炼厂加氢反应器的事故后果定量风险评价(编程).docx

摘 要 加氢反应器的工作温度和压力都比较高，如果反应器超温、超压或发生泄漏，很有可能发生火灾或爆炸事故，造成严重的事故后果。对加氢反应器进行定量风险评价可以了解其危险后果以及影响范围，有助于企业制定事故应急预案，并事先采取预防措施，以便减少人员伤亡和财产损失。本次毕业设计首先定性分析了加氢反应器中存在的危险、有害因素。基于加氢反应器可能发生的火灾、爆炸事故类型，选择了适宜的模型来定量地评价事故后果，.利用MATLAB软件编制加氢反应器定量风险评价软件。最后，.结合某煤焦油加氢反应器事故案例进行事故后果定量风险评价。关键词：火灾爆炸；事故；蒸气云爆炸；风险评价The Quantitative Risk Assessment of the Refinery Hydrogenation Reactor Accident ConsequencesAbstractThough the working-temperature and pressure of hydrogenation reactor is very high， Hydrogenation reactor is likely to bring about fire or explosion accident， and serious consequences. Studying the quantitative risk evaluation on the hydrogenation reactor can help us understand its dangerous consequences and influence scope， enterprise formulate accident emergency plan， take preventive measures in advance， and reduce casualties and property losses. Firstly， this graduation design analyses the dangerous and harmful factors existing in the hydrogenation reactor. Based on the possibility of fire and explosion accident types of the hydrogenation reactor， the suitable model is choosed to quantitatively evaluate the accident consequences. Then， the MATLAB software is used to evaluate the accidental consequences of hydrogenation reactor. In the end， a coal tar hydrogenation reactor accident case is used to quantitatively calculate the consequences of the accident.Keywords: Fire explosion; Accident;Vapor cloud explosion; Risk assessment目 录1绪论11.1引言11.2国内外研究现状11.2.1国外研究现状与发展11.2.2国内探究现状与发展21.3本文研究内容及意义22 加氢技术及有害因素分析32.1加氢技术工艺32.2 原料危险与有害因素分析42.2.1火灾、爆炸危险物质42.2.2中毒危险物质42.3工艺过程危险与有害因素分析62.3.1火灾爆炸危险性62.3.2 灼烫危险性分析72.4其他危险、有害因素分析82.4.1触电82.4.2高处坠落82.4.3粉尘82.4.4物体打击83 