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九绵高速C2标安全评价常用计算2016年1月1蒸汽云爆炸的伤害模型o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。2蒸汽云爆炸的伤害模型o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50100ms，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。3蒸汽云爆炸的伤害模型o发生蒸汽云爆炸现象最起码应具备以下几个条件：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；延缓了点火的过程；充分预混了的气液两相物质与空气的混合物；一定量的油品泄漏。4蒸汽云爆炸的伤害模型o爆源的TNT当量计算TNT当量计算公式：WTNT=WQfQTNTo式中：WTNT易燃液体的TNT当量(kgTNT)；oWf易燃液体的质量(kg)；Qf易燃液体的燃烧热(MJkg)；QTNT-TNT的爆热，取4.52MJkg；TNT爆热为4.52MJkg，5TNT当量计算oTNT当量计算公式如下：oWTNT=*Wf*Qf/QTNTo式中：oWTNT蒸汽云的TNT当量，kg；oWf蒸汽云中燃料的总质量，kg；o蒸汽云当量系数，统计平均值为0.04；oQf蒸汽的燃烧热，MJ/kg；oQTNTTNT的爆炸热，4.52MJ/kg；6TNT当量计算o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。o所以我们经常用到的公式WTNT=*Wf*Qf/QTNT就变为：oWTNT=1.8*0.04*Wf*Qf/QTNTo7TNT当量计算o以异丁烯的库存量18.3吨为例举例说明：o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=2705.317.82=48.21MJ/kg异丁烯的WTNT=1.80.0418.30010000.9948.214.52=13912.43kg8TNT当量计算o我们再举一个例子：l节油罐车溶剂油的TNT当量计算oWTNT易燃液体的TNT当量(kgTNT)；oWf易燃液体的质量(kg)；7900.860oQf易燃液体的燃烧热(MJkg)；溶剂油燃烧热值为43.69MJkg。oQTNT-TNT的爆热，取4.52MJkg；TNT爆热为4.52MJkg，9TNT当量计算o将以上数据代入公式WTNT=1.8*0.04*Wf*Qf/QTNTo=1.80.047900.86043.694.52=？Kgo这个数字大家可以自己计算一下o经验：一般来说TNT的当量相当于物质重量的70%75%10蒸汽云爆炸时死亡半径o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(WTNT1000)0.37o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。11蒸汽云爆炸时死亡半径o举一个简单的例子：o当可燃蒸汽的TNT当量为1000Kg时则：oR0.513.6（WTNT/1000)0.37o=13.6m12蒸汽云爆炸时死亡半径oX=0.3967W1/3TNTexp3.503-0.7241lnp+0.0398（lnp）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。13蒸汽云爆炸时死亡半径o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%o首先计算TNT当量oWTNT=1.8*0.03*Wf*Qf/QTNTo1.8*0.03*100*1000*50.41/4.52o=60223kg14蒸汽云爆炸时重伤半径o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）1/3PS=44000/P00.4344式中：E为爆炸能量；P0为环境大气压。