危險化學(xué)品固有危險程的定量分析

1、危險化學(xué)品固有危險程度的定量分析危險化學(xué)品固有危險程度的定量分析1目 錄1危險化學(xué)品固有危險程度的定量分析：11、蒸汽云爆炸的傷害12、爆炸與火災(zāi)的破壞作用21).直接的破壞作用22).沖擊波的破壞作用23).造成火災(zāi)24).造成中毒和環(huán)境污染33、 蒸氣云爆炸事故計算33.2爆源的WTNT當量計算43.3 蒸氣云爆炸總能量43.4 地面蒸氣云爆炸相當于TNT當量43.5 爆炸后的死亡半徑為R153.6 爆炸后的重傷半徑為R253.7 爆炸后的輕傷半徑為R353.8 財產(chǎn)損失半徑R財63.9 地面蒸氣云爆炸事故后果匯總表 64、池火災(zāi)的傷害模型計算74.1二甲苯泄漏量74.2燃燒速度：74.3

2、火焰高度74.4熱輻射通量84.5目標入射熱輻射強度84.6火災(zāi)損失84.7按不同距離、不同入射通量造成的傷害及損失情況表 94.8甲類庫泄漏燃燒和爆炸后果分析9危險化學(xué)品固有危險程度的定量分析：1、蒸汽云爆炸的傷害 蒸汽云爆炸是指易燃易爆氣體由于以“預(yù)混云”形式擴散的蒸汽云遇到點火后，在某一有限空間發(fā)生爆炸而導(dǎo)致的。泄漏的易燃液體如果有低沸點組分就會與空氣充分混合，在一定的范圍聚集起來，形成預(yù)混蒸汽云。如果在稍后的某一時刻遇火點燃，由于氣液兩相物質(zhì)已經(jīng)與空氣充分混合均勻，一經(jīng)點燃其過程極為劇烈，火焰前沿速度可達50100ms，形成爆燃。對預(yù)混蒸汽云覆蓋范圍內(nèi)的建筑物及設(shè)施產(chǎn)生沖擊波破壞，危及

3、人們的生命安全。發(fā)生蒸汽云爆炸現(xiàn)象最起碼應(yīng)具備以下幾個條件：周圍環(huán)境如樹木、房屋及其它建筑物等形成具有一定限制性空間；延緩了點火的過程；充分預(yù)混了的氣液兩相物質(zhì)與空氣的混合物；一定量的易燃液體泄漏?？刂谱“l(fā)生蒸汽云爆炸應(yīng)具備的條件也是我們防止事故發(fā)生的最有效的方法。2、爆炸與火災(zāi)的破壞作用 火災(zāi)與爆炸都會帶來生產(chǎn)設(shè)施的重大破壞和人員傷亡，但兩者的發(fā)展過程顯著不同?；馂?zāi)是在起火后火場逐漸蔓延擴大，隨著時間的延續(xù)，損失數(shù)量迅速增長，損失大約與時間的平方成比例，如火災(zāi)時間延長一倍，損失可能增加四倍。爆炸則是猝不及防的?？赡軆H在一秒鐘內(nèi)爆炸過程已經(jīng)結(jié)束，設(shè)備損壞、廠房倒塌、人員傷亡等巨大損失也將在瞬間

4、發(fā)生。爆炸通常伴隨發(fā)熱、發(fā)光、壓力上升、真空和電離等現(xiàn)象，具有很大的破壞作用。它與爆炸物的數(shù)量和性質(zhì)、爆炸時的條件、以及爆炸位置等因素有關(guān)，作為應(yīng)急救援必須熟悉以下幾種主要破壞形式： 1).直接的破壞作用機械設(shè)備、裝置、容器等爆炸后產(chǎn)生許多碎片，飛出后會在相當大的范圍內(nèi)造成危害。一般碎片在100500米內(nèi)飛散。2).沖擊波的破壞作用 物質(zhì)爆炸時，產(chǎn)生的高溫高壓氣體以極高的速度膨脹，象活塞一樣擠壓周圍空氣，把爆炸反應(yīng)釋放出的部分能量傳遞給壓縮的空氣層，空氣受沖擊而發(fā)生擾動，使其壓力、密度等產(chǎn)生突變，這種擾動在空氣中傳播就稱為沖擊波。沖擊波的傳播速度極快，在傳播過程中，可以對周圍環(huán)境中的機械設(shè)備和

