火災(zāi)事故后果分析技術(shù)課件

火災(zāi)事故后果分析火災(zāi)事故后果分析概述——?dú)v史上著名的火災(zāi)概述——?dú)v史上著名的火災(zāi)火災(zāi)事故后果分析研究目的

火災(zāi)事故是工業(yè)重大危險事故里的主要類型，對人的生命、財產(chǎn)和環(huán)境有巨大的危害?；馂?zāi)事故后果分析作為安全評價的一種類型，對事故后果進(jìn)行分析及預(yù)測，為預(yù)測火災(zāi)、爆炸和中毒事故造成的后果提供準(zhǔn)確有效的數(shù)據(jù)，大大縮短了災(zāi)害后果評估時間，提高災(zāi)害后果評估精度，對預(yù)防、減少人員傷亡和財產(chǎn)損失有積極影響，因此對火災(zāi)事故進(jìn)行事故后果分析是十分有必要的?；馂?zāi)事故后果分析研究目的火災(zāi)事故是工業(yè)重大危險火災(zāi)的分類

火災(zāi)時或失去控制蔓延的一種災(zāi)害性燃燒現(xiàn)象，是各種災(zāi)害中發(fā)生最頻繁且最具毀滅性的一種。火災(zāi)的種類很多，通常包括森林、建筑、油類以及可燃?xì)怏w和粉塵爆炸所引起的火災(zāi)。這里主要針對易燃易爆的氣體或液體泄漏后遇到引火源被點(diǎn)燃而著火燃燒而引起火災(zāi)和固體類物質(zhì)起火成災(zāi)進(jìn)行火災(zāi)事故后果分析。由此，我們將火災(zāi)分為池火災(zāi)、噴射火、火球、突發(fā)火和固體火災(zāi)五類?；馂?zāi)的分類火災(zāi)時或失去控制蔓延的一種災(zāi)害性燃燒火災(zāi)事故后果分析技術(shù)課件第一章池火災(zāi)

由于油罐破裂或運(yùn)輸意外,造成泄漏事故,當(dāng)遇到點(diǎn)火源,極可能發(fā)生池火災(zāi)。災(zāi)害一旦發(fā)生,人員暴露在火災(zāi)的熱輻射下,將會受到嚴(yán)重的傷害。池火災(zāi)通過熱輻射方式影響周圍環(huán)境，當(dāng)熱輻射強(qiáng)度足夠大時，可使周圍物體燃燒或變形，強(qiáng)烈的熱輻射可能燒毀設(shè)備，并造成人員傷亡。第一章池火災(zāi)由于油罐破裂或運(yùn)輸意外,造

池火災(zāi)實(shí)例

1999年，山西省某化工廠5000m3直徑為28.5米的汽油儲罐發(fā)生火災(zāi)，頂部塌陷后發(fā)展為池火災(zāi)，池液半徑為12.25m。頓時周圍一定范圍內(nèi)籠罩在強(qiáng)烈的熱輻射中。此事故造成16人死亡，百余人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失5千萬元，是一個典型的池火災(zāi)事故。池火災(zāi)實(shí)例池火災(zāi)事故后果分析方法

目前，對池火災(zāi)事故后果分析的方法大體有兩類：一類是經(jīng)驗(yàn)公式計算法這種計算方法方便實(shí)用，簡單易行，可以規(guī)律性地獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，便于掌握和預(yù)測油罐燃燒情況的總體情況。一類是FDS軟件模擬法

FDS(FireDynamicsSimulator)是美國國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)局（NIST）建筑火災(zāi)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的基于場模擬的火災(zāi)模擬軟件，該軟件采用先進(jìn)的大渦模擬技術(shù)，得到眾多實(shí)例驗(yàn)證，在火災(zāi)安全工程領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。池火災(zāi)事故后果分析方法目前，對池火災(zāi)事經(jīng)驗(yàn)公式計算法步驟經(jīng)驗(yàn)公式計算法步驟1.1.1燃燒速度的計算

由于燃燒速度極不穩(wěn)定且不斷變化，因此取燃燒中期平均燃燒速度為準(zhǔn)。不同直徑油罐液體表面上單位面積的燃燒速度為：式中：Vb———直線燃燒速度，mm/s；

D———油罐直徑，m。1.1.1燃燒速度的計算由于燃燒速度極不穩(wěn)定

直線燃燒速度與質(zhì)量燃燒速度的轉(zhuǎn)換利用公式：式中：V———質(zhì)量燃燒速度，kg/(m2·s)；

ρ———液體體積質(zhì)量，kg/m3。計算結(jié)果為：單位面積燃燒速度為0.0254kg/(m2·s)

直線燃燒速度與質(zhì)量燃燒速度的轉(zhuǎn)換利用公式1.1.2火焰高度計算當(dāng)液池為一個半徑r的圓形池時，火焰高度按下述公式計算：式中：h—火焰高度，m；

r—液池半徑，m，半徑為12.25m；

ρ0—周圍空氣的體積質(zhì)量，取值1.16kg/m3；

g—重力加速度，取值9.8m/s2。計算結(jié)果為：火焰高度可達(dá)22.41m（在大型火災(zāi)實(shí)驗(yàn)中，火焰形狀并不清晰，因?yàn)樵诨鹧嬷車嬖诖罅康臒?，所以上述火焰高度計算僅是理想情況下的估算值）。1.1.2火焰高度計算當(dāng)液池為一個半徑r的圓形池時，火焰高1.1.3液池燃燒時的總輻射量

液池燃燒時的總輻射量按下述公式計算：式中：Q—總輻射量，W；

η—效率因子，介于0.13至0.35之間;(根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對于大型油盤火災(zāi)，由于煙的屏蔽作用，使得輻射分?jǐn)?shù)隨著油盤直徑的增加而下降，該計算中取平均值0.24);Hc—最大發(fā)熱量，J/mol，取43728.8J/mol。計算結(jié)果為：由該式計算得總熱輻射量Q=61.9×103kW。1.1.3液池燃燒時的總輻射量液池燃燒時的總輻射量按1.1.4目標(biāo)入射熱輻射強(qiáng)度的計算

假設(shè)全部輻射熱量都由液池中心釋放出來，在距離液池中心點(diǎn)X（m）的某一點(diǎn)的入射熱輻射強(qiáng)度(目標(biāo)入射熱輻射強(qiáng)度)為：式中：I—入射熱輻射強(qiáng)度，W/m3；

tc—熱傳導(dǎo)系數(shù)，在無相對理想數(shù)據(jù)時，可取值1；

X—目標(biāo)點(diǎn)到火源（罐壁）的距離，m。1.1.4目標(biāo)入射熱輻射強(qiáng)度的計算假

上述目標(biāo)入射熱輻射強(qiáng)度公式，反映了熱輻射能量與受害目標(biāo)到火源距離之間的關(guān)系。當(dāng)入射熱輻射通量是一個定值時，可以計算出受害目標(biāo)與火源之間的傷害距離，參照輻射危害程度（表1），計算得到：當(dāng)I1=37.5kW/m2時,X1=11.4m；I2=25.0kW/m2時,X2=14.1m；I3=12.5kW/m2時,X3=19.9m；I4=4.0kW/m2時,X4=35.1m；I5=1.6kW/m2時,X5=55.5m。1.1.5對比熱輻射危害程度表上述目標(biāo)入射熱輻射強(qiáng)度公式，反映了熱輻熱輻射計算所得熱輻射曲線

熱輻射計算所得熱輻射曲線

FDS采用NIST的FDS火災(zāi)模擬器通過大渦模擬來進(jìn)行地面油罐火災(zāi)發(fā)展過程的可視化仿真。選取油罐為中心的100m3空間進(jìn)行模擬，持續(xù)燃燒20s，取以油罐中心橫截面來觀察熱輻射以及數(shù)據(jù)導(dǎo)出，經(jīng)Smokeview截圖可看出火焰不停變動但總體趨勢穩(wěn)定，故取中心截面火焰1/2高度處5~15s的平均值為導(dǎo)出數(shù)據(jù)（選取相同距離熱輻射最大值），Smokeview模擬視圖見圖1~3：圖1、2是FDS模擬油罐燃燒熱輻射的三維圖，圖2是包含煙氣情況下的輻射圖。圖3為熱輻射截面圖。1.2FDS模擬熱輻射計算FDS采用NIST的FDS火災(zāi)模擬器通圖1模擬油罐燃燒熱輻射的三維圖圖1模擬油罐燃燒熱輻射的三維圖圖2包含煙氣情況下的模擬油罐燃燒熱輻射的三維圖圖2包含煙氣情況下的模擬油罐燃燒熱輻射的三維圖圖3熱輻射截面圖模擬圖3熱輻射截面圖模擬熱輻射計算所得熱輻射曲線熱輻射計算所得熱輻射曲線經(jīng)驗(yàn)公式計算法與FDS軟件模擬計算法之比較

