事故后果模拟分析

第7章事故后果模拟分析7.1爆炸效应7.1.1爆炸效应的定义爆炸物在爆炸时形成的高温高压对周围介质产生强烈的冲击和压缩作用，使与其接触或接近的物体产生运动、变形、破坏与飞散等有害效应。热效应机械效应空间效应声光效应毒害作用做功能力——TNT当量法TNT当量法是把爆炸的破坏作用转化成TNT爆炸的破坏作用，从而把爆炸物的量转化成TNT当量。（TNT平均爆炸热取4520kJ/kg）。评价方法7.1.2爆炸的破坏形式火灾冲击波碎片冲击7.1.3爆炸基本参数（1）爆热QVQV=Qv，产物—QV，爆炸物（2）爆温ttbtatCQVV)(bbQaatQatbtVV24022mnPTTP00maxmax（3）爆压Pmax7.2物理爆炸模型7.2.1盛装液体的压力容器的爆炸能量821021VpEL式中:EL——液体爆炸能量，JΔp——压缩液体的增压，按压缩液体的表压计，MPa；β——液体的压缩系数，MPa-1；V——液体的体积，m3。7.2.2盛装气体的压力容器的爆炸能量•气体体积不变，增压至系统爆炸前压力所需的能量Brode法•在理想情况下流体膨胀对外作出的功可以等于压缩消耗的功，是可逆绝热膨胀过程，膨胀前后熵值不变等熵膨胀法•假设容器爆炸过程是等温的等温膨胀法•物质进入环境时所需的等效最大机械能。爆炸引起的超压是机械能的一种形式。因此，热力学有效性预测产生超压的机械能的最大上限值。热力学有效性方法6110])1013.0(1[1KKgPKPVE式中：Eg——容器内气体的爆炸能量，即气体绝热膨胀所做的功，J；P——气体爆炸前的绝对压力，MPa；V——容器体积（无液体时），m3；K——气体绝热指数。等熵膨胀法7.2.3液化气、高温饱和水的爆炸能量一、液化气体容器的爆炸能量mTSSiiEbL])()[(2121二、饱和水的爆炸能量VCEWW例：一废热锅炉，直径2m，长5m，运行中（表压0.8MPa）破裂爆炸，炸前水位在汽包中心上边约0.2m处，计算汽包破裂时的爆炸能量。0.2m7.2.4压力容器爆炸时冲击波能量计算容器残余变形碎片能量冲击波能量容器爆炸能量冲击波超压对建筑物的破坏作用超压△P/MPa破坏作用超压△P/MPa破坏作用0.005~0.0060.006~0.010.015~0.020.02~0.030.04~0.05门窗玻璃部分破碎受压面的门窗玻璃大部分破碎窗框损坏墙裂缝墙大裂缝，房瓦掉下0.06~0.070.07~0.100.10~0.200.20~0.30木建筑厂房折断，房架松动砖墙倒塌防震钢筋混凝土破坏，小房屋倒塌大型钢架结构破坏一、冲击波超压的伤害、破坏作用冲击波超压对人体的伤害作用超压△P/MPa伤害作用超压△P/MPa伤害作用0.02~0.030.03~0.05轻微损伤听觉器官损伤或骨折0.05~0.100.10内脏严重损伤或死亡大部分人死亡二、冲击波超压△P∝R-n式中△P——冲击波波阵面上的超压，MPa；R——距爆炸中心的距离，m；n——衰减系数。超压：冲击波波阵面上的气体与大气压力之差。两类问题：（一）破坏范围问题——确定破坏半径（二）破坏程度问题——确定冲击波超压1000kgTNT炸药在空气中爆炸时所产生的冲击波超压距离R0/m56789101214161820超压△P0/MPa2.942.061.671.270.950.760.500.330.2350.170.126距离R0/m2530354045505560657075超压△P0/MPa0.0790.0570.0430.0330.0270.02350.02050.0180.0160.01430.013规律：不同数量的同类炸药发生爆炸时，如果距离爆炸中心的距离R之比与炸药量q三次方根之比相等，则产生的冲击波超压相同，即3100)(qqRR则△P=△P0例：一废热锅炉，直径2m，长5m，运行中（表压0.8MPa）破裂爆炸，炸前水位在汽包中心上边约0.2m处，计算汽包爆炸冲击波致死范围（超压阈值0.05MPa）。0.2m7.2.5压力容器爆炸时碎片冲击危害碎片穿透能力S=KE/A穿透距离，mm穿透系数，钢板1，混凝土10，木材40穿透方向截面积，mm2碎片动能，JE=mv2/2作业：设有一储气（压缩空气）罐，容积15m3，压力1MPa（表压），运行时容器破裂爆炸，试计算储气罐爆炸时的能量，估算距离为10m处的冲击波超压。7.3流体泄露模型7.3.1泄露形式及后果流体气体液体可燃气体有毒气体（中毒）立即起火(喷射火）滞后起火（气云爆炸）常温常压液体（池火）加压液化气体（火灾、爆炸、中毒）低温液体（火灾、爆炸、中毒）气化比率7.3.2泄露量的计算一、液体泄露量2222222221211ughupghup泄露孔处的液体流速)(2)(21121212hhgppuCd液体泄露质量流率ghppACAuQd2)(22120二、气体泄露量10)12(kkkpp声速流110)12(kkdkRTMkApCQ10)12(kkkpp亚声速流])()[(12/)1(0/200kkkdppppRTMkRkApCQ三、两相流动泄露量)(20cdppACQ式中Q0——两相流动混合物泄露速度，kg/s；Cd——两相流动混合物泄露系数，可取0.8；A——裂口面积，m2；p——两相混合物压力，Pa；pc——临界压力，Pa,可取0.55Pa；ρ——两相混合物的平均密度，kg/m32111vvFFHTTcFbpv)(思考题：圆柱形储罐高6m，直径2.5m，里面存储有苯。