安全評價中常用計算課件教學資料

九綿高速(ɡāosù)C2標安全評價常用計算

2016年1月第一頁，共85頁。蒸汽(zhēnɡqì)云爆炸的傷害模型蒸汽云爆炸是由于以“預混云”形式擴散的蒸汽云遇火后在某一有限空間發(fā)生爆炸而導致的。泄漏的油品如果沒有發(fā)生沸騰液體膨脹蒸汽云爆炸現(xiàn)象或立即引發(fā)大火，溶劑油或燃料油等物質的低沸點組分就會與空氣充分(chōngfèn)混合，在一定的范圍聚集起來，形成預混蒸汽云。第二頁，共85頁。蒸汽云爆炸(bàozhà)的傷害模型如果在稍后的某一時刻遇火點燃，由于氣液兩相物質已經與空氣充分混合均勻，一經點燃其過程極為劇烈，火焰前沿速度可達50～100m／s，形成(xíngchéng)爆燃。對蒸汽云覆蓋范圍內的建筑物及設備產生沖擊波破壞，危及人們的生命安全。第三頁，共85頁。蒸汽云爆炸的傷害(shānghài)模型發(fā)生蒸汽云爆炸現(xiàn)象最起碼應具備以下幾個(jǐɡè)條件：①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；②延緩了點火的過程；③充分預混了的氣液兩相物質與空氣的混合物；④一定量的油品泄漏。第四頁，共85頁。蒸汽云爆炸的傷害(shānghài)模型爆源的TNT當量計算(jìsuàn)TNT當量計算(jìsuàn)公式：WTNT=WQf／QTNT式中：WTNT——易燃液體的TNT當量(kgTNT)；Wf——易燃液體的質量(kg)；Qf——易燃液體的燃燒熱(MJ／kg)；QTNT--TNT的爆熱，取4.52MJ／kg；TNT爆熱為4.52MJ／kg，

第五頁，共85頁。TNT當量(dāngliàng)計算TNT當量計算公式如下：WTNT=α*Wf*Qf/QTNT式中：WTNT——蒸汽云的TNT當量，kg；Wf——蒸汽云中燃料的總質量(zhìliàng)，kg；α——蒸汽云當量系數，統(tǒng)計平均值為0.04；Qf——蒸汽的燃燒熱，MJ/kg；QTNT——TNT的爆炸熱，4.52MJ/kg；第六頁，共85頁。TNT當量(dāngliàng)計算對于地面爆炸，由于地面反射作用使爆炸威力幾乎加倍，一般應乘以地面爆炸系數1.8。所以我們經常(jīngcháng)用到的公式WTNT=α*Wf*Qf/QTNT就變?yōu)椋篧TNT=1.8*0.04*Wf*Qf/QTNT

第七頁，共85頁。TNT當量(dāngliàng)計算以異丁烯的庫存量18.3噸為例舉例說明：異丁烯的計算(jìsuàn)：(18.3噸，濃度99%)

異丁烯分子量為56.11

1kg異丁烯為1000/56.11=17.82mol

異丁烯燃燒熱為2705.3kj/mol=2705.3×17.82=48.21MJ/kg

異丁烯的WTNT=1.8×0.04×18.300×1000×0.99×48.21÷4.52=13912.43kg第八頁，共85頁。TNT當量(dāngliàng)計算我們再舉一個例子：l節(jié)油罐車溶劑油的TNT當量計算(jìsuàn)WTNT——易燃液體的TNT當量(kgTNT)；Wf——易燃液體的質量(kg)；790×0.8×60Qf——易燃液體的燃燒熱(MJ／kg)；溶劑油燃燒熱值為43.69MJ／kg。QTNT--TNT的爆熱，取4.52MJ／kg；TNT爆熱為4.52MJ／kg，