兩組數(shù)據(jù)對比可看出，計算數(shù)據(jù)更具有規(guī)律性，模擬數(shù)據(jù)具有多變性和不對稱性，但二者對于最大熱輻射強(qiáng)度的數(shù)值點(diǎn)的走向上是趨于一致的；通過對幾個重要數(shù)值點(diǎn)據(jù)在大部分時線完全擬合。結(jié)論：a)傳統(tǒng)計算方法方便實(shí)用，可以規(guī)律性地獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，便于掌握和預(yù)測油罐燃燒情況的總體情況。b)FDS模擬對于火焰的動態(tài)變化情況更具實(shí)際意義，同時在數(shù)值上對經(jīng)驗(yàn)公式起到補(bǔ)充和完善作用。c)通過兩種方法的結(jié)合，可以更全面準(zhǔn)確地掌握油罐燃燒的熱輻射強(qiáng)度數(shù)據(jù)，更準(zhǔn)確地預(yù)測油罐火災(zāi)的燃燒特性，對實(shí)戰(zhàn)具有重要的指導(dǎo)意義。經(jīng)驗(yàn)公式計算法與FDS軟件模擬計算法之比較表1輻射危害程度一覽表1輻射危害程度一覽案例分析

本例中危險單元為輸油管道，且無防護(hù)堤。假定泄漏的液體無蒸發(fā)、已充分蔓延且地面無滲透。泄漏量為1000kg，環(huán)境溫度為30℃。原油的性質(zhì)為：比重0.85~0.89；相對密度0.780~0.970（液）；閃點(diǎn)是6.67~32.22℃；自燃點(diǎn)350℃；爆炸極限1.1~6.4%（V）；沸點(diǎn)300~325℃；火焰溫度1100℃；熱值41870kJ/kg。案例分析本例中危險單元為輸油管道，且無防護(hù)第二章噴射火

噴射火事故后果分析中存在大量的不確定性,分析困難較大。本文是運(yùn)用噴射火焰對目標(biāo)的入射熱輻射強(qiáng)度計算模型,確定噴射火事故災(zāi)害損失面積,再根據(jù)城市街區(qū)平均人口密度和平均財產(chǎn)密度確定事故中人員傷亡數(shù)量和財產(chǎn)損失數(shù)量。在目前技術(shù)和管理水平下這種方法是一種較好的方法,并能為其他相關(guān)事故后果分析提供思路。第二章噴射火噴射火事故后果分析中存在大城市燃?xì)夤艿绹娚浠鹗鹿蕦?shí)例2003年，山東省濰坊市某輸送天然氣的中壓A級管道發(fā)生破裂，遇明火被點(diǎn)燃后發(fā)展為噴射火災(zāi)事故,造成了一定量的人員傷亡和財產(chǎn)損失。經(jīng)測定，管道內(nèi)燃?xì)鈮毫?.4MPa,外界大氣壓為1.01×105Pa,溫度為常溫，裂口為圓形,且面積約為0.4cm2。城市燃?xì)夤艿绹娚浠鹗鹿蕦?shí)例2003年，山噴射火事故后果分析步驟噴射火事故后果分析步驟2.1事故分析前假設(shè)

為了便于計算，首先我們把把整個噴射火看成是由沿噴射中心線上的所有點(diǎn)熱源組成，每個點(diǎn)熱源的熱輻射通量相等。（一般將噴射火焰看成由沿噴射中心線上的5個點(diǎn)熱源組成）2.1事故分析前假設(shè)為了便于計算，首先2.2燃?xì)庑孤┧俣鹊挠嬎惝?dāng)滿足時氣體流動屬于聲速流動，其泄漏速度為：當(dāng)滿足時，氣體呈亞聲速流動，其泄漏速度為：2.2燃?xì)庑孤┧俣鹊挠嬎惝?dāng)滿足備注：以上兩式中p0為環(huán)境壓力,Pa;p為管道內(nèi)燃?xì)鈮毫?Pa;k為氣體絕熱指數(shù)（即定壓比熱CP與定容比熱CV之比;Q0為泄漏速度,kg/s;Cd為氣體泄漏系數(shù)（當(dāng)裂口形狀為圓形時取1.00,三角形時取0.95,長方形時取0.90;M為氣體摩爾質(zhì)量,kg/Kmol;T為氣體溫度,K;A為裂口面積,m2;R為氣體常數(shù),J/mol·K。根據(jù)上述計算公式,則氣體流動屬于聲速流動,在常溫下其泄漏速度為Q0=0.868Kg/s備注：2.3熱輻射強(qiáng)度的計算

在將噴射火焰看成由沿噴射中心線上的5個點(diǎn)熱源組成的前提下。某點(diǎn)熱源i到距離該點(diǎn)x處某一目標(biāo)點(diǎn)的熱輻射強(qiáng)度為：式中：為點(diǎn)熱源i至目標(biāo)點(diǎn)z處的熱輻射強(qiáng)度，W/m2；為輻射率，一般取0.2；x為點(diǎn)熱源到目標(biāo)點(diǎn)的距離，m。2.3熱輻射強(qiáng)度的計算在將噴射火焰?zhèn)渥ⅲ河捎趯娚浠鸺僭O(shè)有5個點(diǎn)熱源，所以某點(diǎn)的入射熱輻射強(qiáng)度等于噴射火的全部點(diǎn)熱源對目標(biāo)的熱輻射強(qiáng)度的總和。同時又由于噴射火焰長度、形狀受到噴射速度、噴射口形狀和大小、風(fēng)速等多種因素影響。噴射火焰對目標(biāo)的熱輻射強(qiáng)度計算存在大量的不確定性，為簡化計算,假設(shè)噴射火沿噴射中心線的全部點(diǎn)火源集中在某一點(diǎn)處,如下圖所示。經(jīng)計算，熱輻射通量為48275.80J；所以單個熱源的熱輻射強(qiáng)度與距離的關(guān)系式為。備注：噴射火簡化模型所以，距離假設(shè)點(diǎn)熱源x處的目標(biāo)的入射熱輻射強(qiáng)度即為：總輻射強(qiáng)度與距離的關(guān)系是為：。噴射火簡化模型所以，距離假設(shè)點(diǎn)熱源x處的目標(biāo)的入射熱輻射強(qiáng)度2.4傷害面積的計算

火災(zāi)通過熱輻射的方式影響周圍環(huán)境,當(dāng)火災(zāi)產(chǎn)生的熱輻射強(qiáng)度足夠大時,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,表1中給出了不同熱輻射通量造成不同的損失。根據(jù)表1中不同損失入射通量的闕值,結(jié)合下述公式可以確定噴射火造成不同災(zāi)害的半徑和面積。2.4傷害面積的計算火災(zāi)通過熱輻射的方式影響表1輻射危害程度一覽表1輻射危害程度一覽傷害半徑：傷害面積：式中：I為熱輻射強(qiáng)度，W/m2；q為點(diǎn)熱源熱輻射通量，W；為輻射率，一般取0.2。傷害半徑：傷害面積：式中：I為熱輻射強(qiáng)度，W/m2；q為點(diǎn)熱O代表噴射火源；區(qū)域SR代表“操作設(shè)備全部損壞，人員1％死亡／l0s、100％死亡／1min”；區(qū)域So代表“在無火焰、長時間輻射下，木材燃燒；人員重大損傷／l0s、100％死亡／1min”；區(qū)域SY代表“有火焰時，木材燃燒，塑料熔化；人員1度燒傷／10s、l％死亡／1min”。

噴射火火災(zāi)危險區(qū)域的劃分O代表噴射火源；噴射火火災(zāi)危險區(qū)域的劃分噴射火事故后果分析結(jié)果為：以噴射火源為中心，以10.12米為半徑內(nèi)的SR=321.84m2的區(qū)域內(nèi)操作設(shè)備全部損壞，人員1％死亡／l0s、100％死亡／1min；在以噴射火源為中心，以10.12米到12.4米為半徑SO=160.92m2的環(huán)形范圍內(nèi)人員重大損傷／l0s、100％死亡／1min,在一噴射火源為中心，以12.4米到17.54米為半徑的SY=482.76m2的環(huán)形區(qū)域內(nèi)人員1度燒傷／10s、l％死亡／1min。噴射火事故后果分析結(jié)果為：2.5損失估算

城市燃?xì)廨斔筒煌陂L輸燃?xì)廨斔?城市燃?xì)夤艿辣椴汲鞘忻總€街區(qū),其人口密度和財產(chǎn)密度很大,事故一旦發(fā)生,極有可能造成重特大人員傷亡和財產(chǎn)損失。因此對城市燃?xì)夤艿绹娚浠馂?zāi)害進(jìn)行損失估計具有重要的實(shí)際意義。由于城市人口流動很大,交通狀況隨時間和街區(qū)的不同而不同,例如商業(yè)文化街、火車站、汽車站等區(qū)域人員密度很大;時間上,在上下班高峰期街道人員密度很大,而夜晚人員密度則很小。所以城市街區(qū)人員密度不易確定,但可以針對街區(qū)不同的實(shí)際情況通過成立調(diào)查小組進(jìn)行實(shí)地調(diào)查確定。調(diào)查街區(qū)人員密度可分三個時間段進(jìn)行:上下班時間(7∶00-9∶00、11∶00-13∶00、17∶00-19∶00)、白天其他時間(5∶00-7∶00、9∶00-11∶00、13∶00-17∶00、19∶00-21∶00)、夜晚時間(21∶00-5∶00)。最后可以將調(diào)查結(jié)果統(tǒng)計處理,得到各個時間段街區(qū)的人員密度。而街區(qū)管道周邊的財產(chǎn)密度也可以調(diào)查得到,不同的是財產(chǎn)密度趨于穩(wěn)定,受不確定性因素影響較小。值得注意的是財產(chǎn)密度應(yīng)包括路邊停放和路上行駛的車輛。2.5損失估算城市燃?xì)廨斔筒煌陂L輸燃?xì)廨斔?/p>

