储罐区爆炸危

4.8储罐区的伤害模型及伤害破坏半径原料罐区最大的火灾爆炸风险是丁二烯与丁烷罐的燃烧爆炸，是2.1类为爆炸性气体，如果液态贮存，且瞬态泄漏后立即遇到火源，则发生沸腾液体扩张为蒸汽爆炸；他们的沸点远小于环境温度，泄漏后将会由于自身的热量、地面传热、太阳辐射、气流运动等迅速蒸发，在液池上面形成蒸气云，与周围空气混合成易燃易爆混合物，并且随着风向扩散，扩散扩过程中如遇到点火源，也会发生蒸气云爆炸；如果遇不到火源，则将无害的消失掉。其伤害模型有两种：(1)蒸气云爆炸(VCE)模型；(2)沸腾液体扩展蒸汽爆炸(BLEVE)模型。前者属于爆炸型，后者属于火灾型。不同的伤害模型有不同的伤害一破坏半径，不同伤害一破坏半径所包围的封闭面积内，人员多少、财产价值多少将影响事故严重度大小。伤害—一破坏半径划分为死亡半径、重伤(二度烧伤)半径、轻伤(一度烧伤)半径及财产破坏半径。齐鲁石化公司橡胶厂液化烃储罐区内贮存的是丁二烯和丁烷，其中丁二烯储量是9900m3,丁烷的储量是7200m3因此丁二烯的总质量W1=6600621.1=4099262(kg)。丁烷的总质量W2=7200580=4176000（kg）。总质量W=4099262+4176000=8275262（kg）。4.8.1蒸气云爆炸蒸气云爆炸是一类经常发生、且后果十分严重的爆炸事故。生产、贮存或使用易燃易爆气体过程中因故障导致气体泄漏和爆炸而造成人员伤亡的事故时有发生，而储罐区蒸气云爆炸正是此类事故中发生频率较高的一种，其事故周期短，爆炸性气体和易挥发性液体储存在储罐内，一旦泄漏，遇到火源则可能发生蒸气云爆炸，如果遇不到火源，则将扩散并消失掉。后果严重采用TNT当量法估计蒸气云爆炸的严重度。长期以来，军事上一直对高能炸药破坏性很感兴趣，积累了很多TNT量与破坏之间的关系的试验数据。因此，使用TNT当量来描述事故爆炸的威力就比较方便。如果某次事故造成的破坏状况与xkgTNT爆炸造成的破坏状况相当，则称此次爆炸的威力为xkgTNT当量。用TNT当量法来预测蒸气云爆炸严重度的原理是这样的：假设一定百分比的蒸气云参与了爆炸，对形成冲击波有实际贡献，并以TNT当量来表示蒸气云爆炸的威力。1）TNT当量计算首先计算出总的爆炸能量，丁二烯的爆热QB,1为46977.7kJ/kg，丁烷的爆热QB,2取231.1kJ/kg。根据公式（4-8）：2B,21B,1WQWQE=46977.74099260+231.14176000=1.91011kJ爆源的TNT的当量（kg），按下式计算：TNTTNTQEW8.1(4-9)式中：1.8——地面爆炸系数；——蒸气云当量系数，取=0.04;WTNT——TNT的当量（kg）；E——爆炸总能量，kJ;QTNT——TNT爆热，可取QTNT=4520kJ/kg。所以物质的TNT当量为：3.031010（kg,TNT）。2）死亡半径1R2.30829204520109.104.08.111TNTW死亡区内的人员如缺少防护，则被认为将无例外地蒙受严重伤害或死亡，其内径为零，外径为R0.5,表示外圆周处人员因冲击波作用导致肺出血而死亡的概率为0.5，它与爆炸量之间的关系如下式确定：37.05.010006.13TNTWR(4-10)所以储罐区死亡半径：mWRTNT7.26510002.30829206.1310006.1337.037.01。3）重伤半径2R重伤区的人员如缺少防护，则绝大多数将遭受严重伤害，极少数人可能死亡或受轻伤。其内径就是死亡半径R0.5，外径记为Rd0.5,代表该处人员因冲击作用耳膜破裂的概率为0.5，它要求的冲击波峰值超压为44000aP。计算公式为：019.0269.0119.0137.0123ZZZps(4-11)231200194.0RpERZo4344.044000ospp注意这里的p的单位是psi,1psi=6.9kPa。