定性、定量风险评价方法93.1 加氢反应器的定性风险分析93.1.1事件树分析93.1.2泄露概率103.2 氢气泄漏定量风险评价模型113.2.1喷射火113.2.2泄漏扩散143.2.3火球153.2.4蒸气云爆炸173.3 油品泄漏定量风险评价模型203.3.1喷射火203.3.2火球213.3.3蒸气云爆炸214 MATLAB软件评价反应器风险234.1 软件开发工具234.1.1 MATLAB软件介绍234.1.2 GUI开发界面234.1.3 GUI界面设计原则244.2 软件开发思路254.3主界面254.4氢气泄漏264.4.1喷射火界面264.4.2泄漏扩散界面274.4.3火球界面284.4.4蒸气云爆炸界面294.5油品泄漏304.5.1喷射火界面304.5.2火球界面314.5.3蒸气云爆炸界面325 实例计算335.1装置事故模型335.2氢气泄漏345.2.1喷射火345.2.2泄漏扩散365.2.3火球395.2.4蒸气云爆炸405.3油品泄漏415.3.1喷射火415.3.2火球425.3.3蒸气云爆炸435.4事故概率446总结46参考文献47编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第50页 共54页1绪论1.1引言随着石化行业生产规模的不断扩大，工艺技术的不断进步，越来越多的新设备、新材料运用于石化生产装备中，而且石化装置的规模越来越大，自动化程度也越来越高。但同时也伴随而来了许多问题，加工原油的劣质化、高硫原油的生产，使得石化行业的危险程度不断加大。因此，通过定性、定量的风险评价方式分析生产装置的有害、危险因素，判断装置的危险程度，并提出合理可行的建议及安全对策，使系统在运行期间将风险控制在安全合理的范围之内是必要的。风险评价是在风险识别的基础上，对风险发生的概率，损失程度综合其他因素进行全面考虑，评估风险发生的可能性及危害程度，从而衡量风险的程度，并决定是否需要采取相应措施的过程。本文将围绕加氢反应器的特点，应用风险评价方法开展这一方面的研究工作。1.2国内外研究现状1.2.1国外研究现状与发展在国外一些发达国家的工业化进程较早，事故案例积累较多，因此发达国家工业安全方面的法律、制度及管理规定等制度体系都较为完善而在灾害风险评估、灾害防治理论研究及工程技术开发方面也是遥遥领先。如在灾害危险评价方法研究方面，美国DOW化学公司于1964年开发了DOW火灾、爆炸指数法，至今已发展完善至第七版;英国帝国化学公司于1974年在DOW火灾、爆炸指数法的基础上开发了ICIMOND法，可以用于工厂火灾、爆炸及毒性危险性评估;日本学者提出的化学工厂六阶段安全评价法及概率风险评价法；美国Rasmussen教授领导的科研人员于1974年第一次成功估计美国商用核电站潜在事故对社会造成的危害所应用的事件树(ETA)和故障树(FTA)分析法等。国于1985年出版了危险性评价方法指南;欧盟共同体于1982年颁发了工业活动中重大事故隐患的指示;1992年国际劳工组织(ILO)第79界会议专门讨论了预防重大工业灾害的问题:在国际劳工组织的支持下，许多国家也相继建立了重大危险源控制系统。最近十年多来，国外在理论研究基础上，还开发了不少危险评价软件包，并投入运行，如英国TECHNICA公司开发的SAFETI软件包、荷兰咨询科学家公司开发的SAVEII软件包等。1.2.2国内探究现状与发展近些年来，国内部分高校和科研单位相继开展了风险评价方面的研究工作，取得了较大的进展。我国自20世纪80年代开始进行可燃气体爆炸方面的研究，但主要是针对可燃气体爆炸极限、密闭空间气相爆炸及安全泄放等方面进行的研究工作；关于蒸气云爆炸的研究也是针对以炸药点燃后与空气形成爆轰气云进行的实验及数值模拟，而一般的蒸气云爆炸并不会产生爆轰波。北京理工大学、化工部劳动保护研究所及劳动部劳动保护科学院等单位合作，在危险源评价、宏观控制技术研究方面取得了较好的成果，建立了定性与定量相结合评价方法，并开发了事故后果分析的计算机软件系统。