假設(shè)某市某街區(qū)經(jīng)調(diào)查三個時間段的平均人員密度分別為:ρ1、ρ1′、ρ1″(人/m2),財產(chǎn)密度為ρ2(元/m2)。根據(jù)下列公式可以計算噴射火事故財產(chǎn)損失程度和人員傷亡數(shù)量,具體公式如下:假設(shè)某市某街區(qū)經(jīng)調(diào)查三個時間段的平均人員密度N11、N11′、N11″分別表示三個時間段“人員1%死亡/10s、100%死亡/1min”;N12、N12′、N12″分別表示三個時間段“人員重大損傷/10s、100%死亡/1min”;N13、N13′、N13″分別表示三個時間段“人員1度燒傷/10s、1%死亡/1min”。但在一般情況下人員可以及時遠(yuǎn)離噴射火焰,不會造成死亡。L1、L2分別表示全部財產(chǎn)、部分財產(chǎn)損失。N11、N11′、N11″分別表示三個

經(jīng)對此事故發(fā)生后的調(diào)查，此事故發(fā)生在上午10點(diǎn)，不屬于上班高峰期，再加上事故發(fā)生地點(diǎn)遠(yuǎn)離鬧市區(qū)，沒有造成人員的重大傷亡，僅有部分人員輕度燒傷。事故發(fā)生地的財產(chǎn)密度為10萬元/m，所以最終得出全部損失的財產(chǎn)為3218.4萬元，部分損失的財產(chǎn)為1609.2萬元。經(jīng)對此事故發(fā)生后的調(diào)查，此事故發(fā)生在上午噴射火事故后果分析總結(jié)

噴射火事故后果分析受到大量不確定性因素的影響,例如管道裂口面積、噴射火焰長度和形狀、平均人員密度、平均財產(chǎn)密度、氣候條件等。盡管這些不確定因素對后果分析造成偏差,但在目前技術(shù)和管理水平下本文所提出的后果分析計算方法不失是一種較好的方法,可以為城市燃?xì)夤艿里L(fēng)險評估提供重要依據(jù)。噴射火事故后果分析總結(jié)噴射火事故后果分析案例計算利用該模型計算甲烷泄漏所造成的噴射火災(zāi)害后果：估計泄漏口的孔徑為0.02m，管道內(nèi)絕對壓力為15個大氣壓，折合1.52×106Pa。環(huán)境溫度為300K，相對濕度50%，火焰溫度為2000K。甲烷分子量為16.04，空氣分子量為29，甲烷在空氣中含量約為9.8%。案例計算利用該模型計算甲烷泄漏所造成的噴射火球

裝有過熱可燃液體的儲存罐或工藝容器突然失效,將導(dǎo)致液體泄露。由于儲罐或容器中的壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于大氣壓,內(nèi)部的液體將快速噴到空中,并有一部分氣體幾乎在瞬間變?yōu)闅怏w,并且迅速膨脹,形成一個由可燃液體蒸氣、沒有氣化的液體的液滴以及空氣組成的蒸氣云。此蒸氣云被點(diǎn)燃即會形成火球?；鹎蜓b有過熱可燃液體的儲存罐或工藝容器突

火球迅速增大到最大,由于火球釋放的熱量使其內(nèi)部的液體蒸發(fā)而導(dǎo)致火球變輕并離開地面,直到將其內(nèi)部燃料燒完。在短短的燃燒過程中,火球可以釋放出大量的輻射能,而且會在比它本身大好幾倍的范圍內(nèi)引起人員傷亡和財產(chǎn)損失。因此,在對工藝容器或過熱可燃液體的儲存罐進(jìn)行風(fēng)險分析的時候,建立一個精確的火球熱輻射后果模型,以對其進(jìn)行精確的定性定量分析具有重要的現(xiàn)實(shí)意義?；鹎蜓杆僭龃蟮阶畲?由于火球釋放的熱量火球事故后果分析方法

目前，對火球的分析方法包括兩類：一類是靜態(tài)模型分析法此方法將火球簡單地看為一件靜態(tài)事件,一個有固定的大小,在一個固定位置的火球以一個固定的速率釋放能量，而忽略了火球產(chǎn)生過程中的變化，從而使其分析結(jié)果產(chǎn)生偏差。一類是動態(tài)模型分析法此方法考慮到了火球本身所具有的產(chǎn)生、燃燒擴(kuò)大、抬升以及最后消失的動態(tài)過程，從而能夠更加準(zhǔn)確的對火球事故進(jìn)行分析?；鹎蚴鹿屎蠊治龇椒壳?，對火球的分析方火球事故實(shí)例

某液化石油氣碼頭包括3000T級液化石油氣專用碼頭和12臺容積為100m3

的臥式液化石油氣貯罐。液化石油氣是由丙烷、丁烷等碳?xì)浠衔锛訅阂夯囊环N高熱值(45144~45980kJ/kg)的燃料。經(jīng)測定本港區(qū)的液化石油氣密度為0.16kg/L。主要工藝設(shè)計參數(shù):設(shè)計壓力11765MPa,設(shè)計溫度50oC,充滿系數(shù)85%,安全泄壓閥定值116MPa。由于某次操作失誤，儲罐區(qū)的1個100m3

儲罐發(fā)生泄漏（泄漏百分比為10%）并引發(fā)火球,對周圍人員及財產(chǎn)造成了重大的傷害?；鹎蚴鹿蕦?shí)例某液化石油氣碼頭包括300火球靜態(tài)模型分析法火球靜態(tài)模型分析法3.1.1火球半徑的計算公式為式中：R——火球半徑（m）；

W——火球中消耗的可燃物質(zhì)能量。對于單罐儲存，W取罐容量的50%；對于雙罐儲存，W取罐容量的70%；對于多罐儲存，W取罐容量的90%。3.1.1火球半徑的計算公式為3.1.2火球持續(xù)時間的計算公式式中：t——火球持續(xù)時間；

W——火球中消耗的可燃物質(zhì)的量。3.1.2火球持續(xù)時間的計算公式3.1.3目標(biāo)接受到的熱輻射通量的計算公式根據(jù)上式，就可以計算出火球周圍地區(qū)不同距離處的熱輻射通量值，從而確定熱輻射通量的分布。式中：q(r)——對目標(biāo)的熱輻射通量（kW/m2）；

E——火球表面輻射通量（kW/m2）。對于柱狀、臥式和立式儲罐，E取270kW/m2，對于球罐，E取200kW/m2；

R——火球半徑；

r——目標(biāo)與評價對象之間的地面水平距離。3.1.3目標(biāo)接受到的熱輻射通量的計算公式3.1.4目標(biāo)接受到的熱量的計算公式為式中：Q(r)——目標(biāo)接受到的熱量（J/m2）；

q(r)——目標(biāo)接受到的熱輻射通量。由上式可以看出，目標(biāo)接受到的熱量與其接收到的熱輻射通量和暴露時間均成正比。暴露時間越長，則其接收到的熱量越多，受到的損傷也越大。3.1.4目標(biāo)接受到的熱量的計算公式為火球動態(tài)模型分析法步驟火球動態(tài)模型分析法步驟Martinsen和Marx對TNO的經(jīng)驗(yàn)公式稍做修正之后,提出火球持續(xù)時間td

為式中M為火球內(nèi)燃料質(zhì)量,kg。帶入數(shù)據(jù)可以計算出火球的持續(xù)時間為7.61s。3.2.1火球持續(xù)時間的計算3.2.1火球持續(xù)時間的計算火球直徑的計算

火球直徑在增大階段持續(xù)變大,大概在t=td/3時直徑達(dá)到最大值,然后開始離地升空,一直到消散直徑都保持最大值不變,計算公式為：在火球擴(kuò)大階段，火球直徑與實(shí)踐的關(guān)系為：在火球的穩(wěn)定階段，火球的直徑為：99.84m?；鹎蛑睆降挠嬎慊鹎蛑睆皆谠龃箅A段持續(xù)變大,大3.2.2

火球中心到地面的高度火球在放大階段保持在地面上,而一旦火球直徑達(dá)到最大時火球就開始上升,即在穩(wěn)定燃燒階段內(nèi),火球中心以固定的速率從處上升到離地面處?；鹎蛑行牡降孛娴母叨鹊挠嬎愎綖椋?.2.2火球中心到地面的高度火球在放大階段保持在地面上,火球在增大階段火球中心離地面的高度為：火球在穩(wěn)定燃燒階段火球中心離地面的高度為：火球在增大階段火球中心離地面的高度為：3.2.3目標(biāo)接受到的熱通量的計算

