蒸汽云爆炸、池火灾计算方法

附件4定量分析危险、有害程度的过程附件4.1固有危险程度定量分析1、具有爆炸性的化学品的质量及相当于梯恩梯（TNT）的摩尔量附表4.7.1相关数据名称分子量生产场所物料质量燃烧热(kJ/mol)爆炸极限最易爆炸浓度备注二硫化碳76.1415t1030.81.3-44%（V/V）7.5假定生产场所发生严重泄漏使生产厂房内部空间的浓度达到爆炸极限下限而发生爆炸氨17.071.8316.2516-25%（V/V）17硫磺32.0615t29735-1400g/m370假定硫磺粉碎及干燥厂房内部空间的浓度达到粉尘爆炸极限浓度而发生爆炸1、爆炸空间物质量计算Wf=VLmρ式中：V-爆炸空间的体积大小m3,Lm-最易爆炸浓度ρ-可燃气体的密度1）二硫化碳IS90车间的晾晒厂房24*15*8=2880m3二硫化碳的密度为3.17kg/m3最易发生爆炸的总量Wf=VLmρ=2880*7.5%*3.17=685kg上限发生爆炸的总量Wf=VLmρ=2880*44%*3.17=4020kg2）氨制冷车间厂房20*15*8=2400m3氨的密度为0.71kg/m3最易发生爆炸的总量Wf=VLmρ=2400*17%*0.71=290kg上限发生爆炸的总量Wf=VLmρ=2400*25%*0.71=426kg3）硫磺粉尘IS60车间的粉碎厂房24*15*8=2880m3硫磺的最易爆炸浓度为70g/m3=0.07kg/m3Wf=VLm=2880*0.07=202kg硫磺的发生爆炸的上限浓度为1400g/m3=1.4kg/m3Wf=VLm=2880*1.4=4032kg2、TNT当量计算蒸汽云爆炸的TNT当量计算公式：WTNT=AWfQf/QTNT式中A－蒸汽云的TNT当量系数，取4％；WTNT－蒸汽云的TNT当量，Kg；Wf－蒸汽云中燃料总质量，Kg；Qf－燃料的燃烧热，MJ/Kg；QTNT－TNT的爆热，QTNT=4520kJ/kg；1）二硫化碳蒸汽云爆炸的TNT当量计算：WTNT1=AWfQf/QTNT＝0.04×685×1000/76.14×1030.8/4520＝82.1kgWTNT2=AWfQf/QTNT＝0.04×4020×1000/76.14×1030.8/4520＝482kg2）硫磺粉尘蒸汽云爆炸的TNT当量计算：WTNT1=AWfQf/QTNT＝0.04×202×1000/32.06×297/4520＝16.6KgWTNT2=AWfQf/QTNT＝0.04×4032×1000/32.06×297/4520＝331Kg3）氨蒸汽云爆炸的TNT当量计算：WTNT1=AWfQf/QTNT＝0.04×290×1000/17.07×361.25/4520＝54.3KgWTNT2=AWfQf/QTNT＝0.04×426×1000/17.07×361.25/4520＝80Kg3、具有可燃性的化学品的质量及燃烧后放出的热量1）二硫化碳燃烧后放出的热量⑴生产车间二硫化碳的Q1＝1030.8×15000×1000/76.14=20.3×107J⑵储罐区二硫化碳的Q2＝1030.8×30000×1000/76.14=40.6×107J2）硫磺燃烧后放出的热量⑴10t硫磺燃烧Q1＝297×10000×1000/32.06=9.26×107J⑵15t硫磺燃烧Q2＝297×15000×1000/32.06=13.89×107J⑶300t硫磺燃烧Q3＝297×3000000×1000/32.06=2778×107J⑷500t硫磺燃烧Q4＝297×5000000×1000/32.06=4630×107J3）全部氨燃烧Q＝361.25×1800×1000/17.07=3.81×107J附件4.2爆炸事故影响的范围1、爆炸事故的条件引发爆炸的条件是：爆炸品（内含还原剂和氧化剂）或可燃物（可燃气、蒸气或粉尘）与空气混合物达到爆炸极限范围并由起爆能源同时存在引发爆炸。引发火灾的三个条件是：可燃物、氧化剂和点火能源同时存在，相互作用。本项目爆炸性、可燃性的化学品的作业场所出现泄漏后，可能引发爆炸、火灾事故的条件见附表4.2.1。附表4.2.1作业场所出现泄漏后爆炸、火灾事故的条件爆炸、火灾事故条件内容备注爆炸品无可燃物硫磺、氨、二硫化碳可燃物如果泄漏后蒸气遇火源发生延迟点火，存在发生蒸气云爆炸的危险氧化剂空气中的氧点火能源1.化学（或物理）火源：明火2.电火源：电气火花、静电火花、雷电等3.机械火源：如摩擦、撞击、绝热压缩等4.热火源：蒸汽、管道高温表面5.