5、建筑物產(chǎn)生破壞作用和使人員傷亡。沖擊波還可以在它的作用區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生震蕩作用，使物體因震蕩而松散，甚至破壞。 沖擊波的破壞作用主要是由其波陣面上的超壓引起的。在爆炸中心附近，空氣沖擊波波陣面上的超壓可達幾個甚至十幾個大氣壓，在這樣高的超壓作用下，建筑物被摧毀，機械設(shè)備、管道等也會受到嚴重破壞。 當沖擊波大面積作用于建筑物時，波陣面超壓在20kPa30kPa內(nèi)，就足以使大部分磚木結(jié)構(gòu)建筑物受到強烈破壞。超壓在100kPa以上時，除堅固的鋼筋混凝土建筑外，其余部分將全部破壞。 3).造成火災(zāi) 爆炸發(fā)生后，爆炸氣體產(chǎn)物的擴散只發(fā)生在極其短促的瞬間內(nèi)，對一般可燃物來說，不足以造成起火燃燒，而且沖擊波造成的

6、爆炸風還有滅火作用。但是爆炸時產(chǎn)生的高溫高壓，建筑物內(nèi)遺留大量的熱或殘余火苗，會把從破壞的設(shè)備和容器內(nèi)部不斷流出的可燃氣體、易燃或可燃液體的蒸氣點燃，也可能把其它易燃物點燃引起火災(zāi)。 當盛裝易燃物的容器發(fā)生爆炸時，爆炸拋出的易燃物有可能引起大面積火災(zāi)，這種情況如果對正在運行的燃燒設(shè)備或高溫的化工設(shè)備的破壞，其灼熱的碎片可能飛出，點燃附近儲存的燃料或其它可燃物，引起火災(zāi)。 4).造成中毒和環(huán)境污染 在實際生產(chǎn)中，許多物質(zhì)不僅是可燃的，而且是有毒的，發(fā)生爆炸事故時，會使大量有害物質(zhì)外泄，造成人員中毒和環(huán)境污染。3、 蒸氣云爆炸事故計算3.1 蒸汽云爆炸的傷害模型設(shè)定。 工廠內(nèi)如以甲類庫集中存放易燃

7、液體,如二甲苯、甲苯、乙酸丁酯、乙酸乙酯等，全部采用200L鋼桶包裝。不同于與容易形成蒸氣云爆炸事故的沸點遠小于環(huán)境溫度的液化石油氣，也不同于槽罐包裝，大量泄漏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,在液池上空形成有實際爆炸貢獻的蒸汽云；這時，若遇到火源及特定條件，液池可能被點燃，發(fā)生蒸氣云爆炸和地面池火災(zāi)事故，以至造成整個槽罐中易燃液體燃燒和爆炸，形成破壞性很大的事故。本案例選一危險化學(xué)品倉庫，有50-80只200L鋼桶包裝的易燃液體，可能造成的危害情況如以下分析：設(shè):倉庫中有一桶二甲苯在短時間全部泄漏在甲類庫的限制空間內(nèi)，

8、每桶最大重量175kg，產(chǎn)生飽和氣體約37m3,排除產(chǎn)生長時間向外散發(fā)造成的減量，如果該倉庫全容積450m3, 倉庫里有實際貢獻的飽和氣體如果在4.5-31.5m3的范圍，與空氣充分混合均勻，遇到點火源可能造成爆炸或者燃燒；第一次爆炸還可能造成第二次多個包裝桶的破損而引起殉爆，造成更大范圍的燃燒和爆炸。此后可能產(chǎn)生多次這樣大小不等程度的燃燒和爆炸現(xiàn)象。根據(jù)實際情況，極不可能一次性全部形成爆炸物。如果選擇第一次，第二次，第三次爆炸時二甲苯的量分別是175kg（1桶），875kg（5桶）、1500kg（10桶）。根據(jù)危險化學(xué)品固有危險程度的定量分析如下：通常以TNT當量法來預(yù)測蒸氣云爆炸的嚴重程度