沸腾液体扩展蒸气爆炸研究进展国内对该领域的研究起步较晚，其投入研究力量尚不多。从目前的文献资料及学术交流情况可知，北京科技大学自1992年开始对火焰包围环境下水平圆柱容器内液化气介质的传热传质机理进行分析研究，建立了相应的数值模拟模型，并与加拿大Queens大学合作，相继对容器壁裂缝以及机械振动冲击等引起的液化气容器爆炸机理进行了研究，开发了相应的数值模拟模型，同时提出了“冷爆炸”概念。1.3本文研究内容及意义本文通过了解油品加氢技术路线，分析了加氢反应器存在的风险以及可能发生的事故后果，计算出了发生喷射火、沸腾液体扩展蒸气云爆炸和蒸气云爆炸的事故概率。然后通过参考相关文献，建立了煤焦油加氢反应器冷氢法兰的泄漏模型、小孔泄漏源模型、沸腾液体扩展蒸气云爆炸模型以及蒸气云爆炸模型，并将这些模型输入MATLAB软件编制定量风险评价程序，最后选取实际案例计算出喷射火、沸腾液体扩展蒸气云爆炸和蒸气云爆炸情况下的人员伤亡及财产损失半径。本文对加氢反应器进行事故后果的研究，是建立和完善石油化工装置防灾体系及确保员工生命安全的重要内容之一，此项课题的研究不仅对石化装置安全运行具有指导作用,而且对促进和谐社会的发展具有十分重要的意义。2 加氢技术及有害因素分析2.1加氢技术工艺加氢技术是指油品在一定温度、压力、氢气和催化剂的作用下，通过加氢反应提高油品质量或得到目标产品的一项工艺技术。加氢技术有两个主要特点：一是反应必须加入催化剂。二是必须有加氢反应，所以涉及脱氢反应的工艺技术不属于加氢技术。加氢工艺的基本技术路线如图1.1所示。 图2.1原油加氢工艺基本技术路线在石油化工行业，加氢技术主要用于改善油品的化学组成、去除杂质、提高油品质量、油品的分馏和轻质化渣油等。近年来，各发达国家开始越来越严格的控制汽车和内燃机的尾气排放，需要更高质量、更加清洁的燃料。而且炼油厂也要严格控制废气、废料的排放，以免污染环境。由于石油资源的限制，石油多用于生产轻质运输燃料，而通过加氢技术可以获得柴油、汽油和喷气燃料油，可以代为石油使用，而且是石油不能代替的化工原料。随着石油产品全球化，竞争越来越激烈，这些条件都促使着加氢技术的发展。加氢技术主要包括加氢精制和加氢裂化技术。加氢精制是指在氢压和催化剂的条件下，将油品中的氧、氮、硫等有害物质转化为水、氨、硫化氢而除去，并完成烯烃、二烯烃和部分芳烃的加氢饱和，从而提高油品的质量。加氢裂化是指在氢压和催化剂的条件下，将重质油进行加氢、裂化和异构化反应，从而转化为轻质油的工艺过程。2.2 原料危险与有害因素分析2.2.1火灾、爆炸危险物质加氢反应器装置中主要危险、有害物质有油品、氢气、硫化氢、氨气、污水等2，油品一般为易燃液体，氢气、硫化氢和氨气均为易燃气体，所以装置中有可能发生火灾、爆炸的危险物质及常见油品的相关数据见表2.1。表2.1危险物质及相关数据序号危险物质名称火灾危险性类别爆炸性气体组别类别1氢气甲T1IIC2硫化氢甲T3IIB3氨气乙T1IIA4煤焦油甲T3IIA5汽油甲T3IIA6柴油丙T3IIA 通过表2.1可知，氢气、硫化氢、氨气等物质的爆炸下限比较低，而且氢气、硫化氢、煤焦油、汽油等都属于甲类火灾危险物质，一旦泄露在空气中很容易发生火灾、爆炸危险。2.2.2中毒危险物质加氢反应器内的一些危险化学品具有一定的毒性，依据职业性接触毒物危害程度分级(GBZ230-2010)及工作场所有害因素职业接触限值 第1部分：化学有害因素(GBZ2.1-2007)，各有毒物质的毒性指标见表2.2。表2.2危险化学品毒性指标序号物质名称危害程度1硫化氢高度危害10-2氨气轻度危害-20303煤焦油轻度危害-3004504汽油轻度危害-5柴油轻度危害-MAC是指最高容许浓度(MaximumAllowableConcentration)，指工作地点、在一个工作日内、任何时间均不应超过的有毒化学物质的浓度。