燃气事故后果模拟

事故后果模拟分析校园地址：福建省福州市仓山区首山路80号邮政编码：350007主讲人：联系电话：Email：

火灾、爆炸、中毒是燃气企业主要的重大事故，经常造成严重的人员伤亡和巨大的财产损失，影响社会安定。

事故后果分析是一种对危险源预测和控制的有效方法，它通过估计重大事故发生后会有哪些不良的影响，以及这些不良影响所造成的伤亡、损害的严重性，来为人们提出防范措施提供依据。

对危险源进行事故后果模拟分析，确定其影响范围，采取有效的防范控制措施具有重大意义。在分析过程中运用了数学模型。通常一个复杂的问题或现象用数学模型来描述，往往是在一个系列的假设前提下按理想的情况建立的，有些模型经过小型试验的验证，有的则可能与实际情况有较大出入，但对辨识危险性来说是可参考的。这里重点介绍有关火灾、爆炸和中毒事故(热辐射、爆炸波、中毒)后果分析。第3页第一部分

泄漏

由于设备损坏或操作失误引起泄漏，大量易燃、易爆、有毒有害物质的释放，将会导致火灾、爆炸、中毒等重大事故发生。因此，事故后果分析由泄漏分析开始。1、泄漏的主要设备

根据各种设备泄漏情况分析，可将工厂(特别是化工厂)中易发生泄漏的设备归纳为以下10类：①管道，它包括管道、法兰和接头；②挠性连接器，它包括软管、波纹管和铰接器；③过滤器④阀门⑤压力容器或反应器⑥泵⑦压缩机⑧储罐⑨加压或冷冻气体容器，它包括露天或埋地放置的储存器、压力容器或运输槽车等⑩火炬燃烧装置或放散管等。

2、造成泄漏的原因

从人－机系统来考虑造成各种泄漏事故的原因主要有4类。

(1)设计失误；

(2)设备原因；

(3)管理原因；(4)认为失误。（1）设计失误①基础设计错误，如地基下沉，造成容器底部产生裂缝，或设备变形、错位等；②选材不当，如强度不够，耐腐蚀性差、规格不符等；③布置不合理，如压缩机和输出管没有弹性连接，因振动而使管道破裂；④选用机械不合适，如转速过高、耐温、耐压性能差等；⑤选用计测仪器不合适；⑥储罐、贮槽未加液位计，反应器(炉)未加溢流管或放散管等。（2）设备原因①加工不符合要求，或未经检验擅自采用代用材料；②加工质量差，特别是不具有操作证的焊工焊接质量差；③施工和安装精度不高，如泵和电机不同轴、机械设备不平衡、管道连接不严密等；④选用的标准定型产品质量不合格；⑤对安装的设备没有按<机械设备安装工程及验收规范)进行验收；⑥设备长期使用后未按规定检修期进行检修，或检修质量差造成泄漏；⑦计测仪表未定期校验，造成计量不准；⑧阀门损坏或开关泄漏，又未及时更换；

⑨设备附件质量差，或长期使用后材料变质、腐蚀或破裂等。

（3）管理原因①没有制定完善的安全操作规程；②对安全漠不关心，已发现的问题不及时解决；③没有严格执行监督检查制度；④指挥错误，甚至违章指挥；⑤让未经培训的工人上岗，知识不足，不能判断错误；⑥检修制度不严，没有及时检修已出现故障的设备，使设备带病运转。（4）人为失误①误操作，违反操作规程；②判断错误，如记错阀门位置而开错阀门；③擅自脱岗；④思想不集中；⑤发现异常现象不知如何处理；3、泄漏后果

泄漏一旦出现，其后果不单与物质的数量、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。泄漏物质的物性不同，其泄漏后果也不同。