聚光源2、爆炸事故造成人员伤害的范围根据危险辨识，本项目最有可能发生爆炸的危险场所为硫磺粉碎作业场所发生的粉尘爆炸。1）蒸气云爆炸事故伤亡范围计算根据超压－冲量准则和概率模型得到的半死亡率半径R0公式如下：37.05.0)1000(6.13TNTWR式中：WTNT——蒸汽云的TNT当量，kg；2）蒸气云爆炸事故伤亡范围计算结果本项目爆炸事故造成人员伤亡半径见下附表4.2.2.附表4.2.2爆炸事故造成人员伤亡半径表子单元名称危化品名称最易发生爆炸最大极限爆炸备注TNT当量（Kg）死亡半径（m）TNT当量（Kg）死亡半径（m）IS60硫磺生产装置硫磺粉尘16.633118.83粉尘爆炸IS90硫磺生产装置二硫化碳82.15.448210.4蒸气云爆炸制冷、制氮系统氨54.34.6805.3蒸气云爆炸3）结果分析以上计算是根据两个假设条件，一般来说达到爆炸上限而发生严重爆炸事故的可能性很小，而达到下限即发生较小爆炸的可能性也较小，每一种易燃易爆化学品都有它最易发生爆炸的浓度，这时的爆炸影响范围最可信。（1）IS60车间硫磺粉尘发生爆炸，可能引起地面及墙壁上的粉尘飞扬而引起二次爆炸，二次爆炸的威力根据现场粉尘的总量，如果粉尘量很大，二次爆炸的威力和引起死亡的距离也要大很多，死亡半径达到8.83m。（2）IS90车间发生二硫化碳蒸汽云爆炸的模拟计算是按照最易发生爆炸的浓度计算，如果大量泄漏，场所内的物料浓度达到上限，那么爆炸威力和影响范围也会大很多，死亡半径达到10.4m。（3）制冷车间氨泄漏发生爆炸的上下极限相差不大，发生蒸汽云爆炸最大死亡半径也达到5.3m.附件4.3池火灾事故影响的范围二硫化碳属于可燃性液体，泄漏后流到地面形成液池，或流到水面并覆盖水面，遇到引火源燃烧而形成池火。(1)燃烧速度当液池中的可燃物的沸点高于周围环境温度时，液池表面上单位面积燃烧速度dtdm为：HTTCHdtdmbpC)(001.00=351000)303319(24013540000001.0=0.0382㎏/m2s式中，dtdm—单位表面积燃烧速度，㎏/m2s；CH—液体燃烧热，二硫化碳的CH=13540000J/㎏；pC—液体的定压比热，二硫化碳的pC=240J/㎏K；bT—液体沸点，二硫化碳的bT=319K；0T—环境温度，设环境温度为0T=303K；H—液体蒸发热，二硫化碳的H=351000J/㎏。(2)火焰高度火焰高度h可按下式计算：h=84r6.00]2[grdtdm=84×3.46.0]4.38.9229.10382.0[=9.8式中，0-周围空气密度，为1.29㎏/m3；g-重力加速度，9.8m/s2；r-液池半径，液池为正方形，面积36m2，半径为3.4m(3)热辐射通量设液池为一半径为r的圆形池，则液池燃烧时放出的总热通量Q为：]1)[()2(Q61.02dtdmHdtdmrhrc=]1)0382.0[(1354000025.00382.0)8.94.324.3(61.02=3.6×107w=3.6×104kw式中，r—液池半径，m；h—火焰高度，m；η—效率因子，可取0.13-0.35；本项目取0.25Hc—液体燃烧热，13540000J/㎏；(4)热辐射强度假设全部辐射热都是从液池中心点的一个微小的球面发出的则在距液池中心某一距离的入射热辐射强度I为：24IxQtc式中，Q—总热辐射通量，W；ct—空气导热系数,本项目取1；x—对象点到液池中心距离。当入射通量一定时可以求出目标点到液池中心距离χ，因此：当I=37.5kW/m2时，mIQtxc8.745.3741360004当I=25.0kW/m2时，mIQtxc10.70.2541360004当I=12.5kW/m2时，mIQtxc15.25.1241360004当I=4.0kW/m2时，mIQtxc26.80.441360004当I=1.6kW/m2时，mIQtxc42.36.141360004若发生严重池火灾，其计算结果如下表：附表4.3.1二硫化碳池火灾影响半径计算结果表基本计算结果伤害半径m热辐射强度Kw/m2对设备的损坏对人的伤害燃烧速度0.0382㎏/m2s液池半径3.4m火焰高度9.8m热辐射通量36000kw8.7437.5设备全部损坏1%死亡（10s）100%死亡（1min）10.725无火焰，长时间辐射下木材燃烧的最小能量重大烧伤（10s）10%死亡（1min）15.212.5有火焰，木材燃烧，塑料溶化的最小能量1度烧伤（10s）1%死亡（1min）26.84.020s以上感觉疼痛，未必起泡42.31.6长期辐射无不舒服感