事故后果模擬

第7章事故后果模擬分析7.1爆炸效應(yīng)7.1.1爆炸效應(yīng)的定義

爆炸物在爆炸時(shí)形成的高溫高壓對周圍介質(zhì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊和壓縮作用，使與其接觸或接近的物體產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)、變形、破壞與飛散等有害效應(yīng)。熱效應(yīng)機(jī)械效應(yīng)空間效應(yīng)聲光效應(yīng)毒害作用做功能力——TNT當(dāng)量法TNT當(dāng)量法是把爆炸的破壞作用轉(zhuǎn)化成TNT爆炸的破壞作用，從而把爆炸物的量轉(zhuǎn)化成TNT當(dāng)量。（TNT平均爆炸熱取4520kJ/kg）。評價(jià)方法7.1.2爆炸的破壞形式火災(zāi)沖擊波碎片沖擊7.1.3爆炸基本參數(shù)（1）爆熱QV

QV=Qv，產(chǎn)物

—QV，爆炸物

（2）爆溫t（3）爆壓Pmax

7.2物理爆炸模型7.2.1盛裝液體的壓力容器的爆炸能量式中:EL——液體爆炸能量，JΔp——壓縮液體的增壓，按壓縮液體的表壓計(jì)，MPa；β——液體的壓縮系數(shù)，MPa-1；V——液體的體積，m3。7.2.2盛裝氣體的壓力容器的爆炸能量Brode法氣體體積不變，增壓至系統(tǒng)爆炸前壓力所需的能量等熵膨脹法在理想情況下流體膨脹對外作出的功可以等于壓縮消耗的功，是可逆絕熱膨脹過程，膨脹前后熵值不變等溫膨脹法假設(shè)容器爆炸過程是等溫的熱力學(xué)有效性方法物質(zhì)進(jìn)入環(huán)境時(shí)所需的等效最大機(jī)械能。爆炸引起的超壓是機(jī)械能的一種形式。因此，熱力學(xué)有效性預(yù)測產(chǎn)生超壓的機(jī)械能的最大上限值。式中：Eg

——容器內(nèi)氣體的爆炸能量，即氣體絕熱膨脹所做的功，J；P——?dú)怏w爆炸前的絕對壓力，MPa；V——容器體積（無液體時(shí)），m3；K——?dú)怏w絕熱指數(shù)。等熵膨脹法7.2.3液化氣、高溫飽和水的爆炸能量一、液化氣體容器的爆炸能量二、飽和水的爆炸能量例：一廢熱鍋爐，直徑2m，長5m，運(yùn)行中（表壓0.8MPa）破裂爆炸，炸前水位在汽包中心上邊約0.2m處，計(jì)算汽包破裂時(shí)的爆炸能量。0.2m7.2.4壓力容器爆炸時(shí)沖擊波能量計(jì)算容器殘余變形碎片能量沖擊波能量容器爆炸能量沖擊波超壓對建筑物的破壞作用超壓△P/MPa破壞作用超壓△P/MPa破壞作用0.005~0.0060.006~0.010.015~0.020.02~0.030.04~0.05門窗玻璃部分破碎受壓面的門窗玻璃大部分破碎窗框損壞墻裂縫墻大裂縫，房瓦掉下0.06~0.070.07~0.100.10~0.200.20~0.30木建筑廠房折斷，房架松動(dòng)磚墻倒塌防震鋼筋混凝土破壞，小房屋倒塌大型鋼架結(jié)構(gòu)破壞一、沖擊波超壓的傷害、破壞作用沖擊波超壓對人體的傷害作用超壓△P/MPa傷害作用超壓△P/MPa傷害作用0.02~0.030.03~0.05輕微損傷聽覺器官損傷或骨折0.05~0.10>0.10內(nèi)臟嚴(yán)重?fù)p傷或死亡大部分人死亡二、沖擊波超壓△P∝R-n

式中△P——沖擊波波陣面上的超壓，MPa；

R——距爆炸中心的距離，m；

n——衰減系數(shù)。超壓：沖擊波波陣面上的氣體與大氣壓力之差。兩類問題：（一）破壞范圍問題——確定破壞半徑（二）破壞程度問題——確定沖擊波超壓1000kgTNT炸藥在空氣中爆炸時(shí)所產(chǎn)生的沖擊波超壓距離R0/m56789101214161820超壓△P0/MPa2.942.061.671.270.950.760.500.330.2350.170.126距離R0/m2530354045505560657075超壓△P0/MPa0.0790.0570.0430.0330.0270.02350.02050.0180.0160.01430.013規(guī)律：不同數(shù)量的同類炸藥發(fā)生爆炸時(shí)，如果距離爆炸中心的距離R之比與炸藥量q三次方根之比相等，則產(chǎn)生的沖擊波超壓相同，即

