化工安全工程課件-2

化工(huàgōng)安全工程化學(huàxué)工程學院精品資料圖4-1后果(hòuguǒ)分析程序第五章：毒物泄漏(xièlòu)及擴散模型精品資料第五章：毒物(dúwù)泄漏及擴散模型主要內容：有毒物質泄漏及擴散模型的意義[P.107頁前言]、步驟(bùzhòu)、作用擴散影響參數(shù)中性浮力擴散模型Pasquill-Gifford模型重氣擴散：需增加一部分內容毒性作用標準多個標準（P123頁）例子釋放動量和浮力的影響釋放緩解精品資料前言(qiányán)（P107）：1、有毒物質泄漏擴散模型的意義事故期間，過程單元或設備釋放出大量有毒物質，所有形成的危險氣云可能傳播到整個工廠區(qū)域和當?shù)厣鐓^(qū)。重大化學品事故（如Bhopal）的發(fā)生及后果，使人們意識到應急計劃的重要性及將工廠設計(shèjì)成毒物釋放事故發(fā)生最少、事故后果最小化的重要性。好的安全計劃應能在事故發(fā)生前確定問題所在?；瘜W工程師、安全工程師必須了解毒物釋放的所有可能情況，以避免釋放事故；若發(fā)生毒物釋放，盡可能降低其影響及影響區(qū)域。需要毒物釋放模型，描述其遷移轉化過程規(guī)律。精品資料前言(qiányán)（P107）：2、作用毒物釋放和擴散模型是后果(hòuguǒ)模擬步驟的重要部分；是應急管理、應急響應、應急決策的基礎。3、步驟-三步確定泄漏事件、泄漏源（第4章介紹了7種泄漏源模型）建立源模型，對事故釋放、釋放速率、釋放量等進行描述。應用擴散模型估算下方向有毒有害物質的濃度，并由此根據(jù)一些準則來評估釋放的后果(hòuguǒ)及影響。（5.4節(jié)）精品資料5.1擴散(kuòsàn)影響參數(shù)（P107）擴散模型用于描述事故釋放后由釋放源開始(kāishǐ)向其他地點及大范圍區(qū)域的大氣輸送過程。釋放發(fā)生后，大氣中的毒害物質在風作用下以煙羽方式（連續(xù)源，圖5-1）、或云團方式（瞬時源，圖5-2）帶走。精品資料1.風圖5-1物質(wùzhì)連續(xù)泄漏形成煙羽物質連續(xù)(liánxù)泄漏形成煙羽精品資料1.風圖5-2物質瞬時泄漏(xièlòu)形成煙團物質瞬時(shùnshí)泄漏形成煙團精品資料5.1擴散影響(yǐngxiǎng)參數(shù)（P107）多個因素影響著毒害物質(wùzhì)在大氣中的擴散：風速；大氣穩(wěn)定度；地形條件（建筑物、地面類型、地面構筑物）；釋放源離地面的高度；釋放的初始動量和浮力。精品資料2.大氣(dàqì)穩(wěn)定度（P108）大氣穩(wěn)定度與空氣的垂直混合有關，晝間，空氣溫度隨高度增加而下降，地面處受熱密度(mìdù)變?。ㄕ趄v），空氣向上運動；夜晚，空氣溫度隨高度增加下降不多，垂直運動較少。圖5-3，晝間和夜間空氣溫度隨高度的變化，溫度梯度影響空氣的垂直運動夜間晝間精品資料2.大氣(dàqì)穩(wěn)定度（P108）穩(wěn)定度劃分：不穩(wěn)定、中性和穩(wěn)定劃分標準：對地面加熱速度與地面散熱速度相對快慢不穩(wěn)定：加熱速度＞地面散熱速度地面附近的空氣溫度比高處的空氣溫度高，地表附近空氣的密度小，上層空氣密度大，密度小的空氣在這種浮力作用下上升，導致大氣不穩(wěn)定。[晴天上午9、10點后，肉眼會觀測到地表升騰；春秋早晨水霧消散]。中性：加熱速度=散熱速度。熱量(rèliàng)對大氣擾動很小，但很難長久保持。穩(wěn)定：加熱速度＜散熱速度。地面附近的溫度比高處空氣的溫度低，地表附近空氣密度大于高處空氣的密度。重力影響抑制了大氣機械湍流。精品資料3.地面(dìmiàn)條件（P109）地面條件通過(tōngguò)對大氣施加曳力（摩擦力）改變風速分布及大小。平坦的地面、水面等曳力小。高層建筑、密集建筑群等曳力比較大。圖5-3地面情況對垂直風速梯度的影響

地面條件：影響地表的機械混合和隨高度變化的風速

精品資料4.釋放(shìfàng)高度隨著(suízhe)泄漏高度的增加，煙羽達到地面的時間和距離均增加；此外，煙羽到達地面時的濃度也會更低，原因是煙羽被更多的稀釋。圖5-5泄漏高度增加地面濃度降低對地面濃度的影響很大。釋放高度越大，地面濃度越低。L2L1H1H2。精品資料5.釋放物質的浮力(fúlì)和動量釋放物質的浮力和動量改變了泄漏的有效高度；釋放物質的物化性質決定了擴散影響(yǐngxiǎng)的區(qū)域和程度。內部浮力占支配地位轉變區(qū)周圍環(huán)境湍流占支配地位初始加速和稀釋風源圖5-6泄漏物質的初始動量和浮力影響煙羽的特性噴射氣體動量將氣體帶到釋放點上方高處，使有效釋放高度更高。氣體噴出后根據(jù)氣體物化性質（ρ，μ，D

）等導致氣體是（上浮還是下沉）及其快慢。經(jīng)過一定時間在空氣里傳播后，釋放的氣體被充分稀釋混合，與局部大氣環(huán)境物化性質一致，變?yōu)橹行愿×怏w。精品資料5.釋放(shìfàng)物質的浮力和動量噴泉(pēnquán)

精品資料5.2中性浮力擴散(kuòsàn)模型（P110）中性浮力擴散模型用來估算釋放后所釋放出的氣體與空氣混合，并導致混合氣體具有中性浮力后下風向各處的濃度；適用于低濃度氣體，如濃度10-6量級。見圖5-1和5-2給出了兩種中性浮力蒸氣云擴散模型：煙羽（連續(xù)源釋放）和煙團模型（瞬時釋放）。煙團模型可用來描述煙羽；對涉及動態(tài)煙羽的研究（如風向變化），須使用煙團模型。濃度隨釋放時間、風速(fēnɡsù)和釋放距離變化的公式：（5-7）Kj：漩渦擴散率（湍流擴散系數(shù)），取決于大氣湍流程度、地形條件等

對式（5-9）可給定適當?shù)某跏紬l件（t=0的條件）和邊界條件（釋放到大氣后一定距離處濃度不受釋放源影響的大氣條件，如離源50m、100m處不受影響），作為擴散模型的理論基礎。j假設空氣不可壓縮（5-9）精品資料圖5-7：風作用下連續(xù)點源泄露(xièlòu)（煙羽）x：風向；y：橫風向；z：垂直風向5.2中性(zhōngxìng)浮力擴散模型精品資料圖5-8風作用下煙團隨風(suífēnɡ)的移動x：風向；y：橫風向；z：垂直風向5.2中性浮力(fúlì)擴散模型精品資料5.2中性(zhōngxìng)浮力擴散模型：處理（P111）

A：采用湍流擴散系數(shù)Kj的情形CASE-1：無風情況(qíngkuàng)下、穩(wěn)態(tài)、連續(xù)點源釋放穩(wěn)態(tài)：湍流擴散系數(shù)不變（所有方向上）邊界條件：質量釋放速率不變：無風：邊界條件：邊界條件：（5-16）（5-10）精品資料5.2中性浮力擴散模型：處理（P112）

A：采用(cǎiyòng)湍流擴散系數(shù)Kj的情形CASE-2：無風煙(fēnɡyān)團擴散湍流擴散系數(shù)不變（所有方向上）邊界條件：煙團釋放，即一定量的物質瞬間釋放無風：（5-20）（5-17）精品資料5.2中性浮力擴散模型(móxíng)：處理