第九頁，共85頁。TNT當量(dāngliàng)計算將以上數據代入公式WTNT=1.8*0.04*Wf*Qf/QTNT=1.8×0.04×790×0.8×60×43.69÷4.52=？Kg這個(zhège)數字大家可以自己計算一下經驗：一般來說TNT的當量相當于物質重量的70%－75%第十頁，共85頁。蒸汽云爆炸時死亡(sǐwáng)半徑運用范登伯(VandenBerg)和蘭諾伊(Lannoy)方程計算(jìsuàn)蒸汽云爆炸時死亡半徑為：R=13.6×(WTNT／1000)0.37根據最大可能危險原則計算(jìsuàn)，可以認為此半徑內的人員全部死亡，半徑以外無一人死亡，這樣可以使問題簡化。第十一頁，共85頁。蒸汽云爆炸時死亡(sǐwáng)半徑舉一個簡單的例子：當可燃蒸汽(zhēnɡqì)的TNT當量為1000Kg時則：R0.5＝13.6＊（WTNT/1000)0.37=13.6m第十二頁，共85頁。蒸汽云爆炸時死亡(sǐwáng)半徑X=0.3967W1/3TNTexp[3.503-0.7241ln△p+0.0398（ln△p）2]

式中X——傷害半徑

△p——超壓Psi

（1Psi

=6.9Kpa）

死亡(sǐwáng)半徑的△p按90Kpa

（13.04Psi）

重傷半徑的△p按44Kpa

（6.377Psi）

輕傷半徑的△p按17Kpa

（2.464Psi）

財產損失△p按13.8Kpa（2.00Psi）

這個后面括號里面的數據帶入到上面的公式就可以直接計算。第十三頁，共85頁。蒸汽(zhēnɡqì)云爆炸時死亡半徑計算100t丁二烯儲罐蒸汽云爆炸傷害區(qū)。丁二烯的蒸汽云爆炸的效率因子，表明(biǎomíng)參與爆炸的可燃氣體的分數，一般取3%或4%，這里我們取3%首先計算TNT當量WTNT=1.8*0.03*Wf*Qf/QTNT＝1.8*0.03*100*1000*50.41/4.52=60223kg第十四頁，共85頁。蒸汽云爆炸時重傷(zhònɡshānɡ)半徑③重傷(zhònɡshānɡ)半徑R2（超壓值44000Pa）

重傷(zhònɡshānɡ)半徑由下列方程求解：

△PS=0.137Z-3+0.119Z-2+0.269Z-1-0.019

Z=R2/（E/P0）1/3

△PS=44000/P0≈0.4344

式中：E為爆炸能量；P0為環(huán)境大氣壓。第十五頁，共85頁。蒸汽云爆炸時輕傷(qīnɡshānɡ)半徑④輕傷半徑(bànjìng)R3（超壓值17000Pa）

輕傷半徑(bànjìng)由下列方程求解：

△PS=0.137Z-3+0.119Z-2+0.269Z-1-0.019

Z=R3/（E/P0）1/3

△PS=17000/P0≈0.1678

第十六頁，共85頁。蒸汽云爆炸(bàozhà)時財產損失半徑⑤財產損失半徑(bànjìng)R財（超壓值13800Pa）

對于爆炸性破壞，財產損失半徑(bànjìng)R財的計算公式為：

R財=（5.6WTNT1/3）/[1+（3175/WTNT）2]1/6

式中5.6（4.6）為二次破壞系數。

第十七頁，共85頁。蒸汽云爆炸時重傷與輕傷(qīnɡshānɡ)半徑⑥另一計算公式

r=0.3967WTNT1/3exp[3.5031-0.7241lnΔp＋0.0398(lnΔp)2]

