重大工業(yè)事故后果分析

重大工業(yè)事故后果分析第一頁，共111頁。重大工業(yè)事故后果分析

重大事故：是指重大危險源在運行中突然發(fā)生重大泄漏、火災(zāi)或爆炸，其中涉及一種或多種有害物質(zhì)，并給現(xiàn)場人員、公眾或環(huán)境造成即刻的或延遲的嚴(yán)重危害的事件重大事故后果分析:是重大危險源評價和管理的一個重要方面，目的是定量描述一個可能發(fā)生的事故將造成的人員傷亡、財產(chǎn)損失和環(huán)境污染情況。根據(jù)分析結(jié)果決策者可以采取適當(dāng)措施，如設(shè)置報警系統(tǒng)、壓力釋放系統(tǒng)、防火系統(tǒng)以及編制應(yīng)急響應(yīng)程序等，以減少事故發(fā)生的可能性或降低事故的危害程度第二頁，共111頁。后果分析定量描述一個可能發(fā)生的事故將造成的人員傷亡、財產(chǎn)損失和環(huán)境污染情況。意義:安全評價的組成部分；采取安全措施的依據(jù)；設(shè)置報警系統(tǒng)、壓力釋放系統(tǒng)、防火系統(tǒng)等；編制應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案的依據(jù)。第三頁，共111頁。一、后果分析一般程序1．后果分析程序重大事故后果分析主要包括以下步驟(1)劃分獨立功能單元(2)計算單元中有害物質(zhì)存量

根據(jù)工藝流程和設(shè)備參數(shù)計算單元中有害物質(zhì)的存量，并記錄物質(zhì)的種類、相態(tài)、溫度、壓力、體積或質(zhì)量(3)找出設(shè)備的典型故障第四頁，共111頁。(4)計算泄漏量(5)計算后果

分析泄漏后可能造成的火災(zāi)、爆炸等后果，選擇合適的模型計算事故對生產(chǎn)現(xiàn)場內(nèi)或現(xiàn)場外的影響

將計算結(jié)果整理成表格，并在單元平面圖上劃出影響范圍(6)整理結(jié)果2．后果分析需要的參數(shù)(1)有害物質(zhì)的參數(shù)第五頁，共111頁。

有害物質(zhì)的相態(tài)、最大質(zhì)量或體積、溫度、壓力、密度，熱力學(xué)性質(zhì)如沸點、蒸發(fā)熱、燃燒熱、比熱容等，有害與毒性參數(shù)等(2)設(shè)備的參數(shù)

工藝流程、設(shè)備類型、設(shè)備的可能故障與泄漏位置、泄漏口形狀尺寸等(3)現(xiàn)場情況與氣象情況

設(shè)備布置、人員分布、資金密度、設(shè)備地理位置、堤壩高度面積、常年主導(dǎo)風(fēng)向、平均風(fēng)速、大氣穩(wěn)定情況、日照情況、地形情況、地面粗糙度、建筑、樹木高度等第六頁，共111頁。確定有害物質(zhì)存量和儲存條件可燃有毒氣體液體或兩相液體或兩相氣體BLEVE其他情況可燃?xì)怏w事件樹BLEVE模型可燃液體事件樹有毒液體事件樹毒性氣體事件樹有害特性過程或儲槽中的相態(tài)釋放情形事件樹或模型第七頁，共111頁。BLEVE:沸騰液體膨脹性蒸汽爆炸（BoilingLiquidExpandingVaporExplosions）縮寫為BLEVE

池火（POOLFIRE）：可燃性液體泄露后，流到地面形成液池，或流到水面并覆蓋水面，遇到引火源燃燒而形成池火。噴射火（JETFIRE):氣體從裂口噴出后立即燃燒，如同火焰噴射器?；鹎颍‵IREBALL）：壓力容器內(nèi)液化氣體過熱使容器爆炸，內(nèi)容物泄露并被點燃，產(chǎn)生強大的火球。第八頁，共111頁。

