重大危險源分級標準

1、重大危險源分級標準（征求意見稿）1 適用范圍本規(guī)范規(guī)定了重大危險源評估分級的方法和程序。 本規(guī)范為重大危險源評估分級技術(shù)規(guī)范， 適用于包括儲罐區(qū)、 庫區(qū)、生產(chǎn)場 所等重大危險源。2 規(guī)范性引用文件下列文件中的條款，通過本規(guī)范的引用而成為本標準的條款。凡是 標 注日期的引用文件，其隨后所有的修改單（不包括勘誤的內(nèi)容）或修訂版 均不適用于本規(guī)范，然而，鼓勵根據(jù)本規(guī)范達成協(xié)議的各方研究是否可使 用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本適用于本 規(guī)范。中華人民共和國安全生產(chǎn)法危險化學(xué)品安全管理條例安全生產(chǎn)許可證條例重大危險源辨識（GB18218）安全評價通則關(guān)于規(guī)范重大危險源監(jiān)督與管理

2、工作的通知（安監(jiān)總協(xié)調(diào)字 2005125 號）3 術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本規(guī)范。3.1 重大危險源 major hazard installations重大危險源是指長期地或者臨時地生產(chǎn)、搬運、使用或者儲存危險物品，且 危險物品的數(shù)量等于或超過臨界量的單元（包括場所和設(shè)施）。4重大危險源分級判據(jù)重大危險源分級判據(jù)如表1所示。表1重大危險源分級判據(jù)危險源等級分級判據(jù)死亡人數(shù)一級重大危險源可能造成30人（含30人）以上二級重大危險源可能造成10 一 29人三級重大危險源可能造成39人四級重大危險源可能造成1-2人具體判別的依據(jù)如下:一級重大危險源：可能造成死亡 30人（含30人）以上的重大

3、危險源;二級重大危險源：可能造成死亡 10-29人的重大危險源；三級重大危險源：可能造成死亡 3-9人的重大危險源；四級重大危險源：可能造成死亡 1-2人的重大危險源。5重大危險源死亡人數(shù)及財產(chǎn)損失計算方法可能造成的死亡人數(shù)評價程序為： 將重大危險源的周邊區(qū)域劃分成等間隔的網(wǎng)格區(qū)，用一笛卡爾坐標體系的 網(wǎng)格覆蓋城市的區(qū)域地圖（如圖1所示），網(wǎng)格間距大小取決于當?shù)厝丝诿芏龋?不影響計算結(jié)果為準。 確定每一網(wǎng)格內(nèi)的人員數(shù)量，通過火災(zāi)（室內(nèi)火災(zāi)除外）、爆炸、毒物泄漏 擴散事故后果模型計算重大危險源事故在每一網(wǎng)格中心處產(chǎn)生的熱輻射、超壓或毒物濃度的數(shù)值，然后通過熱輻射、沖擊波超壓、中毒概率函數(shù)將其其

4、轉(zhuǎn)化為造 成死亡的概率。 將每一網(wǎng)格中心的死亡率與人口數(shù)量相乘，即得到死亡的人數(shù)。 將所有網(wǎng)格的死亡人數(shù)求和，即得到總的死亡人數(shù)。具體用下式表示:(1)N Di S vii 1式中，N為總的死亡人數(shù)，D為第i個網(wǎng)格的人口密度，S為網(wǎng)格面積，Vi 為第i個網(wǎng)格的個人死亡率，n為網(wǎng)格的數(shù)目。:Fe-汕：，；iaWe| iBjnd| industry;IjWssaagaL vlJJ-age j-stEailrnkhadi' villasChemical industryRi(2)式中，R為i區(qū)半徑,m； Ki為常量。圖1死亡人數(shù)計算原理示意圖采用財產(chǎn)損失半徑的方法評估事故后果造成的損失， 并

5、假定此半徑內(nèi)沒有損 失的財產(chǎn)與此半徑外損失的財產(chǎn)相互抵消， 或者說此半徑內(nèi)的財產(chǎn)完全損失， 半徑外的財產(chǎn)完全無損失。財產(chǎn)損失半徑通過火災(zāi)、爆炸事故后果模型確定。財產(chǎn)損失半徑按下式計算:1/3K iWTNT2 1/63175WTNT熱輻射對建筑物的影響直接取決于熱輻射強度的大小及作用時間的長短,引燃木材的熱通量作為對建筑物破壞財產(chǎn)損失半徑，計算公式如下:q 6730t4/525400(3)t W/M(4)式中，q為引燃木材的熱通量（W/m2）, t為熱輻射作用時間，即火災(zāi)持續(xù) 時間（s）。6重大危險源評價分級程序源具體事故情景選擇、后果計算及死亡概率計算過程參見附錄Ao圖2重大危險源評價分級程序

6、重大危險源的評價分級程序如下圖所示。如果一種危險物質(zhì)具有多種事故形態(tài)，按照后果最嚴重的事故形態(tài)考慮，即遵循“最大危險原則”。各類重大危險附錄 A ：重大危險源事故后果模型A.1 儲罐區(qū)重大事故后果分析A.1.1 儲罐區(qū)的主要事故后果類型A.1.1.1 池火災(zāi)易燃液體如汽油、苯、甲醇、乙酸乙酯等，一旦從儲罐及管路中泄漏到地面 后，將向四周流淌、擴展，形成一定厚度的液池，若受到防火堤、隔堤的阻擋， 液體將在限定區(qū)域（相當于圍堰）內(nèi)得以積聚，形成一定范圍的液池。這時，若 遇到火源，液池可能被點燃，發(fā)生地面池火災(zāi)。A.1.1.2 蒸氣云爆炸易燃易爆氣體如H2、天然氣等，泄漏后隨著風向擴散，與周圍空氣混