A：采用湍流擴散系數(shù)Kj的情形CASE-3：無風情況下的非穩(wěn)態(tài)連續(xù)(liánxù)點源釋放質量釋放速率不變：湍流擴散系數(shù)不變（所有方向上）無風：初始條件：邊界條件：（5-17）（5-22）精品資料湍流(tuānliú)擴散系數(shù)不變（所有方向上）質量(zhìliàng)釋放速率不變：5.2中性浮力擴散模型：處理（P113）

A：采用湍流擴散系數(shù)Kj的情形CASE-4：有風情況下的穩(wěn)態(tài)連續(xù)點源釋放

風沿一個方向如x方向：邊界條件：沿煙羽中心線

（5-23）（5-24）（5-27）精品資料5.2中性(zhōngxìng)浮力擴散模型：處理CASE-5：無風時的煙團。湍流(tuānliú)擴散系數(shù)是各向異性煙團釋放，湍流擴散系數(shù)不同（所有方向上）邊界條件：無風：A：采用湍流擴散系數(shù)Kj的情形

（5-28）（5-29）精品資料5.2中性浮力擴散模型：處理（P114）

A：采用湍流(tuānliú)擴散系數(shù)Kj的情形CASE-6：有風情況下穩(wěn)態(tài)連續(xù)(liánxù)點源釋放。湍流擴散系數(shù)各向異性連續(xù)釋放，

風沿一個方向如x方向：邊界條件：與CASE-4相同

沿煙羽中心，

（5-30）（5-31）（5-32）精品資料5.2中性浮力(fúlì)擴散模型：處理

A：采用湍流擴散系數(shù)Kj的情形CASE-7：有風下的煙團煙團釋放，各方向湍流擴散系數(shù)不同，風沿x方向：邊界條件：與CASE-5相同(xiānɡtónɡ)，但有風（5-33）精品資料5.2中性浮力擴散模型(móxíng)：處理

A：采用湍流擴散系數(shù)Kj的情形CASE-8：釋放(shìfàng)源在地面上的無風時的煙團與CASE-5相同，但釋放源在地面。地面代表不能滲透的條件，因此濃度是CASE-5的兩倍

（CASE-5）（5-34）精品資料5.2中性浮力擴散模型：處理

A：采用(cǎiyòng)湍流擴散系數(shù)Kj的情形CASE-9：釋放(shìfàng)源在地面上的穩(wěn)態(tài)煙羽與CASE-6相同，但釋放源位于地面，如圖5-9所示。地面不能滲透。結果是濃度應是CASE-6的濃度的2倍

（CASE-6）（5-35）精品資料5.2中性浮力(fúlì)擴散模型：處理

A：采用湍流擴散系數(shù)Kj的情形CASE-10：連續(xù)的穩(wěn)態(tài)源。釋放(shìfàng)源在地面上方高度Hr高度連續(xù)釋放，

風沿一個方向如x方向：邊界條件：精品資料5.2中性(zhōngxìng)浮力擴散模型：處理

A：采用湍流擴散系數(shù)Kj的情形CASE-10：連續(xù)的穩(wěn)態(tài)源。釋放(shìfàng)源在地面上方Hr高度對此種情形，地面起著距釋放源Hr處的不能滲透的邊界作用

。若，簡化為釋放源在地面上的情況

（5-36）精品資料5.2中性(zhōngxìng)浮力擴散模型：處理（P115）

B：簡便有效的處理方法對于(duìyú)上面10種情形都依賴于Kj。一般Kj隨位置、時間、風速和天氣情況而變。湍流擴散系數(shù)這一方法是在理論上可行，但實際上不方便，且不能提供有效的關系式。[問題！]精品資料5.2中性浮力擴散模型(móxíng)：處理

B：簡便有效的處理方法解決辦法：1、Sutton提出(tíchū)了解決辦法，引入新的擴散系數(shù)定義。下風向：側風向：垂直風向：（5-37）

這些值比湍流擴散系數(shù)更易由實驗確定。Pasquill-Gifford模型：精品資料5.2中性浮力擴散模型：處理(chǔlǐ)

B：簡便有效的處理(chǔlǐ)方法解決辦法：2、擴散系數(shù)是大氣(dàqì)情況及釋放源下風向距離的函數(shù)：大氣情況：根據(jù)六種不同的穩(wěn)定度等級進行分類，見表5-1。表5-1Pasquill-Gifford的擴散模型的大氣穩(wěn)定度等級表面風速（m/s）晝間日照夜間條件強適中弱薄云層或大于4/8低沉的云≤3/8朦朧＜22～33～44～6＞6AA～BBCCA～BBB～CC～DDBCCDDFEDDDFFEDD精品資料穩(wěn)定度等級依賴于風速和日照程度。白天，風速的增加導致(dǎozhì)較高的穩(wěn)定度(A>B>C>D>E>F)；夜晚則相反。原因是從白天到夜晚，垂直方向上溫度變化引起的。對連續(xù)源的擴散系數(shù)σy和σz，由圖5-10，5-11給出。表5-2為相應關系式。為給出σx的值，假設：σx=σy5.2中性浮力擴散(kuòsàn)模型：處理

B：簡便有效的處理方法解決辦法：精品資料5.2中性浮力擴散模型(móxíng)：處理

B：簡便有效的處理方法解決辦法：圖5-10泄漏(xièlòu)位于農村時P-G煙羽模型的擴散系數(shù)x精品資料5.2中性(zhōngxìng)浮力擴散模型：處理

B：簡便有效的處理方法解決辦法：圖5-11泄漏(xièlòu)位于城市時P-G煙羽模型的擴散系數(shù)精品資料5.2中性浮力擴散模型(móxíng)：處理

B：簡便有效的處理方法解決辦法：表5-2煙羽擴散(kuòsàn)的Pasquill-Gifford模型擴散(kuòsàn)系數(shù)Pasquill-Gifford穩(wěn)定度等級/m/m農村條件ABCDEF城市條件A～BCDE～F精品資料煙團釋放的擴散系數(shù)σy和σz由圖5-12給出，關系式見表5-3。煙團的擴散系數(shù)是基于有限數(shù)據(jù)得到的，不夠(bùgòu)精確。5.2中性浮力擴散模型：處理

B：簡便有效(yǒuxiào)的處理方法解決辦法：精品資料5.2中性浮力(fúlì)擴散模型：處理

B：簡便有效的處理方法解決辦法：圖5-12P-G煙團模型(móxíng)的擴散系數(shù)精品資料5.2中性浮力擴散模型：處理

B：簡便(jiǎnbiàn)有效的處理方法解決辦法：表5-3煙團擴散(kuòsàn)的Pasquill-Gifford模型擴散(kuòsàn)系數(shù)Pasquill-Gifford穩(wěn)定度等級/m或/m/mPasquill-Gifford穩(wěn)定度等級/m或/m/mABCDEFPasquill由式（5-37）重新得到了CASE-1～CASE-10的方程。即眾所周知的Pasquill-Gifford模型精品資料5.2中性(zhōngxìng)浮力擴散模型：處理

B：簡便有效的處理方法CASE-11：地面上瞬時點源的煙團，坐標系固定在釋放點，風速恒定為u，風向(fēngxiàng)僅沿x方向（5-38）

氣云中心濃度可令x=ut,y=z=0（5-41）

地面上沿x軸的濃度可令y=z=0,得到（5-40）

精品資料5.2中性(zhōngxìng)浮力擴散模型：處理

B：簡便有效的處理方法CASE-13：位于地面Hr高處(ɡāochǔ)的連續(xù)穩(wěn)態(tài)源的煙羽風向沿x軸，風速恒定為u（5-49）

CASE-12：地面上的連續(xù)穩(wěn)態(tài)源的煙羽，風向沿x軸，風速恒定為u（5-46）

精品資料5.2中性浮力擴散模型：處理(chǔlǐ)

B：簡便有效的處理(chǔlǐ)方法（5-58）

CASE-15：位于地面Hr高處的瞬時點源的煙團，坐標系位于地面的釋放(shìfàng)點處，風向沿x軸，風速恒定為u（5-54）

CASE-14：位于地面Hr高處的瞬時點源的煙團，坐標系位于地面并隨煙團移動精品資料5.3重氣擴散(kuòsàn)（P120）一、重氣：氣體(qìtǐ)密度大于周圍空氣密度的氣體(qìtǐ)。圖片一：圖片一