目標(biāo)接受到的熱通量是火球表面熱輻射能E(t),火球和目標(biāo)之間的幾何視角系數(shù)F(x,t)和大氣傳輸率S(x,t)的函數(shù)，即為:3.2.3目標(biāo)接受到的熱通量的計算目標(biāo)接受到火球表面輻射能

火球表面的熱輻射隨時間變化趨勢是在火球的增長階段保持最大值不變,而且是在內(nèi)以固定的速率由最大值減小到0,即:式中：HC為燃燒熱,kJ/kg;Emax為表面輻射能最大值,kW/m2；f為燃燒熱輻射系數(shù)，其計算公式為?；鹎虮砻孑椛淠芑鹎虮砻娴臒彷椛潆S時間變化趨勢是代入數(shù)據(jù)可以得出燃燒熱輻射系數(shù)f為0.32，火球表面最大熱輻射能Emax為398.6kW/m2，在火球的增大階段，火球的表面熱輻射能為火災(zāi)事故后果分析技術(shù)課件幾何視角系數(shù)

目標(biāo)可能在火球周圍的各個方向,即目標(biāo)不可能接受到來自于輻射表面上每個點(diǎn)的輻射能,而只能接受到其中一部分,因此,要引入幾何視角系數(shù)這個參數(shù)。幾何視角系數(shù)就是每單位面積上目標(biāo)接受的和火球釋放的輻射能之比,換一種說法就是目標(biāo)能看到的火球的范圍。它不僅與火球的大小,火球與目標(biāo)的距離有關(guān),還與火球與目標(biāo)的相對方位有關(guān)。幾何視角系數(shù)目標(biāo)可能在火球周圍的各個方向,即火球在增大階段的幾何視角為：火球在穩(wěn)定燃燒階段的幾何視角為：火球在增大階段的幾何視角為：大氣傳輸率

大氣傳輸率(S)為空氣中水蒸氣和CO2

對熱輻射的吸收率,其計算公式為：式中R為相對濕度;PV為一定溫度下水的飽和蒸汽壓,Pa。大氣傳輸率大氣傳輸率(S)為空氣中水蒸氣和C火球在增大階段的大氣傳輸率為：火球在穩(wěn)定燃燒階段的大氣傳輸率為：火球在增大階段的大氣傳輸率為：

圖2100m3

的液化石油氣儲罐10%泄漏所導(dǎo)致火球的D(t)、H(t)、E(t)。圖2100m3的液化石油氣儲罐10%泄漏所導(dǎo)致火球在增大階段和穩(wěn)定燃燒階段的熱通量之和為：火球在增大階段和穩(wěn)定燃燒階段的熱通量之和為：表2CCPS靜態(tài)模型與動態(tài)模型對于100m3

液化石油氣貯罐泄漏產(chǎn)生火球的熱劑量隨距離變化關(guān)系目標(biāo)距離x/mIdose(x)KW/m2CCPS靜態(tài)模型動態(tài)模型10033819220010857500179100042表2CCPS靜態(tài)模型與動態(tài)模型對于100m3液化石油氣表3熱輻射劑量反應(yīng)關(guān)系熱劑量/(KW/m2)對暴露目標(biāo)所造成的傷害40皮膚灼疼100一度燒傷150二度燒傷（起水泡）250三度燒傷（1%死亡）500三度燒傷（50%死亡）1200三度燒傷（99%死亡）表3熱輻射劑量反應(yīng)關(guān)系熱劑量/(KW/m2)對暴露目標(biāo)所造CCPS靜態(tài)模型與動態(tài)模型之比較

我們這里對CCPS靜態(tài)模型和動態(tài)模型所得到的熱輻射后果進(jìn)行了比較,這里計算了當(dāng)x=100m,200m,500m,1000m時,動態(tài)模型和CCPC靜態(tài)模型所得到的熱通量的值。從表2、表3中可以看出,在相同的位置,CCPS靜態(tài)模型得到的熱劑量明顯大于動態(tài)模型。比如，在100m處,靜態(tài)模型引起的是三度燒傷,而動態(tài)模型引起的是二度燒傷;在200m處,靜態(tài)模型引起的是一度燒傷,而動態(tài)模型引起的是皮膚灼痛。CCPS靜態(tài)模型與動態(tài)模型之比較我們這里對C案例計算某運(yùn)輸甲烷的管道發(fā)生泄漏并著火燃燒，泄漏甲烷的體積為20立方米。已知甲烷的密度為716.8kg/m3，相對濕度為50%。案例計算某運(yùn)輸甲烷的管道發(fā)生泄漏并著火燃燒突發(fā)火（閃火）液體、氣體泄漏后在泄漏源附近擴(kuò)散，在泄源上方形成氣團(tuán)，氣團(tuán)將在大氣中進(jìn)一步擴(kuò)散，當(dāng)遇到火源時發(fā)生突然燃燒而沒有爆炸，此種火災(zāi)為突發(fā)火。在此種情況下，處于氣體燃燒范圍內(nèi)的室外人員將會全部燒死，建筑物內(nèi)的將有部分人員燒死。突發(fā)火的主要危害來自熱輻射和火焰直接接觸?？扇嘉镌茍F(tuán)的大小決定了可能造成直接火焰接觸危害的面積，而云團(tuán)的大小則部分取決于擴(kuò)散和泄漏條件。突發(fā)火（閃火）液體、氣體泄漏后在泄漏源附近擴(kuò)散突發(fā)火事故后果分析步驟突發(fā)火事故后果分析步驟4.1突發(fā)火火焰高度的計算在突發(fā)火模型中，假定突發(fā)火是一個火焰以恒定速度傳播的過程。火焰可視高度可用近似的半經(jīng)驗(yàn)公式計算：式中：

H為火焰可是高度，m；

d為云團(tuán)厚度，m；

s為燃燒速度，m；為空氣密度，kg/m3;

為燃?xì)饣旌衔锏拿芏?，kg/m3；

r為理想配比下空氣與燃料的質(zhì)量比。4.1突發(fā)火火焰高度的計算在突發(fā)火模型中，假4.2火焰高度的計算火焰寬度W隨時間變化關(guān)系為：式中：

R為云層半徑，m；

S為燃燒速度，m/s;t為時間，s。4.2火焰高度的計算火焰寬度W隨時間變化關(guān)系為：4.3幾何視角系數(shù)的計算假設(shè)輻射面和接受面是兩個互相平行的平面，則F可用Fmax表示，計算關(guān)系如下：4.3幾何視角系數(shù)的計算假設(shè)輻射面和接受面是式中：

H為火焰可是高度，m；

X為到目標(biāo)物的距離，m；W為火焰寬度，m。式中：4.4大氣傳導(dǎo)率的計算在保守計算場合，若是干燥晴朗的天氣一般可取=1，已知濕度時可用下式計算：式中：