PC-TWA是指时间加权平均容许浓度(PermissibleConcentration-Time Weighted Average)，指以时间为权数规定的8小时工作日的平均容许接触水平。PC-STEL是指短时间接触容许浓度(Permissible Concentration-Short Term Exposure Limit)，指一个工作日内，任何一次接触不得超过的15分钟时间加权平均的容许接触水平。加氢反应器内存在高度危害物质硫化氢。硫化氢是具有刺激性，无色气体，具有“臭鸡蛋味”，但当浓度极高时会引起嗅觉疲劳而闻不到其臭味。低浓度接触对呼吸道或眼睛有局部刺激作用，高浓度接触时对全身都会产生刺激性作用，主要表现为中枢神经系统损害和窒息。氨气具有强烈刺激性气味，为无色气体。氨气主要经呼吸道吸入中毒，氨浓度越高，接触时间越长，对人体的毒性就越大。吸入高浓度氨可造成人体组织蛋白质变性、脂肪组织失去溶解性，引起呼吸道或皮肤烧伤、肺出血甚至反射性呼吸停止。液氨或高浓度氨还可致眼灼伤或皮肤灼伤。常见油品有汽油、柴油、煤焦油、润滑油、石蜡油等。汽油是一种神经系统麻痹性毒物。急性轻度中毒时，是类似酒醉样症状，如头晕、头痛、恶心、无力、呕吐、步态不稳、视力模糊、精神恍惚，并可能引发癔病发作。重度中毒时，会立刻出现昏迷、抽搐等严重的心、脑血系统病症。如不慎将汽油吸入肺部，则会引发吸入性肺炎。柴油为高沸点成份，故使用时由于蒸汽所致的毒性机会较小。柴油的雾滴吸入后可致吸入性肺炎。皮肤接触柴油可致接触性皮炎。多见于两手、腕部与前臂。煤焦油为化学致癌物，如果作用于皮肤，可能引起皮肤炎症，还可能腐蚀皮肤。吸入热的煤焦油蒸气会引起中毒或鼻中隔损伤。2.3工艺过程危险与有害因素分析2.3.1火灾爆炸危险性加氢反应器内以油品为原料，在加氢专用催化剂的作用下，经高温、中压、加氢反应，在反应器内进行大分子裂化、烯烃及芳烃饱和、脱硫、脱氮、脱重金属等一系列反应，提高油品性质以生产出高质量的汽、柴油替代产品或燃料油4。上述物料在生产过程中温度和压力比较高，一旦发生超温、超压或泄漏情况，极易引发火灾爆炸事故。1. 点火源产生原因(1) 明火：人员携带火种进入危险区域或在在危险区域内抽烟，车辆没有防火罩而进入爆炸危险区域等都可能产生明火。(2) 违章操作：没有办理相应手续在爆炸危险区域焊接，也没有防护措施。(3) 过热物质：反应器内的大多数反应是在高温下进行，温度超过了反应物的可燃点，一旦反应物质发生泄漏，极易造成火灾爆炸事故。如在制氢过程中，转化炉的温度可达到850，而氢气引燃温度为400，中间产物一氧化碳的引燃温度为610。因此，一旦设备泄漏极易引燃可燃气体而发生爆炸事故。(4) 电气火花：在爆炸危险区域未使用相应级别的防爆电气，或防爆电气防爆性能失效，电气线路老化引燃绝缘层，过载、接触不良产生高温等均会引起爆炸事故。(5) 切割、打磨产生火花及高温：在爆炸危险区域违章作业，切割、打磨产生火花及高温，遇到可燃性气体达到爆炸极限从而引发爆炸事故。(6) 静电火花：未按要求穿戴防静电工作服，流体的高速流动，设备、管线无防静电接地措施或防静电接地失效，都有可能产生静电火花。(7) 雷电：由于设备的防雷设施失效、不按要求安装防雷设施、防雷设施已损坏或未设置防雷设施等原因均可能造成雷电火源。(8) 电磁辐射：在爆炸危险区域内使用非防爆通信设备，也有可能引燃易燃物质，发生爆炸事故。 另外，容器、塔器在检修过程中，没有按要求进行吹扫、清洗、取样分析，检修人员违章进入受限空间动火作业，也有可能发生爆炸事故。2. 发生泄漏原因(1) 加氢反应器设备腐蚀有可能导致泄漏，主要原因有高温氢腐蚀、氢脆、高温腐蚀以及湿腐蚀5。 高温氢腐蚀是由于材料中的碳在高温条件下与氢气发生反应生成甲烷，从而降低了材料的塑性和机械强度，甲烷气体在材料的晶体间不断积聚，使材料内部产生很大的内应力从而导致材料表面鼓泡或裂纹。为了避免发生高温氢腐蚀，加氢反应器内的设备、管线多采用不锈钢或合金钢。 