（1）可燃气体泄漏；

（2）有毒气体扩散；

（3）液体泄漏。（1）可燃气体泄漏

可燃气体泄漏后与空气混合达到燃烧极限时，遇到引火源就会发生燃烧或爆炸。泄漏后起火的时间不同，泄漏后果也不相同。①立即起火。可燃气体从容器中往外泄出时即被点燃，发生扩散燃烧，产生喷射性火焰或形成火球，它能迅速地危及泄漏现场，但很少会影响到厂区的外部。②滞后起火。可燃气体泄出后与空气混合形成可燃蒸气云团，并随风飘移，遇火源发生爆炸或爆轰，能引起较大范围的破坏。

有毒气体泄漏后形成云团在空气中扩散，有毒气体的浓密云团将笼罩很大的空间，影响范围大。

（2）有毒气体泄漏（3）液体泄漏

一般情况下，泄漏的液体在空气中蒸发而生成气体，泄漏后果与液体的性质和贮存条件(温度、压力)有关。①常温常压下液体泄漏。这种液体泄漏后聚集在防液堤内或地势低洼处形成液池，液体由于池表面风的对流而缓慢蒸发，若遇引火源就会发生池火灾。②加压液化气体泄漏。一些液体泄漏时将瞬时蒸发，剩下的液体将形成一个液池，吸收周围的热量继续蒸发。液体瞬时蒸发的比例决定于物质的性质及环境温度。有些泄漏物可能在泄漏过程中全部蒸发。（液池+蒸汽云团）③低温液体泄漏。这种液体泄漏时将形成液池，吸收周围热量蒸发，蒸发量低于加压液化气体的泄漏量，高于常温常压下液体的泄漏量。（沸腾液体扩展蒸汽云）第13页第二部分

事故模型火灾模型池火：池火灾是一种从容器或其他设备泄漏出去的易（可）燃物，在地面上或水面上形成油池，油池遇火源或高温而被引燃的火灾。喷射火：加压的易燃性液体或气体从破裂的开口（如法兰）或管路喷射出，在泄露口被引燃的火灾，即喷射火灾。闪火：泄漏的可燃液体、液体蒸发的蒸汽在空气中扩散，延迟遇到火源发生突然燃烧的现象。火球：低温可燃液化气由于过热，容器内压力增大，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。爆炸模型蒸气云爆（VCE）：泄漏出来的介质与空气所形成的混合气体中可燃物质的浓度在爆炸极限范围内，并遇到延迟点火的情况下所导致蒸汽云爆炸。（与闪火同为延迟点火类型）沸腾液体扩散蒸气云爆炸（BLEVE）：当储罐在外部火焰的烘烤下突然破裂，使储罐内物质的压力平衡被破坏，造成介质急剧汽化，并随即被火焰点燃时发生沸腾液体扩展蒸汽爆炸。火灾损失

火灾通过热辐射的方式影响周围环境，当火灾产生的热辐射强度足够，可使周围物体燃烧或变形，强烈的热辐射可能燃毁设备和造成人员伤亡等。火灾损失估算建立在辐射通量与损失等级的相应关系基础上，表3为不同入射热辐射通量造成伤害或损失对应情况。表3热辐射的不同入射通量所造成的损失入射通量（KW/m2）对设备的损害对人的损害37.5操作设备全部损坏1%死亡/10秒100%死亡/1分钟25.0在无火焰，长时间辐射下木材燃烧的最小能量重大损伤/10秒100%死亡/1分钟12.5有火焰时，木材燃烧，塑料熔化的最低能量1度烧伤/10秒1%死亡/1分钟4.020秒以上感觉疼痛1.6长期辐射，无不舒服感爆炸冲击波及其伤害、破坏作用超压准则认为：只要冲击波超压达到一定值，便会对目标造成一定的伤害和破坏。冲击波超压对人体的伤害：冲击波超压对建筑物的破坏作用以液化石油气储罐为例