注意,這里超壓值Δp的單位是psi,1psi=6.9kPa。

注：重傷(zhònɡshānɡ)與輕傷半徑手工不能計算，需要計算機模型。第十八頁，共85頁。小結(xiǎojié)：關于輕傷半徑和財產損失半徑，我們這里先這樣介紹一下，學習是一個循序漸進的過程，只要持續(xù)學習，終身(zhōngshēn)學習就會不斷長進，選擇學習就意味著選擇進步。第十九頁，共85頁。池火災(huǒzāi)火災評價的一種模型。液體泄漏,一般會引起池火災。池火災的破壞主要是熱輻射,如果熱輻射作用在容器和設備上,尤其是液化氣體(qìtǐ)容器,其內部壓力會迅速升高,引起容器和設備的破裂;如果熱輻射作用于可燃物,會引燃可燃物;如果熱輻射作用于人員,會引起人員燒傷甚至死亡。第二十頁，共85頁。池火災(huǒzāi)（1）柴油泄漏量設定一個5000m3柴油罐底部DN200進油管管道破裂(pòl(fā)iè)出現(xiàn)長50cm，寬1cm的泄漏口，泄漏后10分鐘切斷泄漏源。泄漏的液體在防火堤內形成液池，泄漏時工況設定情況見表9-4。

油品連續(xù)泄漏工況第二十一頁，共85頁。池火災(huǒzāi)泄漏源介質溫度(0C)介質壓力（Mpa）介質密度（kg/m3）泄口面積(m2)泄漏時間(min)備注柴油罐常溫常壓8700.00510按10分鐘后切斷泄漏源計第二十二頁，共85頁。池火災(huǒzāi)柴油泄漏(xièlòu)量用柏努利公式計算：Q=CdAρ[2(P-P0)/ρ+2gh]1/2

W=Q.t式中:Q－泄漏(xièlòu)速率（kg/s）；

W－泄漏(xièlòu)量（kg）；t－油品泄漏(xièlòu)時間（s），t=600sCd－泄漏(xièlòu)系數，長方形裂口取值0.55（按雷諾數Re＞100計）；第二十三頁，共85頁。池火災(huǒzāi)A－泄漏口面積(miànjī)（m2）；A=0.005m2ρ－泄漏液體密度（kg/m3）；P－容器內介質壓力（Pa）；P0－大氣壓力（Pa）；g－重力加速度（9.8m/s2）；h－泄漏口上液位高度（m），柴油罐液面安全高度15.9m。第二十四頁，共85頁。池火災(huǒzāi)經計算(jìsuàn)Q=42.23kg/s、W=25341kg（10分鐘泄漏量）第二十五頁，共85頁。池火災(huǒzāi)（2）泄漏柴油總熱輻射通量Q（w）柴油泄漏后在防火堤內形成液池，遇點火(diǎnhuǒ)源燃燒而形成池火?？偀彷椛渫縌（w）采用點源模型計算：

Q=(лr2+2лrh)?mf?η?Hc/（72mf0。61+1）第二十六頁，共85頁。池火災(huǒzāi)式中:mf—單位表面積燃燒速度kg/m2.s，柴油為0.0137；Hc—柴油燃燒熱，Hc=43515kJ/kg；h—火焰(huǒyàn)高度h（m），按下式計算：

h=84r{mf/[ρO（2gr）1/2]}0.6

ρO—環(huán)境空氣密度，ρO=1.293kg/m3；g—重力加速度，9.8m/S2

第二十七頁，共85頁。池火災(huǒzāi)η—燃燒效率因子，取0.35；r—液池半徑(m)，r=（4S/π）1/2S—液池面積(miànjī)，S=3442m2；W—泄漏油品量kgρ－柴油密度，ρ=870kg/m3；火災持續(xù)時間：T=W/S.mf

第二十八頁，共85頁。池火災(huǒzāi)計算結果：Q（w）=1006347（kw）

T=537s=9min第二十九頁，共85頁。池火災(huǒzāi)火災(huǒzāi)通過輻射熱的方式影響周圍環(huán)境，根據概率傷害模型計算，不同入射熱輻射通量造成人員傷害或財產損失的情況表9-5。表9-5

熱輻射的不同入射通量造成的傷害及損失第三十頁，共85頁。池火災(huǒzāi)入射通量kw/m2對設備的損害對人的傷害37.5操作設備全部損壞1%死亡/10s100%死亡/1min25在無火焰,長時間輻射下,木材燃燒的最小能量重大燒傷/10s，100%死亡/1min12.5有火焰時,木材燃燒,塑料熔化的最小能量1度燒傷/10s，1%死亡/1min4.0