氢脆是由于氢原子溶于钢材后，聚合为分子导致钢材晶体的结合力降低，造成应力集中现象，从而使材料的韧性、延展性下降。氢脆的危害主要在装置停工阶段出现，此时反应器内的温度、压力迅速下降，材料中的氢气无法快速溢出，处于过饱和状态，严重时就会引起材料的表面产生裂纹。 高温腐蚀是由于脱硫反应后的硫与氢气反应生成了，作用于钢材加剧了氢腐蚀。 湿腐蚀主要形态有：电化学腐蚀引起的材料表面腐蚀，腐蚀引起的氢脆、氢裂或应力腐蚀。(2) 加氢反应器的工艺阀门、法兰、管道、仪表连接处较多。如果法兰连接件处松动、垫片发生老化或长期腐蚀都有可能导致泄漏。机泵、压缩机以及风机等转动设备密封不严密也可导致泄漏，若轴封不良或长期磨损，也有可能造成泄漏。(3) 设备异常超压、紧急泄放装置失效或连锁控制失灵等原因有可能造成容器、设备或管道超压破裂泄漏。(4) 人员操作失误将高压气体窜至低压管线，从而造成超压泄漏。(5) 自然灾害造成的破裂泄漏如地震、台风等。2.3.2 灼烫危险性分析人员不慎接触高温物料、容器、管道、炉渣和废料容易造成灼烫事故。例如加热炉操作温度高达5007，如果炉壁的保温隔热效果不好，周围无有效的防护措施，就有可能发生高温灼烫事故。发生灼烫事故可能的原因有：(1) 炉壁、管线等高温设备表面没有添加隔热材料保护或没有设置警示牌；(2) 高温作业时，作业人员没有穿戴要求的劳动防护用品；(3) 高温作业时，作业人员没有使用必须的作业工具；(4) 高温气体或液体意外泄漏而烫伤作业人员。2.4其他危险、有害因素分析2.4.1触电 加氢反应器需要大量的电气设备，如发电机、电缆、配电设备等，如果这些电气设施的线路绝缘老化、漏电保护装置失效、未设置屏护设施、接地接零防护措施失效，以及人员未按照规章进行操作等原因均可造成触电事故。2.4.2高处坠落 操作人员登高作业时不按劳动纪律穿戴防护用品，不按规定通道上下作业等，未经安全人员的同意擅自从事登高作业或拆除防护措施，均有可能造成人员高处坠落事故。2.4.3粉尘 装置使用的催化剂较多，有加氢催化剂镍钼硫化物、转化催化剂、甲基二乙醇胺脱硫剂、PSA变压吸附剂等8，在添加催化剂和卸载过程中，如果无有效的防尘装置，就有可能危害作业人员的身体健康。2.4.4物体打击作业人员进入施工现场未佩戴安全帽、容器的物件松动、机械运行、物料或工具传递失误均有可能造成物体打击。3 定性、定量风险评价方法3.1 加氢反应器的定性风险分析3.1.1事件树分析加氢反应器如果发生泄漏主要有可能发生油品或氢气的泄漏，硫化氢和氨气由于含量较少，故不作考虑。点火过程分为立即点火和延迟点火。立即点火是指可燃物泄漏后立刻点火，延迟点火是指可燃物泄漏后扩散碰到点火源而点火17。连续泄露时立即点火会产生喷射火，而瞬时泄漏时如立即点火会产生沸腾液体扩展蒸气云爆炸或闪火，如延时点火则可能导致蒸气云爆炸或闪火。根据石化企业定量风险评价导则（AQ/T3046-2013），可燃液体释放事件树如图3.1，氢气泄漏事件树如图3.2。图3.1可燃液体释放事件树图3.2 氢气泄漏事件树3.1.2泄露概率基础泄漏概率主要来源于事故统计数据，泄漏的部位主要有：容器、管道、压缩泵、阀门、连接件等。由于我国缺乏在工业泄露的统计数据，一般采取国外的统计数据进行研究。表3.1给出了1982年荷兰的研究小组在COVO研究报告中公布的统计数据和挪威船级社（DNC）在2005年公布的统计数据3。表3.1 基础泄漏概率泄漏部位泄漏方式泄露概率数据来源容器泄漏孔径1mm泄漏孔径10mm泄漏孔径50mm整体破裂整体破裂（压力容器）5.00E-41.00E-55.00E-61.00E-66.50E-5DNVCrossthwaite et alCrossthwaite et alCrossthwaite et alCOVO Study内径50mm的管道泄漏孔径1mm全管径泄漏5.70E-58.80E-7DNVCOVO Study50mm内径150mm的管道泄漏孔径1mm全管径泄漏2.00E-52.60E-7DNVCOVO Study内径150mm的管道泄漏孔径1mm全管径泄漏1.1E-58.80E-8DNVCOVO Study根据前面建立的事件树模型，可以计算出各种事故后果的概率。