重大事故后果分析關(guān)心的是易燃、易爆或有毒的氣體和液體，這些物質(zhì)的泄漏不僅有害而且難以控制。一種泄漏可能帶來不同的后果，進行后果分析就需要對每一種可能后果進行計算。采用系統(tǒng)分析的方法可以避免對可能的后果造成遺漏

例如：易燃?xì)怏w泄漏著火時才有危險性，如果泄漏時立即被點燃，則不形成大的蒸汽云團。根據(jù)泄漏性質(zhì)可形成噴射火或火球，它能迅速危及事故現(xiàn)場，但很少能影響到廠區(qū)以外。如果泄漏后延遲點燃，則氣體形成云團飄向下風(fēng)向，點燃后可能造成閃火或爆炸，能引起大面積損害第九頁，共111頁。可燃?xì)怏w釋放火球閃火或爆炸閃火或爆炸閃火或爆炸噴射火閃火或爆炸瞬時泄漏?立即引燃?密度大于空氣?延遲引燃?是是是是是是是是是否否否否否否否否否估計釋放時間計算釋放速率噴射擴散重氣擴散中性擴散重氣擴散中性擴散絕熱膨脹第十頁，共111頁。有毒氣體釋放重氣擴散中性擴散重氣擴散中性擴散絕熱膨脹計算釋放速率和時間噴射擴散是是否否否是瞬時泄漏?密度大于空氣?第十一頁，共111頁。可燃液體釋放評價火災(zāi)損失接氣體事件樹評價火災(zāi)損失評價污染接氣體事件樹評價火災(zāi)損失評價火災(zāi)損失接氣體事件樹評價污染接氣體事件樹瞬時泄漏?立即引燃?形成液池?液池點燃?估計泄漏時間和速率絕熱膨脹火球噴射火計算擴展與蒸發(fā)池火計算擴展與蒸發(fā)池火第十二頁，共111頁。有毒液體釋放評價污染接氣體事件樹接氣體事件樹評價污染接氣體事件樹接氣體事件樹絕熱膨脹估計泄漏時間和速率計算擴展與蒸發(fā)計算擴展與蒸發(fā)瞬時泄漏?形成液池?第十三頁，共111頁。

計算燃燒和爆炸的熱量或壓力，不僅僅用于評價人員和設(shè)備的損失情況。燃燒和爆炸還會波及相鄰的危險源，產(chǎn)生多米諾效應(yīng)，因此也要對相鄰危險源進行泄漏后果分析

氣體泄漏分析的一個重要方面是計算蒸汽云的密度，密度高于空氣或低于空氣，對其擴散有較大的影響，應(yīng)該采用不同的擴散模式

毒性氣體的泄漏擴散分析較簡單，因為不需要考慮起火。主要的問題是根據(jù)蒸汽云密度選擇適當(dāng)?shù)臄U散模式第十四頁，共111頁。氣體和兩相泄漏事故框圖第十五頁，共111頁。

液體泄漏著火一般影響的面積較小，但揮發(fā)性液體的蒸汽應(yīng)按照氣體事故進一步分析

常壓液體泄漏后在地面形成液池，池內(nèi)液體由于表面風(fēng)的作用而緩慢蒸發(fā)。如果點燃則形成池火，火焰的熱輻射會危及現(xiàn)場人員和設(shè)備。加壓液化氣體泄漏時將發(fā)生閃蒸，剩下的液體形成液池。閃蒸的氣體應(yīng)按氣體事故進一步分析