X-Z平面上濃度等值線圖，Y=0.0m,t=5.0s精品資料5.3重氣擴散(kuòsàn)圖片(túpiàn)二：圖片二X-Z平面上濃度等值線圖，Y=0.0m,t=10.0s精品資料5.3重氣擴散(kuòsàn)圖片(túpiàn)三：圖片三X-Z平面上濃度等值線圖，Y=0.0m,t=15.0s精品資料5.3重氣擴散(kuòsàn)圖片(túpiàn)四：圖片四X-Z平面上濃度等值線圖，Y=0.0m,t=20.0s精品資料5.3重氣擴散(kuòsàn)圖片(túpiàn)五：圖片五X-Z平面上濃度等值線圖，Y=0.0m,t=30.0s精品資料5.3重氣擴散(kuòsàn)二、重氣云擴散特點：①重氣云釋放后，可能在垂直和水平方向上形成尺寸相近的氣云（源附近）；②重氣云在重力影響(yǐngxiǎng)下向地面沉降，高度減小，水平范圍擴大；③在重力作用下，氣云向周圍空氣擴散而被稀釋；④空氣經(jīng)垂直方向和水平方向進一步卷吸，氣云高度略增加；⑤充分稀釋后，大氣湍流超過重力影響(yǐngxiǎng)而居支配地位，顯示出典型高斯擴散特征。精品資料5.3重氣擴散(kuòsàn)某城郊冶煉廠18根煙囪不分晝夜排放廢氣上萬居民生活在濃煙中（2004年07月22日來源：貴州都市報）硅錳冶煉釋放的黃褐色濃煙中,含有大量粉塵,濃煙升上天空(tiānkōng)后,粉塵很快會沉到地面。精品資料5.3重氣擴散(kuòsàn)（P121）三、重氣擴散的Britter-Mcquaid模型1、模型建立：通過量綱分析和對現(xiàn)有重氣云的擴散數(shù)據(jù)進行關聯(lián)后建立的。2、適用條件：對瞬時源或連續(xù)源地面重氣釋放都適用；因主要對偏遠鄉(xiāng)村地區(qū)地形（即平坦、開闊地形）的實驗數(shù)據(jù)關聯(lián)，故僅適用于那些類型條件下的釋放；不能解釋如釋放高度、地面粗糙度和風速的影響。3、應用條件：需給定(ɡěidìnɡ)初始氣云體積、初始煙羽體積流量、釋放持續(xù)時間、初始氣體密度，及10m高處的風速、下風向距離和周圍氣體密度。精品資料5.3重氣擴散(kuòsàn)4、應用步驟⑴等溫條件1.確定重氣模型是否適用。初始(chūshǐ)氣云浮力定義為：（5-59）

g0：初始浮力系數(shù)；g：重力加速度；ρ0：泄露物質的初始密度；ρa：周圍大氣的密度。重氣：ρ0>ρa，g0>0,下沉；g0<0，上浮。精品資料5.3重氣擴散(kuòsàn)（5-64）

2.連續(xù)源或瞬時源的區(qū)分(qūfēn)準則

：泄露持續(xù)時間；x為下風向的距離判為連續(xù)重氣釋放（煙羽）；可采用兩種模型但取最大濃度結果，瞬時釋放（煙團）；精品資料5.3重氣擴散(kuòsàn)b)瞬時(shùnshí)釋放的特征源尺寸（煙團）（5-60）

Di:為瞬時源的特征源尺寸[i:instantaneous],V0為泄露的初始體積Dc：特征源尺寸，q0：重氣擴散的初始煙羽體積流量，m3/s；u：10m高處的風速,m/s。[c:continuous]（5-61）

3.確定特征源尺寸：a)連續(xù)釋放的特征源尺寸(煙羽)精品資料5.3重氣擴散(kuòsàn)④對厚重氣云判據(jù)如下：a：連續(xù)釋放(shìfàng)b:瞬時釋放(shìfàng)（5-62）

