安全评价中常用计算课件

九绵高速C2标安全评价常用计算2016年1月蒸汽云爆炸的伤害模型蒸汽云爆炸是由于以“预混云”形式扩散的蒸汽云遇火后在某一有限空间发生爆炸而导致的。泄漏的油品如果没有发生沸腾液体膨胀蒸汽云爆炸现象或立即引发大火，溶剂油或燃料油等物质的低沸点组分就会与空气充分混合，在一定的范围聚集起来，形成预混蒸汽云。蒸汽云爆炸的伤害模型如果在稍后的某一时刻遇火点燃，由于气液两相物质已经与空气充分混合均匀，一经点燃其过程极为剧烈，火焰前沿速度可达50～100m／s，形成爆燃。对蒸汽云覆盖范围内的建筑物及设备产生冲击波破坏，危及人们的生命安全。蒸汽云爆炸的伤害模型发生蒸汽云爆炸现象最起码应具备以下几个条件：①周围环境如树木、房屋及其它建筑物等形成具有一定限制性空间；②延缓了点火的过程；③充分预混了的气液两相物质与空气的混合物；④一定量的油品泄漏。蒸汽云爆炸的伤害模型爆源的TNT当量计算TNT当量计算公式：WTNT=WQf／QTNT式中：WTNT——易燃液体的TNT当量(kgTNT)；Wf——易燃液体的质量(kg)；Qf——易燃液体的燃烧热(MJ／kg)；QTNT--TNT的爆热，取4.52MJ／kg；TNT爆热为4.52MJ／kg，TNT当量计算TNT当量计算公式如下：WTNT=α*Wf*Qf/QTNT式中：WTNT——蒸汽云的TNT当量，kg；Wf——蒸汽云中燃料的总质量，kg；α——蒸汽云当量系数，统计平均值为0.04；Qf——蒸汽的燃烧热，MJ/kg；QTNT——TNT的爆炸热，4.52MJ/kg；TNT当量计算对于地面爆炸，由于地面反射作用使爆炸威力几乎加倍，一般应乘以地面爆炸系数1.8。所以我们经常用到的公式WTNT=α*Wf*Qf/QTNT就变为：WTNT=1.8*0.04*Wf*Qf/QTNTTNT当量计算以异丁烯的库存量18.3吨为例举例说明：异丁烯的计算：(18.3吨，浓度99%)异丁烯分子量为56.111kg异丁烯为1000/56.11=17.82mol异丁烯燃烧热为2705.3kj/mol=2705.3×17.82=48.21MJ/kg异丁烯的WTNT=1.8×0.04×18.300×1000×0.99×48.21÷4.52=13912.43kgTNT当量计算我们再举一个例子：l节油罐车溶剂油的TNT当量计算WTNT——易燃液体的TNT当量(kgTNT)；Wf——易燃液体的质量(kg)；790×0.8×60Qf——易燃液体的燃烧热(MJ／kg)；溶剂油燃烧热值为43.69MJ／kg。QTNT--TNT的爆热，取4.52MJ／kg；TNT爆热为4.52MJ／kg，TNT当量计算将以上数据代入公式WTNT=1.8*0.04*Wf*Qf/QTNT=1.8×0.04×790×0.8×60×43.69÷4.52=？Kg这个数字大家可以自己计算一下经验：一般来说TNT的当量相当于物质重量的70%－75%蒸汽云爆炸时死亡半径运用范登伯(VandenBerg)和兰诺伊(Lannoy)方程计算蒸汽云爆炸时死亡半径为：R=13.6×(WTNT／1000)0.37根据最大可能危险原则计算，可以认为此半径内的人员全部死亡，半径以外无一人死亡，这样可以使问题简化。蒸汽云爆炸时死亡半径举一个简单的例子：当可燃蒸汽的TNT当量为1000Kg时则：R0.5＝13.6＊（WTNT/1000)0.37=13.6m蒸汽云爆炸时死亡半径X=0.3967W1/3TNTexp[3.503-0.7241ln△p+0.0398（ln△p）2]式中X——伤害半径△p——超压Psi（1Psi=6.9Kpa）死亡半径的△p按90Kpa（13.04Psi）重伤半径的△p按44Kpa（6.377Psi）轻伤半径的△p按17Kpa（2.464Psi）财产损失△p按13.8Kpa（2.00Psi）这个后面括号里面的数据带入到上面的公式就可以直接计算。