根据石化装置定量风险评估指南，点火总概率为(3.1)式中：m泄漏质量流速，。气体延迟点火概率为(3.2)液体延迟点火概率为(3.3)气体立即点火概率为(3.4)液体立即点火概率为(3.5)3.2 氢气泄漏定量风险评价模型3.2.1喷射火加压的易燃物一旦从容器、管道等设备泄漏出来时会形成喷射流，如果在泄漏裂口遇到点火源，将会形成喷射火9。喷射火对周围人员、设备、环境造成的主要危害为火焰的冲击和热辐射。若喷射火发生在储罐区，产生的热辐射有可能使周围储罐发生火灾或爆炸。因此计算喷射火的尺寸和热辐射情况，可以为事故预防。工业安全方面提供可靠依据。常用的喷射火的模型有“单点源”模型、“多点源”模型和“圆锥体模型”，本文采用“单点源”模型，假设喷射火的火焰形状呈圆锥状，并用泄漏处到火焰长度的4/5处的点源模型定量计算1。1. 泄漏速率 气体从容器破裂口泄漏的速度与其流动的状态有关，因此计算泄漏量时所先要判断泄漏时气体的流动速度属于音速还是亚音速流动4。 当时，气体流动属于音速流动； 当时，气体流动属于亚音速流动。音速流动的气体泄漏质量流速为：(3.6)亚音速流动的气体泄漏质量流速为：(3.7)式中：m气体泄漏的质量流速，kg/s； P容器内介质的压力，Pa； 环境压力，Pa；A为泄漏口面积，取泄漏管径的20%； M气体摩尔质量，Kg/mol； T气体温度，K； R气体常数，； K气体的绝热指数；泄漏液体系数，经过一小段短管液体经小孔泄漏取1.016；Y流出系数。2. 火焰长度喷射火的火焰长度与泄漏质量流速和泄漏物质的燃烧热有关，可用如下方程计算：(3.8)式中：R火焰长度，m； 氢气的燃烧热，J/kg。3. 目标接收热辐射强度距离喷射火火焰点源为L(m)处接收到的热辐射通量可用下式表示：(3.9)式中：q距离L处接收的热辐射的通量() f热辐射率，取0.2； 大气传输率。大气传输率计算方式如下：(3.10)4. 热辐射伤害 热辐射是热传播的主要方式，火灾主要通过热辐射的方式破坏周围目标，包括人员、设备、建筑物、木材等。当热辐射强度足够大时，可使周围的设备变形或燃烧，甚至造成人员伤亡等。预测喷射火的热辐射强度必须知道热辐射的破坏准则，本文采用热通量准则，热通量准则中热通量作为唯一参数来判断目标是否被破坏，当目标接收热通量小于目标破坏所需的临界热通量时，目标不被破坏；否则，目标被破坏。热通量准则适用于：目标达到热平衡所用时间比热通量所用时间长。通过上述公式的推算，计算相应热辐射强度的伤害半径，表3.2是不同的射通量造成伤害或损失的伤害半径14。表3.2热辐射造成伤害或损失的伤害半径热辐射强度伤害半径/m对设备的损伤对人的伤害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/10s100%死亡/1min12.5有火焰时，木材燃烧，塑料融化的最小能量一度烧伤/10s1%死亡/1min4.0-20s以上感觉疼痛，未必起泡1.6-长时间辐射无不舒服感觉从表中可看出，热辐射强度较小时，不会瞬间致人死亡或重伤，人们可以从火灾现场逃离或掩蔽起来。3.2.2泄漏扩散氢气泄漏后会在泄漏源形成气团，气团在大气中的扩散可连续型烟羽模型对液氨储罐中氨气泄露扩散区域进行计算，而高斯模型是三维扩散模型，为了便于观察分析，截取有效源高度处（z轴固定），xy平面为研究对象，计算公式为：(3.11)式中： C(x，y，z)连续排放时，形成稳定的流场后，某地点(x，y，z)的氢气的浓度，kg/m3； Q连续排放时氨气的质量流量，kg/s； U风速，m/s； y，z侧风向、垂直风向扩散系数； x下风向距离，m； y侧风向距离，m； z垂直风向距离，m。