（5-63）

若滿足這些準則，可用圖5-13和5-14來估算下風向的濃度；表5-4和5-5給出了圖中關系的表達式精品資料5.3重氣擴散(kuòsàn)精品資料5.3重氣擴散(kuòsàn)精品資料5.3重氣擴散(kuòsàn)精品資料5.3重氣擴散(kuòsàn)（P123）⑵非等溫釋放：B-M模型推薦了兩種不同的計算方法處理一：對初始(chūshǐ)濃度進行修正（見例5-3）處理二：不考慮傳熱的影響，釋放物質與周圍環(huán)境氣體溫度相平均精品資料5.4毒性(dúxìnɡ)作用標準（P123）一、問題提出：通過擴散計算得到濃度后，需要判斷什么樣的濃度水平具有危險性？如何利用第二章的閾限值來確定不同的危險性水平范圍？方法1：采用第2章的概率模型，考慮毒物濃度瞬時變化的效應，但僅對少數(shù)化學物質有效，且這些模型結果變化范圍較大方法2：簡化方法，即指定一些毒害物濃度標準，假設個人(gèrén)暴露于超過該濃度標準的環(huán)境中就有危險精品資料5.4毒性(dúxìnɡ)作用標準（P123）圖片(túpiàn)六初始隔離和防護區(qū)示意圖初始隔離區(qū)是指發(fā)生事故時，公眾生命可能受到威脅的區(qū)域。是以泄漏源為中心的一個圓周圍域，周圍的半徑即為初始隔離距離。該區(qū)域只允許少數(shù)消防特勤官兵和搶救隊伍進入。防護區(qū)是指下風向有毒害氣體、蒸氣、煙霧或粉塵可能影響的區(qū)域，泄漏源下風向的正方形區(qū)域。正方形的邊長即為下風向疏散距離。該區(qū)域內如果不進行防護，則可能使人致殘或產生嚴重的或不可逆的健康危害，應疏散公眾，禁止未防護人員進入或停留。精品資料5.4毒性作用(zuòyòng)標準圖片(túpiàn)七控制區(qū)分布示意圖精品資料5.4毒性(dúxìnɡ)作用標準熱區(qū)(紅區(qū)，限制區(qū))：該區(qū)域是直接接近泄漏源的區(qū)域，在其邊界應該設有明顯的標志，將其與其外的區(qū)域區(qū)別(qūbié)開來。在此區(qū)域內的主要任務是進行人員疏散,區(qū)域內不執(zhí)行洗消和傷員救護。只有受過正規(guī)訓練和有特殊裝備的應急處置人員才能夠在這個區(qū)域作業(yè)。所有進入這個區(qū)域的人員必須在安全人員和指揮者的控制下工作，還應設定一個可以在緊急情況下得到后援人員幫助的緊急入口。精品資料5.4毒性作用(zuòyòng)標準暖區(qū)(黃區(qū)，除污區(qū))：是進行人員和設備洗消(xǐxiāo)及對熱區(qū)實施支援的區(qū)域。該區(qū)域設有進入熱區(qū)的通道入口控制點和清洗控制通道。一般應設有兩種清洗通道，分別用于處理傷亡人員和穿戴防護服的救援人員。只有受過訓練的凈化人員和安全人員才可以在該區(qū)工作。精品資料5.4毒性作用(zuòyòng)標準冷區(qū)(綠區(qū)，支援區(qū))：冷區(qū)內設有指揮所，并具有一些必要的控制事故的功能。該區(qū)域是安全的，只有應急人員和必要的專家(zhuānjiā)才能在該區(qū)域停留。精品資料5.4毒性作用(zuòyòng)標準（P123）二、標準和方法：政府機構(jīgòu)和非官方協(xié)會發(fā)布了很多標準1、ERPGs：污染空氣的應急反應計劃指南；由工業(yè)界提出，由美國工業(yè)衛(wèi)生協(xié)會AIHA出版[EmergencyResponsePlanningGuidelines]⑴ERPG-1：空氣中最高濃度，低于該值下，幾乎所有人都可暴露于其中1h，除了輕微的短暫的對身體危害或明顯氣味外，沒有其他影響。精品資料5.4毒性(dúxìnɡ)作用標準⑵ERPG-2：空氣中最高濃度，若低于該值，幾乎所有人都能在其中暴露1h，除逐步顯示出不可逆或嚴重的健康危害，或削弱人員采取保護行動的能力，而沒有其他影響⑶ERPG-3：空氣中最高濃度，若低于該值，幾乎所有人在其中暴露1h，會逐步顯示出危機生命健康的影響AIHA獲得了47個化學物質的ERPGs；且逐步校驗(xiàoyàn)，更新和擴充。ERPGs正逐漸成為企業(yè)/政府的標準。精品資料表5-6緊急響應計劃指南(ERPGs)(凡無注明(zhùmínɡ)，單位均為10-6)5.4毒性(dúxìnɡ)作用標準化學物質ERPG-1ERPG-2ERPG-3化學物質ERPG-1ERPG-2ERPG-3氨252001000甲醛11025氯氣1320乙醛102001000氯化氫320100甲醇20010005000硫化氫0.130100苯501501000氰化氫NA1025氯苯11025氟化氫2050苯酚1050200光氣NA0.21甲苯503001000二氧化氯0.3315甲硫醇0.00525100溴0.215乙酸乙烯575500四氯化鈦5mg/m320mg/m3100mg/m3苯乙烯502501000精品資料5.4毒性作用(zuòyòng)標準2、IDLH濃度標準[ImmediatelyDangeroustoLifeandHealth]由NIOSH（國家職業(yè)安全與健康研究院）發(fā)布了常見工業(yè)氣體急性毒性測量IDLH濃度。⑴IDLH定義為：“暴露于污染物，此暴露很可能引起死亡，或直接的或后來的永遠不可逆的健康影響，或妨礙人員從暴露環(huán)境中逃離”。⑵IDLH值也考慮了急性中毒反應，如嚴重的眼部刺激、逃生障礙(zhàngài)等。IDLH標準是某一最大濃度，超過該濃度后，所有未防護的人員必須離開該區(qū)域；超過該濃度后，必須提供高度可靠的人員保護設備裝置。精品資料5.4毒性(dúxìnɡ)作用標準⑶IDLH值是為保護眾多人員而制定的（未考慮敏感人群），必須根據(jù)敏感人群進行調整、例如對老人、殘障人員或病人等需要調整。⑷目前已有380種化學物質的IDLH數(shù)據(jù)。對可燃蒸汽，IDLH濃度定義為可燃下限（LIL）濃度的10%。但IDLH標準尚未被公認(gōngrèn)，且關于該值的文件資料很少。精品資料5.4毒性(dúxìnɡ)作用標準3、EEGL標準[EmergencyExposureGuidelineLimits]由美國國家研究委員會的毒物學家制定，目前對44種化學物給出了EEGL⑴EEGL定義：在緊急情況下，人們持續(xù)暴露其中1～24h并完成指定任務所能接受的氣體、蒸汽或煙霧的濃度。⑵應用：暴露于EEGL濃度中可能產生瞬間刺激，或中樞神經(jīng)系統(tǒng)受影響，但不應(bùyīnɡ)（產生持續(xù)影響或削弱完成任務能力的）影響精品資料5.4毒性作用(zuòyòng)標準⑶SPEGL：一般公眾可接受(jiēshòu)的暴露濃度使用SPEGL需考慮不同敏感類型人群對暴露的反應。⑷EEGL和SPEGL值見表5-7。EEGL和SPEGL相對IDLH的優(yōu)勢在于：SPEGL考慮了對敏感人群的影響；EEGL和SPEGL是針對一些不同的持續(xù)時間而提出的。精品資料表5-7緊急暴露指導(zhǐdǎo)標準(EEGLs)(凡無注明，單位均為10-6)5.4毒性作用(zuòyòng)標準化學物質1小時EEGL24小時EEGL來源化學物質1小時EEGL24小時EEGL來源氨100NRCVII丙酮85001000NRCI氯氣30.5NRCII丙烯醛0.050.01NRCI氯化氫2020NRCVII甲醇20010NRCIV硫化氫10NRCIV苯502NRCVI一氧化碳40050NRCIV三氯乙烯2×10-81×10-8NRCVIII二硫化碳50NRCI甲基苯肼0.240.01NRCV光氣0.20.02NRCII甲苯200100NRCVII二氧化氮10.04NRCIV二甲苯200100NRCII氟7.51NRCI環(huán)氧乙烷201NRCVI水銀（蒸汽）0.2mg/m3NRCI乙二醇4020NRCIV精品資料5.4毒性(dúxìnɡ)作用標準4、ACGIH的閾限值—TLV-STEL和TLV-CACGIH（美國政府工業(yè)衛(wèi)生聯(lián)合會）的TLV-STEL、TLV-C等可作為基準。這些閾限值用于保護人員免受來自化學物暴露的急性影響（如刺激和麻醉(mázuì)）。這些標準可用于毒性氣體擴散，但他們是為人員暴露設計的，故結果比較保守。精品資料5.4毒性(dúxìnɡ)作用標準（P126）5、OSHA的PEL值。具有法律效力[PermissibleExposureLimit]PEL標準同針對TLV-TWA的ACGIH標準相似，亦以8h的時間加權平均(píngjūn)暴露為基礎的，引自OSHA的“可接受的最高極限濃度”。精品資料5.4毒性(dúxìnɡ)作用標準6、EPA-RMP標準[RiskManagementPlanning]由EPA發(fā)布的一組毒性限值，作為RMP的一部分，并附有毒氣體釋放作了空中擴散模擬(mónǐ)。按照優(yōu)先順序，毒性限值為：①ERPG-2；②由緊急計劃部門和公眾緊急知情法發(fā)布的關注標準（LOC）。LOC是“普通群眾暴露于極度危險的物質中，在相對較短時間內不會引起嚴重的不可逆的健康影響的最高濃度?！痹赗MP標準中，給出了74種物質的毒性限值（表5-8）精品資料表5-8EPA風險管理計劃(jìhuà)確定的中毒極限5.4毒性作用(zuòyòng)標準化學物質中毒極限(mg/L)化學物質中毒極限(mg/L)氨(無水)0.14四氯化鈦0.02氯氣0.0087丙烯醛0.0011氯化氫(無水)0.030呋喃0.0012硫化氫0.042氯仿0.49一氧化氮0.031二硫化碳0.16二氧化氯0.0028甲基苯肼0.0094光氣0.00081溴0.0065二氧化硫0.0078三氧化硫0.010氟0.0039環(huán)氧丙烷0.59甲醛（無水）0.012乙酸乙烯0.26精品資料5.4毒性(dúxìnɡ)作用標準本節(jié)小結：①ERPG、SPEGL、EEGL是通常情況特別是制定緊急反應計劃時可以利用的最直接相關的毒物學標準。它們的建立很明確，即應用于一般人群和考慮敏感人群，解決毒性數(shù)據(jù)中的合理的不確定(quèdìng)性因素。②若涉及無SPEGL和EEGL的物質，可采用IDLH標準。由于IDLH標準的建力未考慮敏感人群，另外它們是建立在最多30分鐘的暴露時間的基礎上，故EPA建議影響區(qū)域的確定(quèdìng)應以10%IDLH標準作為暴露標準的基礎。精品資料5.4毒性(dúxìnɡ)作用標準③若研究的目的主要是確定瞬時影響的區(qū)域（如感覺器官傷害或者氣味影響），則使用TLV-STEL和最高極限可能最為合適(héshì)，一般而言，對位于這些極限確定的區(qū)域以外的人員，可認為不受影響④若無ERPG數(shù)據(jù)，可利用Craig的濃度指標體系（表5-9）⑤各種方法的結果可能有差異，實際使用中要選擇適用的方法精品資料表5-9推薦的可選擇(xuǎnzé)濃度指標體系5.4毒性作用(zuòyòng)標準機構簡碼：AIHA—美國工業(yè)衛(wèi)生協(xié)會NIOSH—國家職業(yè)安全與健康研究院NRC—加拿大國家研究委員會EPA—環(huán)境保護局FEMA—聯(lián)邦緊急管理局DOT—美國運輸部OSHA—美國職業(yè)安全與健康管理局ACGIH—美國工業(yè)衛(wèi)生學者政府聯(lián)合會精品資料5.4毒性(dúxìnɡ)作用標準[例5-2]：氯氣泄露的瞬時(shùnshí)釋放居民區(qū)u500mz8kmx1.0kgCASE-11：地面上瞬時點源的煙團，坐標系固定在釋放點，風速恒定為u，風向僅沿x方向精品資料5.4毒性(dúxìnɡ)作用標準①風速u=2m/s時，氣云到達居民區(qū)的時間②居民區(qū)最大濃度（氣云中心(zhōngxīn)，式5-41）③氣云最大濃度達到的ERPG-1的擴散距離（氣云中心(zhōngxīn)，式5-41，C=ERPG-1）

