工業(yè)危險辨識與評價-第4章-1

1、工業(yè)危險辨識與評價工業(yè)危險辨識與評價 林曉飛林曉飛 4 重大事故后果分析重大事故后果分析 重大事故重大事故 重大事故是指生產(chǎn)運行中突然發(fā)生重大泄漏、重大事故是指生產(chǎn)運行中突然發(fā)生重大泄漏、 火災(zāi)或爆炸，其中涉及一種或多種有害物質(zhì)，火災(zāi)或爆炸，其中涉及一種或多種有害物質(zhì)， 并給現(xiàn)場人員、公眾或環(huán)境造成即刻的或延并給現(xiàn)場人員、公眾或環(huán)境造成即刻的或延 遲的嚴(yán)重危害的事件。遲的嚴(yán)重危害的事件。 Major accident: An unexpected, sudden occurrence including, in particular, a major emission, fire or exp

2、losion, resulting from abnormal developments in the course of an industrial activity, leading to a serious danger to workers, the public or the environment, whether immediate or delayed, inside or outside the installation and involving one or more hazardous substances. 后果分析后果分析 定量描述一個可能發(fā)生的事故將造成的人員傷亡

3、、定量描述一個可能發(fā)生的事故將造成的人員傷亡、 財產(chǎn)損失和環(huán)境污染情況。財產(chǎn)損失和環(huán)境污染情況。 意義意義: : 安全評價的組成部分；安全評價的組成部分； 提供采取安全措施的依據(jù)；提供采取安全措施的依據(jù)； 設(shè)置報警系統(tǒng)、壓力釋放系統(tǒng)、防火系統(tǒng)等；設(shè)置報警系統(tǒng)、壓力釋放系統(tǒng)、防火系統(tǒng)等； 編制應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案的依據(jù)。編制應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案的依據(jù)。 后果分析后果分析 定量描述一個可能發(fā)生的事故將造成的人員傷亡、定量描述一個可能發(fā)生的事故將造成的人員傷亡、 財產(chǎn)損失和環(huán)境污染情況。財產(chǎn)損失和環(huán)境污染情況。 基礎(chǔ)基礎(chǔ): :數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型 灰箱模型：對假想的事故場景在一系列理想化假設(shè)灰箱模型：對假想的事故場景在

4、一系列理想化假設(shè) 的前提下，依據(jù)一定的物理化學(xué)原理建立的。模型參的前提下，依據(jù)一定的物理化學(xué)原理建立的。模型參 數(shù)由實驗得到。數(shù)由實驗得到。 黑箱模型：純經(jīng)驗?zāi)Ｐ停歉鶕?jù)實驗數(shù)據(jù)總結(jié)的。黑箱模型：純經(jīng)驗?zāi)Ｐ?，是根?jù)實驗數(shù)據(jù)總結(jié)的。 4.1.1 后果分析程序后果分析程序 4.1.2 后果分析需要的參數(shù)后果分析需要的參數(shù) 4.1.3 后果分析模式選擇后果分析模式選擇 （1 1）劃分獨立功能單元）劃分獨立功能單元 劃分原則：同辨識單元劃分劃分原則：同辨識單元劃分 包含重大危險源；包含重大危險源； 空間上相對獨立；空間上相對獨立； 泄漏單元與其他單元隔離：泄漏單元與其他單元隔離： 有緊急切斷閥；有緊急

5、切斷閥； 有液位或壓力控制的自動閥；有液位或壓力控制的自動閥； 由清晰明確信號遙控的閥。由清晰明確信號遙控的閥。 同一堤壩內(nèi)的儲罐應(yīng)作為一個單元考慮。同一堤壩內(nèi)的儲罐應(yīng)作為一個單元考慮。 （2 2）計算單元中有害物質(zhì)存量）計算單元中有害物質(zhì)存量 根據(jù)工藝流程和設(shè)備參數(shù)計算單元中有害物質(zhì)的存根據(jù)工藝流程和設(shè)備參數(shù)計算單元中有害物質(zhì)的存 量，并記錄物質(zhì)的種類、相態(tài)、溫度、壓力、體積量，并記錄物質(zhì)的種類、相態(tài)、溫度、壓力、體積 或質(zhì)量等?；蛸|(zhì)量等。 對于連續(xù)的流動系統(tǒng)需要估算。對于連續(xù)的流動系統(tǒng)需要估算。 （3 3）找出設(shè)備的典型故障）找出設(shè)備的典型故障 將設(shè)備劃分為將設(shè)備劃分為1010類，分析可能