7、合成 易燃易爆混合物， 在擴散擴過程中如遇到點火源， 延遲點火， 由于存在某些特殊 原因和條件，火焰加速傳播，產(chǎn)生爆炸沖擊波超壓，發(fā)生蒸氣云爆炸。易燃易爆的液化氣體如液化石油氣、 液化丙烷、 液化丁烷等， 其沸點遠小于 環(huán)境溫度，泄漏后將會由于自身的熱量、地面?zhèn)鳠帷⑻栞椛?、氣流運動等迅速 蒸發(fā)，在液池上面形成蒸氣云， 與周圍空氣混合成易燃易爆混合物， 并且隨著風 向擴散，擴散擴過程中如遇到點火源，也會發(fā)生蒸氣云爆炸。A.1.1.3 噴射火對于易燃易爆氣體如 H2、天然氣，以及易燃易爆的液化氣體來說，泄漏后可能因摩擦產(chǎn)生的靜電立即點火，產(chǎn)生噴射火。A.1.1.4沸騰液體擴展蒸氣云爆炸易燃易爆的

8、液化氣體容器在外部火焰的烘烤下可能發(fā)生突然破裂， 壓力平衡 被破壞，液體急劇氣化，并隨即被火焰點燃而發(fā)生爆炸，產(chǎn)生巨大的火球。這種 事故被稱為沸騰液體擴展為蒸氣云爆炸。A.1.1.5中毒事故毒性的液化氣體如液氯、 液氨等， 由于沸點小于環(huán)境溫度， 泄漏后會因自身熱量、地面?zhèn)鳠帷⑻栞椛?、氣流運動等迅速蒸發(fā)，生成有毒蒸氣云，密集在泄 漏源周圍，隨后由于環(huán)境溫度、地形、風力和湍流等因素影響產(chǎn)生漂移、擴散，范圍變大，濃度減小。A.1.2儲罐區(qū)主要事故后果模型A.1.2.1池火災(zāi)事故后果模型池火災(zāi)火焰的幾何尺寸及輻射參數(shù)按如下步驟計算。 計算池直徑根據(jù)泄漏的液體量和地面性質(zhì)，按下式可計算最大可能的池面

9、積。S W/Hmin（ 1）式中，S為液池面積（m2）,W為泄漏液體的質(zhì)量（kg），為液體的密度（kg/m3）Hmin為最小油層厚度（m）。最小物料層厚度與地面性質(zhì)對應(yīng)關(guān)系見表1。表1不同性質(zhì)地面物料層厚度表地面性質(zhì)最小物料層厚度（m）草地0.020粗糙地面0.025平整地面0.010混凝土地面0.005平靜的水面0.0018 確定火焰高度計算池火焰高度的經(jīng)驗公式如下：h LD 42 m（ o.gD）0.61（2）式中：L為火焰高度（m），D為池直徑（m），mf為燃燒速率（kg/m2s）, p o為空氣密度（kg/m3），g為引力常數(shù)。 計算火焰表面熱通量假定能量由圓柱形火焰?zhèn)让婧晚敳肯蛑車?/p>

10、勻輻射，用下式計算火焰表面的熱通量:q。20.25 D HCmf f20.25 D DL式中，qo為火焰表面的熱通量（3）kw/m2）， He 為燃燒熱（kJ/kg），n 為圓周率，f為熱輻射系數(shù)（可取為0.15），mf為燃燒速率（kg/m2s），其它符號同前 目標接收到的熱通量的計算目標接收到的熱通量q(r)的計算公式為：q(r) qo(1 0.0581 n r)V(4)式中，q(r)為目標接收到的熱通量(kw/m2), qo為由式(3)計算的火焰表 面的熱通量(kw/m2)，r為目標到油區(qū)中心的水平距離(m), V為視角系數(shù)。 視角系數(shù)的計算角系數(shù)V與目標到火焰垂直軸的距離與火焰半徑之比s

11、,火焰高度與直徑之比h有關(guān)。V ,.2廠VHbA(b1/s)tan 1b1s0.51)0.51/(b2b1s1B(a1/s)tan 1a1s10.5/(a21)0.5a1s1VH A B0.5Ja丄105 tana1 s12 aa1 s11K1s 1 / s 10.5tana(h22s 1)/( 2s)1n0 5Vvtan (h/(s1) - )/s h(J K)/s2b (1 s )/(2s)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)其中A、B、J、K、Vh、Vv是為了描述方便而引入的中間變量，n為圓周 率。A.1.2.2蒸氣云爆炸事故后果模型蒸氣云爆炸產(chǎn)生的沖擊波超壓是

12、其主要危害。 沖擊波超壓可通過傳統(tǒng)的TNT當量系數(shù)法進行計算，將事故爆炸產(chǎn)生的爆炸能量等同于一定當量的TNT也可根據(jù)爆炸能量直接計算。（1）TNT當量法 確定閃蒸系數(shù)在熱力學(xué)數(shù)據(jù)資料的基礎(chǔ)上，用下式估算燃料的閃蒸部分Cp TF 1 exp LL（ 14）式中，F(xiàn)為蒸發(fā)系數(shù)，Cp為燃料的平均比熱（J/kgK）, T為環(huán)境壓力下容 器內(nèi)溫度與沸點的溫差（K），L為汽化熱（kJ/kg）。 計算云團中燃料的質(zhì)量：(15)Wf 2FW式中，W為云團中燃料的質(zhì)量（kg），W為泄漏的燃料的質(zhì)量（kg），F(xiàn)為閃蒸 系數(shù)。 計算TNT當量:WTNTeWf H f / H TNT(16)式中，Wtnt為燃料的TN

13、T當量（kg），Wf為云團中燃料的質(zhì)量（kg），Hf為燃 料的燃燒熱（MJ/kg），Htnt為TNT的爆熱（MJ/kg），a為TNT當量系數(shù)，推薦 a=0.03。 將實際距離轉(zhuǎn)化為無因次距離：R r/WtNt（ 17）式中，R為離爆炸點的實際距 離（m），R為無因次距離（m）。在離爆炸點距離為R處，根據(jù) 相應(yīng)的R值，查圖1得到超壓，進 而預(yù)測人員受傷害和建筑受破壞的 情況。806.653 Wtnt無因次距離實際距離mkg -1/3心01無因次超壓只圖1 P s R曲線（2）直接計算法在得到云團中燃料的質(zhì)量的情況下，可按下式直接計算爆炸沖擊波超壓p。23ln（ Ps/Pa）0.9126 1.50