所以重伤半径2R=562.1m。4）轻伤半径3R轻伤区的人员如缺少防护，则绝大多数人员将遭受轻微伤害，少数人将受重伤或平安无事，死亡的可能性极小。轻伤区内径为重伤区的外径Rd0.5,外径为Rd0.01，表示外界处耳膜因冲击波作用破裂的概率为0.01，它要求的冲击波峰值超压为17000Pa。应用超压准则，计算公式采用(4-11)。019.0269.0119.0137.0123ZZZps331300194.0RpERZo1678.014000ospp所以轻伤半径3R=1008.7m。5）财产损失半径财R对于爆炸性破坏，财产损失半径财R的计算公式为：1/62TNT1/3TNTIIW31751WKR财(4-12）式中KII——二级破坏系数，取5.6。财产损失半径财R=814.9m.将结果列表如表（4-10）。伤害/破坏区域如图4-3所示。表4-10蒸气云爆炸伤害Table4-10UVCE蒸气云爆炸伤害死亡半径重伤半径轻伤半径财产损失半径破坏半径/m265.7562.11008.7814.9图4-3橡胶厂的伤害模型及伤害/破坏半径Figure4-3rubberplantdamagemodelanddamage/destructionradius4.8.2扩展蒸汽爆炸（BLEVE）沸腾液体扩展蒸气爆炸是指LNG储罐在外部火焰的烘烤下突然破裂,压力平衡破坏,LNG急剧气化,并随即被火焰点燃而产生的爆炸。沸腾液体扩展蒸气爆炸发生后,主要危害是爆炸产生的火球热辐射。同时,爆炸产生的碎片和冲击波超压也有很严重的危害,但次于火球热辐射危害。沸腾液体扩展蒸气爆炸的主要危害是火球产生的强烈热辐射伤害，近场以外的压力效应并不重要。火球的特征采用国际劳工组织(InternationalLabourOrganization，简称ILO)提出的模型进行计算并采用瞬间火灾作用下的热通量准则确定人员伤亡和财产损失的区域。火球半径的计算实验证明，火球半径是可燃物质量的立方根成正比的，火球半径的计算公式为：312.9WR(4-13)式中：R——火球半径，m；W——火球中消耗的可燃物质量，kg，对单罐贮存，W取罐容量的50%，对双罐贮存，W取罐容量的70%，多罐贮存时按多罐总容量的90％计，单罐充装系数取90%。所以液化烃储罐区的火球半径：R=2.9W1/3=2.9（0.98275262）1//3=566.3m火球持续时间的计算实验证明，火球持续时间也和可燃物质量W的立方根成正比。火球持续时间的计算公式如下：t=0.45W1/3(4-14)式中t——火球持续时间，s。所以液化烃储罐的火球持续时间：t=0.45W1/3=0.45（0.98275262）1//3=87.9s当伤害几率Pr=5时，伤害百分数D=%5022duerPu，死亡、一度、二度烧伤及烧毁财物，都以D=50%定义。下面求不同伤害、破坏时的热通量：1）死亡热通量计算公式为：3/41ln56.223.37tqPr（4-15）式中Pr——取5；t——火球持续时间，t=87.9s。则1q=8224.32/mW。2）二度烧伤(重伤）计算公式为：3/42ln0188.314.43tqPr（4-16)式中Pr——取5；t——火球持续时间，t=87.9s。则2q=5447.42/mW。3）一度烧伤（轻伤）计算公式为3/43ln0186.383.39tqPr（4-17）式中Pr——取5；t——火球持续时间，t=87.9s。则3q=2395.42/mW。4）财产损失计算公式为：254006730t54-（4-18）式中t——火球持续时间，t=87.9s。则4q=25587.42/mW。按上述1q、2q、3q、4q热辐射通量值，计算伤害/破坏半径，由热辐射通量计算公式：232220)ln058.01(rRrrRqrq（4-19）式中R——火球半径，取R=566.3m；q0——球形罐取2000002/mW；r——目标到火球中心的水平距离。