查得东北地区的大气稳定度一般为D型，再根据石化装置定量风险评估指南查得大气稳定度为D型时，所对应的扩散参数为：(3.12)(3.13)将，的表达式，泄漏时的平均风速、泄漏量代入高斯扩散烟羽模型，根据烟羽模型扩散公式，就可以画出在加氢反应器发生泄漏后，氢气的扩散范围图。3.2.3火球 装有液化气体的容器和设备当处于外部火焰烘烤、机械失效或受到撞击等时，容器和设备有可能突然破裂，罐内外的压力平衡被突然破坏，液化气体急剧气化，大量的气化的气体释放出来，并立即被外部火焰点燃就会产生沸腾液体扩展蒸气爆炸(BLEVE)，产生巨大的火球。加氢反应器在外部火焰的烘烤下，也会产生沸腾液体扩展蒸气爆炸。5. 火球直径火球直径计算公式为： (3.14)式中： R火球直径，m； W火球中消耗的可燃物质量，kg。对于单罐储存，W取罐容量的50%；对于双罐储存，W取罐容量的70%；对于多罐储存，W取罐容量的90%。6. 火球持续时间 火球持续时间按下式计算： (3.15)式中：t火球持续时间，s； W火球消耗的可燃物质量，kg。 7. 火球抬升高度火球在燃烧时，将抬升到一定的高度。火球中心点距离地面的高度H由下式计算：(3.16)8. 死亡、重伤、轻伤热通量死亡热通量： (3.17)重伤热通量： (3.18)轻伤热通量： (3.19)式中：伤害概率，按人员伤害概率为时，伤害百分数为50计，死亡、重伤、轻伤都以百分数50定义。接受到的热通量，。9. 死亡、重伤、轻伤半径 目标接收到的热通量可由下式获得，将死亡、重伤、轻伤热通量带入下式即可算得相应半径：(3.20)式中：为死亡、重伤、轻伤热通量，; 火球表面的辐射通量，单位为；对于柱形罐取270 ，对于球形罐取200 ； R火球当量半径，m。r目标到火球中心的距离，m。3.2.4蒸气云爆炸氢气的爆炸极限为4.0%75.6%，氢气泄漏后与空气混合物达到爆炸下限时遇到点火源很容易发生蒸气云爆炸事故。蒸气云爆炸的主要危害是冲击波超压，冲击波超压可通过常用的的TNT当量系数法进行伤害范围评价，将爆炸产生的爆炸总能量等价于一定质量的TNT爆炸所产生的能量，评价结果比较直观、可靠。10. TNT当量氢气发生蒸气云爆炸的TNT当量可以由下式得到：(3.21)式中：TNT当量，kg；aTNT当量系数，推荐；氢气蒸气云总质量，kg；氢气的高热值，；TNT的燃烧热，。若加氢反应器内所有氢气泄漏，则由下式可以得到氢气蒸气云总质量：(3.22)式中：k单罐充装系数；氢气的密度，；V储罐体积，。11. 冲击波超压当加氢反应器发生蒸气云爆炸时，爆炸能量以碎片能量、容器残余变形能量和冲击波能量3种形式向外释放。碎片能量和容器残余变形能量所消耗的能量较少，只占总爆破能量的3%一10%，而碎片模型由于碎片数量、能量、大小形状等的计算有很多不确定参数，或很多参数都是经验值，计算也相对繁琐，还需进行深入研究，所以没有对碎片模型进行研究。而剩余的大部分爆炸能量产生强烈的空气冲击波16。冲击波是一种不连续峰在介质中的强扰动传播，这个峰导致环境温度、压力、密度等介质状态发生跳跃式的突变，其传播速度大于声速，而空气冲击波是工业事故中最常见的形式。在大多数情况下，冲击波的伤害、破坏作用是由超压引起的，压力超过周围环境压力即为超压，超出的最大压力为峰值超压，峰值超压有时候可以达到数十个大气压。冲击波伤害、破坏作用准则有：超压准则、冲量准则、超压一冲量准则等，其中最常用的是超压准则。超压准则认为，只要冲击波超压达到一定值，便会对目标造成一定的伤害或破坏。表3.3为冲击波超压波对人体的伤害，表3.4为对建筑物的破坏作用。表3.3 冲击波超压对人体的伤害作用/MPa伤害作用0.020.03轻微损伤0.030.05听觉器官损伤或骨折0.050.10内脏严重损伤或死亡0.10大部分人员死亡表3.4 冲击波超压对建筑物的破坏作用/MPa伤害作用/MPa伤害作用0.0050.006门、窗玻璃部分破碎0.060.07木建筑厂房柱折断，房架松动0.0060.015受压面的门窗玻璃部分破碎0.070.10砖墙倒塌0.0150.02窗框损坏0.100.20防震钢筋混凝土破坏、小房屋倒塌0.020.03墙裂缝0.200.30大型钢架结构破坏0.030.05墙大裂缝，屋瓦掉下-12. 