RH為相對濕度；

X為到目標(biāo)物的距離，m。4.4大氣傳導(dǎo)率的計算在保守計算場合，若是干4.5目標(biāo)所受熱輻射能的計算

平面物體單位面積上接收的輻射能由下式計算：式中：

E為輻射能，KW/m2；

F為幾何視角系數(shù)；為大氣傳導(dǎo)率。4.5目標(biāo)所受熱輻射能的計算平面物體單位面積突發(fā)火事故后果分析總結(jié)突發(fā)火由于其發(fā)生的突然性和隱蔽性等特點(diǎn)容易被人們所忽略，并且此類火災(zāi)一旦發(fā)生可能造成的損失普遍偏大。并且易燃?xì)怏w泄露點(diǎn)與火災(zāi)發(fā)生地點(diǎn)可能距離比較遠(yuǎn)，從而為事故的預(yù)防和控制造成很大困難。經(jīng)過上述計算，在我們可以得出平面物體單位面積上接收的輻射能然后再對照表1中的物體和人員破壞和損傷閾值就可以分析出突發(fā)火的危害半徑，從對提高災(zāi)害后果評估精度，預(yù)防、減少人員傷亡和財產(chǎn)損失有一定幫助。突發(fā)火事故后果分析總結(jié)突發(fā)火由于其發(fā)生的突然性表1輻射危害程度一覽表1輻射危害程度一覽案例分析在一個空曠的地面短時間泄漏了大量的丙烷，在傳播擴(kuò)散中形成一個扁平的圓形的云團(tuán)。云團(tuán)約有1.2m厚，直徑為80m，云團(tuán)內(nèi)燃料的體積百分比為15%，從云團(tuán)邊緣點(diǎn)火燃燒。當(dāng)時風(fēng)速1m/s，相對濕度為40%，已知丙烷分子量為44kg/kmol，空氣29kg/kmol，理想配比時燃料占的體積比φst＝0.04，恒定壓力下理想配比時燃燒的膨脹比α＝8(碳?xì)浠衔镆话闳ˇ粒?)。要求計算距離云團(tuán)中心90m處一個垂直接收面上所受的熱輻射通量隨時間的變化情況。案例分析在一個空曠的地面短時間泄漏了大量的丙烷固體火災(zāi)固體火災(zāi)多指易燃或可燃的固體被引燃并且其燃燒反應(yīng)超出了人們可接受的范圍的火災(zāi)事故。固體火災(zāi)的主要危害方式是熱輻射和有毒煙氣。當(dāng)固體火災(zāi)的熱輻射強(qiáng)度足夠大時，可進(jìn)一步使周圍物體燃燒起火并造成人員傷亡；同時，固體火災(zāi)產(chǎn)生的有毒有害煙氣也可導(dǎo)致現(xiàn)場人員的窒息、中毒乃至死亡。固體火災(zāi)固體火災(zāi)多指易燃或可燃的固體被引燃并且固體火災(zāi)實(shí)例2003年，山東省棗莊市某裝修建材市場倉庫由于電氣設(shè)備老化導(dǎo)致周圍裝修建材被引燃而引發(fā)火災(zāi)，最終整個倉庫的建材均被點(diǎn)燃。此次火災(zāi)持續(xù)半個小時方才被撲滅，造成了2人死亡、多人受傷及大量的財產(chǎn)損失。經(jīng)事故后調(diào)查，倉庫內(nèi)50噸建材全部燒毀，建材的平均燃燒熱為25000kj/kg,固體火災(zāi)實(shí)例2003年，山東省棗莊市某裝修建材固體火災(zāi)熱輻射危害分析方法固體火災(zāi)的熱輻射參數(shù)按點(diǎn)源模型估計。此模型人為火焰射出的能量為燃燒的一部分，并且輻射強(qiáng)度與目標(biāo)至火源中心距離的平方成反比，即：式中：qr為目標(biāo)接收到的輻射強(qiáng)度，W/m2；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；x為目標(biāo)至火源中心間的水平距離，m。固體火災(zāi)熱輻射危害分析方法固體火災(zāi)的熱輻射參事故后果分析經(jīng)分析，裝修建材的燃燒速度為28kg/s，所以此次火災(zāi)的熱輻射強(qiáng)度與木標(biāo)離火源距離x的關(guān)系式為:對照表3可知，引起一度燒傷、二度燒傷、三度燒傷和人員全部死亡的危害半徑分別為11.8m、9.6m、7.4m、3.4m，然后我們就可以劃定危險區(qū)域。事故后果分析經(jīng)分析，裝修建材的燃燒速度為28表3熱輻射劑量反應(yīng)關(guān)系熱劑量/(KW/m2)對暴露目標(biāo)所造成的傷害40皮膚灼疼100一度燒傷150二度燒傷（起水泡）250三度燒傷（1%死亡）500三度燒傷（50%死亡）1200三度燒傷（99%死亡）表3熱輻射劑量反應(yīng)關(guān)系熱劑量/(KW/m2)對暴露目標(biāo)所造固體火災(zāi)事故危險區(qū)域的劃分固體火災(zāi)事故危險區(qū)域的劃分火災(zāi)煙氣毒性評價1、火災(zāi)煙氣是由三類物質(zhì)組成的具有較高溫度的云狀混合物,即(1)燃燒產(chǎn)生的氣相產(chǎn)物,如水蒸汽、CO2等;(2)流動過程中卷吸的空氣;(3)多種微小的固體顆粒和液滴。2、統(tǒng)計結(jié)果表明,火災(zāi)中76%的人是由于吸入有毒燃燒產(chǎn)物而死，而被火直接燒死的人數(shù)只占全部死亡人數(shù)的一小部分。3、火災(zāi)煙氣組成非常復(fù)雜,它不僅與燃燒材料有關(guān),而且與燃燒條件有關(guān)?；馂?zāi)中煙氣主要包括二氧化碳、一氧化碳、氰化氫、氮氧化物、二氧化硫、硫化氫、氨氣、鹵化氫等毒性氣體?；馂?zāi)煙氣毒性評價1、火災(zāi)煙氣是由三類物質(zhì)組成的具有較高溫度毒性氣體理化性質(zhì)二氧化碳（CO2）中性無色無味的惰性氣體，無腐蝕作用，有一定的毒性，當(dāng)空氣中的二氧化碳濃度達(dá)10%以上人就會死。一氧化碳（CO）無色、無味、無臭、無刺激性的有毒氣體，幾乎不溶于水，在空氣中不容易與其它物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，屬于內(nèi)窒息性毒物，一氧化碳為0.2%時，30min內(nèi)人們便會發(fā)生生命危險；一氧化碳的濃度越高，造成死亡的時間就越短，1%是致死濃度。氰化氫（HCN）有強(qiáng)烈的類似苦扁桃臭味的無色氣體；它能作用于神經(jīng)系統(tǒng)，阻礙紅細(xì)胞的氧化功能，對機(jī)體的毒作用主要是由于氰離子抑制細(xì)胞呼吸酶造成“細(xì)胞內(nèi)窒息”引起；主要表現(xiàn)為急性腦缺氧癥狀，超過10uL/L的濃度就會帶來危險。氮氧化物（NOx）主要指一氧化氮和二氧化氮；一氧化氮無色無味，僅對呼吸系統(tǒng)有刺激，一般難以感覺到它的存在，所以危險性很大；當(dāng)氧氣充足的條件下，它會轉(zhuǎn)變成二氧化氮；以二氧化氮為主時，對肺的損害比較明顯；以一氧化氮為主時，高鐵血紅蛋白癥和中樞神經(jīng)系統(tǒng)損害比較明顯。毒性氣體理化性質(zhì)二氧化碳（CO2）中性無色無味的惰性氣體，無二氧化硫（SO2）可使呼吸道纖毛運(yùn)動和粘膜的分泌功能受到抑制，會引起咳嗽并刺激眼睛，可使支氣管和肺部出現(xiàn)刺激癥狀，使肺組織受損。濃度達(dá)到400uL/L時可使人呼吸困難。硫化氫（H2S）強(qiáng)烈的臭蛋氣味的無色氣體；易溶于水，生成氫硫酸；硫化氫具有刺激作用和細(xì)胞窒息作用，但由于全身毒性作用劇烈而發(fā)病迅速，故在硫化氫濃度較低時，可見到較明顯的刺激作用，吸入濃度較高時，嗅神經(jīng)末梢麻痹，可使硫化氫臭味“消失”，繼則發(fā)生昏迷，甚至死亡。氨氣（NH3）堿性物質(zhì)，對所接觸的皮膚組織都有腐蝕和刺激作用，可以吸收皮膚組織中的水分，使組織蛋白變性，并使組織脂肪造化，破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)；濃度過高時除腐蝕作用外，還可通過三叉神經(jīng)末梢的反向作用，引起心臟停搏和呼吸停止。鹵化氫（HX）具有強(qiáng)烈的腐蝕性，對人體和環(huán)境都有害。二氧化硫（SO2）可使呼吸道纖毛運(yùn)動和粘膜的分泌功能受到抑制煙氣定量評價數(shù)學(xué)模型1、基于N-氣體模型FED模型氣體在30min暴露時間內(nèi)的平均積分濃度煙氣定量評價數(shù)學(xué)模型1、基于N-氣體模型FED模型氣體在30參數(shù)m,b描述了CO與CO2的共同作用對混合氣體的毒性貢獻(xiàn),在暴露時間為30min的條件下,m,b取值與CO2濃度有關(guān)。參數(shù)m,b描述了CO與CO2的共同作用對混合氣體的毒性貢獻(xiàn),氣體名稱LC50CO25.4×10-2HCN1.65×10-4HCl3.8×10-3HBr3.8×10-3經(jīng)試驗(yàn)測定,對于暴露時間取30min的情況,上式的各氣體的LC50值參見下表。各氣體LC50值氣體名稱LC50CO25.4×10-2HCN1.65×10當(dāng)值約等于1時,測試動物部分死亡；當(dāng)<0·8時,無動物死亡;當(dāng)>1·3時,所有測試動物死亡。N-氣體模型還可以分析煙氣各成分氣體的相互作用,如果某種材料的燃燒產(chǎn)物導(dǎo)致一部分比例的試驗(yàn)動物死亡(不是0或100%),且N-氣體值近似=1時,表明試驗(yàn)量接近于材料的LC50;無動物死亡,表明燃燒氣體間存在拮抗作用;所有動物都死亡,表明可能存在不為人所知的某種其他毒性氣體,或氣體間存在毒性協(xié)同作用,或可能存在其他逆向因素。根據(jù)這種分析方法,目前人們已發(fā)現(xiàn)CO2和CO、NO2存在協(xié)同作用,而NO2同HCN存在拮抗作用。當(dāng)值約等于1時,測試動物部分死亡；N-氣體模型2、窒息性氣體FED模型定義：式中，為第種窒息性氣體的濃度，10-6；為使試驗(yàn)動物失能的某種氣體的暴露水平，10-6×min。通過測定每種窒息性氣體的暴露時間和濃度來計算單一氣體的FED,比較混合氣體的總FED值(即各種氣體FEDs之和)和預(yù)測的總FED閾值,如果總累計的FED值大于預(yù)測的FED閾值,在這種濃度下,動物不能安全逃生。2、窒息性氣體FED模型式中，為第種窒息性氣體模型建立者認(rèn)為,當(dāng)氧濃度不低于13%時,可以不考慮O2的損害作用,最主要的窒息性氣體為CO和HCN,因此,上式可轉(zhuǎn)變?yōu)槭街校珻O和HCN濃度用10-6表示。當(dāng)CO2濃度超過2%時,會使動物高度換氣而導(dǎo)致窒息性氣體吸收增加,此時窒息性氣體總FED值將增加,上述式應(yīng)乘以一個頻率因子(VCO2)進(jìn)行校正。VCO2與不同濃度的CO2的關(guān)系可以用下式進(jìn)行計算。模型建立者認(rèn)為,當(dāng)氧濃度不低于13%時,可以不考慮O2的損害用VCO2校正式上式,得到：用VCO2校正式上式,得到：3、刺激性氣體FEC模型FEC模型主要是針對刺激性氣體的相對有效濃度(Frac-tionaleffectiveconcentration)概念,是各種刺激性氣體濃度對能導(dǎo)致暴露試驗(yàn)動物產(chǎn)生效應(yīng)的濃度的比率之和。刺激性氣體對呼吸系統(tǒng)、感官和肺刺激效應(yīng)可以使用一個總相對閾值濃度概念來評價的。丙烯醛3、刺激性氣體FEC模型丙烯醛謝謝大家！謝謝大家！火災(zāi)事故后果分析火災(zāi)事故后果分析概述——?dú)v史上著名的火災(zāi)概述——?dú)v史上著名的火災(zāi)火災(zāi)事故后果分析研究目的