已知火球半径R=566.3m，伤害/破坏半径应有RiR。求解为：1）按死亡热通量1q=8224.32/mW，计算扩散蒸汽爆炸的死亡半径R1=1969.1m;2）按重伤（二度烧伤）热通量2q=5447.42/mW，计算扩展蒸汽爆炸时的重伤（二度烧伤）半径R2=2441.3m;3）由轻伤（一度烧伤）热通量3q=2395.42/mW，计算轻伤（一度烧伤）半径R3=3679.7m;4）有财产烧毁热通量4q=25587.42/mW，用上述同样方法计算得到扩展蒸汽爆炸的财产破坏半径R4=992.5m;综合各项，得扩散蒸汽爆炸伤害/破坏半径如表4-11所示。伤害/破坏区域如图4-4所示。表4-11沸腾液体扩散蒸汽爆炸伤害/破坏半径/mTable4-11proliferationofboilingliquidvaporexplosioninjury/damageradius/m死亡半径重伤半径轻伤半径财产破坏半径1961.92441.33679.7992.5图4-4扩展蒸气云爆炸伤害/破坏区域Figure4-4ExtensionUVCE/damagedareas4.9事故严重度B12的估计4.9.1基本假设在估算事故的严重度时，采用以下假设：1）事故的伤害或破坏效用是各向同性的，伤害和破坏区域是以单元中心为圆心、以伤害或破坏半径为圆形区域。在伤害和破坏区域内无障碍物。2）死亡区内的人员死亡概率为50％，死亡区的半径为死亡半径。如果认为死亡区内没有死亡的人数正好等于死亡区外死亡的人数，则可以假设死亡区的人员将全部死亡，而死亡区外的人员将无一死亡。3）财产损失半径指表中破坏等级为2时的半径（爆炸模型）或引燃木材半径（火灾模型）。4）在伤害（死亡、重伤和轻伤）区内人员全部被伤害；在伤害区外人员均不被伤害。5）在爆炸破坏区内财产全部被损失，在爆炸破坏区外财产毫无损失；在火灾破坏区内一半财产被损失，在火灾破坏区外财产无损失。6)事故发生使正常生产、生活和经营受到影响，由此而引起的间接损失不予考虑。7)除综合模型外，不考虑各种事故预防措施对事故严重度的影响。因为有蒸气云爆炸和扩展蒸气爆炸两种模型，对于死亡人数、重伤人数、轻伤人数、财产损失必须分别进行计算。计算过程如下。4.9.2死亡人数的计算假定死亡半径为R1(m)，则死亡人数N1（人）可按式（4-20）计算：2021114.3RRN(4-20)式中R0——无人区半径，m，对池火灾模型取池半径，对其他模型，R0取零；——平均人员密度，人/m2。其中人员密度=7048401903厂区占地面积厂区总人数=2.69310人/m2.。所以蒸气云爆炸模型的死亡人数：1N=567人；扩展蒸汽爆炸模型的死亡人数：11N=32751人。4.9.3重伤人数的计算重伤人数N2（人）可按式（4—21）估计：2122214.3RRN(4-21)所以蒸气云爆炸模型的死亡人数：2N=2669人；扩展蒸汽爆炸模型的死亡人数：12N=50342人。4.9.4轻伤人数的计算轻伤人数N3（人）可按式（4-22）估计：2223314.3RRN(4-22)所以蒸气云爆炸模型的死亡人数：3N=8595人；扩展蒸汽爆炸模型的死亡人数：13N=114369人。4.9.5财产损失的计算假定财产损失半径为R4（m），则事故直接财产损失C（万元）可按式（4-23）估算：C=3.14424R(4-23）式中2——破坏区平均财产密度，万元/m2。财产密度2=704840108.115厂区总面积国有资产=1.67万元/m2。所以蒸气云爆炸模型的财产损失：C=3482208.4万元；扩展蒸汽爆炸模型的财产损失：1C=5165438.0万元。4.9.6损失工作日的计算由于人员伤亡而损失的工作日数N（天）为