14、58（1 n Z） 0.1675（1n Z）2 0.0320（1n Z）3 （ 18）（0.3W Z< 12）z R/E）'3（19）paE 1.8 WQC（20）式中， Ps為沖擊波正相最大超壓（Pa）, Z為無量綱距離，Pa為環(huán)境壓力， R為目標到爆源的水平距離（m）， E為爆源總能量（J）， a為蒸氣云當量系數(shù)， 一般取0.04，W為蒸氣云中對爆炸沖擊波有實際貢獻的燃料質(zhì)量（Kg），Q為燃 料的燃燒熱（J/Kg ）。A.1.2.3噴射火事故后果模型加壓的可燃物泄漏時形成射流，如果在泄漏裂口處被點燃，則形成噴射火。 假定火焰為圓錐形，并用從泄漏處到火焰長度4/5處的點源模型來

15、表示。 火焰長度計算噴射火的火焰長度可用如下方程得到:(21)0 444 (Hem) .161.66式中，L為火焰長度（m），He為燃燒熱（J/kg ），m為質(zhì)量流速（kg/s ） 熱輻射的通量計算距離火焰點源為X（m）處接收到的熱輻射通量可用下式表示：(22)fH Cm4 X2 1000式中，q為距離X處接收的熱輻射的通量（KW/m），f為熱輻射率，t為大 氣傳輸率。大氣傳輸率T按下式計算：1 0.0565 ln X23)A.1.2.4沸騰液體擴展為蒸氣云爆炸事故后果模型計算主要包括如下步驟。 火球直徑D 2.665W 0.327（24）式中，D為火球直徑（m）, W為火球中消耗的可燃物質(zhì)量

16、（Kg）。對單罐儲 存，W取罐容量的50%;對雙罐儲存，W取罐容量的70%;對多罐儲存，W取 罐容量的 90%。 火球持續(xù)時間t 1 .089W0.327（ 25）式中，t為火球持續(xù)時間（s），W同式（24）。 火球抬升高度 火球在燃燒時，將抬升到一定高度。火球中心距離地面的高度 H 由下式估計：H D（ 26） 火球表面熱輻射能量 假設(shè)火球表面熱輻射能量是均勻擴散的?；鹎虮砻鏌彷椛淠芰?SEP 由下式計算：2SEP FsmHa /（ D2t）（27）式中，F(xiàn)s為火球表面輻射的能量比，Ha為火球的有效燃燒熱（J/Kg）。Fs與儲罐破裂瞬間儲存物料的飽和蒸氣壓力P（ MPa）有關(guān)：Fs 0.27

17、P0.32（28）對于因外部火災(zāi)引起的BLEVE事故，上式中的P值可取儲罐安全閥啟動壓 力 Pv（ MPa）的 1.21 倍，即：P 1.21Pv（ 29）30)Ha由下式求得：H a Hc H v CpT式中，He為燃燒熱(J/kg), Hv為常沸點下的蒸發(fā)熱(J/kg), Cp為恒壓比熱 (J/(kg.K), T為火球表面火焰溫度與環(huán)境溫度之差(K), 一般來說T=1700K。 視角系數(shù)視角系數(shù) F 的計算公式如下：2F (D /2)/r)2(31)式中，r為目標到火球中心的距離(m)。令目標與儲罐的水平距離為 X(m)，貝U：r (X2 H 2)0.5(32) 大氣熱傳遞系數(shù)火球表面輻射

18、的熱能在大氣中傳輸時， 由于空氣的吸收及散射作用， 一部分 能量損失掉了。假定能量損失比為a,則大氣熱傳遞系數(shù)a 1 。a和大氣中 的CO2和H20的含量、熱傳輸距離及輻射光譜的特性等因素有關(guān)。a可由以下的經(jīng)驗公式來求取：a 2.02( pwr') 0.09(33)式中，pw為環(huán)境溫度下空氣中的水蒸氣壓(N/m2), r為目標到火球表面的 距離( m)。pw pW0 RH( 34)0式中，Pw為環(huán)境溫度下的飽和水蒸氣壓(N/m2), RH為相對濕度。r' r D /2(35) 火球熱輻射強度分布函數(shù) 在不考慮障礙物對火球熱輻射產(chǎn)生阻擋作用的條件下，距離儲罐 X 處的熱輻射強度q

19、 (W/m2)可由下式計算：q SEP F a( 36)A.1.2.5中毒事故后果模型( 1 )泄漏模型液體泄漏速率模型液體泄漏可根據(jù)流體力學(xué)中的柏努力方程計算泄漏量。 當裂口不規(guī)則時，可 采取等效尺寸代替；當泄漏過程中壓力變化時，則往往采用經(jīng)驗公式。柏努力方 程如下：Q CdA . 2（P Po） 2gh 丫（ 37）式中，Q為液體泄漏速率（kg/s）, Cd為無量綱泄漏系數(shù)， 是液體密度（kg/m3）, A是泄漏孔面積（m2），P為罐壓（Pa），Po為大氣壓力（Pa），g為引力常數(shù)（9.8m/s2）, h為液壓高度（m）。液體出口速度可按下式計算：Qu(38)Cd A式中，u為液體出口速度

20、（m/s），其他符號如前。持續(xù)時間按下式計算：ts u°/（Cd g）（AJA）（39）式中，U0為初始流速（m/s），At為罐內(nèi)液面積（m2）。泄漏系數(shù)Cd的取值通?？蓮臉藴驶瘜W(xué)工程手冊中查到。對于管道破裂，Cd的典型取值為0.8。表2為常用的液體泄漏系數(shù)數(shù)據(jù)。表2液體泄漏系數(shù)Cd雷諾數(shù)Re裂 口形狀圓形（多邊形）三角形長方形>1000.650.600.55< 1000.500.450.40這個方法沒有考慮泄漏速率對時間的依賴關(guān)系（壓力隨時間而降低以及液壓高度下降）。因此，計算出的泄漏速率是保守的最大可能泄漏速率。氣體泄漏模型壓力氣體泄漏通常以射流的方式發(fā)生，泄漏的速度