20s以上感覺疼痛,未必起泡第三十一頁，共85頁。池火災(huǒzāi)設全部輻射熱量由液池中心小球面發(fā)出，則距池中心某一距離(jùlí)（x）處的入射的熱輻射強度I（w/m2）為：I=Qtc/4лx2式中:Q—總熱輻射通量（w）；tc—熱傳導系數，取值1；x—目標點到液池中心距離(jùlí)及火災傷害半徑（m）。距液池中心不同距離(jùlí)熱輻射強度預測值見表9-6。表9-6

距液池中心不同距離(jùlí)熱輻射強度預測值第三十二頁，共85頁。池火災(huǒzāi)X（m）20304050607080

I（kw/m2）200895032221613X（m）90100110120130140150

I（kw/m2）1086.65.64.74.13.6第三十三頁，共85頁。池火災(huǒzāi)油庫區(qū)內(qūnèi)建構筑物受到的熱輻射強度見表9-7。表9-7

建構筑物受到的熱輻射強度預測值第三十四頁，共85頁。池火災(huǒzāi)建構筑物汽車發(fā)油臺營業(yè)室消防泵室油處理設施綜合樓南面圍墻

I（kw/m2）146.828282218離防火堤距離（m）3670161621.828第三十五頁，共85頁。池火災(huǒzāi)各傷害等級距池中心的距離計算結果見表9-8。表9-8

柴油(cháiyóu)罐泄漏池火災熱輻射傷害距離第三十六頁，共85頁。池火災(huǒzāi)傷害等級死亡半徑重傷半徑輕傷半徑無影響半徑輻射強度(kw/m2)37.52512.54傷害半徑(m)465780142第三十七頁，共85頁。重大事故后果(hòuguǒ)分析方法：火災易燃、易爆的氣體、液體泄漏(xièlòu)后遇到引火源就會被點燃而著火燃燒，燃燒方式有池火、噴射火、火球和突發(fā)火4種。第三十八頁，共85頁。重大事故后果(hòuguǒ)分析方法：火災1池火

可燃液體(如汽油、柴油等)泄漏(xièlòu)后流到地面形成液池，或流到水面并覆蓋水面，遇到火源燃燒而成池火。

1．1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：第三十九頁，共85頁。重大事故后果(hòuguǒ)分析方法：火災式中dm／dt——單位(dānwèi)表面積燃燒速度，kg／(m2·s)；Cp——液體的定壓比熱，J／(kg·K)；Tb——液體的沸點，K；To——環(huán)境溫度，K；H——液體的氣化熱，J／kg。第四十頁，共85頁。重大事故后果(hòuguǒ)分析方法：火災當液體的沸點低于環(huán)境溫度時，如加壓液化氣或冷凍液化氣，其單位(dānwèi)面積的燃燒速度dm／dt為：式中符號意義同前。燃燒速度也可從手冊中直接得到。第四十一頁，共85頁。重大事故后果(hòuguǒ)分析方法：火災表6—3列出了一些可燃液體(yètǐ)的燃燒速度。下表是每小時，每平米的燃燒度使用時換算成秒，即現(xiàn)有數據除以3600。單位制㎏/m2·s第四十二頁，共85頁。重大事故后果(hòuguǒ)分析方法：火災物質名稱汽油煤油柴油重油苯燃燒速度/㎏/m2·h92-8155.1149.3378.1165.37物質名稱甲苯乙醚丙酮甲醇燃燒速度/㎏/m2·h138.29125.8466.3657.6第四十三頁，共85頁。重大事故后果(hòuguǒ)分析方法：火災1．2火焰高度設液池為一半徑為r的圓池子，其火焰高度可按下式計算：式中h——火焰高度，m；r——液池半徑，m；ρ0——周圍空氣密度，kg／m3；g——重力加速度，g=9．8m／s2；dm／dt——燃燒(ránshāo)速度，kg／(m2·s)。

