安全系統(tǒng)工程培訓(xùn)資料ppt66頁(yè)通用課件

1、安全系統(tǒng)工程 第六章 典型事故影響模型與計(jì)算6.1 泄漏模型604就就就就6.2 擴(kuò)散模型6.3 火災(zāi)模型6.4 爆炸模型6.5 事故傷害的計(jì)算方法本章學(xué)習(xí)目標(biāo)與方法 學(xué)習(xí)目標(biāo) 要求掌握泄露模型、擴(kuò)散模型、火災(zāi)模型、爆炸模型的機(jī)理及其計(jì)算表達(dá)式，熟悉火災(zāi)輻射傷害、爆炸超壓傷害、毒物泄露傷害的計(jì)算方法，學(xué)會(huì)運(yùn)用相關(guān)模型進(jìn)行?；肥鹿实男孤?、擴(kuò)散、危害的計(jì)算和分析。學(xué)習(xí)方法 學(xué)習(xí)本章內(nèi)容需溫習(xí)高等數(shù)學(xué)、流體力學(xué)等相關(guān)數(shù)學(xué)知識(shí)，可結(jié)合化工企業(yè)定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)導(dǎo)則（AQ/T3046-2013）提升對(duì)各類(lèi)模型的實(shí)際應(yīng)用能力，同時(shí)可嘗試使用matlab等軟件實(shí)現(xiàn)模型求解。第一節(jié) 泄漏模型泄漏主要包括液體泄漏、

2、氣體泄漏和兩相流泄漏等1.1.11.1.21.1.3液體泄漏模型氣體泄漏模型兩相流泄漏模型6.1.1 液體泄漏模型 液體泄漏量可根據(jù)流體力學(xué)中的伯努利方程計(jì)算泄漏量。當(dāng)發(fā)生泄漏的設(shè)備的裂口是規(guī)則的，而且裂口尺寸及泄漏物質(zhì)的有關(guān)熱力學(xué)、物理化學(xué)性質(zhì)及參數(shù)已知時(shí)，可根據(jù)流體力學(xué)中的有關(guān)方程式計(jì)算泄漏量。當(dāng)裂口不規(guī)則時(shí)，可采用等效尺寸代替；當(dāng)泄漏過(guò)程中壓力變化時(shí)，則往往采用經(jīng)驗(yàn)公式。Q 液體泄漏速度，kg/s；Cd液體泄漏系數(shù)，按表6-1選??；A裂口面積，m2；6.1.1 液體泄漏模型泄漏液體密度，kg/ m3；P容器內(nèi)介質(zhì)壓力，Pa；P0環(huán)境壓力，Pag重力加速度，9.8 m/ s2；h裂口之上液

3、位高度，m。雷諾數(shù)Re裂口形狀圓形（多邊形）三角形長(zhǎng)方形1000.650.600.551000.500.450.40表6-1 液體泄漏系數(shù)Cd6.1.1 液體泄漏模型 當(dāng)容器內(nèi)液體是過(guò)熱液體，即液體的沸點(diǎn)低于周?chē)h(huán)境溫度，液體流過(guò)裂口時(shí)由于壓力減小而突然蒸發(fā)。蒸發(fā)所需熱量取自于液體本身，而容器內(nèi)剩下的液體溫度將降至常壓沸點(diǎn)。在這種情況下，泄漏時(shí)直接蒸發(fā)的液體所占百分比F可按下式計(jì)算： Cp液體的定壓比熱，J/kgK；T泄漏前液體的溫度，K；T0液體在常壓下的沸點(diǎn)，K；H液體的氣化熱，J/kg。6.1.2氣體泄漏模型 氣體從裂口泄漏的速度與其流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。因此，計(jì)算泄漏量時(shí)首先要判斷泄漏時(shí)氣體流

4、動(dòng)屬于音速還是亞音速流動(dòng)，前者稱(chēng)為臨界流，后者稱(chēng)為次臨界流。 當(dāng)下式成立時(shí)，氣體流動(dòng)屬音速流動(dòng)：當(dāng)下式成立時(shí)，氣體流動(dòng)屬亞音速流動(dòng)：k氣體的絕熱指數(shù)（等熵指數(shù)），即定壓比熱Cp與定容比熱CV之比。6.1.2氣體泄漏模型氣體呈音速流動(dòng)時(shí)，其泄漏量為：氣體呈亞音速流動(dòng)時(shí)，其泄漏量為：Cg氣體泄漏系數(shù)，當(dāng)裂口形狀為圓形時(shí)取1.00，三角形時(shí)取0.95，長(zhǎng)方形時(shí)取0.90Y氣體膨脹因子，它由下式計(jì)算：6.1.2氣體泄漏模型A裂口面積，m2；M分子量；氣體密度，kg/ m3；R普適氣體常數(shù)，J/molK，通常取R8.31436；T氣體溫度，K。氣體空氣氮?dú)庋鯕鈿錃饧淄橐彝橐蚁┍榘睔釱 值1.401.4