精品資料2-7精品資料2-8精品資料5.5釋放(shìfàng)動量和浮力的影響（P131）煙囪風熱煙氣連續(xù)泄露煙羽熱氣體隨著與冷空氣的混合和稀釋變冷具體說明見圖5-15。煙囪排放的物質由于具有向上的速度而具有動量；同時煙囪內煙氣溫度較高而具有浮力。因此，熱煙氣從煙囪中排放出來后，熱煙氣將持續(xù)上升；隨著熱煙氣的冷卻和動量的消失，上升速度變慢，最后停止上升，轉變?yōu)榧兯?shuǐpíng)、豎直的擴散。圖5-15：煙囪熱煙羽表明初始浮力上升精品資料x-z平面(píngmiàn)天然氣濃度分布圖x-y平面(píngmiàn)天然氣濃度分布圖精品資料5.5釋放動量(dòngliàng)和浮力的影響在5.1節(jié)圖5.6中已看到，煙團或煙羽的釋放特性依賴于釋放的初始(chūshǐ)動量和浮力：初始(chūshǐ)動量和浮力改變了有效的高度。如：地面向上噴射的釋放比沒有噴射的釋放具有更高的有效高度；溫度高于周圍環(huán)境空氣溫度的蒸汽的釋放，由于（初始(chūshǐ)）浮力作用而上升，從而增加了釋放的有效高度。精品資料為對釋放高度的修正值；為煙囪內氣體的排出速度(sùdù)為煙囪內徑；為風速；為大氣壓；為煙囪內氣體的溫度；為空氣溫度。5.5釋放動量(dòngliàng)和浮力的影響Turner建議對煙囪排放，可使用Holland經(jīng)驗公式計算來自排放浮力和動量的額外高度：（5-61）

精品資料5.6釋放(shìfàng)緩解①釋放緩解：通過以下方法作用于釋放源以減少釋放事故的危險a通過減少能夠產生危害(wēihài)蒸汽云事件的可能性的預防性方法；b通過減少釋放量和（或）當?shù)厝藛T或財產暴露的保護性方法。釋放緩解方法是圖4-1種后果模擬步驟的一部分。選擇完釋放事件后，即可用源模型確定釋放速率或總的釋放量。擴散模型可與第7章的火災或爆炸模型聯(lián)合使用?？捎脕磉M行后果評價。精品資料5.6釋放(shìfàng)緩解②風險由后果和可能性組成。因此對釋放后果的估算(ɡūsuàn)僅提供了整個風險評價的一半。對風險進行評價時，必須包括后果和發(fā)生概率兩方面。③釋放緩解方法主要有本質安全、工程設計、管理、早期蒸汽監(jiān)測和報警對策、應急反應等。本質安全、工程設計和管理，在任何釋放緩解方法中都應該是首要考慮的問題。見表5-10。精品資料5.6釋放(shìfàng)緩解表5-10釋放(shìfàng)緩解方法作業(yè)：5.2，5.6，5.26精品資料第6章火災(huǒzāi)和爆炸火災的危害很大：2009年全國火災12.7萬起（公安部消防局）2009年，全國共發(fā)生火災12.7萬起，死亡1076人，受傷580人，直接(zhíjiē)財產損失13.2億元（央視新址園區(qū)火災損失未統(tǒng)計入內），同比分別下降4.5％、22.3％、15.7％和23.4％。精品資料第6章火災(huǒzāi)和爆炸新華社2011年７月１２日電（記者鄒偉）公安部消防局日前公布了2010年全國火災情況。2010年，全國接報火災（不含森林、草原、軍隊、礦井地下部分火災，下同）起數(shù)、損失同比分別上升2.6%、12%，死亡、受傷人數(shù)同比分別下降3.5%、6.5%。起火原因：半數(shù)火災系電氣、用火不慎引發(fā)。2010年，全國共接報火災13.17萬起，死亡1108人，受傷573人，直接財產損失17.7億元。其中，因電線短路、過負荷及電氣設備故障等電氣原因引起的火災共40481起，占火災總數(shù)的30.7%，因生活用火不慎引發(fā)火災25547起，占19.4%。在69起較大以上(yǐshàng)火災中，有24起為電氣原因引起，占34.8%；有12起為生活用火不慎引起，占17.4%。2010年：新中國成立以來滅火救援任務最多一年。2010年共接警出動58.9萬起（公安部消防局）精品資料第6章火災(huǒzāi)和爆炸2012年1月19日，公安部消防局：2011年，全國共接報火災125402起，死亡1106人，受傷572人，直接財產損失18.8億元。節(jié)日期間燃放煙花引發(fā)的火災增多，施工(shīgōng)工地、農副業(yè)生產及出租屋、“三合一”、小作坊、小商店等小場所火災較多，用電用火引發(fā)的火災仍占較大比重。全國住宅共發(fā)生火災48548起，與2010年相比，下降7.8%；人員密集場所發(fā)生火災12471起，同比下降9.6%；交通工具發(fā)生火災13049起，同比下降7.6%；易燃易爆場所發(fā)生火災407起，同比下降11.1%；廠房發(fā)生火災6779起，同比下降5.6%；倉儲場所發(fā)生火災5463起，同比下降13.9%。2011年共接警出動65.5萬起（公安部消防局）精品資料第6章火災(huǒzāi)和爆炸化工廠通常的三種事故是火災、爆炸和毒物泄漏。為防止火災爆炸事故，工程師們必須熟悉：物質的物化特性，尤其是火災爆炸性火災爆炸過程特性預防或減少(jiǎnshǎo)火災爆炸危害的方法第6章解決前兩個問題，重點討論火災爆炸的定義和估算火災爆炸程度和后果的計算方法。第7章則討論預防或減少(jiǎnshǎo)火災、爆炸危害的方法。精品資料6.1火三角(sānjiǎo)（火三要素）（P139）火燃料(ránliào)氧化劑空氣/O2氧化劑空氣/O2燃料熱量無燃料或無氧化劑或→無熱量=不燃燒“三無條件”圖6-1火三角燃料+氧化劑+熱量→燃燒熱量（點火源）精品資料HotGasLayerRadiationDoorAirExhaustGasCompartmentFire精品資料FurnitureCalorimeter精品資料6.1火三角(sānjiǎo)（火三要素）火災或燃燒是指燃料與氧化劑在能量引發(fā)下快速反應釋放熱量的氧化—反應過程。因此，切斷燃料、切斷氧化劑（空氣或氧氣）或切斷能量均可導致燃燒熄火。燃料—固體：木柴、纖維、金屬顆粒、塑料、家具等—液體：汽油、柴油、烴類、醚、生物質油（松籽油、蓖麻油）—氣體：乙炔(yǐquē)、H2、丙烷、CO氧化劑—固體：金屬過氧化物、亞硝酸銨等，KNO3—液體：H2O2、HNO3、HClO7—氣體：O2、F2、Cl2、Br2引燃源：火花、火焰、靜電、熱精品資料6.2有關(yǒuguān)概念火災與爆炸的區(qū)別：能量釋放的快慢(kuàimàn)?；馂哪芰酷尫怕?，爆炸釋放能量快，通常是ms級。二者可互為因果燃燒或火災、引燃、自燃點（AIT）、閃點（FP）、燃點、燃燒極限、爆炸、機械爆炸、爆燃、爆轟、受限爆炸、無約束爆炸、沸騰液體擴散蒸汽爆炸（BLEVE）、粉塵爆炸、沖擊波、超壓。精品資料6.2有關(yǒuguān)概念薄霧可燃不燃LFLUFL自燃(zìrán)區(qū)飽和蒸汽壓曲線燃燒下限燃燒上限不燃C可燃蒸汽濃度閃點溫度自燃點(AIT)