火災(zāi)事故是工業(yè)重大危險事故里的主要類型，對人的生命、財產(chǎn)和環(huán)境有巨大的危害?；馂?zāi)事故后果分析作為安全評價的一種類型，對事故后果進(jìn)行分析及預(yù)測，為預(yù)測火災(zāi)、爆炸和中毒事故造成的后果提供準(zhǔn)確有效的數(shù)據(jù)，大大縮短了災(zāi)害后果評估時間，提高災(zāi)害后果評估精度，對預(yù)防、減少人員傷亡和財產(chǎn)損失有積極影響，因此對火災(zāi)事故進(jìn)行事故后果分析是十分有必要的?；馂?zāi)事故后果分析研究目的火災(zāi)事故是工業(yè)重大危險火災(zāi)的分類

火災(zāi)時或失去控制蔓延的一種災(zāi)害性燃燒現(xiàn)象，是各種災(zāi)害中發(fā)生最頻繁且最具毀滅性的一種。火災(zāi)的種類很多，通常包括森林、建筑、油類以及可燃?xì)怏w和粉塵爆炸所引起的火災(zāi)。這里主要針對易燃易爆的氣體或液體泄漏后遇到引火源被點(diǎn)燃而著火燃燒而引起火災(zāi)和固體類物質(zhì)起火成災(zāi)進(jìn)行火災(zāi)事故后果分析。由此，我們將火災(zāi)分為池火災(zāi)、噴射火、火球、突發(fā)火和固體火災(zāi)五類?；馂?zāi)的分類火災(zāi)時或失去控制蔓延的一種災(zāi)害性燃燒火災(zāi)事故后果分析技術(shù)課件第一章池火災(zāi)

由于油罐破裂或運(yùn)輸意外,造成泄漏事故,當(dāng)遇到點(diǎn)火源,極可能發(fā)生池火災(zāi)。災(zāi)害一旦發(fā)生,人員暴露在火災(zāi)的熱輻射下,將會受到嚴(yán)重的傷害。池火災(zāi)通過熱輻射方式影響周圍環(huán)境，當(dāng)熱輻射強(qiáng)度足夠大時，可使周圍物體燃燒或變形，強(qiáng)烈的熱輻射可能燒毀設(shè)備，并造成人員傷亡。第一章池火災(zāi)由于油罐破裂或運(yùn)輸意外,造

池火災(zāi)實(shí)例

1999年，山西省某化工廠5000m3直徑為28.5米的汽油儲罐發(fā)生火災(zāi)，頂部塌陷后發(fā)展為池火災(zāi)，池液半徑為12.25m。頓時周圍一定范圍內(nèi)籠罩在強(qiáng)烈的熱輻射中。此事故造成16人死亡，百余人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失5千萬元，是一個典型的池火災(zāi)事故。池火災(zāi)實(shí)例池火災(zāi)事故后果分析方法

目前，對池火災(zāi)事故后果分析的方法大體有兩類：一類是經(jīng)驗(yàn)公式計算法這種計算方法方便實(shí)用，簡單易行，可以規(guī)律性地獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，便于掌握和預(yù)測油罐燃燒情況的總體情況。一類是FDS軟件模擬法

FDS(FireDynamicsSimulator)是美國國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)局（NIST）建筑火災(zāi)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的基于場模擬的火災(zāi)模擬軟件，該軟件采用先進(jìn)的大渦模擬技術(shù)，得到眾多實(shí)例驗(yàn)證，在火災(zāi)安全工程領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。池火災(zāi)事故后果分析方法目前，對池火災(zāi)事經(jīng)驗(yàn)公式計算法步驟經(jīng)驗(yàn)公式計算法步驟1.1.1燃燒速度的計算

由于燃燒速度極不穩(wěn)定且不斷變化，因此取燃燒中期平均燃燒速度為準(zhǔn)。不同直徑油罐液體表面上單位面積的燃燒速度為：式中：Vb———直線燃燒速度，mm/s；

D———油罐直徑，m。1.1.1燃燒速度的計算由于燃燒速度極不穩(wěn)定

直線燃燒速度與質(zhì)量燃燒速度的轉(zhuǎn)換利用公式：式中：V———質(zhì)量燃燒速度，kg/(m2·s)；

ρ———液體體積質(zhì)量，kg/m3。計算結(jié)果為：單位面積燃燒速度為0.0254kg/(m2·s)

直線燃燒速度與質(zhì)量燃燒速度的轉(zhuǎn)換利用公式1.1.2火焰高度計算當(dāng)液池為一個半徑r的圓形池時，火焰高度按下述公式計算：式中：h—火焰高度，m；

r—液池半徑，m，半徑為12.25m；

ρ0—周圍空氣的體積質(zhì)量，取值1.16kg/m3；

g—重力加速度，取值9.8m/s2。計算結(jié)果為：火焰高度可達(dá)22.41m（在大型火災(zāi)實(shí)驗(yàn)中，火焰形狀并不清晰，因?yàn)樵诨鹧嬷車嬖诖罅康臒?，所以上述火焰高度計算僅是理想情況下的估算值）。1.1.2火焰高度計算當(dāng)液池為一個半徑r的圓形池時，火焰高1.1.3液池燃燒時的總輻射量

液池燃燒時的總輻射量按下述公式計算：式中：Q—總輻射量，W；

η—效率因子，介于0.13至0.35之間;(根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對于大型油盤火災(zāi)，由于煙的屏蔽作用，使得輻射分?jǐn)?shù)隨著油盤直徑的增加而下降，該計算中取平均值0.24);Hc—最大發(fā)熱量，J/mol，取43728.8J/mol。計算結(jié)果為：由該式計算得總熱輻射量Q=61.9×103kW。1.1.3液池燃燒時的總輻射量液池燃燒時的總輻射量按1.1.4目標(biāo)入射熱輻射強(qiáng)度的計算

假設(shè)全部輻射熱量都由液池中心釋放出來，在距離液池中心點(diǎn)X（m）的某一點(diǎn)的入射熱輻射強(qiáng)度(目標(biāo)入射熱輻射強(qiáng)度)為：式中：I—入射熱輻射強(qiáng)度，W/m3；

tc—熱傳導(dǎo)系數(shù)，在無相對理想數(shù)據(jù)時，可取值1；

X—目標(biāo)點(diǎn)到火源（罐壁）的距離，m。1.1.4目標(biāo)入射熱輻射強(qiáng)度的計算假

上述目標(biāo)入射熱輻射強(qiáng)度公式，反映了熱輻射能量與受害目標(biāo)到火源距離之間的關(guān)系。當(dāng)入射熱輻射通量是一個定值時，可以計算出受害目標(biāo)與火源之間的傷害距離，參照輻射危害程度（表1），計算得到：當(dāng)I1=37.5kW/m2時,X1=11.4m；I2=25.0kW/m2時,X2=14.1m；I3=12.5kW/m2時,X3=19.9m；I4=4.0kW/m2時,X4=35.1m；I5=1.6kW/m2時,X5=55.5m。1.1.5對比熱輻射危害程度表上述目標(biāo)入射熱輻射強(qiáng)度公式，反映了熱輻熱輻射計算所得熱輻射曲線