5、01.3971.4121.3151.181.221.331.32氣體氯氣干飽和蒸氣一氧化碳二氧化碳一氧化氮二氧化氮過(guò)熱蒸氣氫氰酸K 值1.351.1351.3951.2951.41.311.31.31表6-2 常用氣體的絕熱指數(shù)6.1.3 兩相流泄漏模型 在過(guò)熱液體發(fā)生泄漏時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)氣、液兩相流動(dòng)。均勻兩相流動(dòng)的泄漏速度可按下式計(jì)算：（6-11）Q兩相流泄漏速度，kg/s；Cd兩相流泄漏系數(shù)，可取0.8；A裂口面積，m2；P兩相混合物的壓力，Pa；Pc臨界壓力，Pa，可取Pc =0.55Pa；6.1.3 兩相流泄漏模型兩相混合物的平均密度，kg/ m3，它由下式計(jì)算：1液體蒸發(fā)的蒸氣密度，

6、kg/ m3；2液體密度，kg/ m3；Mv蒸發(fā)的液體占液體總量的比例，它由下式計(jì)算：當(dāng)Mv 1時(shí)，表明液體將全部蒸發(fā)成氣體，這時(shí)應(yīng)按氣體泄漏公式計(jì)算；如果Mv很小，則可近似按液體泄漏公式計(jì)算。6.1.3 兩相流泄漏模型Cp兩相混合物的定壓比熱，J/kgK；T兩相混合物的溫度，K；Tc臨界溫度，K；Hv液體的氣化熱，J/kg。 1.1.3 兩相流泄漏模型 如果管道長(zhǎng)度和管道直徑之比L/D0.10極嚴(yán)重，可能大部分死亡表6-15 沖擊波超壓對(duì)建筑物的破壞作用 6.4.1 物理爆炸超壓 / MPa破壞作用0.0050.006門(mén)、窗玻璃部分破碎0.0060.010受壓面的門(mén)窗玻璃大部分破碎0.015

7、0.02窗框損壞0.020.03墻裂縫0.040.05墻大裂縫，房瓦掉下0.060.07木建筑廠(chǎng)房房柱折斷，房架松動(dòng)0.070.10磚墻倒塌0.100.20防震鋼筋混凝土破壞，小房屋倒塌0.200.30大型鋼結(jié)構(gòu)破壞6.4.1 物理爆炸 沖擊波的傷害、破壞作用準(zhǔn)則有超壓準(zhǔn)則、沖量準(zhǔn)則和超壓沖量準(zhǔn)則等。下面僅介紹超壓準(zhǔn)則。超壓準(zhǔn)則認(rèn)為，只要沖擊波超壓達(dá)到一定值，便會(huì)對(duì)目標(biāo)造成一定的傷害或破壞。 利用式上式和表6-16及爆炸的炸藥量或TNT當(dāng)量即可計(jì)算確定各種相應(yīng)距離下的超壓。 6.4.1 物理爆炸 綜上所述，計(jì)算壓力容器爆破時(shí)對(duì)目標(biāo)的傷害、破壞作用，可按下列程序進(jìn)行。 （1）首先根據(jù)容器內(nèi)所裝介

8、質(zhì)的特性，分別選用式(6-54)至(6-58)計(jì)算出其爆破能量E。 （2）將爆破能量q換算成TNT當(dāng)量q。因?yàn)?kgTNT爆炸所放出的爆破能量為4230kJ/kg4836kJ/kg,一般取平均爆破為4500 kJ/kg,故其關(guān)系為：6.4.1 物理爆炸 （3）按式(6-59)求出爆炸的模擬比，即 （4）求出在1000kgTNT爆炸試驗(yàn)中的相當(dāng)距離RO，即RO=R/。 （5）根據(jù)RO值在表6-11中找出距離為RO處的超壓RO(中間值用插入法)，此即所求距離為R處的超壓。 （6）根據(jù)超壓R值，從表6-14、6-15中找出對(duì)人員和建筑場(chǎng)的傷害、破壞作用。6.4.1 物理爆炸 5. 壓力容器爆炸時(shí)碎片

9、能量及飛行距離計(jì)算 壓力容器爆炸時(shí)，殼體可能破裂為很多大小不等的碎片或碎塊向四周飛散拋擲，造成人員傷亡或財(cái)產(chǎn)損失。 （1）碎片能量的計(jì)算 碎片飛出時(shí)具有動(dòng)能，動(dòng)能的大小與每塊碎片的質(zhì)量及速度的平方成正比，即：6.4.1 物理爆炸 根據(jù)有關(guān)研究，碎片擊中人體時(shí)的動(dòng)能在26J以上時(shí)，可致外傷；碎片擊中人體時(shí)的動(dòng)能在60J以上時(shí)，可致骨部外傷；碎片擊中人體時(shí)的動(dòng)能在200J以上時(shí)，可致骨部重傷。 （2）碎片飛行距離的計(jì)算 壓力容器碎片飛離殼體時(shí)，一般具有80120m/s的初速，即使在飛離容器較遠(yuǎn)的地方也常有2030m/s的速度。6.4.1 物理爆炸 （3）碎片穿透量的計(jì)算 壓力容器爆炸時(shí)，碎片常常會(huì)