T圖6-2各種燃燒特性間的關系LFL：LowerFlammableLimitUFL：UpperFlammableLimit圖6-2解釋閃點：液體的閃點是能產生足夠蒸汽，蒸汽與空氣混合成可點燃混合物的最低溫度。燃點：液體燃料上方的蒸汽一經(jīng)點燃便能持續(xù)燃燒的最低溫度。燃燒極限：蒸汽和空氣混合物只有在確定好的組成范圍內才能被引燃并燃燒。C>UFL：不燃燒，由于氧化劑過少，一旦燃燒可能把氧化劑消耗完而不再燃燒C<LFL：不燃燒，由于燃料太少，一旦燃燒可能把燃料消耗完而不再燃燒。閃點和燃燒極限不是物性參數(shù)，而由所使用的特種試驗儀器和方法定義的。精品資料6.3液體和蒸汽(zhēnɡqì)的燃燒特性（P142）①液體：閃點和燃點是描述液體火災爆炸危險性的主要參數(shù)之一，閃點和燃點測定見圖6-3。閃點：此時會發(fā)出(fāchū)足夠產生瞬間火焰的蒸汽但不能持久；燃點：此時會發(fā)出(fāchū)足夠產生可持續(xù)火焰的蒸汽。精品資料6.3液體和蒸汽(zhēnɡqì)的燃燒特性圖6-3Cleveland開杯閃點(shǎndiǎn)測定精品資料6.3液體和蒸汽的燃燒(ránshāo)特性Tf

:閃點，K；a、b、c為常數(shù)(chángshù)，K，見表6-1；Tb為液體沸點，K(6-1)

Satyanarayana和Rao指出，純物質的閃點與液體的沸點可由公式很好關聯(lián)。對超過1200種化合物的閃點，值的誤差低于1%精品資料6.3液體(yètǐ)和蒸汽的燃燒特性表6-1預測(yùcè)閃點所用的參數(shù)化學物質abc化學物質abc烴225.1537.62217酮260.5296.01908醇230.8390.51780鹵262.1414.02154胺222.4416.61900醛264.5293.01970酸323.2600.12970含磷化合物201.7416.11666醚275.9700.02879含氮化合物185.7432.01645硫磺238.0577.92297石油餾分237.9334.41807酯260.8449.22217精品資料6.3液體(yètǐ)和蒸汽的燃燒特性（P143）②氣體和蒸汽a、純蒸汽的燃燒極限在專門設計的封閉儀器(yíqì)（圖6-4）中由試驗測定。將已知濃度的蒸汽—空氣混合氣體沖入容器中并點燃，測量最大爆炸壓力。試驗在不同濃度下反復進行以便得到特定氣體的燃燒極限b、蒸汽混合物：實際經(jīng)常遇到混合物?？捎蒐eChatelier方程（P144頁的隱含假設）估算混合蒸汽的LFL（燃燒下限）和UFL（燃燒上限）精品資料為蒸汽混合物的燃燒下限；yi為混合物中i中蒸汽的體積分數(shù)(fēnshù)，LFLi為混合物中i物質的燃燒下限6.3液體和蒸汽(zhēnɡqì)的燃燒特性（6-2）

（6-3）

為蒸汽混合物的燃燒下限，為混合物中i物質的燃燒下限

[例6-2]：簡單計算

同理精品資料6.3液體(yètǐ)和蒸汽的燃燒特性③燃燒極限隨溫度和壓力的變化a、隨溫度的變化：通常燃燒范圍隨溫度升高(shēnɡɡāo)而增加，可用經(jīng)驗公式估計蒸汽：式中ΔHc為凈燃燒熱，kcal/mol；T為溫度，℃（6-4）

（6-5）

精品資料6.3液體(yètǐ)和蒸汽的燃燒特性b、隨壓力的變化一般壓力對LFL的影響很小，因為在非常低壓力下，火焰不傳播(chuánbō)。UFL隨壓力增加而增加很快?？捎孟略嚬浪鉛FL隨P變化：式中P為壓力，Mpa（絕對壓力）；UFL為1atm下燃料在空氣中的體積分數(shù)（燃料上限）（6-6）精品資料6.3液體和蒸汽(zhēnɡqì)的燃燒特性④估算(ɡūsuàn)燃燒極限a、有些情況下，若無法得到試驗數(shù)據(jù)，則須對燃燒極限進行估算(ɡūsuàn)。對許多烴類蒸汽，可用Janes關系來估算(ɡūsuàn)LFL和UFL。（6-7）

（6-8）

Cst為燃料在空氣中燃燒的化學劑量濃度精品資料6.3液體和蒸汽(zhēnɡqì)的燃燒特性大多數(shù)有機化合物的化學(huàxué)劑量濃度可由通常的燃燒反應來確定（6-9）

Z單位為mol由化學劑量學，有[數(shù)數(shù)、C數(shù)]精品資料6.3液體和蒸汽(zhēnɡqì)的燃燒特性（6-10）

（6-11）

Z式6-76-8精品資料6.3液體和蒸汽(zhēnɡqì)的燃燒特性如精品資料6.3液體和蒸汽的燃燒(ránshāo)特性b、對含有碳、氫、氧和硫的30種有機物，可根據(jù)(gēnjù)燃燒極限與燃燒熱的函數(shù)關系得到好的結果：（6-12）