蒸汽云爆炸时死亡半径计算100t丁二烯储罐蒸汽云爆炸伤害区。丁二烯的蒸汽云爆炸的效率因子，表明参与爆炸的可燃气体的分数，一般取3%或4%，这里我们取3%首先计算TNT当量WTNT=1.8*0.03*Wf*Qf/QTNT＝1.8*0.03*100*1000*50.41/4.52=60223kg蒸汽云爆炸时重伤半径③重伤半径R2（超压值44000Pa）重伤半径由下列方程求解：△PS=0.137Z-3+0.119Z-2+0.269Z-1-0.019Z=R2/（E/P0）1/3△PS=44000/P0≈0.4344式中：E为爆炸能量；P0为环境大气压。蒸汽云爆炸时轻伤半径④轻伤半径R3（超压值17000Pa）轻伤半径由下列方程求解：△PS=0.137Z-3+0.119Z-2+0.269Z-1-0.019Z=R3/（E/P0）1/3△PS=17000/P0≈0.1678蒸汽云爆炸时财产损失半径⑤财产损失半径R财（超压值13800Pa）对于爆炸性破坏，财产损失半径R财的计算公式为：R财=（5.6WTNT1/3）/[1+（3175/WTNT）2]1/6式中5.6（4.6）为二次破坏系数。蒸汽云爆炸时重伤与轻伤半径⑥另一计算公式r=0.3967WTNT1/3exp[3.5031-0.7241lnΔp＋0.0398(lnΔp)2]注意,这里超压值Δp的单位是psi,1psi=6.9kPa。注：重伤与轻伤半径手工不能计算，需要计算机模型。小结：关于轻伤半径和财产损失半径，我们这里先这样介绍一下，学习是一个循序渐进的过程，只要持续学习，终身学习就会不断长进，选择学习就意味着选择进步。池火灾火灾评价的一种模型。液体泄漏,一般会引起池火灾。池火灾的破坏主要是热辐射,如果热辐射作用在容器和设备上,尤其是液化气体容器,其内部压力会迅速升高,引起容器和设备的破裂;如果热辐射作用于可燃物,会引燃可燃物;如果热辐射作用于人员,会引起人员烧伤甚至死亡。池火灾（1）柴油泄漏量设定一个5000m3柴油罐底部DN200进油管管道破裂出现长50cm，宽1cm的泄漏口，泄漏后10分钟切断泄漏源。泄漏的液体在防火堤内形成液池，泄漏时工况设定情况见表9-4。油品连续泄漏工况池火灾泄漏源介质温度(0C)介质压力（Mpa）介质密度（kg/m3）泄口面积(m2)泄漏时间(min)备注柴油罐常温常压8700.00510按10分钟后切断泄漏源计池火灾柴油泄漏量用柏努利公式计算：Q=CdAρ[2(P-P0)/ρ+2gh]1/2W=Q.t式中:Q－泄漏速率（kg/s）；W－泄漏量（kg）；t－油品泄漏时间（s），t=600sCd－泄漏系数，长方形裂口取值0.55（按雷诺数Re＞100计）；池火灾A－泄漏口面积（m2）；A=0.005m2ρ－泄漏液体密度（kg/m3）；P－容器内介质压力（Pa）；P0－大气压力（Pa）；g－重力加速度（9.8m/s2）；h－泄漏口上液位高度（m），柴油罐液面安全高度15.9m。池火灾经计算Q=42.23kg/s、W=25341kg（10分钟泄漏量）池火灾（2）泄漏柴油总热辐射通量Q（w）柴油泄漏后在防火堤内形成液池，遇点火源燃烧而形成池火。总热辐射通量Q（w）采用点源模型计算：Q=(лr2+2лrh)•mf•η•Hc/（72mf0。61+1）池火灾式中:mf—单位表面积燃烧速度kg/m2.s，柴油为0.0137；Hc—柴油燃烧热，Hc=43515kJ/kg；h—火焰高度h（m），按下式计算：h=84r{mf/[ρO（2gr）1/2]}0.6ρO—环境空气密度，ρO=1.293kg/m3；g—重力加速度，9.8m/S2池火灾η—燃烧效率因子，取0.35；r—液池半径(m)，r=（4S/π）1/2S—液池面积，S=3442m2；W—泄漏油品量kgρ－柴油密度，ρ=870kg/m3；火灾持续时间：T=W/S.mf池火灾计算结果：Q（w）=1006347（kw）T=537s=9min池火灾火灾通过辐射热的方式影响周围环境，根据概率伤害模型计算，不同入射热辐射通量造成人员伤害或财产损失的情况表9-5。