6、存在的典型故障，每類，分析可能存在的典型故障，每 種設(shè)備只考慮少數(shù)幾種情況。種設(shè)備只考慮少數(shù)幾種情況。 （4 4）計算泄漏量）計算泄漏量 分析故障可能造成瞬時的或連續(xù)的泄漏，計算泄漏分析故障可能造成瞬時的或連續(xù)的泄漏，計算泄漏 量或泄漏流量。量或泄漏流量。 （5 5）計算后果）計算后果 分析泄漏后可能造成的火災(zāi)、爆炸等后果，選擇合分析泄漏后可能造成的火災(zāi)、爆炸等后果，選擇合 適的模型計算事故對生產(chǎn)現(xiàn)場內(nèi)或現(xiàn)場外的影響。適的模型計算事故對生產(chǎn)現(xiàn)場內(nèi)或現(xiàn)場外的影響。 （6 6）整理結(jié)果）整理結(jié)果 將計算結(jié)果整理成表格，并在單元平面圖上劃出影將計算結(jié)果整理成表格，并在單元平面圖上劃出影 響范圍響范圍

7、 （1 1）有害物質(zhì)的參數(shù)）有害物質(zhì)的參數(shù) 包括有害物質(zhì)的相態(tài)、最大質(zhì)量或體積、溫度、壓包括有害物質(zhì)的相態(tài)、最大質(zhì)量或體積、溫度、壓 力、密度，熱力學(xué)性質(zhì)如沸點、蒸發(fā)熱、燃燒熱、力、密度，熱力學(xué)性質(zhì)如沸點、蒸發(fā)熱、燃燒熱、 熱容等，有害與毒性參數(shù)等。熱容等，有害與毒性參數(shù)等。 （2 2）設(shè)備的參數(shù)）設(shè)備的參數(shù) 工藝流程、設(shè)備類型、設(shè)備的可能故障與泄漏位置、工藝流程、設(shè)備類型、設(shè)備的可能故障與泄漏位置、 泄漏口形狀尺寸等。泄漏口形狀尺寸等。 （3 3）現(xiàn)場情況與氣象情況）現(xiàn)場情況與氣象情況 設(shè)備布置、人員分布、資金密度，設(shè)備地理位置，設(shè)備布置、人員分布、資金密度，設(shè)備地理位置， 堤壩高度面積，常

8、年主導(dǎo)風(fēng)向、平均風(fēng)速、大氣穩(wěn)堤壩高度面積，常年主導(dǎo)風(fēng)向、平均風(fēng)速、大氣穩(wěn) 定情況、日照情況，地形情況，地面粗糙度、建筑、定情況、日照情況，地形情況，地面粗糙度、建筑、 樹木高度等。樹木高度等。 并不是所有參數(shù)都與模型計算有關(guān)，但關(guān)注這些情況有并不是所有參數(shù)都與模型計算有關(guān)，但關(guān)注這些情況有 助于分析結(jié)果更符合實際。助于分析結(jié)果更符合實際。 重大事故后果分析關(guān)心的是易燃、易爆或有毒的物質(zhì)。重大事故后果分析關(guān)心的是易燃、易爆或有毒的物質(zhì)。 物質(zhì)物質(zhì)泄漏泄漏可能帶來不同的后果，分析每一種可能后可能帶來不同的后果，分析每一種可能后 果，果，根據(jù)這些后果采用相應(yīng)的分析模式根據(jù)這些后果采用相應(yīng)的分析模式，

9、每種分析模式，每種分析模式 有多種模型可供選擇。有多種模型可供選擇。 泄漏往往是事故的開始，泄漏往往是事故的開始，物質(zhì)泄漏可能引起物質(zhì)泄漏可能引起火火 災(zāi)或爆炸災(zāi)或爆炸，也可能產(chǎn)生，也可能產(chǎn)生毒氣毒氣傷害。傷害。 泄漏原因：泄漏原因： 設(shè)備損壞、失靈；設(shè)備損壞、失靈； 錯誤操作；錯誤操作； 安全閥的正?；虿徽幼?。安全閥的正常或不正常動作。 確定典型的泄露情況時，首先應(yīng)列出工程的確定典型的泄露情況時，首先應(yīng)列出工程的主要設(shè)備主要設(shè)備： 管道管道泵泵 撓性連接撓性連接 壓縮機壓縮機 過濾器過濾器貯罐（常壓條件）貯罐（常壓條件） 閥閥 貯槽（加壓或冷凍）貯槽（加壓或冷凍） 壓力容器壓力容器/ /