9、?？蓪⒒瘜W(xué)品的當量相當于梯恩梯（TNT）的當量計算。本項目集中存放在庫中的易燃易爆液體品種有甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、環(huán)己酮、二甲苯。最大儲量可達13.4t。平均按二甲苯的燃燒値計算（為便于計算，一般根據(jù)最大可能危險原則計算，以上全部物品的平均燃燒値低于二甲苯的燃燒値，），二甲苯的燃燒値取4563.3Kj/mol=43.05×103 Kj/kg, 梯恩梯（TNT）的爆炸熱取4520 Kj/kg。3.2爆源的WTNT當量計算WTNT當量計算公式：WTNT =Wf QfQTNT式中：WTNT易燃液體的TNT當量(kgTNT)；Wf易燃液體的質(zhì)量(kg)；Qf易燃液體的燃燒熱(Kjkg)；

10、QTNTTNT的爆熱，取4520Kjkg；二甲苯的梯恩梯（WTNT）的當量計算。WTNT=Wf Qf/QTNT1） WTNT第一次=175kg×43.05×103 Kj/kg /4520 Kj/kg=1667kgTNT1） WTNT第二次=875kg×43.05×103 Kj/kg /4520 Kj/kg=8334kgTNT1） WTNT第三次=1750kg×43.05×103 Kj/kg /4520 Kj/kg=16668kgTNT3.3 蒸氣云爆炸總能量地面蒸氣云爆炸總能量由下式計算：E=1.8 a Wf Qf式中：1.8地面爆炸

11、系數(shù)；a可燃氣體蒸氣云的當量系數(shù)，取0.04；Wf蒸汽云中對爆炸沖擊波有實際貢獻的二甲苯的質(zhì)量（kg）； Qf二甲苯的燒熱（kj/kg）。1）E第一次 =1.8 aWf Qf=1.8×0.04×175kg×43.05×103 Kj/kg=5.4243×105 Kj2）E第二次 =1.8 aWf Qf=1.8×0.04×875kg×43.05×103 Kj/kg=2.71215×106 Kj3）E第三次 =1.8 aWf Qf=1.8×0.04×1750kg×43.0

12、5×103 Kj/kg=5.4243×106 Kj3.4 地面蒸氣云爆炸相當于TNT當量地面蒸氣云TNT當量由下式計算：WTNT=1.8 a WTNT式中：1.8地面爆炸系數(shù)；a可燃氣體蒸氣云的當量系數(shù)，取0.04；WTNT易燃液體的TNT當量(kgTNT)；1）WTNT第一次=1.8×0.04×1667kgTNT =120 kg2）WTNT第二次=1.8×0.04×8334kgTNT =600 kg3）WTNT第三次=1.8×0.04×16668kgTNT =1200 kg3.5 爆炸后的死亡半徑為R1又稱自由蒸

13、汽云爆炸時的死亡半徑。根據(jù)易燃液體的TNT當量，并且考慮參與了爆炸，對形成沖擊波有實際貢獻的蒸汽云的量，結(jié)合甲類庫區(qū)及周邊布置情況分析，采取地面爆炸系數(shù)1.8，蒸汽云的TNT當量系數(shù)0.04，運用范登伯(VandenBerg)和蘭諾伊(Lannoy)方程計算蒸汽云爆炸時傷亡半徑為：R1=13.6×(1.8×0.04×WTNT1000).37=13.6(WTNT/1000)0.371）R1第一次=13.6(WTNT/1000)0.37=13.6(120/1000)0.37=6.21m2）R1第二次=13.6(WTNT/1000)0.37=13.6(600/1000)

14、0.37=11.26m3）R1第三次=13.6(WTNT/1000)0.37=13.6(1200/1000)0.37=14.55m該地區(qū)的人員將無例外受重傷或死亡，其內(nèi)徑為零，外徑為R1。3.6 爆炸后的重傷半徑為R2重傷半徑根據(jù)以下公式計算： PS=0.137Z-3+0.119Z-2+0.269Z-1-0.019Z重傷=R2/(E/P0)1/3其中：P0=101300pa(為環(huán)境壓力)P=44000 pa (引起人員重傷傷害的沖擊波峰值) PS=44000/P0=0.434353406E：爆炸總能量(J)1）E第一次=5.4243×105 Kj×103=5.4243