熱輻射計算所得熱輻射曲線

FDS采用NIST的FDS火災(zāi)模擬器通過大渦模擬來進(jìn)行地面油罐火災(zāi)發(fā)展過程的可視化仿真。選取油罐為中心的100m3空間進(jìn)行模擬，持續(xù)燃燒20s，取以油罐中心橫截面來觀察熱輻射以及數(shù)據(jù)導(dǎo)出，經(jīng)Smokeview截圖可看出火焰不停變動但總體趨勢穩(wěn)定，故取中心截面火焰1/2高度處5~15s的平均值為導(dǎo)出數(shù)據(jù)（選取相同距離熱輻射最大值），Smokeview模擬視圖見圖1~3：圖1、2是FDS模擬油罐燃燒熱輻射的三維圖，圖2是包含煙氣情況下的輻射圖。圖3為熱輻射截面圖。1.2FDS模擬熱輻射計算FDS采用NIST的FDS火災(zāi)模擬器通圖1模擬油罐燃燒熱輻射的三維圖圖1模擬油罐燃燒熱輻射的三維圖圖2包含煙氣情況下的模擬油罐燃燒熱輻射的三維圖圖2包含煙氣情況下的模擬油罐燃燒熱輻射的三維圖圖3熱輻射截面圖模擬圖3熱輻射截面圖模擬熱輻射計算所得熱輻射曲線熱輻射計算所得熱輻射曲線經(jīng)驗(yàn)公式計算法與FDS軟件模擬計算法之比較

兩組數(shù)據(jù)對比可看出，計算數(shù)據(jù)更具有規(guī)律性，模擬數(shù)據(jù)具有多變性和不對稱性，但二者對于最大熱輻射強(qiáng)度的數(shù)值點(diǎn)的走向上是趨于一致的；通過對幾個重要數(shù)值點(diǎn)據(jù)在大部分時線完全擬合。結(jié)論：a)傳統(tǒng)計算方法方便實(shí)用，可以規(guī)律性地獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，便于掌握和預(yù)測油罐燃燒情況的總體情況。b)FDS模擬對于火焰的動態(tài)變化情況更具實(shí)際意義，同時在數(shù)值上對經(jīng)驗(yàn)公式起到補(bǔ)充和完善作用。c)通過兩種方法的結(jié)合，可以更全面準(zhǔn)確地掌握油罐燃燒的熱輻射強(qiáng)度數(shù)據(jù)，更準(zhǔn)確地預(yù)測油罐火災(zāi)的燃燒特性，對實(shí)戰(zhàn)具有重要的指導(dǎo)意義。經(jīng)驗(yàn)公式計算法與FDS軟件模擬計算法之比較表1輻射危害程度一覽表1輻射危害程度一覽案例分析

本例中危險單元為輸油管道，且無防護(hù)堤。假定泄漏的液體無蒸發(fā)、已充分蔓延且地面無滲透。泄漏量為1000kg，環(huán)境溫度為30℃。原油的性質(zhì)為：比重0.85~0.89；相對密度0.780~0.970（液）；閃點(diǎn)是6.67~32.22℃；自燃點(diǎn)350℃；爆炸極限1.1~6.4%（V）；沸點(diǎn)300~325℃；火焰溫度1100℃；熱值41870kJ/kg。案例分析本例中危險單元為輸油管道，且無防護(hù)第二章噴射火

噴射火事故后果分析中存在大量的不確定性,分析困難較大。本文是運(yùn)用噴射火焰對目標(biāo)的入射熱輻射強(qiáng)度計算模型,確定噴射火事故災(zāi)害損失面積,再根據(jù)城市街區(qū)平均人口密度和平均財產(chǎn)密度確定事故中人員傷亡數(shù)量和財產(chǎn)損失數(shù)量。在目前技術(shù)和管理水平下這種方法是一種較好的方法,并能為其他相關(guān)事故后果分析提供思路。第二章噴射火噴射火事故后果分析中存在大城市燃?xì)夤艿绹娚浠鹗鹿蕦?shí)例2003年，山東省濰坊市某輸送天然氣的中壓A級管道發(fā)生破裂，遇明火被點(diǎn)燃后發(fā)展為噴射火災(zāi)事故,造成了一定量的人員傷亡和財產(chǎn)損失。經(jīng)測定，管道內(nèi)燃?xì)鈮毫?.4MPa,外界大氣壓為1.01×105Pa,溫度為常溫，裂口為圓形,且面積約為0.4cm2。城市燃?xì)夤艿绹娚浠鹗鹿蕦?shí)例2003年，山噴射火事故后果分析步驟噴射火事故后果分析步驟2.1事故分析前假設(shè)

為了便于計算，首先我們把把整個噴射火看成是由沿噴射中心線上的所有點(diǎn)熱源組成，每個點(diǎn)熱源的熱輻射通量相等。（一般將噴射火焰看成由沿噴射中心線上的5個點(diǎn)熱源組成）2.1事故分析前假設(shè)為了便于計算，首先2.2燃?xì)庑孤┧俣鹊挠嬎惝?dāng)滿足時氣體流動屬于聲速流動，其泄漏速度為：當(dāng)滿足時，氣體呈亞聲速流動，其泄漏速度為：2.2燃?xì)庑孤┧俣鹊挠嬎惝?dāng)滿足備注：以上兩式中p0為環(huán)境壓力,Pa;p為管道內(nèi)燃?xì)鈮毫?Pa;k為氣體絕熱指數(shù)（即定壓比熱CP與定容比熱CV之比;Q0為泄漏速度,kg/s;Cd為氣體泄漏系數(shù)（當(dāng)裂口形狀為圓形時取1.00,三角形時取0.95,長方形時取0.90;M為氣體摩爾質(zhì)量,kg/Kmol;T為氣體溫度,K;A為裂口面積,m2;R為氣體常數(shù),J/mol·K。根據(jù)上述計算公式,則氣體流動屬于聲速流動,在常溫下其泄漏速度為Q0=0.868Kg/s備注：2.3熱輻射強(qiáng)度的計算

在將噴射火焰看成由沿噴射中心線上的5個點(diǎn)熱源組成的前提下。某點(diǎn)熱源i到距離該點(diǎn)x處某一目標(biāo)點(diǎn)的熱輻射強(qiáng)度為：式中：為點(diǎn)熱源i至目標(biāo)點(diǎn)z處的熱輻射強(qiáng)度，W/m2；為輻射率，一般取0.2；x為點(diǎn)熱源到目標(biāo)點(diǎn)的距離，m。2.3熱輻射強(qiáng)度的計算在將噴射火焰?zhèn)渥ⅲ河捎趯娚浠鸺僭O(shè)有5個點(diǎn)熱源，所以某點(diǎn)的入射熱輻射強(qiáng)度等于噴射火的全部點(diǎn)熱源對目標(biāo)的熱輻射強(qiáng)度的總和。同時又由于噴射火焰長度、形狀受到噴射速度、噴射口形狀和大小、風(fēng)速等多種因素影響。噴射火焰對目標(biāo)的熱輻射強(qiáng)度計算存在大量的不確定性，為簡化計算,假設(shè)噴射火沿噴射中心線的全部點(diǎn)火源集中在某一點(diǎn)處,如下圖所示。經(jīng)計算，熱輻射通量為48275.80J；所以單個熱源的熱輻射強(qiáng)度與距離的關(guān)系式為。備注：噴射火簡化模型所以，距離假設(shè)點(diǎn)熱源x處的目標(biāo)的入射熱輻射強(qiáng)度即為：總輻射強(qiáng)度與距離的關(guān)系是為：。噴射火簡化模型所以，距離假設(shè)點(diǎn)熱源x處的目標(biāo)的入射熱輻射強(qiáng)度2.4傷害面積的計算

火災(zāi)通過熱輻射的方式影響周圍環(huán)境,當(dāng)火災(zāi)產(chǎn)生的熱輻射強(qiáng)度足夠大時,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,表1中給出了不同熱輻射通量造成不同的損失。根據(jù)表1中不同損失入射通量的闕值,結(jié)合下述公式可以確定噴射火造成不同災(zāi)害的半徑和面積。2.4傷害面積的計算火災(zāi)通過熱輻射的方式影響表1輻射危害程度一覽表1輻射危害程度一覽傷害半徑：傷害面積：式中：I為熱輻射強(qiáng)度，W/m2；q為點(diǎn)熱源熱輻射通量，W；為輻射率，一般取0.2。傷害半徑：傷害面積：式中：I為熱輻射強(qiáng)度，W/m2；q為點(diǎn)熱O代表噴射火源；區(qū)域SR代表“操作設(shè)備全部損壞，人員1％死亡／l0s、100％死亡／1min”；區(qū)域So代表“在無火焰、長時間輻射下，木材燃燒；人員重大損傷／l0s、100％死亡／1min”；區(qū)域SY代表“有火焰時，木材燃燒，塑料熔化；人員1度燒傷／10s、l％死亡／1min”。

噴射火火災(zāi)危險區(qū)域的劃分O代表噴射火源；噴射火火災(zāi)危險區(qū)域的劃分噴射火事故后果分析結(jié)果為：以噴射火源為中心，以10.12米為半徑內(nèi)的SR=321.84m2的區(qū)域內(nèi)操作設(shè)備全部損壞，人員1％死亡／l0s、100％死亡／1min；在以噴射火源為中心，以10.12米到12.4米為半徑SO=160.92m2的環(huán)形范圍內(nèi)人員重大損傷／l0s、100％死亡／1min,在一噴射火源為中心，以12.4米到17.54米為半徑的SY=482.76m2的環(huán)形區(qū)域內(nèi)人員1度燒傷／10s、l％死亡／1min。噴射火事故后果分析結(jié)果為：2.5損失估算