則△P=△P0

例：一廢熱鍋爐，直徑2m，長5m，運(yùn)行中（表壓0.8MPa）破裂爆炸，炸前水位在汽包中心上邊約0.2m處，計(jì)算汽包爆炸沖擊波致死范圍（超壓閾值0.05MPa）。0.2m7.2.5壓力容器爆炸時(shí)碎片沖擊危害碎片穿透能力S=KE/A穿透距離，mm穿透系數(shù)，鋼板1，混凝土10，木材40穿透方向截面積，mm2碎片動(dòng)能，JE=mv2/2作業(yè)：設(shè)有一儲氣（壓縮空氣）罐，容積15m3，壓力1MPa（表壓），運(yùn)行時(shí)容器破裂爆炸，試計(jì)算儲氣罐爆炸時(shí)的能量，估算距離為10m處的沖擊波超壓。7.3流體泄露模型7.3.1泄露形式及后果流體氣體液體可燃?xì)怏w有毒氣體（中毒）

立即起火(噴射火）

滯后起火（氣云爆炸）

常溫常壓液體（池火）

加壓液化氣體（火災(zāi)、爆炸、中毒）

低溫液體（火災(zāi)、爆炸、中毒）

氣化比率7.3.2泄露量的計(jì)算

一、液體泄露量

泄露孔處的液體流速

Cd液體泄露質(zhì)量流率

二、氣體泄露量

聲速流亞聲速流三、兩相流動(dòng)泄露量式中

Q0——兩相流動(dòng)混合物泄露速度，kg/s；

Cd——兩相流動(dòng)混合物泄露系數(shù)，可取0.8；

A——裂口面積，m2；

p——兩相混合物壓力，Pa；

pc——臨界壓力，Pa,可取0.55Pa；

ρ——兩相混合物的平均密度，kg/m3

思考題：圓柱形儲罐高6m，直徑2.5m，里面存儲有苯。儲罐內(nèi)充氮?dú)獗Ｗo(hù)，為防止爆炸，罐內(nèi)保持壓力恒定不變（絕壓101.3KPa）。目前，罐內(nèi)液面高度5m，由于疏忽，鏟車駕駛員將距地面1.5m的罐壁碰出一個(gè)直徑為3cm的小孔。請估算：（1）罐內(nèi)苯泄露的最大質(zhì)量流率。（2）如果不采取措施，苯將會泄露多長時(shí)間？已知苯的相對密度為0.879，取泄露系數(shù)Cd=0.5。

7.4火災(zāi)模型

7.4.1池火災(zāi)

燃燒速度

火焰半徑火焰高度火災(zāi)持續(xù)時(shí)間

輻射熱通量

目標(biāo)接受熱通量

破壞、傷害概率

Pr1=-36.38+2.56ln(tqr4/3)死亡概率Pr2=-43.14+3.0188ln(tqr4/3)重傷概率Pr3=-39.83+3.0186ln(tqr4/3)輕傷概率燃燒熱氣化熱即dm/dt熱輻射系數(shù)，0.15視角系數(shù)表7.4-2穩(wěn)態(tài)火災(zāi)下的熱通量傷害效應(yīng)臨界熱通量（kW/m2）破壞類型臨界熱通量（kW/m2）破壞類型37.5加工設(shè)備損壞5.0暴露15s的痛閾值25.0木材引燃（無引火）4.5暴露20s的痛閾值，一度燒傷16.0暴露5s后人嚴(yán)重灼傷2.0PVC絕熱電纜破壞12.5木材被引燃1.75暴露1min的痛閾值6.4暴露8s的痛閾值，20s后二度燒傷1.6長時(shí)間暴露無不適感7.4.2噴射火

點(diǎn)熱源每秒輻射的熱量距離點(diǎn)熱源x處接受的熱通量

目標(biāo)接受的熱通量

Q=ηmfHC

效率因子，取0.35輻射率，取0.27.4.3火球

火球最大半徑火球持續(xù)時(shí)間

火球輻射熱通量

目標(biāo)接受熱通量

7.4.4突發(fā)火解決的問題： 主要計(jì)算可燃混合氣體燃燒下限隨氣團(tuán)擴(kuò)散到達(dá)的范圍。突發(fā)火氣團(tuán)擴(kuò)散模型

