危險(xiǎn)化學(xué)品固有危險(xiǎn)程度的定量分析

1、危險(xiǎn)化學(xué)品固有危險(xiǎn)程度的定量分析危險(xiǎn)化學(xué)品固有危險(xiǎn)程度的定量分析1目 錄1危險(xiǎn)化學(xué)品固有危險(xiǎn)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(jì)算33.2爆源的WTNT當(dāng)量計(jì)算43.3 蒸氣云爆炸總能量43.4 地面蒸氣云爆炸相當(dāng)于TNT當(dāng)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(cái)產(chǎn)損失半徑R財(cái)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(jì)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(biāo)入射熱輻射強(qiáng)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(xiǎn)化學(xué)品固有危險(xiǎn)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(kuò)散的蒸汽云遇到點(diǎn)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(diǎn)組分就會(huì)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(shí)刻遇火點(diǎn)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(diǎn)燃其過程極為劇烈，火焰前沿速度可達(dá)50100ms，形成爆燃。對(duì)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，危及人

3、們的生命平安。發(fā)生蒸汽云爆炸現(xiàn)象最起碼應(yīng)具備以下幾個(gè)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(diǎn)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(huì)帶來生產(chǎn)設(shè)施的重大破壞和人員傷亡，但兩者的開展過程顯著不同?；馂?zāi)是在起火后火場逐漸蔓延擴(kuò)大，隨著時(shí)間的延續(xù)，損失數(shù)量迅速增長，損失大約與時(shí)間的平方成比例，如火災(zāi)時(shí)間延長一倍，損失可能增加四倍。爆炸那么是猝不及防的?？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(shí)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(jī)械設(shè)備、裝置、容器等爆炸后產(chǎn)生許多碎片，飛出后會(huì)在相當(dāng)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(shí)，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，把爆炸反響釋放出的局部能量傳遞給壓縮的空氣層，空氣受沖擊而發(fā)生擾動(dòng)，使其壓力、密度等產(chǎn)生突變，這種擾動(dòng)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(duì)周圍環(huán)境中的機(jī)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(dá)幾個(gè)甚至十幾個(gè)大氣壓，在這樣高的超壓作用下，建筑物被摧毀，機(jī)械設(shè)備、管道等也會(huì)受到嚴(yán)重破壞。 當(dāng)沖擊波大面積作用于建筑物時(shí)，波陣面超壓在20kPa30kPa內(nèi)，就足以使大局部磚木結(jié)構(gòu)建筑物受到強(qiáng)烈破壞。超壓在100kPa以上時(shí)，除鞏固的鋼筋混凝土建筑外，其余局部將全部破壞。 3).造成火災(zāi) 爆炸發(fā)生后，爆炸氣體產(chǎn)物的擴(kuò)散只發(fā)生在極其短促的瞬間內(nèi)，對(duì)一般可燃物來說，缺乏以造成起火燃燒，而且沖擊波造成的

6、爆炸風(fēng)還有滅火作用。但是爆炸時(shí)產(chǎn)生的高溫高壓，建筑物內(nèi)遺留大量的熱或剩余火苗，會(huì)把從破壞的設(shè)備和容器內(nèi)部不斷流出的可燃?xì)怏w、易燃或可燃液體的蒸氣點(diǎn)燃，也可能把其它易燃物點(diǎn)燃引起火災(zāi)。 當(dāng)盛裝易燃物的容器發(fā)生爆炸時(shí)，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(duì)正在運(yùn)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(diǎn)燃附近儲(chǔ)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(shí)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(shí)，會(huì)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(jì)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(diǎn)遠(yuǎn)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，假設(shè)受到防火堤、隔堤的阻擋，液體將在限定區(qū)域相當(dāng)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(shí)際爆炸奉獻(xiàn)的蒸汽云；這時(shí)，假設(shè)遇到火源及特定條件，液池可能被點(diǎn)燃，發(fā)生蒸氣云爆炸和地面池火災(zāi)事故，以至造成整個(gè)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(xiǎn)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(shí)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(shí)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(shí)際奉獻(xiàn)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(diǎn)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(gè)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)生屢次這樣大小不等程度的燃燒和爆炸現(xiàn)象。根據(jù)實(shí)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(shí)二甲苯的量分別是175kg1桶，875kg5桶、1500kg10桶。根據(jù)危險(xiǎn)化學(xué)品固有危險(xiǎn)程度的定量分析如下：通常以TNT當(dāng)量法來預(yù)測蒸氣云爆炸的嚴(yán)重程度?？蓪⒒瘜W(xué)品