伤害分区利用超压准则计算该加氢反应器泄漏后发生蒸气云爆炸的事故后果。为了简单直观的反应发生蒸气云爆炸时所造成的人员伤亡情况，将危险源周围划分为死亡区、重伤区、轻伤区和安全区18。死亡区是指如果该区域内的人员缺少防护措施，认为将会毫无例外的死亡。其内径为0，外径设为，表示该区域内人员受到冲击波的作用而导致死亡的概率为0.5，它与TNT当量质量之间的关系为：(3.23)重伤区是指如果该区域内的人员缺少防护措施，认为绝大多数人将会受到重伤，极少数人可能死亡或轻伤。其内经为死亡半径，外径设为，表示该区域内人员因受到冲击波作用而导致耳膜破裂的概率为0.5，它要求的冲击波峰值超压为44000Pa19。冲击波超压按下式计算：(3.24)(3.25)(3.26)其中：冲击波超压，Pa；Z中间因子；E蒸气云爆炸能量值，J；大气压，Pa，取101300Pa。轻伤区是指如果该区域内的人员如果缺少防护措施，则绝大数人将会遭受轻伤，少数人会重伤或安全。轻伤区的内径为重伤区的外径，外径设为，表示该区域内人员因受到冲击波作用而外耳膜破裂的概率为0.5，它要求的冲击波峰值超压为17000Pa。冲击波超压按下式计算：(3.27)(3.28)(3.29)安全区是指即使该区域内的人员无防护措施，绝大多数人也不会受伤，其内径为轻伤区外径，外径为无穷大。3.3 油品泄漏定量风险评价模型3.3.1喷射火13. 泄漏速率可燃液体泄漏质量流率为： (3.30)式中: Qm质量流率，kg/s；P管道内液体压力，Pa；泄漏液体密度，kg/m3；P0环境压力，Pa。14. 火焰长度喷射火的火焰长度为：(3.31)式中：R火焰长度，m；油品的燃烧热，J/kg。15. 目标接收热辐射强度距离喷射火火焰点源为L(m)处接收到的热辐射通量用式(3.9)和式(3.10)获得。16. 热辐射伤害 热辐射伤害的计算方式与3.2.1节方法一致。3.3.2火球17. 火球直径火球直径计算公式为： (3.32)式中：D火球直径，m；W火球中消耗可燃物质量，kg。18. 火球持续时间 火球持续时间按下式计算： (3.33)19. 火球抬升高度火球中心点距离地面的高度H由式(2.16)计算：20. 死亡、重伤、轻伤热通量死亡热通量由式(2.17)计算，重伤热通量由式(2.18)计算，轻伤热通量由式(3.19)计算。 21. 死亡、重伤、轻伤半径 将死亡、重伤、轻伤热通量带入式(3.20)即可算得相应半径.3.3.3蒸气云爆炸22. TNT当量法(1) 闪蒸系数高压的饱和油品液体泄漏后进入比较低压的环境，由于压力的突然降低一部分液体变成容器压力下的饱和蒸汽。根据热力学数据资料，用下式估算油品的闪蒸部分20。(3.34)式中：F蒸发系数； 反应器内温度与油品沸点的温差，K；L汽化热，。(2) 云团中燃料质量(3.35)式中：云团中消耗燃料的质量，kg；W泄漏燃料的质量，kg。(3) TNT当量(3.36)式中：燃料的TNT当量，kg； TNT当量系数，可取=0.05； 燃料的燃烧热，； TNT的燃烧热（4760）。23. 爆炸冲击波伤害分区爆炸冲击波伤害分区的算法与2.2.4节一致。4 MATLAB软件评价反应器风险4.1 软件开发工具4.1.1 MATLAB软件介绍MATLAB是Matrix和Laboratory两个词的组合，意为矩阵工厂（矩阵实验室）。它包含控制语句、函数、数据结构、输入和输出和面向对象编程特点。用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步，也可以先编写好一个较大的复杂的应用程序（M文件）后再一起运行。新版本的MATLAB 7.0语言是基于最为流行的C+语言基础上