储罐内充氮气保护，为防止爆炸，罐内保持压力恒定不变（绝压101.3KPa）。目前，罐内液面高度5m，由于疏忽，铲车驾驶员将距地面1.5m的罐壁碰出一个直径为3cm的小孔。请估算：（1）罐内苯泄露的最大质量流率。（2）如果不采取措施，苯将会泄露多长时间？已知苯的相对密度为0.879，取泄露系数Cd=0.5。7.4火灾模型7.4.1池火灾燃烧速度HTTcHdtdmbp)(001.00c火焰半径SRf火焰高度61.00])2([84fffgRmRL火灾持续时间fmWt辐射热通量LRRmHRQfffCff2)(22目标接受热通量)ln058.01(dVQqf破坏、伤害概率Pr1=-36.38+2.56ln(tqr4/3)死亡概率Pr2=-43.14+3.0188ln(tqr4/3)重伤概率Pr3=-39.83+3.0186ln(tqr4/3)轻伤概率燃烧热气化热即dm/dt热辐射系数，0.15视角系数表7.4-2稳态火灾下的热通量伤害效应临界热通量（kW/m2）破坏类型临界热通量（kW/m2）破坏类型37.5加工设备损坏5.0暴露15s的痛阈值25.0木材引燃（无引火）4.5暴露20s的痛阈值，一度烧伤16.0暴露5s后人严重灼伤2.0PVC绝热电缆破坏12.5木材被引燃1.75暴露1min的痛阈值6.4暴露8s的痛阈值，20s后二度烧伤1.6长时间暴露无不适感7.4.2喷射火点热源每秒辐射的热量距离点热源x处接受的热通量目标接受的热通量Q=ηmfHC24xQqniiqI1效率因子，取0.35辐射率，取0.27.4.3火球火球最大半径火球持续时间火球辐射热通量327.0665.2Mr327.0089.1MttMHQC目标接受热通量24xQtIc7.4.4突发火解决的问题：主要计算可燃混合气体燃烧下限随气团扩散到达的范围。突发火气团扩散模型参考：《石化装置定量风险评估指南》青岛安全工程研究院编著7.5化学爆炸模型7.5.1蒸气云爆炸（UVCE）蒸气云爆炸伤害形式冲击波高温、热辐射缺氧窒息碎片冲击气云爆炸后果模拟可燃气体爆炸总能量E=1.8αWQ冲击波正相超压)'(ln0320.0)'(ln167.0)ln(5058.19126.0)ln(32'0RRRpp3/10)('pEDR死亡区半径447.0198.1pWR重伤区半径3/1218.9pWR轻伤区半径3/1387.17pWR财产区半径6/123/14])3175(1[TNTTNTiWWKRppQWQW7.5.2沸腾液体扩展蒸气爆炸（BLEVE）火球持续时间目标接受热剂量火球当量半径R=2.9W1/3t=0.45W1/3232.004)ln058.01(27.0rWQrbcpQr破坏、伤害半径同火球模型7.5.3爆炸产物的扩散与蔓延7.6中毒模型中毒危险性=f（毒性，接触浓度，接触时间）表5.6-2有毒气体的危险浓度物质名称吸入5~10min致死的浓度/%吸入0.5~1h致死的浓度/%吸入0.5~1h致重病的浓度/%氨氯二氧化硫氢氟酸硫化氢二氧化氮0.50.090.050.0270.08~0.10.050.0035~0.0050.053~0.0650.011~0.0140.042~0.060.032~0.0530.0014~0.00210.015~0.0190.010.036~0.050.011~0.0217.6.1有毒液化气体容器破裂时的毒害区估算部分介质吸热汽化汽化后的体积整体降温至正常沸点放热致死危险气体总体积)(0ttCwQqttwcqQw)(/'0273273)(4.22273273'4.22000tMqttwCtMwV)34(21/'3RxVV致死危险半径3/1)2'3(VR肯定死亡吗？都会死亡吗？7.6.2泄漏后果的概率函数法表7.6-3概率与中毒死亡百分率的换算关系死亡百分率／％012345678902.672.953.123.253.363.453.523.593.66103.723.773.823.873.923.964.014.054.084.12204.164.194.234.264.294.334.264.394.424.45304.484..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与接触毒物浓度及接触时间的关系)ln(tCBAYn表5.6-4一些毒性物质的常数物质名称ABn参考资料氯-5.30.52.75DCMR1984氨-9.820.712.0DC2dR1984丙稀醛-9.932.051.0USCG1977四氯化碳0.541.010.5USCG1977氯化氢-21.762.651.0USCG1977甲基溴-19.925.161.0USCG1977光气(碳酰氯)-19.273.691.0USCG1977氟氢酸(单体)-26.43.351.0USCG1977不同位置的概率能相同吗？7.6.3有毒介质喷射泄漏时的毒害区估算yxC(x,y)132.0)(0121DxbbbxCb1=50.5+48.2ρ-9.95ρ2b2=23+41ρD=D0(ρ0/ρ)1/222)/()(),(xybexCyxC例题：某城市中压燃气管道被第三方施工破坏，管道挖断后30min为切断气源。已知：管道输送压力0.2MPa（表压）管道裂口形状为长方形，裂口面积0.03m2，焦炉煤气的绝热指数1.37，环境温度20℃。试推断该事故泄露60min后的气云爆炸和中毒致死区、重伤区、