21、與其流動的狀態(tài)有關(guān)，其特征可用臨界流（最大出口速度等于聲速）或亞臨界流來描述。Perry等人用如下的關(guān)系式作為臨界流的判斷準則：當式（40）成立時，氣體流動屬音速流動；當式（41）成立時，氣體流動屬亞音速流動(40)PPPP(41)Q CdAP,Mk 2 k1RT廠(42)k2 Fl k 1k2 n式中，Po為環(huán)境大氣壓力（Pa） , P為容器壓力（Pa） , k為氣體的絕熱指數(shù),即定壓比熱CP和定容比熱G之比。對于很多氣體，臨界比值（P/Po） c r近似為2,也就是說儲壓近似等于大氣壓力的兩倍，此時流體泄漏的出口速度近似等于聲速。 臨界流的質(zhì)量泄漏速率可按下式計算：k 1Mk 2 k 1(

22、43)氣體呈亞音速流動時，其泄漏量為:Q YCd AP.V RT k 1式中，Q是氣體泄漏速率（kg/s），Cd為氣體泄漏稀疏，A為裂口面積（ml）,M是氣體相對分子質(zhì)量，R是普適氣體常數(shù)（8.31436 J mol -1K、，T是氣體的儲存溫度（K, 丫為氣體膨脹因子，按式（44）計算。k 121 k 1 k 1P k , 1k 12k 1PokPo(44)上述考慮的為理想氣體的不可逆絕熱擴散過程。 此外，沒有考慮氣體泄漏速 率隨時間的變化，因此使用初始儲存條件必然導(dǎo)致保守的結(jié)果。 兩相流泄漏模型Cude在1975年建議了兩相流泄漏關(guān)系式。假設(shè)源容器和泄漏點之間的管道長度和管道直徑之比L/

23、D>12泄漏點壓力與泄漏點上流壓力之比Pc/P=0.55具體計算方法如下：第一步，按下式計算兩相流的質(zhì)量分數(shù):(45)(T TJCpHv式中，M為蒸發(fā)的液體占液體總量的比例，Tc是對應(yīng)于泄漏點壓力 R的平衡溫度（K）, T是對應(yīng)于泄漏點上流壓力 P的平衡溫度（K）, CP是液體的定壓比熱J /（kg K），Hz是液體的蒸發(fā)熱（J/kg ）。第二步，按下式計算兩相流的平均密度:(46)1M V 1 MVV1式中，、v和i分別是兩相流、蒸氣和液體的密度（kg/m3）。第三步，按下式計算兩相流的質(zhì)量泄漏速率Q （kg/S）:Q ACd（p巳）（47）式中，G為泄漏系數(shù)，多數(shù)情況下，取 G二0.

24、8, A為裂口面積（吊），P為 兩相混合物的壓力（Pa），Pc為臨界壓力（Pa）。如果L/D<12先按前面介紹的方法計算純液體泄漏速率和兩相流泄漏速率，再用內(nèi)插法加以修正。兩相流實際泄漏速率的計算公式為:Q Qv1 (Q1 QvJ(12L/D)/10(48)式中，Q、Qv1和Q1分別為兩相流實際泄漏速率、按式（43）計算出的兩相流泄漏速率和純液體泄漏速率（kg/S）。如果L/D<2,般認為泄漏為純液體泄漏。（3）非重氣云擴散模型瞬間泄漏擴散模型C(x, y,z,t,He) (2 )3儼(z H)2exp2 exp2 2expx y z(z H)22 Zx (x Vt)22y2 2y

25、(49)連續(xù)泄漏擴散模型2Q'C(x,y,z,t,He) 2vrrexDexo(zH)22 2exp(z H)22 Z(50)式中，C為氣云中危險物質(zhì)濃度3(kg/m),He為泄漏源有效高度（m），Q 為源瞬間泄漏量（kg）, Q'為源連續(xù)泄漏速率（kg / s）, V為風速（my7 s）, t為泄 漏后的時間（s）, x、 y和z分別為x、y和z方向的擴散系數(shù)（m）。對于連續(xù)泄漏，平均時間取10mi n。其中ex yz與地面的有效粗糙度有關(guān)。地面有效粗糙度長度如下表所示。表3地面有效粗糙度長度表地面類型Zo/m地面類型Zo/m草原、平坦開闊地< 0.1農(nóng)作物地區(qū)0.10

26、.3村落、分散的樹林 0.31分散的高矮建筑物（城市）14密集的高矮建筑物（大城市）4有效粗糙度Z）< 0.1m地區(qū)的擴散參數(shù)按下表選取。表4 Z o< 0.1m地區(qū)的擴散參數(shù)大氣穩(wěn)定度e y/me z/mA-1/20.22x(1+0.0001x)0.20xB0.16x(1+0.0001x)-1/20.12xC-1/20.11x(1+0.0001x)-1/20.08x(1+0.0002x)D-1/20.08x(1+0.0001x)-1/20.06x(1+0.0015x)E-1/20.06x(1+0.0001x)-1/20.03x(1+0.0003x)F-1/20.04x(1+0.0

27、001x)-1/20.016x(1+0.0003x)有效粗糙度Z）> 0.1m的粗糙地形擴散系數(shù)為:y0 yzz0 zfy(Z0)1 a0Z0fz(x, Z°)(b°C0 In x)(d°q ln x)1Z f。g0lnxZ0式中，C yO、C zO按表4中的數(shù)值取值。其他系數(shù)按表5取值表5不同大氣穩(wěn)定度下的系數(shù)值穩(wěn)定度ABCDEFa00.0420.1150.150.380.30.57b01.101.51.492.532.42.913C00.03640.0450.01820.130.110.0944d00.43640.8530.870.550.860.753