第四十四頁，共85頁。重大事故后果(hòuguǒ)分析方法：火災1．3熱輻射通量當液池燃燒時放出的總熱輻射通量為：式中Q——總熱輻射通量，W；η——效率因子，可取(kěqǔ)0．13～0．35。一般用0.18。其他符號意義同前。第四十五頁，共85頁。重大事故后果(hòuguǒ)分析方法：火災1．4目標入射熱輻射(fúshè)強度假設全部輻射(fúshè)熱量由液池中心點的小球面輻射(fúshè)出來，則在距液池中心某一距離x處的入射熱輻射(fúshè)強度為：第四十六頁，共85頁。重大事故后果(hòuguǒ)分析方法：火災式中I——熱輻射強度，W／m2；Q——總熱輻射通量，W；tc——熱傳導系數，在無相對理想的數據時，可取(kěqǔ)為1；x——目標點到液池中心距離，m。第四十七頁，共85頁。重大事故后果(hòuguǒ)分析方法：火災2噴射火

加壓的可燃物質泄漏時形成射流，如果在泄漏裂口處被點燃，則形成噴射火。這里所用的噴射火輻射熱計算方法是一種包括氣流效應在內的噴射擴散模式(móshì)的擴展。把整個噴射火看成是由沿噴射中心線上的幾個點熱源組成，每個點熱源的熱輻射通量相等。第四十八頁，共85頁。重大事故后果(hòuguǒ)分析方法：火災點熱源(rèyuán)的熱輻射通量按下式計算：第四十九頁，共85頁。重大事故后果(hòuguǒ)分析方法：火災式中q——點熱源熱輻射通量，W；η——效率因子，可取0．35；Qo——泄漏(xièlòu)速度，kg／s；Hc——燃燒熱，J／kg。第五十頁，共85頁。重大事故后果(hòuguǒ)分析方法：火災從理論上講，噴射(pēnshè)火的火焰長度等于從泄漏口到可燃混合氣燃燒下限(LFL)的射流軸線長度。對表面火焰熱通量，則集中在LFL／1．5處。n點的劃分可以是隨意的，對危險評價分析一般取n=5就可以了。射流軸線上某點熱源i到距離該點工處一點的熱輻射強度為：第五十一頁，共85頁。重大事故后果(hòuguǒ)分析方法：火災第五十二頁，共85頁。重大事故后果(hòuguǒ)分析方法：火災式中Ii——點熱源i至目標點x處的熱輻射強度，W／m2；q——點熱源的輻射通量，W；R——輻射率，可取0．2；x——點熱源到目標點的距離，m。某一目標點處的入射熱輻射強度等于(děngyú)噴射火的全部點熱源對目標的熱輻射強度的總和：第五十三頁，共85頁。重大事故后果(hòuguǒ)分析方法：火災第五十四頁，共85頁。重大事故后果(hòuguǒ)分析方法：火災式中n——計算時選取的點熱源(rèyuán)數，一般取n=5。第五十五頁，共85頁。重大事故后果(hòuguǒ)分析方法：火災3火球和爆燃

低溫可燃液化氣體由于(yóuyú)過熱，容器內壓增大，使容器爆炸，內容物釋放并被點燃，發(fā)生劇烈的燃燒，產生強大的火球，形成強烈的熱輻射。火球半徑為：第五十六頁，共85頁。重大事故后果(hòuguǒ)分析方法：火災第五十七頁，共85頁。重大事故后果(hòuguǒ)分析方法：火災式中R——火球(huǒqiú)半徑，m；M——急劇蒸發(fā)的可燃物質的質量，kg?；鹎?huǒqiú)持續(xù)時間為：第五十八頁，共85頁。重大事故后果(hòuguǒ)分析方法：火災第五十九頁，共85頁。重大事故后果(hòuguǒ)分析方法：火災式中t——火球(huǒqiú)持續(xù)時間，s?；鹎?huǒqiú)燃燒時釋放出的輻射熱通量為：第六十頁，共85頁。重大事故后果(hòuguǒ)分析方法：火災第六十一頁，共85頁。重大事故后果(hòuguǒ)分析方法：火災式中Q——火球燃燒時輻射熱通量，W；Hc——燃燒熱，J／kg；η——效率因子，取決于容器內可燃物質的飽和蒸氣壓，η=0．27p0．32。目標接受(jiēshòu)到的入射熱輻射強度為第六十二頁，共85頁。重大事故后果(hòuguǒ)分析方法：火災第六十三頁，共85頁。重大事故后果(hòuguǒ)分析方法：火災式中Tc——傳導系數(xìshù)，保守取值為1；x——目標距火球中心的水平距離，m。