10、反應(yīng)器反應(yīng)器放空燃燒管放空燃燒管/ /排氣管排氣管 對選定的設(shè)備，應(yīng)分析其典型損壞情況，這是泄露計算對選定的設(shè)備，應(yīng)分析其典型損壞情況，這是泄露計算 的基礎(chǔ)，下面一系列圖為各種設(shè)備的典型損壞。的基礎(chǔ)，下面一系列圖為各種設(shè)備的典型損壞。 當(dāng)然更可靠的是按照工廠的具體設(shè)備確定可能的損壞或當(dāng)然更可靠的是按照工廠的具體設(shè)備確定可能的損壞或 泄漏尺寸。泄漏尺寸。 包括：管道，法蘭，焊接，彎管包括：管道，法蘭，焊接，彎管 典型損壞典型損壞 可能損壞尺寸可能損壞尺寸 1）法蘭泄漏）法蘭泄漏 2）管道泄漏）管道泄漏 3）焊縫失效）焊縫失效 20%管徑管徑 100%或或20%管徑管徑 100%或或20%管徑管徑

11、 管道管道 管道管道 撓性連接器撓性連接器 包括：軟管，波紋管，鉸接器包括：軟管，波紋管，鉸接器 典型損壞典型損壞 可能損壞尺寸可能損壞尺寸 1)1)破裂泄漏破裂泄漏 2)2)接頭泄漏接頭泄漏 3)3)連接裝置損壞連接裝置損壞 100%100%或或20%20%管徑管徑 20%20%管徑管徑 100%100%管徑管徑 撓性連接器撓性連接器 過濾器過濾器 包括：濾器，濾網(wǎng)包括：濾器，濾網(wǎng) 典型損壞典型損壞 可能損壞尺寸可能損壞尺寸 1) 1)濾體泄漏濾體泄漏 2)2)管道泄漏管道泄漏 100% 100%或或20%20%管徑管徑 20%20%管徑管徑 過濾器過濾器 閥閥 包括：球閥，閘閥，球型閥，塞

12、閥，針閥，蝶閥，阻氣包括：球閥，閘閥，球型閥，塞閥，針閥，蝶閥，阻氣 閥，泄壓閥，緊急切斷閥閥，泄壓閥，緊急切斷閥 典型損壞典型損壞 可能損壞尺寸可能損壞尺寸 1) 1)閥室泄漏閥室泄漏 2)2)閥蓋泄漏閥蓋泄漏 3)3)閥桿損壞閥桿損壞 100%100%或或20%20%管徑管徑 20%20%管徑管徑 20%20%管徑管徑 閥閥 壓力容器及反應(yīng)器壓力容器及反應(yīng)器 包括：分離器，氣體洗滌器，混合器，反應(yīng)器，熱交換器，火加包括：分離器，氣體洗滌器，混合器，反應(yīng)器，熱交換器，火加 熱器，塔，管道清洗發(fā)射熱器，塔，管道清洗發(fā)射/ /接受器，再沸器接受器，再沸器 典型損壞典型損壞 可能損壞尺寸可能損壞尺

13、寸 1) 1)容器破裂容器破裂 2)2)容器泄漏容器泄漏 3)3)人孔蓋泄漏人孔蓋泄漏 4)4)噴嘴損壞噴嘴損壞 5)5)儀表管道破裂儀表管道破裂 6)6)內(nèi)部爆炸內(nèi)部爆炸 全部破裂全部破裂 100%100%最大管徑最大管徑 20%20%開口直徑開口直徑 100%100%管徑管徑 100%100%或或20%20%管徑管徑 全部破裂全部破裂 壓力容器及反應(yīng)器壓力容器及反應(yīng)器 泵泵 包括：離心泵，往復(fù)泵包括：離心泵，往復(fù)泵 典型損壞典型損壞 可能損壞尺寸可能損壞尺寸 1) 1)泵殼損壞泵殼損壞 2)2)密封泄漏密封泄漏 100%100%或或20%20%管徑管徑 20%20%管徑管徑 泵泵 壓縮機壓