28、e°0.050.01280.010460.0420.016820.0228f。0.2730.1560.0890.350.270.29g00.0240.0136 J0.00710.030.0220.023式（49）和式（50）中泄漏源有效高度是指泄漏氣體形成的氣云基本上變成 水平狀時氣云中心的離地高度。在大多數(shù)問題中，泄漏源有效高度難以與泄漏源 實際高度相一致。事實上，它等于泄漏源實際高度加泄漏源抬升高度。泄漏源抬升高度可以用下面的公式近似計算：1H Vsd1.5 0.268Fa（Ts Ta）Ts d/V（51）或H 2.4Vsd/V（ 52）式中： H是泄漏源抬升高度（m）. Vs是

29、氣云出口速度（m/s）, d是出口 直徑（m）,V是環(huán)境風速（m/s）,pa是環(huán)境大氣壓力（Pa）,Ts是氣云出口溫度（K）, Ta是環(huán)境大氣溫度（K ）。計算出泄漏源抬升高度以后，將泄漏源抬升高度與泄漏源實際高度相加就得 到了泄漏源有效高度。（3）重氣云擴散模型常用模型有盒子模型和平板模型兩類。盒子模型用來描述瞬間泄漏形成的重 氣云團的運動，平板模型用來描述連續(xù)泄漏形成的重氣云羽的運動。這兩類模型的核心是因空氣進入而引起的氣云質(zhì)量增加速率方程。 盒子模型盒子模型使用如下假設(shè)：I、重氣云團為正立的坍塌圓柱體，圓柱體初始高度等于初始半徑的一半。II、在重氣云團內(nèi)部，溫度、密度和危險氣體濃度等參數(shù)

30、均勻分布。III、重氣云團中心的移動速度等于風速。重氣擴散的盒子模型示意圖如下圖所示。77777777777777777777二 云團向外的魏向運動圖2重氣云團盒子模型坍塌圓柱體的徑向蔓延速度由下式確定：1 / 2Vf dr/dt g ( a)/ ah( 53)式中，Vf為圓柱體的徑向蔓延速度(m/s), r為圓柱體半徑(m)，h為圓柱體高度(m)，t為泄漏后時間(s)。等式兩邊同時乘以2r，上式變成下面的形式:dr2/dt 2 g (a)/a hr21/21/2(54)由于假設(shè)重氣云團和環(huán)境之間沒有熱量交換，重氣云團的浮力將守恒，即:a)/ a V g (a)/ a Vo將上式代入式(53)

31、，積分后得到：r2 r。2 2 g ( o a)/ a Vo/ 1/2t(56)式中，ro為重氣云團的初始半徑(m)，Vo為重氣云團的初始體積(m3)，。為 重氣云團的初始密度(kg/m3)。由于假設(shè)重氣云團是圓柱體，初始高度等于初始半徑的一半，因此重氣云團 初始半徑的計算公式為：ro (2Vo/ )1/3(57)隨著空氣的不斷進入，云團的高度和體積也將不斷變化。云團體積隨時間的 變化速率由下式確定：2dV/dt ( R )VT (2 Rh)VE( 58)式中，重氣云團體積V R2h，Vt和VP分別為空氣從頂部和邊緣進入重氣云團的速率(m/s) o由于重氣云團內(nèi)部危險氣體質(zhì)量守恒， 因此， 在

32、重氣云團擴散過程中， 下式 存立：22C/CO VO /V （horo2）/（hr2）（59）式中，CO和C分別為初始時刻和t時刻重氣云團內(nèi)部危險物質(zhì)濃度（kg/m3） 任意時刻重氣云團的半徑按式 （56）計算。如果知道任意時刻重氣云團高度的 計算公式， 利用上式就可計算任意時刻重氣云團內(nèi)部危險物質(zhì)濃度。 但這里不準 備采用先推導(dǎo)重氣云團高度的計算公式， 然后計算重氣云團體積和危險物質(zhì)濃度 的方法。而是先采用量綱分析法求重氣云團的體積和濃度， 然后利用上式反推重 氣云團的高度。無量綱量V /Vo與x/vO/3之間存在如下函數(shù)關(guān)系：V Vo（x /Vo1/3）1.5,x Vo1/3（60）式中，

33、x為下風向距離（m）。它與時間、風速之間的關(guān)系為：x Vt（ 61）將上式代入式 （52） ，得到：C Co（x/Vo1/3） 1.5, x Vo1/3（62）將圓柱形重氣云團的體積V r2h代入式（60），可推導(dǎo)出h Vo（x/Vo1/3）1.5 /（ r2）,x Vo1/3（63）隨著空氣的不斷進入， 重氣云團的密度將不斷減小， 重氣坍塌引起的擴散將 逐步讓位于環(huán)境湍流引起的擴散。目前，判斷重氣坍塌過程終止的準則主要有：I、&準則定義 （p a）/ a。&準則認為，如果&小于或等于某個臨界值 （在0.0010.01之間），重氣坍塌引起的擴散將讓位于環(huán)境湍流引起的擴散

34、。下面推導(dǎo)轉(zhuǎn)變發(fā)生的位置，令：E gV（ pa）/ apa a（64）gV將式（ 60）代入式（ 64），得到：E g Vo(x/Vo1/3)1.5(65)從上式求出X,得到：x E2/3Vo 1/3(g ) 2/3(66)由于不考慮云團與環(huán)境之間的熱交換，云團浮力守恒，故E=&。代入上式得到轉(zhuǎn)變點對應(yīng)的下風向距離為：2/3 1/3 2/3 XfEo2/3Vo 1/3(g cr) 2/3(67)II 、 Ri 準則對于瞬間泄漏，定義 Richardson數(shù)Ri (g( p a)/ a)V1/3 /V*2。Ri準則認為，如果Ri小于或等于某個臨界值(在110之間)，重氣坍塌引起的擴散將

35、讓位于環(huán)境湍流引起的擴散。由于云團內(nèi)部浮力守恒，因此Eo E gV(a)/ a(68)對上式進行恒等變換，得到：( a)/ a Eo /(gV)(69)將式( 69)代入 Richardson 數(shù)的定義式，得到：Ri Eo /(XVo1/3V*2)(70)從上式求出轉(zhuǎn)變點下風向距離x，得到：Xf Eo /(RicrVo1/3V*2)(71)III 、Vf 準則定義重氣云團徑向蔓延速度 X = dr/dt。X準則認為，如果V小于或等于某 個臨界值，重氣坍塌引起的擴散將讓位于環(huán)境湍流引起的擴散。不同研究人員提出的重氣云擴散階段終止時的臨界Vf 值相差很大。例如，van Ulden認為，重氣云擴散階