9、的當(dāng)量相當(dāng)于梯恩梯TNT的當(dāng)量計(jì)算。本工程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(chǔ)量可達(dá)13.4t。平均按二甲苯的燃燒値計(jì)算為便于計(jì)算，一般根據(jù)最大可能危險(xiǎn)原那么計(jì)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(dāng)量計(jì)算WTNT當(dāng)量計(jì)算公式：WTNT =Wf QfQTNT式中：WTNT易燃液體的TNT當(dāng)量(kgTNT)；Wf易燃液體的質(zhì)量(kg)；Qf易燃液體的燃燒熱(Kjkg)；QTNTTNT的爆熱，取

10、4520Kjkg；二甲苯的梯恩梯WTNT的當(dāng)量計(jì)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(jì)算：E=1.8 a Wf Qf式中：1.8地面爆炸系數(shù)；a可燃?xì)怏w蒸氣云的當(dāng)量系數(shù)，

11、取0.04；Wf蒸汽云中對(duì)爆炸沖擊波有實(shí)際奉獻(xiàn)的二甲苯的質(zhì)量kg； Qf二甲苯的燒熱kj/kg。1E第一次 =1.8 aWf Qf=1.8×0.04×175kg×43.05×103 Kj/kg=5.4243×105 Kj2E第二次 =1.8 aWf Qf=1.8×0.04×875kg×43.05×103 Kj/kg=2.71215×106 Kj3E第三次 =1.8 aWf Qf=1.8×0.04×1750kg×43.05×103 Kj/kg=5.4243&

12、#215;106 Kj3.4 地面蒸氣云爆炸相當(dāng)于TNT當(dāng)量地面蒸氣云TNT當(dāng)量由下式計(jì)算：WTNT=1.8 a WTNT式中：1.8地面爆炸系數(shù)；a可燃?xì)怏w蒸氣云的當(dāng)量系數(shù)，取0.04；WTNT易燃液體的TNT當(dāng)量(kgTNT)；1WTNT第一次=1.8×0.04×1667kgTNT =120 kg2WTNT第二次=1.8×0.04×8334kgTNT =600 kg3WTNT第三次=1.8×0.04×16668kgTNT =1200 kg3.5 爆炸后的死亡半徑為R1又稱自由蒸汽云爆炸時(shí)的死亡半徑。根據(jù)易燃液體的TNT當(dāng)量，并且考

13、慮參與了爆炸，對(duì)形成沖擊波有實(shí)際奉獻(xiàn)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(dāng)量系數(shù)0.04，運(yùn)用范登伯(VandenBerg)和蘭諾伊(Lannoy)方程計(jì)算蒸汽云爆炸時(shí)傷亡半徑為：R1=13.6×(1.8×0.04×WTNT1000).37=13.6(WTNT/1000)0.371R1第一次=13.6(WTNT/1000)0.37=13.6(120/1000)0.37=6.21m2R1第二次=13.6(WTNT/1000)0.37=13.6(600/1000)0.37=11.26m3R1第三次=13.6(WTNT/1

14、000)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(jì)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)1E第一次=5.4243×105 Kj×103=5.4243×108 j2E第二次 =2.71215×106

15、 Kj×103=2.71215×109 j 3E第三次 =5.4243×106 Kj×103 =5.4243×109 j將E帶入上式得：Z重傷=1.0891R2第一次=Z重傷(E/P0)1/3=1.0895.4243×108 j /1013001/3=19.05m2R2第二次=Z重傷(E/P0)1/3=1.0892.71215×109j /1013001/3=32.58m3R2第三次=Z重傷(E/P0)1/3=1.0895.4243×109j /1013001/3=41.05m該地區(qū)的人員如缺少保護(hù)，大多數(shù)人將受重

16、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(jì)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=1.951R3第一次=Z輕傷(E/P0)1/3=1.955.4243×108 j /1013001/3=34.12m2R3第二次=Z輕傷(E/P0)1/3=1.952.712

17、15×109j /1013001/3=58.34m3R3第三次=Z輕傷(E/P0)1/3=1.955.4243×109j /1013001/3=73.50m該地區(qū)的人員如缺少保護(hù)，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。平安區(qū)內(nèi)的人員不會(huì)受到傷害，該區(qū)的內(nèi)徑為R33.8 財(cái)產(chǎn)損失半徑R財(cái)R財(cái) = K WTNT1/3/13175/WTNT21/6式中：K為二級(jí)破壞系數(shù)：取K=5.61R財(cái)?shù)谝淮? 5.6×1201/3/13175/12021/6= 9.26m2R財(cái)?shù)诙? 5.6×6001/3/13175/60021/6=