14、縮機 包括：離心式壓縮機，軸流包括：離心式壓縮機，軸流 式壓縮機，往復(fù)式壓縮機式壓縮機，往復(fù)式壓縮機 典型損壞典型損壞 可能損壞尺寸可能損壞尺寸 1) 1)泵殼損壞泵殼損壞 2)2)密封泄漏密封泄漏 100%100%或或20%20%管徑管徑 20%20%管徑管徑 壓縮機壓縮機 儲罐儲罐 包括：所有常壓貯罐（管道連接和堤壩也應(yīng)作為設(shè)備的包括：所有常壓貯罐（管道連接和堤壩也應(yīng)作為設(shè)備的 一部分考慮）一部分考慮） 典型損壞典型損壞 可能損壞尺寸可能損壞尺寸 1) 1)容器損壞容器損壞 2)2)連接泄漏連接泄漏 100%100% 100%100%或或20%20%管徑管徑 儲罐儲罐 加壓或冷凍貯槽加壓或

15、冷凍貯槽 包括：加壓貯罐或運輸容器，冷凍貯罐或運輸容器，地包括：加壓貯罐或運輸容器，冷凍貯罐或運輸容器，地 埋或非地埋容器埋或非地埋容器 典型損壞典型損壞 可能損壞尺寸可能損壞尺寸 1) 1)沸騰液體擴展蒸汽云沸騰液體擴展蒸汽云 爆炸（僅非地埋情況）爆炸（僅非地埋情況） 2)2)破裂破裂 3)3)焊縫失效焊縫失效 全部破裂（點燃）全部破裂（點燃） 全部破裂全部破裂 100%100%或或20%20%管徑管徑 加壓或冷凍貯槽加壓或冷凍貯槽 放空燃燒管和排氣管放空燃燒管和排氣管 包括：所有放空燃燒管或排氣管包括：所有放空燃燒管或排氣管 （歧管、洗氣放空裝置、分離鼓應(yīng)（歧管、洗氣放空裝置、分離鼓應(yīng) 作

16、為設(shè)備的一部分考慮）作為設(shè)備的一部分考慮） 典型損壞典型損壞 可能損壞尺寸可能損壞尺寸 1) 1)歧管或分離鼓泄漏歧管或分離鼓泄漏 2)2)超規(guī)范排放超規(guī)范排放 100%100%或或20%20%管徑管徑 估算估算 放空燃燒管和排氣管放空燃燒管和排氣管 4.2.2.1 液體泄漏液體泄漏 根據(jù)伯努利（根據(jù)伯努利（Bernoulli）方程可以建立液體經(jīng)小孔泄）方程可以建立液體經(jīng)小孔泄 漏的漏的流量計算流量計算公式：公式： 式中： Q液體泄漏流量，液體泄漏流量，kg/s； Cd排放系數(shù)，通常取排放系數(shù)，通常取0.60.64； A泄漏口面積，泄漏口面積，m2； r r泄漏液體密度，泄漏液體密度，kg/m

17、3； P容器內(nèi)介質(zhì)壓力，容器內(nèi)介質(zhì)壓力，Pa； P0環(huán)境壓力，環(huán)境壓力，Pa； g重力加速度重力加速度，9.8m/s2； h泄漏口上液位高度，泄漏口上液位高度，m。 gh PP ACQ d 2 2 0 r r P h P0 排放系數(shù)排放系數(shù)Cd ： 實際流量與理想理論流量的比，用于補償公式推導(dǎo)中忽實際流量與理想理論流量的比，用于補償公式推導(dǎo)中忽 略了的摩擦損失、因慣性引起的截面收縮等因素。略了的摩擦損失、因慣性引起的截面收縮等因素。 影響因素：影響因素： 泄漏口形狀泄漏口形狀 泄漏口位置泄漏口位置 泄漏介質(zhì)的狀態(tài)泄漏介質(zhì)的狀態(tài) 取值：取值： 薄壁（壁厚薄壁（壁厚孔半徑）小孔泄漏，其值約為孔半徑