36、段終止的條件是 X = 2V，Germeles和Drake認 為，重氣云擴散階段終止的條件是X = V, Cox和Carpenter認為，重氣云擴散階段終止的條件是 W = de y/dty為橫風向擴散系數(shù)(m)，Eidsvik (1980)認為，重氣云擴散階段終止的條件是M = 0.39V*。這些準則覆蓋范圍很寬，從V =0.02V到V = V(假設(shè)摩擦速度V*= V/15)。Germeles和Drake提出的準則太嚴,按照他們提出的準則，即使存在重氣云擴散階段，這個階段持續(xù)的時間也很短。不過，多數(shù)研究人員認為，M的臨界值具有與V相同的數(shù)量別。 平板模型平板模型使用了如下假設(shè)：I 、重氣云羽

37、橫截面為矩形，橫風向半寬為 b(m)，垂直方向高度為h(m)。在 泄漏源點，云羽半寬為高度的兩倍，即：b°= 2h。II 、重氣云羽橫截面內(nèi)，濃度、溫度、密度等參數(shù)均勻分布。III 、重氣云羽的軸向蔓延速度等于風速。 在重氣云羽的擴散過程中，橫截面半寬的變化由下式確定：Vdb/dx (gh(a)/ a)1/2(72)由于假設(shè)重氣云羽與環(huán)境之間無熱量交換， 重氣云羽的浮力通量在擴散過程 中守恒，即：2gVbh(a)/ a 2gVboho( o a )/ a(73)將式(73)代入式( 72)，積分后得到：b bo1 1.5 gho ( oa )/ a1/2 x(Vbo) 1 2/3(7

38、4)由于重氣云羽初始半寬等于初始高度的兩倍，重氣云羽的初始體積通量為：Vo ' 2bohoV bo2V(75)從上式可以求出重氣云羽的初始半寬：bo 2ho (Vo' /V)1/2(76)隨著空氣的進入， 不僅重氣云羽的橫風向水平尺寸要增大， 重氣云羽的高度也要增加。重氣云羽高度的變化與下風向距離間的關(guān)系由下式確定：dh (we /v)dx(77)式中，W為空氣卷吸系數(shù)，且假設(shè)空氣卷吸系數(shù)由下式確定：We 3.5V*' /(11.67 Ri)(78)式中， Ri 為當?shù)?Richardson 數(shù)。上式表明，隨著 Richardson 數(shù)的增加，空氣卷吸系數(shù)減小。 Ric

39、hardsony b/21/ 285)數(shù)的定義為：Ri g( p a)/ a h/V*'2式中，V*'是垂直方向的特征湍流速度(m/s),由下式確定：V*'1.3(V* / V )( 4 / 9)( db / dt ) 2 V21/2式中， V* 是摩擦速度。由于x Vt，因此，db/dt Vdb/dx，結(jié)合式(74),得到：1/ 21db/dt (2/3)(Vebo)1.5gho( oa)/ a1/2(Vebo) 11 1.5 gho( oa) / a1/2 x(Vebo) 1 1/379)80)81)求解由式(78)式(81)組成的聯(lián)立方程組，可以求得任意下風向距離

40、重 氣云羽的高度。由于重氣云羽橫截面上危險物質(zhì)通量守恒，因此2bhVC 2bo hoVCo( 82)上式兩邊同時除以2bhV,得到重氣云羽中危險物質(zhì)濃度的計算公式：C bohoCo /(bh)( 83)式中，C表示重氣云羽內(nèi)危險物質(zhì)濃度(kg/m3)，下標0指初始條件。 無論是重氣云團擴散， 還是重氣云羽擴散， 一旦滿足前面討論過的轉(zhuǎn)變條件， 重力驅(qū)動擴散將轉(zhuǎn)變?yōu)榄h(huán)境湍流驅(qū)動擴散。為了將轉(zhuǎn)變前后兩個不同的擴散過程有機銜接起來， 需要進行虛源計算。 所 謂虛源，是指位于轉(zhuǎn)變點上游某處的虛擬泄漏源。 虛源計算的目的是確定虛源與 轉(zhuǎn)變點之間的距離。進行虛源計算時應(yīng)遵循下面的原則：在相同的泄漏和擴散條

41、件(相同源強、相同地形、相同氣象條件等)下，利 用重氣云擴散模型對實源泄漏進行擴散分析得到的轉(zhuǎn)變點所在位置危險物質(zhì)濃 度等于利用高斯模型對虛源泄漏進行擴散分析得到的轉(zhuǎn)變點所在位置危險物質(zhì) 濃度。虛源計算時假設(shè)轉(zhuǎn)變點的下風向擴散系數(shù)x、橫風向擴散系數(shù)y和垂直方向擴散系數(shù)z分別由下面三個公式計算：84)瞬間泄漏才需要86)z h/21/21/ 210b/ 21/ 2 。因此，如果知道擴散系數(shù)與下風向距離的關(guān)系， 就可以計算出虛源與轉(zhuǎn)變點 之間的距離。例如，如果 y 0.1x ，那么，虛源與轉(zhuǎn)變點之間的距離A.2 庫區(qū)重大事故后果分析A.2.1 庫區(qū)的主要事故類型根據(jù)儲存場所的不同以及儲存危險品特性