18、26.95m3R財(cái)?shù)谌? 5.6×12001/3/13175/120021/6= 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(dāng)量kg 死亡半徑 m重傷半徑 m輕傷半徑 m財(cái)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(jì)算模擬地面蒸汽云爆炸的傷害模型,與實(shí)際會(huì)有誤差，理論上提供了平安保護(hù)的參考數(shù)據(jù)，實(shí)際也有可能發(fā)生。庫中的危險(xiǎn)化學(xué)品不可能全部爆炸，兩次爆炸后會(huì)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，大局

19、部會(huì)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(jì)，死亡、重傷和輕傷的平安保護(hù)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(jìn)一步的應(yīng)急救援的方案。4、池火災(zāi)的傷害模型計(jì)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，假設(shè)有10噸易燃液體參與燃燒。根據(jù)最大可能危

20、險(xiǎn)原那么計(jì)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(dāng)液池中的可燃液體的沸點(diǎn)高于周圍環(huán)境溫度時(shí)，液體外表上單位面積的燃燒速度dm/dt為： dm/dt = 0.001 Hc / CPTbT0H式中: dm/dt單位外表積的燃燒速度，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(diǎn)，K 。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/

21、kg。25 計(jì)算： dm/dt=0.001×43050000/1220413.62298343490.6 =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(jì)算： h=84r(dm/dt)/ 02gr1/20.61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/m325 g重力加速度，9.8m/s2； dm/dt單位外表積的燃燒速度，己知0.08885kg/m2.s 計(jì)算： h=84×5.97×0.08885/1.185

22、5;2×9.8×5.971/20.61=24.16m4.4熱輻射通量 當(dāng)液池燃燒時(shí)放出的總熱輻射通量為： Q=兀r22兀rhdm/dtHc/72dm/dt0.61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(hào)意義同前。Q=3.1416×5.9722×3.1416×5.97×24.16×0.08885×0.15×43050000÷ 72×0.088850.611 =33491002.29 Wdm/dt單位外表積的燃燒速度，kg/m2.sS

23、液池面積：S=112 m2； W泄漏二甲苯質(zhì)量：10000kg火災(zāi)持續(xù)時(shí)間：T= W/S. dm/dt =1005秒=16.75分鐘 4.5目標(biāo)入射熱輻射強(qiáng)度 假設(shè)全部輻射熱量由液池中心點(diǎn)的小球面輻射出來，那么在距離池中心某一距離X處的入射熱輻射強(qiáng)度為： I= Qtc/( 4兀X2)式中: I熱輻射強(qiáng)度，W/m2； Q總熱輻射通量，W； tc熱傳導(dǎo)系數(shù)，在無相對(duì)理想的數(shù)據(jù)時(shí)，可取值為1； X目標(biāo)點(diǎn)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(qiáng)度為： I= Qtc/( 4兀X2) = 33491002.29/ ( 4×3.1416×202 ) = 6

24、662.8W/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(dāng)火災(zāi)產(chǎn)生的熱輻射強(qiáng)度足夠大時(shí)，可使周圍的物體燃燒或變形，強(qiáng)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(jí)的相應(yīng)關(guān)系的根底上。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(duì)象，當(dāng)目標(biāo)接受的入射通量為某一定值時(shí)，目標(biāo)與液池中心的距離可用下式計(jì)算： X=Qtc/4兀I0.5式中符號(hào)意義與以上相同。按該式計(jì)算： 當(dāng)I = 37500，X =33491002.29/4×3.1416×375000.5 =8.43m 當(dāng)I = 25000，X =33491002.29

25、/4×3.14×250000.5 = 10.32m 當(dāng)I = 12500，X =33491002.29/4×3.14×125000.5 = 14.60 當(dāng)I = 4000， X =33491002.29/4×3.14×40000.5 = 25.81m 當(dāng)I = 1600， X =33491002.29/4×3.14×16000.5 = 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(biāo)至池火中心的水平距離m入射通量W/m2對(duì)設(shè)備的損害對(duì)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(shí)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(shí)，木材燃燒，塑料熔化的最低能量1度燒傷/10s1%死亡/1min2