长期以来液化石油气都是我国城镇燃气的主要气源之一，液化石油气是由多种烃类气体组成的混合物，主要成分是含有3个碳原子和4个碳原子的碳氢化合物，根据《石油化工企业设计防火规范》的规定，属于甲A类易燃易爆物质。液化石油气在常温常压下呈气态，但在加压和冷却时很容易变为液态，其体积仅为原来的1/200~1/300，一但泄漏将迅速降压气化，气态的液化石油气比空气重，比重约为空气的1.5~2.5倍，泄漏出来的液化石油气会在低洼处聚集，与空气形成爆炸性混合物。液化石油气爆炸极限范围为1.5%~9.5%，爆炸极限范围广，爆炸下限低，极易形成爆炸条件。所需爆炸能量小，最小点火能量约为0.31~0.38毫焦耳，极微小的火种，都足以引起液化石油气的燃烧或爆炸。液化石油气的储运设备为压力容器，有很大的火灾爆炸危险性，如果在工业生产或存储中因为管理不当或设备故障可能造成火灾爆炸事故，将对人民群众生命财产和社会公共安全安全构成极大的威胁，其安全可靠运行与否，已成为众所关注的问题，是燃气企业安全生产的重点控制对象，也是燃气行业监管部门的主要监控对象。喷射火灾沸腾液体扩展蒸汽爆炸（BLEVE）未封闭蒸汽云爆炸（VCE）喷射火到灾模型从破裂的微开口（如笔法兰）或网管路喷射五出易燃性鱼液体或气富体而被引邮燃的火灾塘，即喷射豆火灾。其辞燃烧时间陈取决于燃痕料的多少疑及燃料的展泄漏率。刑这里所用西的喷射火敌辐射热计膊算方法是串一种包括功气流在内准的喷射扩菠散模型的滑扩展。把单整个喷射背火看成是特由沿喷射馋中心线上孔的全部点锯热源组成蕉，每个点班热源的热洁辐射通量捉相等。点热源模总型的热辐厅射通量计遣算公式：q=ηQ0Hc（1）式中q—点热院源热辐根射通量享，W；η—效率赌因子，可舍取0.35；Q0—泄漏躲速度，kg/牵s；Hc—燃烧胸热，J/kg。从理论忧上讲，伟喷射火么的火焰畏长度等葬于从泄具漏口到怀可燃混挂合气燃件烧下限肥（LFL）的射久流轴线趁长度。硬点热源递数的划慕分可以参是随意去的，对注危险评竹价分析霜一般取n=5。射流轴稍线上某雄点热源i到距离橡该点x处一点的幼热辐射强砌度为：（2）式中：Ii—点热傅源I到目标捷点x处的入窄辐射强祸度，W/m2；q—点热槐源的辐早射通量疑，W；R—辐射率扁，可取0.2；x—点热源闭到目标点创的距离，m。某一目仔标点处似的入射瓣辐射强叠度等于素喷射火矛的全部涉点热源巩对目标波的热辐身射强度涉的总和剪计算时腊一般选颂取的点什热源数惠为五个倾。为了简卷化计算,可以假娘设所有上的辐射婆是由一剂个点源枪释放的,点源位于晕地面上,这样得出沾的结果偏此保守。水拆平方向距五离为x的地方滩接受到蹄的总热皆辐射量敌为:(3)液体泄漏旦速度可用炸下式计算漫：(4)式中：—液体途泄漏速砖度,kg若/s；—泄漏胀系数,无单位，瞎其取值见烤表1；A—泄漏口焦面积,m2；—液体密台度,kg飞/m3；—液体冬储存压申力,Pa；—外界缩慧环境压袭力,Pa；—重力疤加速度令；9.8岩m/s2h—泄漏碗口上方晨液体的府高度；m。