第六十四頁，共85頁。重大事故后果(hòuguǒ)分析方法：火災4固體火災

固體火災的熱輻射參數按點源模型估計。此模型認為火焰射出的能量為燃燒(ránshāo)的一部分，并且輻射強度與目標至火源中心距離的平方成反比，即：第六十五頁，共85頁。重大事故后果(hòuguǒ)分析方法：火災第六十六頁，共85頁。重大事故后果(hòuguǒ)分析方法：火災式中qr——目標接受到的輻射強度，W／m2；f——輻射系數，可取f=0．25；Mc——燃燒(ránshāo)速率，kg／s；Hc——燃燒(ránshāo)熱，J／kg；x——目標至火源中心間的水平距離，m。第六十七頁，共85頁。重大事故后果(hòuguǒ)分析方法：火災5突發(fā)火

泄漏的可燃氣體、液體蒸發(fā)的蒸氣在空中擴散，遇到火源發(fā)生突然燃燒而沒有爆炸。此種情況下，處于氣體燃燒范圍內的室外人員將會全部燒死，建筑物內將有部分人被燒死。突發(fā)火后果分析，主要是確定可燃混合氣體的燃燒上、下極限的輪廓線及其下限(xiàxiàn)隨氣團擴散到達的范圍。為此，可按氣團擴散模型計算氣團大小和可燃混合氣體的濃度。第六十八頁，共85頁。重大事故后果(hòuguǒ)分析方法：火災6火災損失

火災通過(tōngguò)輻射熱的方式影響周圍環(huán)境，當火災產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備甚至造成人員傷亡等?；馂膿p失估算建立在輻射通量與損失等級的相應關系的基礎上。表6—4為不同入射通量造成傷害或損失的情況。第六十九頁，共85頁。重大事故后果(hòuguǒ)分析方法：火災第七十頁，共85頁。重大事故后果(hòuguǒ)分析方法：火災第七十一頁，共85頁。重大事故后果(hòuguǒ)分析方法：火災從表6—4中可看出，在較小輻射等級時，致人重傷需要一定(yīdìng)的時間，這時人們可以逃離現(xiàn)場或隱蔽起來。第七十二頁，共85頁?；鹎?huǒqiú)傷害區(qū)示意圖第七十三頁，共85頁。什么(shénme)是TNT？TNT（2,4,6-三硝基甲苯;梯恩梯;茶褐炸藥(zhàyào);2,4,6-Trinitrotoluene;TNT）是一種烈性炸藥(zhàyào)，呈黃色粉末或魚鱗片狀，難溶于水，可用于水下爆破。由于威力大，常用來做副起爆藥。爆炸后呈負氧平衡，產生有毒的一氧化碳，故不適用于地下工程爆破。第七十四頁，共85頁。什么(shénme)是TNT？三硝基甲苯(Trinitrotoluene,TNT,2,4,6-trinitromethylbenzene)是一種(yīzhǒnɡ)帶苯環(huán)的有機化合物，溶點為攝氏81度。它帶有爆炸性，常用來制造炸藥。它經由甲苯的氮化作用而制成。TNT炸藥的數量有被使用作為能量單位，每公斤可產生420萬焦耳的能量，1000噸TNT相等于4.2兆焦耳，一百萬噸相等于4200兆焦耳。第七十五頁，共