15、15;108 j2）E第二次 =2.71215×106 Kj×103=2.71215×109 j 3）E第三次 =5.4243×106 Kj×103 =5.4243×109 j將E帶入上式得：Z重傷=1.0891）R2第一次=Z重傷(E/P0)1/3=1.089（5.4243×108 j /101300）1/3=19.05m2）R2第二次=Z重傷(E/P0)1/3=1.089（2.71215×109j /101300）1/3=32.58m3）R2第三次=Z重傷(E/P0)1/3=1.089（5.4243×

16、109j /101300）1/3=41.05m該地區(qū)的人員如缺少保護，大多數(shù)人將受重傷，極少數(shù)人可能死亡和輕傷，其內(nèi)徑為R1，外徑為R2。3.7 爆炸后的輕傷半徑為R3輕傷半徑根據(jù)以下公式計算：PS=0.137Z-3+0.119Z-2+0.269Z-1-0.019Z輕傷=R3/(E/P0)1/3其中：P0=101300pa(為環(huán)境壓力)P=17000 pa (引起人員輕傷傷害的沖擊波峰值) PS=17000/P0=0.167818361E :爆炸總能量(J)同上將E帶入上式得：Z輕傷=1.951）R3第一次=Z輕傷(E/P0)1/3=1.95（5.4243×108 j /1

17、01300）1/3=34.12m2）R3第二次=Z輕傷(E/P0)1/3=1.95（2.71215×109j /101300）1/3=58.34m3）R3第三次=Z輕傷(E/P0)1/3=1.95（5.4243×109j /101300）1/3=73.50m該地區(qū)的人員如缺少保護，大多數(shù)人將受輕微傷，少數(shù)人可能重傷或平安無事，其內(nèi)徑為R2,外徑為R3。安全區(qū)內(nèi)的人員不會受到傷害，該區(qū)的內(nèi)徑為R33.8 財產(chǎn)損失半徑R財R財 = K WTNT1/3/1（3175/WTNT）21/6式中：K為二級破壞系數(shù)：取K=5.61）R財?shù)谝淮? 5.6×1201/3/1（317

18、5/120）21/6= 9.26m2）R財?shù)诙? 5.6×6001/3/1（3175/600）21/6= 26.95m3）R財?shù)谌? 5.6×12001/3/1（3175/1200）21/6= 42.08m3.9 地面蒸氣云爆炸事故后果匯總表 表8 單元蒸氣云TNT當量（kg） 死亡半徑 （m）重傷半徑 （m）輕傷半徑 （m）財產(chǎn)損失半徑（m）第一次爆炸1206.2119.0534.129.26第二次爆炸60011.2632.5858.3426.95第三次爆炸120014.5541.0573.5042.08以上是計算模擬地面蒸汽云爆炸的傷害模型,與實際會有誤差，理論上提

19、供了安全保護的參考數(shù)據(jù)，實際也有可能發(fā)生。庫中的危險化學(xué)品不可能全部爆炸，兩次爆炸后會大范圍燃燒，中心區(qū)缺氧，產(chǎn)生第三次大爆炸的可能性很小，大部分會燃燒掉，或者在事故搶救中被拉出事故現(xiàn)場。地面蒸氣云爆炸事故后果只是一種模型設(shè)計，死亡、重傷和輕傷的安全保護半徑提供預(yù)防的參考范圍，做到防患于未然。廠區(qū)內(nèi)的職工如果發(fā)現(xiàn)庫中有燃燒爆炸的異常情況，又不能立即采取有效的措施控制庫中可能發(fā)生的異常，可以參照地面蒸氣云爆炸事故后果匯總表中的第二次爆炸數(shù)據(jù)撤離現(xiàn)場。參加應(yīng)急救援的人員在不可能控制災(zāi)情的情況下，根據(jù)事故可能發(fā)生的程度，參照地面蒸氣云爆炸事故后果匯總表中的數(shù)據(jù)撤離現(xiàn)場；尋求更進一步的應(yīng)急救援的方案。

20、4、池火災(zāi)的傷害模型計算4.1二甲苯泄漏量設(shè)定甲類倉庫的易燃液體經(jīng)過幾次局部爆炸，庫中包裝幾乎損壞，若有10噸易燃液體參與燃燒。根據(jù)最大可能危險原則計算，以上全部物品的平均燃燒値低于二甲苯的燃燒値，故燃燒物以二甲苯的參數(shù)設(shè)定。4.2燃燒速度：當液池中的可燃液體的沸點高于周圍環(huán)境溫度時，液體表面上單位面積的燃燒速度dm/dt為： dm/dt = 0.001 Hc / CP（TbT0）H式中: dm/dt單位表面積的燃燒速度，kg/m2.s Hc液體燃燒熱，J/kg。二甲苯Hc=43050000J/kg。 CP液體的定壓比熱容，J/kg.K。二甲苯CP=1220 J/kg.K。 Tb液體的沸點，K