（6-13）

如為燃燒熱查附錄B

精品資料6.3液體(yètǐ)和蒸汽的燃燒特性說明：式（6-13）僅適用于（4.9%～23%）UFL的范圍內式（6.6）～（6-13）的預測能力(nénglì)有限，對氫的預測結果很差，對CH4和含碳數(shù)較高的碳氫化合物，預測結果較好。如[例（6-4）]預測方法可作為估算用，但不能代替試驗精品資料6.4極限(jíxiàn)氧濃度（LOC）及惰化（P147）①LFL是基于空氣中的燃料的（是燃料的體積分數(shù)）。氧氣是燃燒(ránshāo)關鍵因素，且存在最小氧濃度（LOC：氧氣的體積分數(shù)）。通過減少氧濃度就能阻止爆炸和火災的發(fā)生。此即惰化的概念。②通過通入惰性氣體使氧氣濃度低于極限濃度（LOC），反應就不能產生足夠的熱量，燃燒(ránshāo)過程將不能持續(xù)。LOC亦被稱為最小氧濃度（MOC），最大安全氧濃度（MSOC），表6-2列出了不同物質的LOC值，LOC值與惰性氣體種類有關。精品資料表6-2極限氧濃度(nóngdù)（氧氣的體積分數(shù)）化學物質N2/空氣CO2/空氣化學物質N2/空氣CO2/空氣甲烷1214.5煤油1013乙烷1113.5天然氣1214.5丙烷11.514.5丙酮11.514乙烯1011.5乙醇10.513丙烯11.514一氧化碳5.55.5苯11.414氫55.2甲苯9.5-硫化氫7.511.56.4極限(jíxiàn)氧濃度及惰化氧氣的體積分數(shù)高于此濃度能夠發(fā)生燃燒精品資料6.4極限(jíxiàn)氧濃度及惰化如：N2/空氣中CO2/空氣中汽油:（73/100）1215（100/130）1215（115/145）1214.5③LOC定義為氧氣的（物質的量）/全部物質的（物質的量）若無LOC試驗數(shù)據(jù)，由燃燒反應(fǎnyìng)的化學計算和LFL估算LOC④可通過增N2、CO2或水蒸氣使氧濃度降低到LOC以下。但一般不建議增加水蒸氣由于冷凝水將會把氧氣帶回可燃范圍內，使氣體變相濃縮，O2↑精品資料6.5可燃性圖表(túbiǎo)（P148）①描述氣體(qìtǐ)可燃性的一般方法是三角圖6-6A020406080100020406080100純CH4純O2020406080100化學劑量組成純N2UFLLFL空氣線LOC氧氣中的燃料上限氧氣中的燃料下限可燃區(qū)CH4O2N2圖6-6初始溫度為25℃，壓力為1atm時甲烷的可燃性圖表空氣組成79%A：CH460%，O220%N220%精品資料6.5可燃性圖表(túbiǎo)說明：a、三角(sānjiǎo)頂點分別代表三種純物質（N2、O2、CH4）b.氧LOC線，只要O2濃度低于LOC均不可能燃燒c.空氣線：表示CH4-N2-O2濃度組成，空氣線與燃燒區(qū)的交點為ＵＦＬ和ＬＦＬ，與氮氣軸交點為空氣中氮氣含量79%。d.化學計量組成線：由燃料與O2（純氧）化學計量比得到燃料+ZO2→產物對CH4，Z=2，化學計量組成線與氧氣軸交點為：，該線可理解為惰化線（N2將O2惰化，遠離燃燒區(qū)域）（６－１５）精品資料6.5可燃性圖表(túbiǎo)e.CH4分別在空氣（N2+O2）和純氧O2有相應的燃燒上、下限，在空氣中為UFL和LFL，均由試驗測定f.燃燒范圍形狀視多種參數(shù)變化，包括燃料種類、溫度、壓力和惰性氣體的種類g.三個點分別代表純物質，三條(sāntiáo)軸分別表示兩個純物質混合物h.兩種物質混合的各物質量可由杠桿原理確定精品資料6.5可燃性圖表(túbiǎo)②可燃性圖表的確定整個可燃性圖表需要使用特定的測試儀器(yíqì)進行（數(shù)百）次的試驗③受條件所限，難以通過試驗確定，需要估算燃燒區(qū)域。精品資料6.5可燃性圖表(túbiǎo)（P150）A：方法一已知空氣中的燃燒極限（ＵＦＬ和ＬＦＬ），LOC和氧氣中的燃燒極限，估算如下：①先畫出空氣線（氮氣79％）②在空氣線上標出空氣中的燃燒極限③將氧氣中的燃燒極限標在氧氣軸上④由式（6-15）在氧氣軸上確定化學組成(zǔchénɡ)計量點，由該點與100%N2的頂點畫化學組成(zǔchénɡ)計量線⑤在氧氣軸上定位LOC，由該點出發(fā)畫平行于Fuel軸的線，與化學組成(zǔchénɡ)計量線相交。⑥連接各個點精品資料6.5可燃性圖表(túbiǎo)化學劑量線空氣線LFLUFLFuelLOC010000100100O2N2氧氣中的燃燒極限圖6-10可燃性區(qū)域的近似確定（方法1）精品資料6.5可燃性圖表(túbiǎo)說明：①方法1得到的只是近似于真實的可燃區(qū)域②實際(shíjì)的燃燒區(qū)域不一定是直線[如圖6-8，6-9]③缺點：該方法需要在氧氣中的燃燒極限數(shù)據(jù)，但該類數(shù)據(jù)并不容易得到精品資料6.5可燃性圖表(túbiǎo)B：方法2已知空氣中的燃燒極限和LOC，估算過程：①同方法1的①：先畫出空氣線②同方法1的②：在空氣線上標出空氣中的燃燒極限③同方法1的④：由式（6-15）在氧氣(yǎngqì)軸上確定化學組成計量點，由該點與100%N2的頂點畫化學組成計量線④同方法1的⑤：在氧氣(yǎngqì)軸上定位LOC，由該點出發(fā)畫平行于Fuel軸的線，與化學組成計量線相交。精品資料6.5可燃性圖表(túbiǎo)圖6-11可燃性區(qū)域的近似確定(quèdìng)（方法2）LFLUFLLOC實測區(qū)010000100100O2N2Fuel化學劑量線空氣線氧氣中燃燒下限可由LFL近似可能域精品資料6.5可燃性圖表(túbiǎo)C：方法3已知空氣中的燃燒極限，估算過程(guòchéng)①同方法1的①：先畫出空氣線②同方法1的②：在空氣線上標出空氣中的燃燒極限③同方法1的④：由式（6-15）在氧氣軸上確定化學組成計量點，由該點與100%N2的頂點畫化學組成計量線④由式（6-16）估算LOCＬＯＣ＝ｚＬＦＬ精品資料6.5可燃性圖表(túbiǎo)圖6-11近似方法3估算LOCLFLUFL實測區(qū)010000100100O2N2Fuel化學劑量線空氣線氧氣中燃燒下限可由LFL近似可能域精品資料6.6引燃能、自燃、自氧化、引燃源、飛沫(fēimò)和薄霧、絕熱壓縮1、引燃能：引起初始燃燒所需的最小能量（MIE：MinimumIgnitionEnergy）●所有可燃性物質（包括粉塵）都有最小可燃能●MIE依賴于特定的化學物質（或混合物）、濃度、壓力和溫度。如：表6-4：H20.018mJ；C3H80.250mJ—MIE隨壓力的增加(zēngjiā)而降低（濃縮）—一般，粉塵的MIE在數(shù)量級上比可燃氣高—N2濃度的增加(zēngjiā)導致MIE增大（稀釋）精品資料6.6引燃(yǐnrán)能、自燃、自氧化、引燃(yǐnrán)源、飛沫和薄霧、絕熱壓縮●許多碳氫化合物（烴類）的MIE大小在0.25mJ左右；在地毯上行走所引發(fā)的靜電放電為22mJ，通常的火花塞所釋放的能量為25mJ；●流體流動摩擦所引起的靜電放電也往往超出(chāochū)可燃物的MIE的能量，也能提供引燃源，導致起火、爆炸。精品資料6.6引燃能、自燃、自氧化(yǎnghuà)、引燃源、飛沫和薄霧、絕熱壓縮2、自燃：在蒸汽的自燃點（AIT）或自發(fā)引燃溫度（SIT）下，蒸汽從環(huán)境吸收能量(néngliàng)而自發(fā)引燃?！褡匀紲囟仁钦羝麧舛?、蒸汽體積、系統(tǒng)壓力、接觸反應物質的狀況和流動條件的函數(shù)●AIT所依賴的條件更多，因此使用AIT數(shù)據(jù)要小心、慎重。精品資料6.6引燃能、自燃、自氧化(yǎnghuà)、引燃源、飛沫和薄霧、絕熱壓縮3、自氧化：伴隨有熱量釋放的緩慢氧化過程●自氧化過程中，若能量未從體系中移走，有時會導致自燃。揮發(fā)性較低的液體尤其(yóuqí)受該問題的影響；揮發(fā)性較高的液體由于蒸發(fā)制冷，自燃的影響很小●許多火災都是由自氧化引起的，即自發(fā)燃燒●具有潛在自發(fā)燃燒的自氧化的例子包括：貯存在溫暖區(qū)域的破舊衣物上的油；蒸汽管道上的某些聚合物絕緣層要求采取專門的預防措施，來防止由自氧化和自燃引發(fā)的火災精品資料6.6引燃能、自燃、自氧化(yǎnghuà)、引燃源、飛沫和薄霧、絕熱壓縮（P154）4.引燃源：火三角的一邊，有各種(ɡèzhǒnɡ)各樣引燃源?！馞MEC（工廠聯(lián)合工程公司）列出超過25000起火災的各種(ɡèzhǒnɡ)引燃源。見下面的表6-5。精品資料6.6引燃(yǐnrán)能、自燃、自氧化、引燃(yǐnrán)源、飛沫和薄霧、絕熱壓縮與電有關的（發(fā)動機配線）吸煙摩擦（軸承或斷裂部件）過熱物質（不正常的高溫）熱表面（鍋爐、燈具的熱）火爐火焰（火具的不正確使用）燃燒火花（火花或余火）自發(fā)引燃（垃圾）切割和焊接（火花、電弧、熱等）23%18%10%

8%7%7%5%4%4%暴露（火災傳播到另外區(qū)域）縱火（惡意、人為火災）機械火花（研磨、粉碎等）熔化物質（灼熱的溢出物）化學作用（失去控制的過程）靜電火花（聚集能量的釋放）閃電（不使用閃電棒）各種引燃源混雜一起3%3%2%2%1%1%1%1%表6-5主要(zhǔyào)的火災引燃源精品資料6.6引燃(yǐnrán)能、自燃、自氧化、引燃(yǐnrán)源、飛沫和薄霧、絕熱壓縮（P154）5.飛沫和薄霧：它們穿過孔洞時會產生靜電?！耠姾删奂⒁曰鸹ǖ男问结尫?，若存在可燃蒸汽就發(fā)生火災或爆炸●薄霧和飛沫的大小也會影響燃燒極限例：—對液滴直徑小0.01mm（10μm）的懸浮液，LFL與該物質以蒸汽形式存在時一樣?！獙τ?duìyú)機械形成的液滴直徑介于0.01～0.2mm之間的薄霧，隨液滴直徑的增大，LFL減少。較大液滴直徑的試驗表明，其LFL比通常的LFL的1/10還要小。這對薄霧進行惰化時很重要—當飛沫直徑介于0.6～1.5mm之間時，火焰不可能在空間中傳播。但在這種情況下，小液滴和（或）較大液滴的擾動可能導致危險狀況精品資料6.6引燃能、自燃、自氧化(yǎnghuà)、引燃源、飛沫和薄霧、絕熱壓縮（P153）6.絕熱壓縮：另一種引燃的方式●氣缸內的汽油和空氣在被壓縮后溫度升高。若這一溫度超過其自燃溫度，汽油會被引燃。這是發(fā)動機內發(fā)生缸內爆振的原因，也是在點火裝置關閉后一些過熱的發(fā)動機繼續(xù)運行的原因●一些較嚴重的事故都是由于可燃性蒸汽被吸入到空氣壓縮機的入口；隨后被壓縮導致自燃而引起(yǐnqǐ)的。在進行過程設計時，應增設安全裝置，以防止由絕熱壓縮引發(fā)的不必要的點火精品資料6.6引燃能、自燃、自氧化(yǎnghuà)、引燃源、飛沫和薄霧、絕熱壓縮對理想氣體，絕熱壓縮(yāsuō)溫變過程為：其中：：初始熱力學溫度；：壓縮(yāsuō)后熱力學溫度：初始熱力學壓力；：壓縮(yāsuō)后熱力學壓力（6-17）