15蒸汽云爆炸时轻伤半径o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）1/3PS=17000/P00.167816蒸汽云爆炸时财产损失半径o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）21/6式中5.6（4.6）为二次破坏系数。17蒸汽云爆炸时重伤与轻伤半径o另一计算公式r=0.3967WTNT1/3exp3.5031-0.7241lnp0.0398(lnp)2注意,这里超压值p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。18小结：o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。19池火灾o火灾评价的一种模型。o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。20池火灾o（1）柴油泄漏量o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。o油品连续泄漏工况21池火灾泄漏泄漏源源介介质温度温度(0C)介介质压力力（Mpa）介介质密度密度（kg/m3）泄口面泄口面积(m2)泄漏泄漏时间(min)备注注柴油柴油罐罐常温常温常常压8700.00510按按10分分钟后切断泄后切断泄漏源漏源计22池火灾o柴油泄漏量用柏努利公式计算：oQ=CdA2(P-P0)/+2gh1/2oW=Q.to式中:Q泄漏速率（kg/s）；oW泄漏量（kg）；ot油品泄漏时间（s），t=600soCd泄漏系数，长方形裂口取值0.55（按雷诺数Re100计）；23池火灾oA泄漏口面积（m2）；A=0.005m2o泄漏液体密度（kg/m3）；oP容器内介质压力（Pa）；oP0大气压力（Pa）；og重力加速度（9.8m/s2）；oh泄漏口上液位高度（m），柴油罐液面安全高度15.9m。24池火灾经计算Q=42.23kg/s、W=25341kg（10分钟泄漏量）25池火灾o（2）泄漏柴油总热辐射通量Q（w）o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：oQ=(r2+2rh)mfHc/（72mf0。61+1）26池火灾o式中:mf单位表面积燃烧速度kg/m2.s，柴油为0.0137；oHc柴油燃烧热，Hc=43515kJ/kg；oh火焰高度h（m），按下式计算：oh=84rmf/O（2gr）1/20.6oO环境空气密度，O=1.293kg/m3；og重力加速度，9.8m/S227池火灾o燃烧效率因子，取0.35；or液池半径(m)，r=（4S/）1/2oS液池面积，S=3442m2；oW泄漏油品量kgo柴油密度，=870kg/m3；o火灾持续时间：T=W/S.mf28池火灾o计算结果：Q（w）=1006347（kw）oT=537s=9min29池火灾o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。o表9-5热辐射的不同入射通量造成的伤害及损失30池火灾入射通入射通量量kw/m2对设备的的损害害对人的人的伤害害37.5操作操作设备全部全部损坏坏1%死亡死亡/10s100%死亡死亡/1min25在无火焰在无火焰,长时间辐射下射下,木材木材燃燃烧的最小能量的最小能量重大重大烧伤/10s，100%死亡死亡/1min12.5有火焰有火焰时,木材燃木材燃烧,塑料熔化塑料熔化的最小能量的最小能量1度度烧伤/10s，1%死亡死亡/1min4.020s以上感以上感觉疼痛疼痛,未必起泡未必起泡31池火灾o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：oI=Qtc/4x2o式中:Q总热辐射通量（w）；otc热传导系数，取值1；ox目标点到液池中心距离及火灾伤害半径（m）。o距液池中心不同距离热辐射强度预测值见表9-6。o表9-6距液池中心不同距离热辐射强度预测值32池火灾X（m）20304050607080I（kw/m2）200895032221613X（m）90100110120130140150I（kw/m2）1086.65.64.74.13.633池火灾o油库区内建构筑物受到的热辐射强度见表9-7。