体连接，而另一端与另一个物体连接。v对几组连接在一起的物体，每组都具有不同的电压。组间的电压差，通过将每组与地面连接而减少到零，此即接地。v连接和接地将整个系统的电压减少到地面水平，或者零电压。这可消除系统各部分之间积累的电荷，消除了潜在的静电火花。接地和连接的例子见图7-18及7-19所示。v对玻璃和塑料衬里的容器，通过衬垫和金属探针接地，如图7-20

46、所示。v4.连接和接地连接和接地图7-18 储罐和容器接地和连接的例子v4.连接和接地连接和接地图7-19 阀门、管道和法兰连接例子v4.连接和接地（连接和接地（P202）v对玻璃和塑料衬里的容器，通过衬垫和金属探针接地，如图7-20所示。v4.连接和接地连接和接地实际例子：天然气水合物生产设施接地的例子 装置区 水 罐 储 罐 反应器 水合物科研中试基地v5.浸渍管浸渍管v 延伸的管线，有时称作浸渍腿或浸渍管，应用来减少液体自由下落时的静电积聚。但使用浸渍管时，要小心防止充装停止时，液体因虹吸而倒流出来。通常使用的方法是将浸渍管上的孔靠近容器的顶部。另一种方法是使用角铁替代管子，使液体沿角铁

47、流下（见图7-21）。在对圆桶充装时，可使用这些方法。v6.利用添加剂增加导电性利用添加剂增加导电性v不导电的有机材料的导电性，有时可通过使用抗静电添加剂而被增强。抗静电添加剂包括：水和极性溶液 （如酒精）。v7.操作没有可燃性蒸气的固体操作没有可燃性蒸气的固体v使用没有接地的导电漏斗充装固体，能够导致在漏斗上积累电荷。电荷积聚并最终产生火花，可能会引燃散布的可燃性粉尘。v通过将所有导电性部件进行连接和接地，或者使用不导电的部件（圆桶和漏斗）来实现固体的安全运输，如图7-22所示。v8.操作具有可燃性蒸气的固体操作具有可燃性蒸气的固体v该操作的安全设计包括在惰化氛围中进行固体和液体的封闭操作（

48、见图7-23），对于自由溶解固体，允许使用不导电的容器。对包含有可燃性溶剂的固体，仅建议使用导电性的接地容器。7.4 防爆设备和工具防爆设备和工具v所有的电器设备本质上都是引燃源。需要设计特殊的措施来防止可燃蒸气和粉尘被引燃。火灾和爆炸危害直接与过程区域中的电器设备数量和类型成正比。v过程区域可分为两种主要的环境类型：XP和非XP 。对于防爆， XP意味着可燃物质（尤其是蒸汽）可能在某些时候存在；非XP意味着即使是在不正常的条件下，可燃物质也不存在。对于非XP设计区域，明火、热单元及其他引燃源是可以存在的。v1.防爆遮盖物v在XP区域内，电器设备和一些工具必须具有特殊的防爆遮盖物。遮盖物的设计

49、，并非用于防止可燃蒸气和气体的进入，而是用于抵抗/耐受内部的爆炸和防止燃烧蔓延出封闭空间。v例子：电动机启动器被封闭在能够抵抗爆炸压力的很重的铸件箱内。（Ex标记）v防爆设计包括（在所有连接箱周围）使用带有特殊密封连接的管道。v2.区域和物质的分类v电器设备和工具的设计是基于过程危险特性或特殊过程类型的。分类方法在美国国家电器法规（）中有定义，是特殊区域内过程危险性和危险程度的函数。分类方法包括：等级I、II和III；组别AG,以及类别1和2 v(1) 等级I：可燃蒸气体或蒸气存在的场所。 等级II：可燃性粉尘存在的场所。 等级III：可燃性纤维或粉尘存在，但不太可能悬浮的危险场所。（重颗粒）

50、v(2) 组别表示特殊化学类型的存在，列在一组的化学物质具有相同的危害特性 A 组：乙炔。 B组：氢气、乙烯。 C组：一氧化碳、硫化氢。 D组：丁烷、乙烷、普通酒精 E组：铝粉 组：黑烟末 组：面粉下页为Erg2008的部分标识不同的危险化学品标识：erg2008v(3) 类别是通过物质处于可燃或爆炸区域内的可能性进行区分。 类别：可燃的可能性高，即可燃浓度通常存在。 类别2：仅仅是处于非正常条件下的危害。可燃物质通常包含于封闭的容器或系统内。v3.XP区域的设计v当设计XP 区域时，所有的电器设备和工具都要被指定如前所述的等级、组别和类别。该区域内的所有设备和仪器，必须进行适当的选型和安装。