城市燃?xì)廨斔筒煌陂L輸燃?xì)廨斔?城市燃?xì)夤艿辣椴汲鞘忻總€街區(qū),其人口密度和財產(chǎn)密度很大,事故一旦發(fā)生,極有可能造成重特大人員傷亡和財產(chǎn)損失。因此對城市燃?xì)夤艿绹娚浠馂?zāi)害進(jìn)行損失估計具有重要的實(shí)際意義。由于城市人口流動很大,交通狀況隨時間和街區(qū)的不同而不同,例如商業(yè)文化街、火車站、汽車站等區(qū)域人員密度很大;時間上,在上下班高峰期街道人員密度很大,而夜晚人員密度則很小。所以城市街區(qū)人員密度不易確定,但可以針對街區(qū)不同的實(shí)際情況通過成立調(diào)查小組進(jìn)行實(shí)地調(diào)查確定。調(diào)查街區(qū)人員密度可分三個時間段進(jìn)行:上下班時間(7∶00-9∶00、11∶00-13∶00、17∶00-19∶00)、白天其他時間(5∶00-7∶00、9∶00-11∶00、13∶00-17∶00、19∶00-21∶00)、夜晚時間(21∶00-5∶00)。最后可以將調(diào)查結(jié)果統(tǒng)計處理,得到各個時間段街區(qū)的人員密度。而街區(qū)管道周邊的財產(chǎn)密度也可以調(diào)查得到,不同的是財產(chǎn)密度趨于穩(wěn)定,受不確定性因素影響較小。值得注意的是財產(chǎn)密度應(yīng)包括路邊停放和路上行駛的車輛。2.5損失估算城市燃?xì)廨斔筒煌陂L輸燃?xì)廨斔?/p>

假設(shè)某市某街區(qū)經(jīng)調(diào)查三個時間段的平均人員密度分別為:ρ1、ρ1′、ρ1″(人/m2),財產(chǎn)密度為ρ2(元/m2)。根據(jù)下列公式可以計算噴射火事故財產(chǎn)損失程度和人員傷亡數(shù)量,具體公式如下:假設(shè)某市某街區(qū)經(jīng)調(diào)查三個時間段的平均人員密度N11、N11′、N11″分別表示三個時間段“人員1%死亡/10s、100%死亡/1min”;N12、N12′、N12″分別表示三個時間段“人員重大損傷/10s、100%死亡/1min”;N13、N13′、N13″分別表示三個時間段“人員1度燒傷/10s、1%死亡/1min”。但在一般情況下人員可以及時遠(yuǎn)離噴射火焰,不會造成死亡。L1、L2分別表示全部財產(chǎn)、部分財產(chǎn)損失。N11、N11′、N11″分別表示三個

經(jīng)對此事故發(fā)生后的調(diào)查，此事故發(fā)生在上午10點(diǎn)，不屬于上班高峰期，再加上事故發(fā)生地點(diǎn)遠(yuǎn)離鬧市區(qū)，沒有造成人員的重大傷亡，僅有部分人員輕度燒傷。事故發(fā)生地的財產(chǎn)密度為10萬元/m，所以最終得出全部損失的財產(chǎn)為3218.4萬元，部分損失的財產(chǎn)為1609.2萬元。經(jīng)對此事故發(fā)生后的調(diào)查，此事故發(fā)生在上午噴射火事故后果分析總結(jié)

噴射火事故后果分析受到大量不確定性因素的影響,例如管道裂口面積、噴射火焰長度和形狀、平均人員密度、平均財產(chǎn)密度、氣候條件等。盡管這些不確定因素對后果分析造成偏差,但在目前技術(shù)和管理水平下本文所提出的后果分析計算方法不失是一種較好的方法,可以為城市燃?xì)夤艿里L(fēng)險評估提供重要依據(jù)。噴射火事故后果分析總結(jié)噴射火事故后果分析案例計算利用該模型計算甲烷泄漏所造成的噴射火災(zāi)害后果：估計泄漏口的孔徑為0.02m，管道內(nèi)絕對壓力為15個大氣壓，折合1.52×106Pa。環(huán)境溫度為300K，相對濕度50%，火焰溫度為2000K。甲烷分子量為16.04，空氣分子量為29，甲烷在空氣中含量約為9.8%。案例計算利用該模型計算甲烷泄漏所造成的噴射火球

裝有過熱可燃液體的儲存罐或工藝容器突然失效,將導(dǎo)致液體泄露。由于儲罐或容器中的壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于大氣壓,內(nèi)部的液體將快速噴到空中,并有一部分氣體幾乎在瞬間變?yōu)闅怏w,并且迅速膨脹,形成一個由可燃液體蒸氣、沒有氣化的液體的液滴以及空氣組成的蒸氣云。此蒸氣云被點(diǎn)燃即會形成火球?；鹎蜓b有過熱可燃液體的儲存罐或工藝容器突

火球迅速增大到最大,由于火球釋放的熱量使其內(nèi)部的液體蒸發(fā)而導(dǎo)致火球變輕并離開地面,直到將其內(nèi)部燃料燒完。在短短的燃燒過程中,火球可以釋放出大量的輻射能,而且會在比它本身大好幾倍的范圍內(nèi)引起人員傷亡和財產(chǎn)損失。因此,在對工藝容器或過熱可燃液體的儲存罐進(jìn)行風(fēng)險分析的時候,建立一個精確的火球熱輻射后果模型,以對其進(jìn)行精確的定性定量分析具有重要的現(xiàn)實(shí)意義?；鹎蜓杆僭龃蟮阶畲?由于火球釋放的熱量火球事故后果分析方法

目前，對火球的分析方法包括兩類：一類是靜態(tài)模型分析法此方法將火球簡單地看為一件靜態(tài)事件,一個有固定的大小,在一個固定位置的火球以一個固定的速率釋放能量，而忽略了火球產(chǎn)生過程中的變化，從而使其分析結(jié)果產(chǎn)生偏差。一類是動態(tài)模型分析法此方法考慮到了火球本身所具有的產(chǎn)生、燃燒擴(kuò)大、抬升以及最后消失的動態(tài)過程，從而能夠更加準(zhǔn)確的對火球事故進(jìn)行分析?；鹎蚴鹿屎蠊治龇椒壳埃瑢鹎虻姆治龇交鹎蚴鹿蕦?shí)例

某液化石油氣碼頭包括3000T級液化石油氣專用碼頭和12臺容積為100m3

的臥式液化石油氣貯罐。液化石油氣是由丙烷、丁烷等碳?xì)浠衔锛訅阂夯囊环N高熱值(45144~45980kJ/kg)的燃料。經(jīng)測定本港區(qū)的液化石油氣密度為0.16kg/L。主要工藝設(shè)計參數(shù):設(shè)計壓力11765MPa,設(shè)計溫度50oC,充滿系數(shù)85%,安全泄壓閥定值116MPa。由于某次操作失誤，儲罐區(qū)的1個100m3

儲罐發(fā)生泄漏（泄漏百分比為10%）并引發(fā)火球,對周圍人員及財產(chǎn)造成了重大的傷害。火球事故實(shí)例某液化石油氣碼頭包括300火球靜態(tài)模型分析法火球靜態(tài)模型分析法3.1.1火球半徑的計算公式為式中：R——火球半徑（m）；

W——火球中消耗的可燃物質(zhì)能量。對于單罐儲存，W取罐容量的50%；對于雙罐儲存，W取罐容量的70%；對于多罐儲存，W取罐容量的90%。3.1.1火球半徑的計算公式為3.1.2火球持續(xù)時間的計算公式式中：t——火球持續(xù)時間；

W——火球中消耗的可燃物質(zhì)的量。3.1.2火球持續(xù)時間的計算公式3.1.3目標(biāo)接受到的熱輻射通量的計算公式根據(jù)上式，就可以計算出火球周圍地區(qū)不同距離處的熱輻射通量值，從而確定熱輻射通量的分布。式中：q(r)——對目標(biāo)的熱輻射通量（kW/m2）；

E——火球表面輻射通量（kW/m2）。對于柱狀、臥式和立式儲罐，E取270kW/m2，對于球罐，E取200kW/m2；

R——火球半徑；

r——目標(biāo)與評價對象之間的地面水平距離。3.1.3目標(biāo)接受到的熱輻射通量的計算公式3.1.4目標(biāo)接受到的熱量的計算公式為式中：Q(r)——目標(biāo)接受到的熱量（J/m2）；

q(r)——目標(biāo)接受到的熱輻射通量。由上式可以看出，目標(biāo)接受到的熱量與其接收到的熱輻射通量和暴露時間均成正比。暴露時間越長，則其接收到的熱量越多，受到的損傷也越大。3.1.4目標(biāo)接受到的熱量的計算公式為火球動態(tài)模型分析法步驟火球動態(tài)模型分析法步驟Martinsen和Marx對TNO的經(jīng)驗(yàn)公式稍做修正之后,提出火球持續(xù)時間td

為式中M為火球內(nèi)燃料質(zhì)量,kg。帶入數(shù)據(jù)可