冷凍液體泄漏也形成液池，液體吸收周圍熱量蒸發(fā)，蒸發(fā)速度雖然比閃蒸慢，但一般比常壓液體快

沸騰液體擴展蒸汽爆炸是一種比較特殊但后果極其嚴(yán)重的事故。通常是裝液化氣體的容器受到外界火焰加熱，一方面使容器內(nèi)壓力升高，同時使容器強度下降。一旦容器突然破裂，大量沸騰液體立即被點燃，形成巨大火球，影響非常嚴(yán)重第十六頁，共111頁。液體泄漏事故框圖第十七頁，共111頁。泄漏往往是事故的開始物質(zhì)泄漏可能引起火災(zāi)或爆炸，也可能產(chǎn)生毒氣傷害。泄漏原因：設(shè)備損壞、失靈；錯誤操作；安全閥的正?；虿徽幼鳌Ｊ惖湫驮O(shè)備：管道撓性連接過濾器閥壓力容器/反應(yīng)器泵壓縮機貯罐（常壓條件）貯槽（加壓或冷凍）放空燃燒管/排氣管第十八頁，共111頁。第十九頁，共111頁。第二十頁，共111頁。包括：管道，法蘭，焊接，彎管典型損壞裂口尺寸1）法蘭泄漏

2）管道泄漏

3）焊縫失效20%管徑100%或20%管徑100%或20%管徑第二十一頁，共111頁。第二十二頁，共111頁。包括：軟管，波紋管，鉸接器典型損壞裂口尺寸1)破裂泄漏2)接頭泄漏3)連接裝置損壞100%或20%管徑

20%管徑

100%管徑第二十三頁，共111頁。包括：濾器，濾網(wǎng)典型損壞裂口尺寸1)濾體泄漏

2)管道泄漏100%或20%管徑

20%管徑第二十四頁，共111頁。第二十五頁，共111頁。包括：球閥，閘閥，球型閥，塞閥，針閥，蝶閥，阻氣閥，泄壓閥，緊急切斷閥典型損壞裂口尺寸1)閥室泄漏

2)閥蓋泄漏

3)閥桿損壞100%或20%管徑20%管徑20%管徑第二十六頁，共111頁。通用分類法

這種分類方法既按原理、作用又按結(jié)構(gòu)劃分，是目前國際、國內(nèi)最常用的分類方法。一般分：閘閥、截止閥、節(jié)流閥、儀表閥、柱塞閥、隔膜閥、旋塞閥、球閥、蝶閥、止回閥、減壓閥安全閥、疏水閥、調(diào)節(jié)閥、底閥、過濾器、排污閥等。閥門的分類第二十七頁，共111頁。包括：分離器，氣體洗滌器，混合器，反應(yīng)器，熱交換器，火加熱器，塔，管道清洗發(fā)射/接受器，再沸器典型損壞裂口尺寸1)容器破裂

2)容器泄漏

3)人孔蓋泄漏

4)噴嘴損壞

5)儀表管道破裂

6)內(nèi)部爆炸

全部破裂

100%最大管徑

20%開口直徑

100%管徑

100%或20%管徑全部破裂第二十八頁，共111頁。包括：離心泵，往復(fù)泵典型損壞裂口尺寸1)泵殼損壞

2)密封泄漏100%或20%管徑20%管徑第二十九頁，共111頁。包括：離心式壓縮機，軸流式壓縮機，往復(fù)式壓縮機典型損壞裂口尺寸1)泵殼損壞

2)密封泄漏100%或20%管徑20%管徑第三十頁，共111頁。包括：所有常壓貯罐（管道連接和堤壩也應(yīng)作為設(shè)備的一部分考慮）典型損壞裂口尺寸1)容器損壞

2)連接泄漏100%100%或20%管徑第三十一頁，共111頁。第三十二頁，共111頁。包括：加壓貯罐或運輸容器，冷凍貯罐或運輸容器，地埋或非地埋容器典型損壞裂口尺寸1)沸騰液體擴展蒸汽云爆炸（僅非地埋情況）

2)破裂

3)焊縫失效全部破裂（點燃）

全部破裂100%或20%管徑第三十三頁，共111頁。第三十四頁，共111頁。包括：所有放空燃燒管或排氣管（歧管、洗氣放空裝置、分離鼓應(yīng)作為設(shè)備的一部分考慮）典型損壞裂口尺寸1)歧管或分離鼓泄漏