51、整体类型仅与区域内最低等级的设备一致。7.5通风通风v正确的通风是防止火灾、爆炸的另一种方法。通风的目的是稀释空气中爆炸性蒸气的浓度，以防止爆炸和限制危险性的可燃混合物。v1.露天工厂：露天工厂： 露天工厂平均风速高，能安全地稀释工厂内可能存在的挥发性化学物质的泄漏。v2.工厂位于厂房内工厂位于厂房内v通常情况下，工艺过程不能设置在户外。这种情况下就需要局部和稀释通风系统。通风系统在第3章第3.4节中进行了详细讨论。v局部通风是控制可燃性气体泄漏的最有效的方法。但由于实际过程中潜在的泄漏点很多，仅使用局部通风来覆盖所有的潜在泄漏点，在设备上和经济上是不可能的，这时也可以使用稀释通风。 表7-6

52、为一些由经验确定的设计准则，它们用于设计针对贮存区和工艺过程区域的可燃性物质的通风系统。v表表7-6 处理可燃性物质的通风数据处理可燃性物质的通风数据区域类型速率条件贮存区域内部的通风地板上1ft3/(minft2)通风停止时，系统互锁并发声报警确定进出口，以便气体能穿越整个区域流动允许再流通，当空气中的浓度超过LFL的25% 时需要停止过程区域内部的通风地板上 1ft3 /(minft2)或更多，见同贮存区内部设计通风系统以确保所有泄漏源周围12.7cm 半径区域内浓度低于LFL的25%7.6自动喷水系统自动喷水系统（Spray, Sprinkler, mist extinguisher）v

53、1. 自动喷水系统是控制火灾的有效方法。该系统由一组与供水系统连接的喷头组成。喷头安装在高处（通常接近屋顶）。当启动时，在区域上方喷洒出很细密的水滴。水滴粒径、方向角/喷射角、流量、流速等均影响灭火效率。v2. 令喷头启动有多种方法： 1）通过控制喷头部件内插销的可熔性连接来启动喷头。一旦启动，除非关闭主供水系统，否则，喷洒将不会停止。该方法称为湿管系统。用于贮存区、实验室、控制室和小型实验区域。v2）通过公共控制点启动整个喷水装置。控制点与喷头组和（或）烟气控制器相连，当检测到不正常的条件时，即启动喷水系统。若检测到火灾，该区域内的整个喷水系统都将启动，那些还没有被火灾影响到的区域的喷水系统

54、也可能启动。该系统用于工厂的生产区域和大型实验区域。v3. 不同的火灾等级需要设计不同的喷水装置。 一般的化工厂被划分为普通灾害（第3组）区域。对该类型区域的各种喷水装置的说明见表7-7。表7-7 化工厂火灾保护：自动喷水系统类型 防冻自动喷水系统：包含有防冻溶液，并于供水系统连接的湿管系统 淹没自动喷水系统：敞开的喷淋装置和空的管线，通过阀门于供水系统连接，该阀门在检测到热或可染物质后就会打开 干管自动喷水系统：系统内充装有带压的氮气或空气。当喷水装置由于受热而打开时，系统降压，与徐水流入系统并经打开的喷水装置流出。 湿管自动喷水系统：充装有水的系统，当遇热时水通过打开的喷水装置流出 设计喷

55、淋（洒）密度（详见NFPA文献） 火源：地板面积不少于0.50 gal/(min.ft2) 泵及相关设备：投影面积为0.50 gal/(min.ft2) 容器：暴露表面 0.25gal/(min.ft2)，包括顶部和底部、喷嘴的垂直距离不应超过 水平结构钢：表面0.10gal /(min.ft2)。如果钢被绝缘或设计为能抵挡最坏的情况，则不需要这些。垂直结构钢：表面0.25 /(min.ft2)。如果钢被绝缘或设计为能抵挡最坏的情况，则不需要这些。金属管道、管道系统和导管：表面不少于0.15 gal/(min.ft2)，指向下侧。电缆架：投影平面面积（水平或垂直）不少于0.30 gal /(m