雷诺数（Re）泄漏口形状圆形（多边型）三角形长方形＞1000.650.600.55≤1000.50.450.4表1液体泄配漏系数的取值沸腾液乏体扩展事蒸汽爆荷炸模型（BLE到VE）沸腾液冬体扩展记蒸汽爆始炸事故希是当储驼罐在外省部火焰开的烘烤烛下突然傲破裂，在使储罐概内物质遍的压力闸平衡被城破坏，下造成介宿质急剧队汽化，竹并随即妇被火焰美点燃时旋发生剧于烈的燃钟烧，产裙生巨大辆的火球片，形成闷强烈的辛热辐射败，造成东人员伤宿亡和财月产损失热，此种堡现象称晚为沸腾垦液体扩今展蒸汽天爆炸。沸腾液雕体扩展赌蒸汽爆竖炸是可垒以产生策三种危守害后果歉：冲击叮波超压博、火球灯热辐射锈和抛射店碎片，软有时候裹也可能巷伴随延统迟发生丈的蒸汽春云爆炸获或闪火吵等事故赶灾害，杆其中，器爆炸火帐球的热判辐射式蓝最主要盯的伤害危因素。躺本文采济用国际未劳工组我织建议轰的BLEV之E模型。蒸汽云爆封炸模型（VCE）未封闭蒸亮汽云爆炸鼓是指泄漏详出来的介盐质与空气宏所形成的恳混合气体份中可燃物鼻质的浓度伍在爆炸极物限范围内鹊，并遇到哈延迟点火购的情况下吴所导致蒸貌汽云爆炸域。对蒸汽眼云爆炸进监行定量评壳价的方法婶主要有两筛种：TNT当量法感和TNO模型法策，本文愈采用TNT当量法晶计算蒸疤汽云爆合炸产生谎的危害背程度。（1）TNT守当量计算（5）（2）伤害半脊径的确定蒸汽云爆旅炸主要因饰冲击波造产成伤害，俯因而按超板压准则确摇定人员伤杠亡区域及区财产损失剑区域。①死亡半境径R1（6）②重伤刚半径R2和轻伤半寇径R3重伤半每径指人融员因在罗冲击波俭作用下桨耳膜破肆裂的概的率为0.5的半径，疯它要求的巧冲击波峰敌值超压为440沙00P费a；轻伤半销径指人员犯在冲击波键作用下耳摩膜破裂的服概率为0.0圣1的半径，清它要求的庭冲击波峰吊值超压为170颤00P桐a。应用超车压准则，季冲击波超暖压可按以此下公式某计算：第30页第三部陈分工程实例工程简投介某液化石姐油气储配尾站有一个LPG储罐组顷，罐组甚内布置丢有四个1000雪m3地上式喊球罐，液化石斗油气储枯罐工作贯压力1.6夺MPa，按储存翅系数80%计算，生最大储尿存容积睬为320预0m3，液化梨石油气幼（液态时）比重晨为0.5，单个储咱罐最大液梳化石油气旧存量为400纤t，储罐础组实际厨最大液室化石油脉气储存村量可达1600跨t。储罐胸内液面委安全高羊度约为860费0mm，液化遥石油气洁燃烧热常为4.65×104KJ/k广g。1、喷射火灾氏事故后果喷计算①初始党条件根据同类诱液化石油尽气储罐发烛生过的类米似事故，呢假设储罐肯底部与出猾液管道相伏连接处焊既缝开裂，溉发生液化圣石油气泄捏漏，遇到牧火源发生呜喷射火灾筐事故，泄挨漏口长100m端m，宽10m奏m,面积10cm2。②泄露副速度的轨计算，浊将初始祖数据代盗入公式(4)计算得跑液体泄嘱漏速度碗：③伤害品半径的蚊计算，请根据表2，将火灾唯造成各种致危害的入矩射通量以盾及泄露速置度代入（3）式，即诉可划定相张应的伤害掌半径值。死亡半童径取当环入射热梁通量I=2处5.0荡kw/提m2时,重伤半秃径取当逐入射热割通量I=4.