18、）小孔泄漏，其值約為0.62； 厚壁（孔半徑壁厚厚壁（孔半徑壁厚8倍孔半徑）小孔或通過一短管泄漏，其倍孔半徑）小孔或通過一短管泄漏，其 值約為值約為0.81； 通過修圓小孔排放，則排放系數(shù)為通過修圓小孔排放，則排放系數(shù)為1.0。 保守估計，取保守估計，取1.0。 根據(jù)泄漏口形狀取值根據(jù)泄漏口形狀取值 其他問題：其他問題： 壓力變化；壓力變化； 液位變化；液位變化； 大氣相通；大氣相通； 管道阻力管道阻力。 雷諾數(shù)雷諾數(shù)Re 泄漏口形狀泄漏口形狀 圓形（多邊形）圓形（多邊形）三角形三角形長條形長條形 1000.650.600.55 1000.500.450.40 P h P0 通常按前述公式計算

19、 的為初始流量，也是 最大流量。 過熱液體泄漏過熱液體泄漏 液體從裂口噴出后部分液體閃蒸液體從裂口噴出后部分液體閃蒸,汽化熱來自液體本身，汽化熱來自液體本身， 剩余液體將降溫至其常壓沸點。剩余液體將降溫至其常壓沸點。 閃蒸液體分?jǐn)?shù)為：閃蒸液體分?jǐn)?shù)為： 式中：式中： FV閃蒸液體分?jǐn)?shù)；閃蒸液體分?jǐn)?shù)； Cp液體恒壓熱容，液體恒壓熱容，J/(kgK) T 液體溫度，液體溫度，K； Tb 液體常壓沸點，液體常壓沸點，K； HV常壓沸點下的汽化熱，常壓沸點下的汽化熱，J/kg。 V bP V H TTC F FV大于大于0.2，不形成液池。，不形成液池。 FV小于小于0.2時，可以假定帶走液時，可以假定

20、帶走液 體與體與FV成線性關(guān)系：成線性關(guān)系： FV =0，無液體被帶走；，無液體被帶走； FV =0.1，50%液體被帶走。液體被帶走。 4.2.2.2 氣體泄漏氣體泄漏 氣體符合理想氣體狀態(tài)方程，則根據(jù)柏努利氣體符合理想氣體狀態(tài)方程，則根據(jù)柏努利 （Bernoulli）方程可推導(dǎo)出如下的）方程可推導(dǎo)出如下的氣體泄漏氣體泄漏公式：公式： 式中：式中： Cd排放系數(shù)，通常取排放系數(shù)，通常取1.0； 絕熱指數(shù)，是等壓熱容與等容熱容的比值；絕熱指數(shù)，是等壓熱容與等容熱容的比值； M氣體的分子量；氣體的分子量；kg/mol； R氣體常數(shù)，氣體常數(shù)，8.314J/(molK)； T容器內(nèi)氣體溫度，容器內(nèi)

21、氣體溫度，K。 1 0 2 0 1 2 P P P P RT M PACQ d 氣體流動的阻塞氣體流動的阻塞 氣體內(nèi)部壓力增大，氣體泄漏流速加快；氣體內(nèi)部壓力增大，氣體泄漏流速加快； 一般情況，泄漏氣體的運動速度只能達(dá)到聲速。一般情況，泄漏氣體的運動速度只能達(dá)到聲速。 臨界壓力臨界壓力 泄漏氣體的運動速度達(dá)到聲速時的壓力。泄漏氣體的運動速度達(dá)到聲速時的壓力。 聲速流聲速流：壓力高于臨界壓力；：壓力高于臨界壓力； 亞聲速流亞聲速流：壓力低于臨界壓力。用原公式計算。：壓力低于臨界壓力。用原公式計算。 1 1 1 2 RT M PACQ d 1 0 2 1 PP c 許多氣體的絕熱指數(shù)在許多氣體的絕熱指數(shù)在1.1到到1.4之間，則相應(yīng)的臨界壓力只有之間，則相應(yīng)的臨界壓力只有 約約1.7到到1.9個大氣壓，因此多數(shù)事故的氣體泄漏是聲速流。個大氣壓，因此多數(shù)事故的氣體泄漏是聲速流。 幾種氣體的絕熱指數(shù)和臨界壓力（幾種氣體的絕熱指數(shù)和臨界壓力（atm） 注意：注意： 泄漏流量