表9-5热辐射的不同入射通量造成的伤害及损失池火灾入射通量kw/m2对设备的损害对人的伤害37.5操作设备全部损坏1%死亡/10s100%死亡/1min25在无火焰,长时间辐射下,木材燃烧的最小能量重大烧伤/10s，100%死亡/1min12.5有火焰时,木材燃烧,塑料熔化的最小能量1度烧伤/10s，1%死亡/1min4.020s以上感觉疼痛,未必起泡池火灾设全部辐射热量由液池中心小球面发出，则距池中心某一距离（x）处的入射的热辐射强度I（w/m2）为：I=Qtc/4лx2式中:Q—总热辐射通量（w）；tc—热传导系数，取值1；x—目标点到液池中心距离及火灾伤害半径（m）。距液池中心不同距离热辐射强度预测值见表9-6。表9-6距液池中心不同距离热辐射强度预测值池火灾X（m）20304050607080I（kw/m2）200895032221613X（m）90100110120130140150I（kw/m2）1086.65.64.74.13.6池火灾油库区内建构筑物受到的热辐射强度见表9-7。表9-7建构筑物受到的热辐射强度预测值池火灾建构筑物汽车发油台营业室消防泵室油处理设施综合楼南面围墙I（kw/m2）146.828282218离防火堤距离（m）3670161621.828池火灾各伤害等级距池中心的距离计算结果见表9-8。表9-8柴油罐泄漏池火灾热辐射伤害距离池火灾伤害等级死亡半径重伤半径轻伤半径无影响半径辐射强度(kw/m2)37.52512.54伤害半径(m)465780142重大事故后果分析方法：火灾易燃、易爆的气体、液体泄漏后遇到引火源就会被点燃而着火燃烧，燃烧方式有池火、喷射火、火球和突发火4种。重大事故后果分析方法：火灾1池火可燃液体(如汽油、柴油等)泄漏后流到地面形成液池，或流到水面并覆盖水面，遇到火源燃烧而成池火。1．1燃烧速度当液池中的可燃液体的沸点高于周围环境温度时，液体表面上单位面积的燃烧速度dm/dt为：重大事故后果分析方法：火灾式中dm／dt——单位表面积燃烧速度，kg／(m2·s)；Cp——液体的定压比热，J／(kg·K)；Tb——液体的沸点，K；To——环境温度，K；H——液体的气化热，J／kg。重大事故后果分析方法：火灾当液体的沸点低于环境温度时，如加压液化气或冷冻液化气，其单位面积的燃烧速度dm／dt为：式中符号意义同前。燃烧速度也可从手册中直接得到。重大事故后果分析方法：火灾表6—3列出了一些可燃液体的燃烧速度。下表是每小时，每平米的燃烧度使用时换算成秒，即现有数据除以3600。单位制㎏/m2·s重大事故后果分析方法：火灾物质名称汽油煤油柴油重油苯燃烧速度/㎏/m2·h92-8155.1149.3378.1165.37物质名称甲苯乙醚丙酮甲醇燃烧速度/㎏/m2·h138.29125.8466.3657.6重大事故后果分析方法：火灾1．2火焰高度设液池为一半径为r的圆池子，其火焰高度可按下式计算：式中h——火焰高度，m；r——液池半径，m；ρ0——周围空气密度，kg／m3；g——重力加速度，g=9．8m／s2；dm／dt——燃烧速度，kg／(m2·s)。重大事故后果分析方法：火灾1．3热辐射通量当液池燃烧时放出的总热辐射通量为：式中Q——总热辐射通量，W；η——效率因子，可取0．13～0．35。一般用0.18。其他符号意义同前。重大事故后果分析方法：火灾1．4目标入射热辐射强度假设全部辐射热量由液池中心点的小球面辐射出来，则在距液池中心某一距离x处的入射热辐射强度为：重大事故后果分析方法：火灾式中I——热辐射强度，W／m2；Q——总热辐射通量，W；tc——热传导系数，在无相对理想的数据时