21、 。二甲苯Tb =413.62K。 T0環(huán)境溫度，環(huán)境溫度為25，K。= 298K。 H液體的氣化熱，J/kg。二甲苯H=343490.6 J/kg。（25） 計算： dm/dt=0.001×43050000/1220（413.62298）343490.6 =0.08885 kg/m2.s4.3火焰高度 甲類倉庫面積為112m2，模擬液池為園池，半徑為5.97m，其火焰高度可按下式計算： h=84r(dm/dt)/ 0（2gr）1/20.61式中: h火焰高度，m； r液池半徑，m；取r=5.97m 0周圍空氣密度，kg/m3；取0=1.185kg/m3（25） g重力加速度，9.8

22、m/s2； dm/dt單位表面積的燃燒速度，己知0.08885kg/m2.s 計算： h=84×5.97×0.08885/1.185×（2×9.8×5.97）1/20.61=24.16m4.4熱輻射通量 當液池燃燒時放出的總熱輻射通量為： Q=（兀r22兀rh）（dm/dt）Hc/72（dm/dt）0.61式中: Q總熱輻射通量，W； 效率因子，可取0.130.35。取0.15。（限制空間燃燒） 其余符號意義同前。Q=（3.1416×5.9722×3.1416×5.97×24.16）×0.088

23、85×0.15×43050000÷ （72×0.088850.611） =33491002.29 （W）dm/dt單位表面積的燃燒速度，kg/m2.sS液池面積：S=112 m2； W泄漏二甲苯質(zhì)量：10000kg火災(zāi)持續(xù)時間：T= W/S. dm/dt =1005秒=16.75分鐘 4.5目標入射熱輻射強度 假設(shè)全部輻射熱量由液池中心點的小球面輻射出來，則在距離池中心某一距離（X）處的入射熱輻射強度為： I= Qtc/( 4兀X2)式中: I熱輻射強度，W/m2； Q總熱輻射通量，W； tc熱傳導(dǎo)系數(shù)，在無相對理想的數(shù)據(jù)時，可取值為1； X目

24、標點到液池中心距離，m； 例如：距離液池中心20m處的入射熱輻射強度為： I= Qtc/( 4兀X2) = 33491002.29/ ( 4×3.1416×202 ) = 6662.8W/m24.6火災(zāi)損失 火災(zāi)通過輻射熱的方式可影響周圍環(huán)境。當火災(zāi)產(chǎn)生的熱輻射強度足夠大時，可使周圍的物體燃燒或變形，強烈的熱輻射可能燒毀設(shè)備甚至造成人員傷亡。 火災(zāi)損失估算建立在輻射通量與損失等級的相應(yīng)關(guān)系的基礎(chǔ)上。有資料提供不同入射通量造成傷害或損失的情況，結(jié)合本篇所要分析的對象，當目標接受的入射通量為某一定值時，目標與液池中心的距離可用下式計算： X=（Qtc/4兀I）0.5式中符號意義

25、與以上相同。按該式計算： 當I = 37500，X =（33491002.29/4×3.1416×37500）0.5 =8.43m 當I = 25000，X =（33491002.29/4×3.14×25000）0.5 = 10.32m 當I = 12500，X =（33491002.29/4×3.14×12500）0.5 = 14.60 當I = 4000， X =（33491002.29/4×3.14×4000）0.5 = 25.81m 當I = 1600， X =（33491002.29/4×3.14×1600）0.5 = 40.81m4.7按不同距離、不同入射通量造成的傷害及損失情況表 表9目標至池火中心的水平距離（m）入射通量（W/m2）對設(shè)備的損害對人的傷害8.4337500操作設(shè)備全部損壞1%死亡/10s100%死亡/1min10.3225000在無火焰、長時間輻射下，木材燃燒的最小能量重大燒傷/10s100%死亡./1min14.6012500有火焰時，木材燃燒，塑料熔化的最低能量1度燒傷/