10、損壞或穿透臨近的設(shè)備管道，引發(fā)二次火災(zāi)、爆炸或中毒事故。壓力容器爆炸時(shí)，碎片的穿透力與碎片擊中時(shí)的動(dòng)能成正比 。6.4.2 化學(xué)爆炸 1凝聚相爆炸 凝聚相含能材料爆炸能產(chǎn)生多種破壞效應(yīng)，如熱輻射、一次破片作用、有毒氣體產(chǎn)物的致命效應(yīng)，但破壞力最強(qiáng)，破壞區(qū)域最大的是沖擊波的破壞效應(yīng)，因此，凝聚相爆炸模型主要考慮沖擊波的傷害作用。 凝聚相含能材料的爆炸沖擊波最大正相超壓6.4.2 化學(xué)爆炸2 蒸氣云爆炸（Vapor Cloud Explosion，簡(jiǎn)稱(chēng)VCE）蒸氣云爆炸產(chǎn)生的沖擊波超壓是其主要危害。6.4.2 化學(xué)爆炸3. 沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸 易燃易爆的液化氣體容器在外部火焰的烘烤下可能發(fā)生突然

11、破裂，壓力平衡被破壞，液體急劇氣化，并隨即被火焰點(diǎn)燃而發(fā)生爆炸，產(chǎn)生巨大的火球，危害極其嚴(yán)重。這種事故被稱(chēng)為沸騰液體擴(kuò)展為蒸氣爆炸。沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸的主要危險(xiǎn)是火球產(chǎn)生的強(qiáng)烈熱輻射傷害。 （1）火球直徑（2）火球持續(xù)時(shí)間6.4.2 化學(xué)爆炸（3）火球抬升高度 火球在燃燒時(shí)，將抬升到一定高度?；鹎蛑行木嚯x地面的高度H由下式估計(jì)：（4）火球表面熱輻射能量 假設(shè)火球表面熱輻射能量是均勻擴(kuò)散的?；鹎虮砻鏌彷椛淠芰坑上率接?jì)算： 6.4.2 化學(xué)爆炸（5）視角系數(shù)（6）大氣熱傳遞系數(shù)（7）火球熱輻射強(qiáng)度 在不考慮障礙物對(duì)火球熱輻射產(chǎn)生阻擋作用的條件下，距離儲(chǔ)罐X處的熱輻射強(qiáng)度q可由下式計(jì)算： 第五節(jié)

12、事故傷害的計(jì)算方法5.15.25.3火災(zāi)輻射傷害計(jì)算方法爆炸超壓傷害計(jì)算方法毒物泄漏傷害計(jì)算方法6.5.1 火災(zāi)輻射傷害計(jì)算方法 火災(zāi)通過(guò)輻射熱的方式影響周?chē)h(huán)境，當(dāng)火災(zāi)產(chǎn)生的熱輻射強(qiáng)度足夠大時(shí)，可使周?chē)奈矬w燃燒或變形，強(qiáng)烈的熱輻射可能燒毀設(shè)備甚至造成人員傷亡等。表6-18為穩(wěn)態(tài)火災(zāi)下不同入射通量造成的傷害情況。 火災(zāi)的事故后果主要包括：池火災(zāi)、噴射火、沸騰液體擴(kuò)展蒸氣云爆炸火球、固體火災(zāi)。 6.5.1 火災(zāi)輻射傷害計(jì)算方法 1. 人身傷害概率計(jì)算2. 人身傷害半徑計(jì)算死亡熱通量重傷熱通量6.5.1 火災(zāi)輻射傷害計(jì)算方法 輕傷熱通量3. 財(cái)產(chǎn)損失半徑計(jì)算4. 間接財(cái)產(chǎn)損失計(jì)算6.5.2 爆炸

13、超壓傷害計(jì)算方法 爆炸事故所產(chǎn)生的沖擊波超壓會(huì)對(duì)人體和建筑物造成嚴(yán)重的的傷害和破壞作用。爆炸事故后果主要包括：凝聚相爆炸、物理爆炸、蒸氣云爆炸。6.5.2 爆炸超壓傷害計(jì)算方法 1. 沖擊波超壓傷害概率2. 人身傷害半徑計(jì)算死亡半徑重傷半徑輕傷半徑6.5.2 爆炸超壓傷害計(jì)算方法 3. 財(cái)產(chǎn)損失半徑計(jì)算6.5.3 毒物泄漏傷害計(jì)算方法 毒物泄漏擴(kuò)散引發(fā)中毒主要包括：非重氣擴(kuò)散和重氣擴(kuò)散。1. 毒氣傷害概率2. 擴(kuò)散危害區(qū)域瞬間泄漏危害區(qū)域6.5.3 毒物泄漏傷害計(jì)算方法 連續(xù)泄漏危害區(qū)域本章思考題2.討論重氣云擴(kuò)散與非重氣云擴(kuò)散的特點(diǎn)。3.討論池火災(zāi)高度、池火災(zāi)半徑與液池半徑的關(guān)系。1.爆炸沖擊波對(duì)人體損傷和哪些因素有關(guān)?課后習(xí)題 1.分別畫(huà)出