56、in.ft2)。组合系统：NFPA标准制定了组合以上的需求的可接受的方法0.5in 孔洞喷嘴的名义流出速率为Gal/min 18 25 34 50 58 Psi 10 20 35 75 100v4.特殊系统特殊系统v1）某些特殊条件下容器需要专门的水保护系统，以使容器在火灾期间保持冷却。高的表面温度能够导致当压力远低于容器的最大与允许工作压力（MAWP）时金属失效，具有潜在的灾难性后果。在烃类溢出火灾中，未受到保护的容器（无绝热或喷水）能在几分钟内失效。 建议：利用容器周围的喷水保护系统，以防止这种类型的失效。这些喷水保护系统通常称为淹没喷淋系统，设计用于保持容器冷却，冲洗潜在的危险性溢出、帮

57、助稀释泄漏后形成的蒸气云。淹没喷淋系统，也能够提供足够的时间以便将物质从贮罐中转移到另一个安全的地方。 容器淹没喷淋系统通常被设计为开端系统，当检测到火灾和（或）可燃气体混合物时，该系统启动。当可燃气体浓度为LFL的几分之一（约为25%）时，或当通过热而检测到火灾时，淹没喷淋系统将会被打开。v2）安装要求： 监视器安装在带有喷射枪的固定的消防栓上，也可安装在生产区域和贮罐区。消防栓和监视器布置在过程单元周围，且互相之间的间距为150250ft，这样布置能使工厂内的所有区域被两条水流覆盖。监视器通常位于距离受保护设备50ft远的地方。火灾控制器的喷水速度为5002000 gal/minv例7-1

58、2：设计喷水系统，区域100ft30ft 所需全部水量 喷头的数量 选泵（100%） 确定泵（泵效率4070%）7.7综合设计综合设计化工厂中，成功的防火防爆需要组合应用多种技术。表7-8 防火防爆综合设计技术措施说明维护计划防火 控制室供水系统淹没喷淋控制阀手工消防分离单元公用工程防火防爆的最好方法是阻止可燃物质的泄漏。设计预防性的维护计划，可使系统在失效发生之前得到改善。绝热容器、管道和结构能够减少火灾导致的破坏。设计并增加淹没喷淋系统，抵挡火灾爆炸造成的破坏，如使用具有单独关闭装置的多重淹没喷淋系统。控制室设计成能够防护爆炸、热、过程流体的直接冲击。按最大需要供给。考虑同时运行的多种淹没

59、喷淋系统。建议使用柴油发动泵。将关闭装置设计于远离生产区域的地方。安装消防栓、控制器和淹没喷淋系统。添加良好的排水装置。分割工厂，划分单元。从单元和过程设备两边提供通道。设计蒸气、水、电和空气供给系统，以便在紧急情况下使用。使变电站远离生产区域。表7-8 防火防爆综合设计技术（续表）措施说明人员区单元分组隔离阀铁路和火炬压缩机堤防隔断阀在线分析器失效安全设计使人员区远离危险性生产区域和贮存区域对单元进行分组布置、安全操作和维护设计。通过将危险的过程单元集中在一个区域来建立风险岛。单元之间留有间距，以便在对一组单元进行高温作业时，另一个单元仍能运转。安装隔离阀，进行安全关闭。安装在单元或组的安全

60、且统容易到达的边缘处。过程设备应与铁路和火炬隔离开。将气体压缩机置于下风向处，并同明火加热器隔离。将可燃的贮罐置于单元外围。堤防容纳并移走溢出的液体。应设置自动隔断阀，以便在紧急情况下停止和/或控制流动。应该考虑将危险性物质从一个区域转移至另一个区域的能力。增设适合的在线分析器：监视过程状态；在初始阶段检测问题；当问题仍处于发展的初始阶段时，应采取正确的措施使其影响最小化所有的控制措施都需要进行失效安全设计。增加安全装置，以便在紧急情况下自动地安全关闭作业：7-3，7-6，7-12，7-21第第8章章 泄压系统泄压系统v 引言：现有化工厂都有很多压力安全的预防措施，如测温测压器、自控系统等。但