屿0kw/烤m2时,轻伤半撞径取当霸入射热里通量I=1豪.6k熄w/m2时,财产损恭失半径复取取当捞入射热策通量I=12径.5kw菜/m2时,④伤亡万和财产德损失分摄析根据上述俩计算结果享可知：液竿化石油气成储罐区内暮一个液化皱石油气储蚊罐底部与洁出液管道蒸相连接处庭发生喷射晴火灾（开姜口面积10cm2）所造宫成的伤押亡和财箩产损失惹分析如土下。以钟裂口处伞为中心抬，半径r≤14.臭96m范围内刘为死亡哲区；14.9砌6m﹤r≤37.路40m范围内为槐重大伤亡坏区；37.4柔0m﹤r≦59.1婶4m范围内链为轻伤得区；r﹥59.芹14m为安全区藏半径；r≤21.宋16牺m为财产损偷失区，伤着亡和财产仁损失范围它一览表结腿果列于表3。表3喷射火灾妥伤亡和财贩产损失范跳围一览表灾害类型泄漏面积cm2死亡半径（m）重伤半径（m）轻伤半径（m）财产损失半径（m）喷射火1014.9637.4059.1421.162、沸腾液体服扩展蒸汽纪爆炸事故浅后果计算罐组内自布置有4个100柳0m3地上式鸦球罐，踏属于多棵罐储存族，所以战，火球漆中消耗浴的可燃腔物质量信取罐容蝴量的90%。即：W=16陶00×100钉0×90%桶=1.愁44×106（kg）①火球疏半径，少由（9）式计石算得火慕球半径选：②火球训持续时巨间，由碧（10）式计算涛得火球持拌续时间：③对人员贤及周围建泛筑物产生两不同影响踢的热辐射鸡的计算死亡、一恨度、二度粪烧伤以及押烧毁财物艺，都以伤谊害百分数D=50蓝%定义，旗取Pr=5计算。分凉别代入（12）、（13）、（14）、（15）式得：达死亡时热茧辐射通量；二度捆烧伤热非辐射通撇量；一度烧决伤热辐射泉通量；财产损鼓失热辐射五通量。④伤害鲁半径的象计算将③中虑求得的、、、分别代入肥（11）式，即锦可利用计索算机算出巨沸腾液体杜扩展蒸汽潮爆炸死亡经半径936瞒.58播m；二度烧覆伤半径1174琴.80m；一度烧姑伤半径178金7.7酷5m；财产速损失半润径594.尘20m。⑤伤亡氧和财产拢损失分顷析根据上谎述计算贩结果可缴知：液待化石油执气储罐异区内四谎个液化绵石油气朗储罐发牲生蒸汽浴云爆炸出事故所松造成的塌伤亡和乔财产损点失分析趋如下。蜓距爆炸丽中心点港半径r≤936繁.58算m范围内凝为死亡坊区；936修.58葬m﹤r≤117麦4.8束0m范围内为旁重大伤亡贫区；117盼4.8快0m﹤r≤178壁7.7饶5m范围内为筑轻伤区；r﹥178唇7.7游5m为安全区仔半径；r≤594.族20m为财产傍损失区劝，伤亡隙和财产什损失范锈围一览霜表结果是列于表7。表7沸腾液体贵扩展蒸汽唯爆炸伤亡俩和财产损暮失范围一肝览表灾害类型死亡半径（m）重伤半径（m）轻伤半径（m）财产损失半径（m）沸腾液体扩展蒸汽爆炸936.581174.801787.75594.203、蒸汽云膝爆炸事冠故后果旦计算罐区内储押罐同时发似生蒸汽云签爆炸事故律的概率很饺小，单个淋储罐发生集事故可能宿性最大，哪因此，选前择单个储女罐作为研勿究对象，戴假设储罐宜内400t液化石格油气全妻部泄漏抖，即泄鸽漏量以400t计。（1）TN们T当量崇计算（2）伤害毁半径的趣确定①死亡柱半径R1将TNT当量代入俯（6）式计算目得死亡半娃径：②重伤长半径R2根据（7）式，残有：以上方孩程式由计算机