精品資料6.6引燃(yǐnrán)能、自燃、自氧化、引燃(yǐnrán)源、飛沫和薄霧、絕熱壓縮[例6-6]：將正己烷上方的空氣由101.3kPa壓縮(yāsuō)到3445.6kPa。初始溫度為37.8oC，最終的溫度？正己烷的AIT為487oC，空氣的γ值為1.4。解：由式(6-17)顯然：該溫度超過了正己烷的AIT，將導致爆炸！oC精品資料6.6引燃能、自燃、自氧化(yǎnghuà)、引燃源、飛沫和薄霧、絕熱壓縮[例6-7]：某種潤滑油的AIT為400oC。確定將空氣(kōngqì)由25oC升高到至該潤滑油AIT所需的壓縮比。解：由式(6-17)為安全起見，實際的壓縮比應該遠低于17.3。汽車的壓縮比？轎車的汽油發(fā)動機壓縮比是8－11，柴油發(fā)動機壓縮比是18－23精品資料6.7爆炸(bàozhà)（P155）爆炸行為依賴于大量參數(shù)(cānshù)，重要的見表6-6，有：環(huán)境壓力、爆炸物質的組成、爆炸物質的物理性質、引燃源（特性、類型、能量和可持續(xù)時間）、周圍環(huán)境的幾何尺寸；可燃物質的（數(shù)量、擾動、延滯時間、泄露的速率等）爆炸行為很難描繪。已有多種方法：理論的、半經(jīng)驗的和試驗研究來解決爆炸問題，但仍未完全理解爆炸行為！設計、實踐中要給出適當?shù)陌踩６缺〞r能量迅速釋放，在爆炸中心引起能量的局部聚集。隨后通過多種途徑消散：壓力波的形成、拋射物、熱輻射和聲能。爆炸所產生的破壞由能量的消散引起精品資料6.7爆炸(bàozhà)㈠爆轟和爆燃爆炸的破壞效應很大程度上依賴于是爆轟還是爆燃引起的爆炸。二者的區(qū)別依賴于反應前沿的傳播速度是高于還是低于聲音在未反應氣體(qìtǐ)中的速度。a、爆轟：在這類燃燒反應中，反應前沿通過強烈的壓力波傳播。該壓力波壓縮位于反應前沿前部的未反應的混合物，使其溫度超過（壓縮致熱）其自燃溫度。壓縮進行的很快，導致反應前部出現(xiàn)壓力的突然變化或震動。結果導致反應前沿的壓力沖擊波超音速或超聲速傳播進入未反應的混合物中。精品資料6.7爆炸(bàozhà)b、爆燃：反應放出的能量通過熱傳導和分子擴散轉移至未反應的混合物中，這一過程相對較慢，反應前沿以低于聲速的速度傳播。㈡受限爆炸爆炸發(fā)生在受限空間如容器內或建筑物中。最常見的有：蒸汽爆炸和粉塵爆炸。爆炸特性依賴于所使用(shǐyòng)的爆炸物質，包括：燃燒或爆炸極限，可燃混合物引燃后壓力上升速率和引燃后的最大壓力。精品資料6.7爆炸(bàozhà)（P162）圖6.22固定(gùdìng)位置處的沖擊波壓力㈢超壓的沖擊波破壞圖6.22中：t0:爆炸發(fā)生；t1:激震前沿從爆炸中心到受影響位置處所需的時間，即到達時間。此時出現(xiàn)最大超壓；t2:壓力從最大超壓降低到周圍環(huán)境壓力。t1-t2為沖擊持續(xù)時間，是對獨立建筑物破壞最大的一段時間。對估算破壞很重要；t3:該時刻壓力降低到周圍環(huán)境壓力以下。t2-t3時段，爆炸風反向；t4:壓力重新達到周圍環(huán)境壓力。破壞終止。精品資料6.7爆炸(bàozhà)（P164）其中：為TNT當量質量(zhìliàng)；為經(jīng)驗爆炸效率；m為碳氫化合物質量(zhìliàng)；為可燃氣體的爆炸能；為TNT的爆炸能，典型值為。對可燃氣體，可用燃燒熱來代替爆炸能。（6-24）

㈣TNT當量法

TNT當量法，是將已知能量的可燃燃料等同于當量質量TNT的一種簡單方法。估算公式如下(采用下面的比擬關系)精品資料6.7爆炸(bàozhà)爆炸效率η是該當量方法中的主要問題之一，用于調整涉及多種因素的估算，包括：可燃物質與空氣的不完全混合；熱量向機械能的不完全轉化等。該值為一經(jīng)驗值，對大多數(shù)可燃氣云，（估計）在1%～10%之間變化。TNT當量法優(yōu)點是計算簡單、易于使用。步驟:⑴確定參與爆炸的可燃物質的總量⑵估計爆炸效率，由式(6-24)計算TNT當量質量⑶由式(6-21)和圖6-23[或式（6-22和6-23）]給出的比擬定律，估算比擬超壓Ps⑷由表6-9估算使普通建筑(jiànzhù)和過程設備受到的破壞。精品資料比擬(bǐnǐ)關系：6.7爆炸(bàozhà)（6-21）

Ze：比擬距離，r：距離地面上爆炸源點的距離。精品資料6.7爆炸(bàozhà)ze~ps關系(guānxì)見圖6-23。圖中數(shù)據(jù)也可寫作：（6-23）

圖6-23發(fā)生在平坦地面上的TNT爆炸的最大側向超壓峰值與比擬距離的關系Ps=PoPa（6-22）

精品資料（6-22）

比擬(bǐnǐ)超壓P0：側向超壓峰值；Pa：環(huán)境壓力6.7爆炸(bàozhà)由表6-9估算使普通建筑和過程設備受到的破壞精品資料6.7爆炸(bàozhà)表6.9基于(jīyú)超壓的普通建筑物破壞評估㈢超壓的沖擊波破壞精品資料6.7爆炸(bàozhà)（P165）㈤TNO多能法（荷蘭應用科學研究所）TNO方法確定了過程中的受限體積，給出相對的受限程度，之后確定該受限體積對于超壓的貢獻。模型的基礎是爆炸能量高度依賴于聚集程度，而較少依賴于蒸汽(zhēnɡqì)云中的燃料。對蒸汽(zhēnɡqì)云爆炸使用多能模型的步驟為：⑴使用擴散模型確定氣云的范圍。通常，擴散模型難于描述受限空間中的擴散過程，因此實際使用中常假設不存在設備和建筑物。⑵進行區(qū)域檢查以確定受限空間。精品資料6.7爆炸(bàozhà)⑶在被可燃氣云覆蓋的區(qū)域，確定引起強烈沖擊波的潛在源。強烈沖擊波的潛在源包括：擁擠的空間和建筑物（如化工廠或煉油廠中的過程設備、箱子、平臺和管架）；延伸的平行平面之間的距離（如停車場內?？亢芙钠?，多層的停車庫）；管狀結構內的空間（如隧道、橋梁(qiáoliáng)、走廊、下水道系統(tǒng)、管路），及由于高壓泄放導致的噴射中的燃料—空氣混合物中的劇烈震蕩。精品資料6.7爆炸(bàozhà)⑷估算當量燃料—空氣混合物所釋放的能量①假設各沖擊波源是相互分離的；②假設全部的燃料—空氣混合物都存在于部分受限，或有障礙物的區(qū)域，它們被確定為氣云中的沖擊波源，有助于沖擊波；③估算被確定為沖擊波源的單個區(qū)域內的燃料—空氣混合物的體積（估算是基于(jīyú)區(qū)域的全部體積。但要注意，可燃氣云并不一