參考：《石化裝置定量風(fēng)險(xiǎn)評估指南》青島安全工程研究院編著7.5化學(xué)爆炸模型7.5.1蒸氣云爆炸（UVCE）蒸氣云爆炸傷害形式?jīng)_擊波高溫、熱輻射缺氧窒息碎片沖擊氣云爆炸后果模擬可燃?xì)怏w爆炸總能量E=1.8αWQ沖擊波正相超壓死亡區(qū)半徑重傷區(qū)半徑輕傷區(qū)半徑財(cái)產(chǎn)區(qū)半徑7.5.2沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVE）火球持續(xù)時(shí)間目標(biāo)接受熱劑量

火球當(dāng)量半徑

R=2.9W1/3

t=0.45W1/3

破壞、傷害半徑

同火球模型7.5.3爆炸產(chǎn)物的擴(kuò)散與蔓延7.6中毒模型中毒危險(xiǎn)性=f（毒性，接觸濃度，接觸時(shí)間）表5.6-2有毒氣體的危險(xiǎn)濃度物質(zhì)名稱吸入5~10min致死的濃度/%吸入0.5~1h致死的濃度/%吸入0.5~1h致重病的濃度/%氨氯二氧化硫氫氟酸硫化氫二氧化氮0.50.090.050.0270.08~0.10.05

0.0035~0.0050.053~0.0650.011~0.0140.042~0.060.032~0.053

0.0014~0.00210.015~0.0190.010.036~0.050.011~0.0217.6.1有毒液化氣體容器破裂時(shí)的毒害區(qū)估算

部分介質(zhì)吸熱汽化汽化后的體積

整體降溫至正常沸點(diǎn)放熱

致死危險(xiǎn)氣體總體積

致死危險(xiǎn)半徑

肯定死亡嗎？都會死亡嗎？7.6.2泄漏后果的概率函數(shù)法

表7.6-3概率與中毒死亡百分率的換算關(guān)系

死亡百分率／％01234567890

2.672.953.123.253.363.453.523.593.66103.723.773.823.873.923.964.014.054.084.12204.164.194.234.264.294.334.264.394.424.45304.484..504.534.564.594.614.644.674.694.72404.754.774.804.824.854.874.904.924.954.97505.005.035.055.085.105.135.155.185.205.23605.255.285.315.335.365.395.445.445.475.50705.525.555.585.615.645.675.715.745.775.81805.845.885.925.955.996.046.086.136.186.23906.286.346.416.486.556.646.756.887.057.33997.337.377.417.467.517.587.587.657.888.09概率值Y與接觸毒物濃度及接觸時(shí)間的關(guān)系

表5.6-4一些毒性物質(zhì)的常數(shù)

物質(zhì)名稱ABn參考資料氯-5.30.52.75DCMR1984氨-9.820.712.0DC2dR1984丙稀醛-9.932.051.0USCG1977四氯化碳0.541.010.5USCG1977氯化氫-21.762.651.0USCG1977甲基溴-19.925.161.0USCG1977光氣(碳酰氯)-19.273.691.0USCG1977氟氫酸(單體)-26.43.351.0USCG1977不同位置的概率能相同嗎？

7.6.3有毒介質(zhì)噴射泄漏時(shí)的毒害區(qū)估算yxC(x,y)b1=50.5+48.2ρ-9.95ρ2b2=23+41ρD=D0(ρ0/ρ)1/2例題：某城市中壓燃?xì)夤艿辣坏谌绞┕て茐模艿劳跀嗪?0min為切斷氣源。已知：管道輸送壓力0.2MPa（表壓）管道裂口形狀為長方形，裂口面積0.03m2，焦?fàn)t煤氣的絕熱指數(shù)1.37，環(huán)境溫度20℃。試推斷該事故泄露60min后的氣云爆炸和中毒致死區(qū)、重傷區(qū)、輕傷區(qū)半徑。假設(shè)上述區(qū)域的死亡百分率分別為50%，5%和1%。（提示：中毒主要是CO造成，則A=-37.98，B=3.7，n=1.0）解：（1）推斷爆炸后果1)判斷流型：音速流2)計(jì)算流率：7.371Kg/s3)計(jì)算爆炸能量及破壞半徑：參考5.5.1（2）推斷中毒后果1）傷害分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)死亡：Y=-37.98+