o表9-7建构筑物受到的热辐射强度预测值34池火灾建构筑建构筑物物汽汽车发油台油台营业室室消防消防泵室室油油处理理设施施综合合楼楼南面南面围墙I（kw/m2）146.828282218离防火离防火堤距离堤距离（m）3670161621.82835池火灾o各伤害等级距池中心的距离计算结果见表9-8。o表9-8柴油罐泄漏池火灾热辐射伤害距离36池火灾伤害等害等级死亡半径死亡半径重重伤半径半径轻伤半径半径无影响半径无影响半径辐射射强度度(kw/m2)37.52512.54伤害半径害半径(m)46578014237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。38重大事故后果分析方法：火灾o1池火oo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。oo11燃烧速度o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：39重大事故后果分析方法：火灾o式中dmdt单位表面积燃烧速度，kg(m2s)；oCp液体的定压比热，J(kgK)；oTb液体的沸点，K；oTo环境温度，K；oH液体的气化热，Jkg。40重大事故后果分析方法：火灾o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dmdt为：o式中符号意义同前。o燃烧速度也可从手册中直接得到。41重大事故后果分析方法：火灾表63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/m2s42重大事故后果分析方法：火灾物物质质名称名称汽油汽油煤油煤油柴油柴油重油重油苯苯燃燃烧烧速度速度/m2 2h h92-8155.1149.3378.1165.37物物质质名称名称甲苯甲苯乙乙醚醚丙丙酮酮甲醇甲醇燃燃烧烧速度速度/m2 2h h138.29125.8466.3657.643重大事故后果分析方法：火灾o12火焰高度o设液池为一半径为r的圆池子，其火焰高度可按下式计算：o式中h火焰高度，m；or液池半径，m；o0周围空气密度，kgm3；og重力加速度，g=98ms2；odmdt燃烧速度，kg(m2s)。o44重大事故后果分析方法：火灾o13热辐射通量o当液池燃烧时放出的总热辐射通量为：o式中Q总热辐射通量，W；o效率因子，可取013035。一般用0.18。o其他符号意义同前。45重大事故后果分析方法：火灾o14目标入射热辐射强度o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：46重大事故后果分析方法：火灾o式中I热辐射强度，Wm2；oQ总热辐射通量，W；otc热传导系数，在无相对理想的数据时，可取为1；ox目标点到液池中心距离，m。47重大事故后果分析方法：火灾o2喷射火oo加压的可燃物质泄漏时形成射流，如果在泄漏裂口处被点燃，则形成喷射火。这里所用的喷射火辐射热计算方法是一种包括气流效应在内的喷射扩散模式的扩展。把整个喷射火看成是由沿喷射中心线上的几个点热源组成，每个点热源的热辐射通量相等。48重大事故后果分析方法：火灾o点热源的热辐射通量按下式计算：49重大事故后果分析方法：火灾o式中q点热源热辐射通量，W；o效率因子，可取035；oQo泄漏速度，kgs；oHc燃烧热，Jkg。50重大事故后果分析方法：火灾o从理论上讲，喷射火的火焰长度等于从泄漏口到可燃混合气燃烧下限(LFL)的射流轴线长度。对表面火焰热通量，则集中在LFL15处。n点的划分可以是随意的，对危险评价分析一般取n=5就可以了。o射流轴线上某点热源i到距离该点工处一点的热辐射强度为：51重大事故后果分析方法：火灾52重大事故后果分析方法：火灾o式中Ii点热源i至目标点x处的热辐射强度，Wm2；oq点热源的辐射通量，W；oR辐射率，可取02；ox点热源到目标点的距离，m。o某一目标点处的入射热辐射强度等于喷射火的全部点热源对目标的热辐射强度的总和：53重大事故后果分析方法：火灾54重大事故后果分析方法：火灾o式中n计算时选取的点热源数，一般取n=5。55重大事故后果分析方法：火灾o3火球和爆燃oo低温可燃液化气体由于过热，容器内压增大，使容器爆炸，内容物释放并被点燃，发生剧烈的燃烧，产生强大的火球，形成强烈的热辐射。