42、的不同， 庫區(qū)主要的事故后果類型 如下：(1) 倉庫中存儲TNT等爆炸性物品時，容易發(fā)生凝聚相含能材料爆炸，產(chǎn) 生非常嚴重的后果。 由于爆炸性物品不得露天堆放， 只能存儲在倉庫中， 因此通 常發(fā)生的是受限空間的爆炸。(2) 易燃、易爆的氣體(包括液化氣體)如液化石油氣鋼瓶等在倉庫中存 儲時，發(fā)生泄漏并在擴散過程中遇到點火源，則很容易發(fā)生蒸氣云爆炸事故。( 3)有毒氣體(包括液化氣體)如液氯、液氨鋼瓶在倉庫中存儲時，發(fā)生 泄漏并擴散很容易引起中毒事故。(4)易燃液體如苯、甲醇等瓶裝、桶裝的化工原料在倉庫中存儲時，泄漏 后很容易引發(fā)室內(nèi)池火災(zāi)。( 5)易燃固體、自燃物品、遇濕易燃物品等瓶裝、桶裝、

43、袋裝的物品在倉 庫中存儲時，容易發(fā)生室內(nèi)固體火災(zāi)事故。(6) 易燃液體的桶裝的化工原料在堆場中存儲時，泄漏后很容易引發(fā)大面 積的池火災(zāi)。(7) 易燃固體物品在堆場中存儲時，容易發(fā)生固體火災(zāi)事故。A.2.2 庫區(qū)的主要事故后果模型A.2.2.1 凝聚相含能材料爆炸凝聚相含能材料爆炸能產(chǎn)生多種破壞效應(yīng)， 如熱輻射、一次破片作用、 有毒氣體產(chǎn)物的致命效應(yīng)，但破壞力最強，破壞區(qū)域最大的是沖擊波的破壞效應(yīng)， 因 此，爆炸模型主要考慮沖擊波的傷害作用。凝聚相含能材料的爆炸沖擊波超壓 p可按下式計算:Ps1 0.1567Z 3( p 5)0.137Z 3 0.119Z0.269Z 10.019(1(87)P

44、 10)(88)(89)q(r)fMcHc4 r2(91)Psp/Poz R/(P/3E 1 .8WQc式中，Z為無量綱距離， p為目標處的超壓值（Pa），po為環(huán)境壓力，R為 目標到爆源的水平距離（m，E為爆源總能量（J），W為含能材料的質(zhì)量（Kg）, Q為爆炸物的爆熱（J/Kg ）。A.2.2.2蒸氣云爆炸見A.1.3節(jié)蒸氣云爆炸事故后果模型。A.2.2.3毒物的泄漏擴散見A.1.3節(jié)中毒事故后果模型。A.2.2.4池火災(zāi)見A.1.3節(jié)池火災(zāi)事故后果模型。A.2.2.5固體火災(zāi)固體火災(zāi)的熱輻射參數(shù)按點源模型估計。此模型認為火焰射出的能量為燃燒 的一部分，并且輻射強度與目標至火源中心距離的平

45、方成反比。式中，q（r）為目標接收到的輻射強度（W/n%, f為輻射系數(shù)，可取f=0.25，MC為燃燒速率（kg/s ），HC為燃燒熱（J/kg ）, r為目標至火源中心的水平距離（n）。A.3 生產(chǎn)場所重大事故后果分析A.3.1 生產(chǎn)場所主要事故類型生產(chǎn)場所的事故類型非常復(fù)雜， 因反應(yīng)介質(zhì)、 工藝設(shè)備與機器、 操作條件的 不同而不同，常見的危害較大的主要包括以下幾類：（1）爆炸 物理爆炸化工容器及設(shè)備由于設(shè)計、 制造、腐蝕或低溫、 材料缺陷、交變載荷的作用， 使得器壁的平均應(yīng)力超過材料的屈服點或強度極限， 導(dǎo)致脆性疲勞、 疲勞破裂和 應(yīng)力腐蝕破裂發(fā)生物理爆炸， 也可因安全泄放裝置失靈、 液化

46、氣體充裝過量、 嚴 重受熱膨脹、違章超負荷運行等發(fā)生物理爆炸。常見的如水夾汽包、化工容器、 液化器氣瓶等的爆炸。 化學(xué)爆炸化工設(shè)備和機器內(nèi)的物質(zhì)發(fā)生極迅速、 劇烈的化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生高溫高壓可引 發(fā)瞬間的爆炸現(xiàn)象。 一般可分為簡單分解爆炸、 復(fù)雜分解爆炸和爆炸性混合物爆 炸。在化工、 石油化工生產(chǎn)中發(fā)生的化學(xué)爆炸絕大部分是爆炸性混合物爆炸。 例 如由于負壓操作、系統(tǒng)串氣、水封不嚴或失效，空氣串入到裝置中，形成爆炸性 混合物，發(fā)生化學(xué)爆炸；再如硝化反應(yīng)過程中，由于溫度控制不良，很容易引起 爆炸。 蒸氣云爆炸化工設(shè)備和機器由于密封裝置失效、 設(shè)備管道腐蝕、 磨損或疲勞破裂、 斷裂 以及安裝檢修不良、操

47、作失誤等原因，可燃性氣體從化工裝置、設(shè)備、管道內(nèi)泄 漏或噴射，擴散到周圍環(huán)境中， 達到爆炸極限， 若遇到明火或高溫很就會發(fā)生蒸 氣云爆炸。（2）燃燒當化工設(shè)備和機器由于密封裝置失效、 設(shè)備管道腐蝕、 磨損或疲勞破裂、 斷 裂以及安裝檢修不良、 操作失誤等原因?qū)е挛锪闲孤r， 對于易燃液體而言， 泄 漏后形成一定范圍的液池，若遇到火源，液池可能被點燃，發(fā)生 地面池火災(zāi) ；對 于易燃氣體而言， 泄漏后立即遇到明火或高溫， 或因高速摩擦產(chǎn)生靜電而產(chǎn)生 噴射火，也可延時點火產(chǎn)生 閃火含有易燃易爆液化氣體的容器在外部火焰的烘烤下可能沸騰液體擴展為蒸氣爆炸，產(chǎn)生巨大的火球。（3）中毒在化工、石化生產(chǎn)中，由

