工業(yè)危險辨識及評價-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 explosion,

2、 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、定量描述一個可

3、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一系列理想化假設(shè)的前提下，依據(jù)

4、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?，是根?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

5、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。

6、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（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

7、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

8、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，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

9、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(jī)壓縮機(jī)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/ /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

10、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 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

11、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

12、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 1

13、00%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(jī)壓縮機(jī)包括：離心式壓縮機(jī)，軸流包括：離心式壓縮機(jī)，軸流式壓縮機(jī)，往復(fù)式壓縮機(jī)式壓縮機(jī)，往復(fù)式壓縮機(jī) 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

14、%100%或或20%20%管徑管徑20%20%管徑管徑 壓縮機(jī)壓縮機(jī)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(kuò)展蒸汽云沸騰液體擴(kuò)展

15、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

16、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/m3； 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。ghPPACQd220rrPhP0排放系數(shù)排放系數(shù)Cd ：實際流量與理想理論流

17、量的比，用于補(bǔ)償公式推導(dǎo)中忽實際流量與理想理論流量的比，用于補(bǔ)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）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

18、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1000.650.600.551000.500.450.40PhP0通常按前述公式計算的為初始流量，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/(k

19、gK)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。 VbPVHTTCFFV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

20、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)氣體溫度，K。 102012PPPPRTMPACQd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。1112RTMPACQd1021PPc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）