2)超規(guī)范排放100%或20%管徑估算第三十五頁，共111頁。從人-機系統(tǒng)來考慮造成各種泄漏事故的原因主要有4類：（1）設(shè)計失誤基礎(chǔ)設(shè)計錯誤，如地基下沉，造成容器底部產(chǎn)生裂縫，或設(shè)備變形、錯位等；選材不當(dāng)，如強度不夠，耐腐蝕性差、規(guī)格不符等；布置不合理，如壓縮機和輸出管沒有彈性連接，因振動而使管道破裂；選用機械不合適，如轉(zhuǎn)速過高、耐溫、耐壓性能差等；選用計測儀器不合適；儲罐、貯槽未加液位計，反應(yīng)器(爐)未加溢流管或放散管等。第三十六頁，共111頁。（2）設(shè)備原因加工不符合要求，或未經(jīng)檢驗擅自采用代用材料；加工質(zhì)量差，特別是焊接質(zhì)量差；施工和安裝精度不高，如泵和電機不同軸、機械設(shè)備不平衡、管道連接不嚴(yán)密等；選用的標(biāo)準(zhǔn)定型產(chǎn)品質(zhì)量不合格；對安裝的設(shè)備沒有按《機械設(shè)備安裝工程及驗收規(guī)范》進行驗收；設(shè)備長期使用后未按規(guī)定檢修期進行檢修，或檢修質(zhì)量差造成泄漏；計測儀表未定期校驗，造成計量不準(zhǔn)；閥門損壞或開關(guān)泄漏，又未及時更換；設(shè)備附件質(zhì)量差，或長期使用后材料變質(zhì)、腐蝕或破裂等。第三十七頁，共111頁。（3）管理原因沒有制定完善的安全操作規(guī)程；對安全漠不關(guān)心，已發(fā)現(xiàn)的問題不及時解決；沒有嚴(yán)格執(zhí)行監(jiān)督檢查制度；指揮錯誤，甚至違章指揮；讓未經(jīng)培訓(xùn)的工人上崗，知識不足，不能判斷錯誤；檢修制度不嚴(yán)，沒有及時檢修已出現(xiàn)故障的設(shè)備，使設(shè)備帶病運轉(zhuǎn)。第三十八頁，共111頁。人為失誤誤操作，違反操作規(guī)程；判斷錯誤，如記錯閥門位置而開錯閥門；擅自脫崗；思想不集中；發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象不知如何處理。第三十九頁，共111頁。無論氣體泄漏還是液體泄漏，泄漏量的多少都是決定泄漏后果嚴(yán)重程度的主要因素，而泄漏量又與泄漏時間有關(guān)。因此，控制泄漏應(yīng)該盡早地發(fā)現(xiàn)泄漏并且盡快地阻止泄漏。通過人員巡回檢查可以發(fā)現(xiàn)較嚴(yán)重的泄漏；利用泄漏檢測儀器、氣體泄漏檢測系統(tǒng)可以發(fā)現(xiàn)各種泄漏。利用停車或關(guān)閉遮斷閥停止向泄漏處供應(yīng)料可以控制泄漏。一般來說，與監(jiān)控系統(tǒng)連鎖的自動停車速度快；儀器報警后由人工停車速度較慢，大約需3-15分鐘。第四十頁，共111頁。液體泄漏根據(jù)柏努利（Bernoulli）方程可以建立液體經(jīng)小孔泄漏的速度計算公式：Q—液體泄漏流量，kg/s；Cd—排放系數(shù)，通常取0.6~0.64A—泄漏口面積，m2；ρ—泄漏液體密度，kg/m3；P—容器內(nèi)介質(zhì)壓力，Pa；P0—環(huán)境壓力，Pa；g—重力加速度，9.8m/s2；h—泄漏口上液位高度，m。PhP0第四十一頁，共111頁。排放系數(shù)Cd