o火球半径为：56重大事故后果分析方法：火灾57重大事故后果分析方法：火灾o式中R火球半径，m；oM急剧蒸发的可燃物质的质量，kg。o火球持续时间为：58重大事故后果分析方法：火灾59重大事故后果分析方法：火灾o式中t火球持续时间，s。o火球燃烧时释放出的辐射热通量为：60重大事故后果分析方法：火灾61重大事故后果分析方法：火灾o式中Q火球燃烧时辐射热通量，W；oHc燃烧热，Jkg；o效率因子，取决于容器内可燃物质的饱和蒸气压，=027p032。o目标接受到的入射热辐射强度为62重大事故后果分析方法：火灾63重大事故后果分析方法：火灾o式中oTc传导系数，保守取值为1；ox目标距火球中心的水平距离，m。o64重大事故后果分析方法：火灾o4固体火灾oo固体火灾的热辐射参数按点源模型估计。此模型认为火焰射出的能量为燃烧的一部分，并且辐射强度与目标至火源中心距离的平方成反比，即：65重大事故后果分析方法：火灾66重大事故后果分析方法：火灾o式中qr目标接受到的辐射强度，Wm2；of辐射系数，可取f=025；oMc燃烧速率，kgs；oHc燃烧热，Jkg；ox目标至火源中心间的水平距离，m。67重大事故后果分析方法：火灾o5突发火oo泄漏的可燃气体、液体蒸发的蒸气在空中扩散，遇到火源发生突然燃烧而没有爆炸。此种情况下，处于气体燃烧范围内的室外人员将会全部烧死，建筑物内将有部分人被烧死。o突发火后果分析，主要是确定可燃混合气体的燃烧上、下极限的轮廓线及其下限随气团扩散到达的范围。为此，可按气团扩散模型计算气团大小和可燃混合气体的浓度。68重大事故后果分析方法：火灾o6火灾损失oo火灾通过辐射热的方式影响周围环境，当火灾产生的热辐射强度足够大时，可使周围的物体燃烧或变形，强烈的热辐射可能烧毁设备甚至造成人员伤亡等。o火灾损失估算建立在辐射通量与损失等级的相应关系的基础上。表64为不同入射通量造成伤害或损失的情况。69重大事故后果分析方法：火灾70重大事故后果分析方法：火灾71重大事故后果分析方法：火灾o从表64中可看出，在较小辐射等级时，致人重伤需要一定的时间，这时人们可以逃离现场或隐蔽起来。72火球伤害区示意图73什么是TNT？oTNT（2,4,6-三硝基甲苯;梯恩梯;茶褐炸药;2,4,6-Trinitrotoluene;TNT）o是一种烈性炸药，呈黄色粉末或鱼鳞片状，难溶于水，可用于水下爆破。由于威力大，常用来做副起爆药。爆炸后呈负氧平衡，产生有毒的一氧化碳，故不适用于地下工程爆破。74什么是TNT？o三硝基甲苯(Trinitrotoluene,TNT,2,4,6-trinitromethylbenzene)是一种带苯环的有机化合物，溶点为摄氏81度。它带有爆炸性，常用来制造炸药。它经由甲苯的氮化作用而制成。oTNT炸药的数量有被使用作为能量单位，每公斤可产生420万焦耳的能量，1000吨TNT相等于4.2兆焦耳，一百万吨相等于4200兆焦耳。75什么是TNT？o分子式C7H5N3O6;(NO2)3C6H2CH3o分子量227.13o白色或苋色针状结晶，无臭，有吸湿性;蒸汽压0.01kPa(82);熔点81.8;沸点280(爆炸);溶解性:不溶于水，微溶于乙醇，溶于苯、芳烃、丙酮;密度:相对密度(水=1)1.65;稳定性:稳定;危险标记1(爆炸品);主要用途:用于制造染料、医药、炸药，也作试剂等76什么是TNT？o对环境的影响:o一、健康危害o侵入途径：吸入、食入、经皮吸收。o健康危害：属高度危害毒物。对血液系统的损害，可形成高铁血红蛋白、赫氏小体;可引起中毒性肝损伤;对眼睛可引起中毒性白内障。77什么是TNT？o急性中毒：轻度者头晕、头痛、恶心、呕吐、腹痛、发绀等;重症者神志不清、呼吸表浅、大小便失禁、瞳孔散大、角膜反射消失，可因呼吸麻痹而死亡。o慢性中毒：可发生中毒性白内障、中毒性肝炎、贫血、皮炎、湿疹。长期接触可出现“TNT”面容：面部苍白，口唇、耳廓紫绀。78什么是TNT？o二、毒理学资料及环境行为o毒性：属中等毒性。o急性毒性：LD50795mg/kg(大鼠经口);660mg/kg(小鼠经口)人吸入2mg/m3血液轻度改变;人经口1mg/kg4日未见血液学改变;人在2mg/m3环境中有不悦感。79什么是TNT？o危险特性：受热，接触明火、高热或受到摩擦震动、撞击时可发生爆炸。o燃烧(分解)产物：一氧化碳、二氧化碳、氧化氮。80什么是TNT？81什么是TNT？82什么是TNT？83