48、于設(shè)備密封不嚴、嚴重腐蝕穿孔、疲勞破裂、磨損、 超壓引起的設(shè)備與管道突然斷裂、開錯閥門、閥門密封不嚴、水封失效等原因， 很容易造成毒性氣體的泄漏，向周圍環(huán)境擴散，造成人員的 中毒事故。主要化工設(shè)備和機器的事故類型及損壞尺寸見下表。表6主要化工設(shè)備和機器的事故類型及損壞尺寸序號設(shè)備類型事故類型損壞尺寸1塔（吸收塔、蒸 餾塔、萃取塔、 干燥塔）物理爆炸、化學(xué)爆炸、 嚴重泄漏內(nèi)部爆炸全部泄漏；孔蓋泄漏20%r徑；噴嘴斷裂100%管徑；管路破裂20%或 100% 管徑。2儲槽、壓縮空氣 儲罐、緩沖罐物理爆炸、化學(xué)爆炸、 嚴重泄漏物理爆炸全部泄漏；噴嘴斷裂100%r徑； 管路破裂20%或 100%管徑。

49、3中間儲罐物理爆炸、嚴重泄漏物理爆炸全部泄漏；接頭泄漏20%或 100% 管徑。4換熱器、冷凝器、 冷卻器、再沸器嚴重泄漏并可導(dǎo)致爆 炸內(nèi)部爆炸全部泄漏；管路破裂20%或 100% 管徑。5反應(yīng)釜、合成塔、流化床、物理爆炸、化學(xué)爆炸、 嚴重泄漏內(nèi)部爆炸全部泄漏；孔蓋泄漏20%T徑；噴嘴斷裂100%管徑；管路破裂20%或 100% 管徑。6管道、法蘭、接 頭撓性連接器、 過濾器嚴重泄漏法蘭泄漏20%管徑；管道泄漏20%或 100% 管徑；接頭損壞20%或 100%T徑。7閥門、泄放閥嚴重泄漏殼體泄漏20%或 100%管徑；蓋子、桿損壞 20%世漏。8壓縮機、泵嚴重泄漏殼體泄漏20%或 100%管

50、徑；密封蓋損壞20%世漏。9風機負壓空氣進入化學(xué)爆 炸，泄漏內(nèi)部爆炸全部泄漏；殼體泄漏20%或 100% 管徑。10余熱鍋爐、加熱 爐爐管泄漏、爐體爆炸內(nèi)部爆炸全部泄漏；管路破裂20%或 100% 管徑。11火炬嚴重泄漏接頭泄漏20%或 100%管徑。A.3.2生產(chǎn)場所主要事故后果模型A.3.2.1物理爆炸物理爆炸就是物質(zhì)狀態(tài)參數(shù)（溫度、壓力、體積）迅速發(fā)生變化，在瞬間放 出大量能量并對外做功的現(xiàn)象。物理爆炸的特點是在爆炸現(xiàn)象發(fā)生過程中，導(dǎo)致 爆炸發(fā)生的介質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)不發(fā)生變化，發(fā)生變化的僅是介質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)。物理爆炸如壓力容器破裂時，氣體膨脹所釋放的能量（即爆破能量）不僅與 氣體壓力和容器的體

51、積有關(guān)，而且與介質(zhì)在容器內(nèi)的物性相態(tài)有關(guān)。當壓力容器中介質(zhì)為壓縮氣體，即以氣態(tài)形式存在而發(fā)生物理爆炸時， 其釋 放的爆破能量為：k 1V01013Eg 空1 （j 103（ 92）k 1p式中，Eg為氣體的爆破能量（kJ）， p為容器內(nèi)氣體的絕對壓力（MPa，V 為容器的容積（m3），k為氣體的絕熱指數(shù)，即氣體的定壓比熱與定容比熱之比。當介質(zhì)全部為液體時，鑒于通常用液體加壓時所做的功作為常溫液體壓力容 器爆炸時釋放的能量，爆破能量計算模型如下：2Ei(P 1) V t2式中，El為常溫液體壓力容器爆炸時釋放的能量（kJ），p為液體的絕對壓力（Pa）, V為容器的體積（mi）， t為液體在壓力p

52、和溫度T下的壓縮系數(shù)（Pa而液化氣體一般在容器內(nèi)以氣液兩態(tài)存在。當容器破裂發(fā)生爆炸時，除了氣體的急劇膨脹做功外，還有過熱液體激烈的蒸發(fā)過程。在大多數(shù)情況下，這類容 器內(nèi)的飽和液體占有容器介質(zhì)重量的絕大部分，它的爆破能量比飽和氣體大得 多，一般計算時不考慮氣體膨脹做的功。過熱狀態(tài)下液體在容器破裂時釋放出爆破能量可按下式計算：E (H1 H2) (3 S2)TjW(94)式中，E為過熱狀態(tài)液體的爆破能量（kJ）, H為爆炸前液化液體的焓（kJ/kg ），H2 為 在 大 氣 壓 力 下 飽 和 液 體 的 焓 ( kJ/kg )， S1 為 爆 炸 前 飽 和 液 體 的 熵 (kJ/(kg ?C

53、), S2為在大氣壓力下飽和液體的熵(kJ/(kg ?C), T1為介質(zhì)在大 氣壓力下的沸點C) , W為飽和液體的質(zhì)量(kg)。壓力容器爆破時, 爆破能量向外釋放以沖擊波能量、 碎片能量和容器殘余變 形能量三種形式表現(xiàn)出來。根據(jù)介紹,后二者所消耗的能量只占總爆破能量的 3 %15%也就是說大部分能量產(chǎn)生空氣沖擊波。A.3.2.2 化學(xué)爆炸對于簡單分解爆炸、 復(fù)雜分解爆炸產(chǎn)生的爆炸可用凝聚相含能材料爆炸模 型計算見 A.2.3 節(jié)；對于爆炸性混合物氣體爆炸， 可用蒸氣云爆炸事故后果模型， 見 A.1.3 節(jié)。A.3.2.3 池火災(zāi)見 A.1.3 節(jié)池火災(zāi)事故后果模型。A.3.2.4 沸騰液體擴展蒸氣云爆炸見 A.1.3 節(jié)沸騰液體擴展蒸氣云爆炸事故后果模型。A.3.2.