：實際流量與理想理論流量的比，用于補償公式推導(dǎo)中忽略了的摩擦損失、因慣性引起的截面收縮等因素。影響因素：泄漏口形狀泄漏口位置泄漏介質(zhì)的狀態(tài)取值：薄壁（壁厚≤孔半徑）小孔泄漏，其值約為0.62；厚壁（孔半徑＜壁厚≤8倍孔半徑）小孔或通過一短管泄漏，其值約為0.81；通過修圓小孔排放，則排放系數(shù)為1.0。保守估計，取1.0。第四十二頁，共111頁。根據(jù)泄漏口形狀取值其他問題：壓力變化；液位變化；大氣相通；管道阻力。雷諾數(shù)Re泄漏口形狀圓形（多邊形）三角形長條形＞1000.650.600.55≤1000.500.450.40PhP0通常按前述公式計算的為初始流量，也是最大流量。第四十三頁，共111頁。是流體力學(xué)里面的一個參數(shù)，是流體流動中慣性力與粘性力比值的量度。表達式：Re＝Luρ/μu為流體流動速度；L為流場的幾何特征尺寸，如管道的直徑

ρ為流體的密度；μ為流體的粘度。對于圓管內(nèi)的流動，當(dāng)Re＜2300時，流動總是層流；Re＞4000時，流動一般為湍流；其間為過渡區(qū)，流動可能是層流，也可能是湍流，取決于外界條件。第四十四頁，共111頁。對于平行流體流過光滑平板的情況，邊界層由層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鞯呐R界雷諾數(shù)約在105～3×106之間。層流：液體流動過程中，各質(zhì)點的流線互不混雜，互不干擾的流動狀態(tài)。紊流：液體運動過程中，各質(zhì)點的流線互相混雜，互相干擾的流動狀態(tài)。

第四十五頁，共111頁。過熱液體泄漏過熱液體是指液體的溫度超過其沸點而沒有沸騰的情況。如果液體的沸點低于周圍環(huán)境溫度，泄漏后一部分液體將立即閃蒸為蒸氣。假設(shè)閃蒸過程絕熱，則很容易確定閃蒸部分的比例，即閃蒸液體分?jǐn)?shù)為：FV—閃蒸液體分?jǐn)?shù)；直接蒸發(fā)的液體與原液體的比例Cp—液體恒壓熱容，J/(kg·K)T—液體溫度，K；Tb—液體常壓沸點，K；HV—常壓沸點下的汽化熱，J/kg。第四十六頁，共111頁。氣體泄漏：氣體符合理想氣體狀態(tài)方程，則根據(jù)柏努利（Bernoulli）方程可推導(dǎo)出如下的氣體泄漏公式：Cd—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；γ—絕熱指數(shù)，是等壓熱容與等容熱容的比值；M—氣體的分子量；kg/mol；R—氣體常數(shù)，8.314J/(mol·K)；T—容器內(nèi)氣體溫度，K。第四十七頁，共111頁。臨界壓力：泄漏氣體的運動速度達到聲速時的壓力。聲速流：壓力高于臨界壓力亞聲速流：壓力低于臨界壓力。用原公式計算。第四十八頁，共111頁。

許多氣體的絕熱指數(shù)在1.1到1.4之間，則相應(yīng)的臨界壓力只有約1.7到1.9個大氣壓，因此多數(shù)事故的氣體泄漏是聲速流。幾種氣體的絕熱指數(shù)和臨界壓力（atm）

注意：泄漏流量仍然隨容器中介質(zhì)壓力的增加而增加。物質(zhì)丁烷丙烷二氧化硫甲烷氨氯一氧化碳?xì)洇?.101.131.291.311.311.361.401.41PC1.711.731.831.841.841.871.901.90第四十九頁，共111頁。兩相泄漏在過熱液體發(fā)生泄漏的場合，有時會出現(xiàn)液、氣兩相流動。如果容器中的過熱液體泄漏前通過較長的管道（L/D>12）就會產(chǎn)生兩相泄漏。一種簡化計算：假設(shè)系統(tǒng)中出口臨界壓力和上游壓力比為0.55，則：（1）泄漏兩相中蒸發(fā)液體分?jǐn)?shù)FV按下式計算：（2）兩相流中氣相和液相混合物的平均密度：第五十頁，共111頁。（3）則兩相流排放泄漏流量為：Cd—兩相流泄漏系數(shù)，一般取0.8。閃蒸比例分?jǐn)?shù)可按前述計算：FV>1，表示液體將全部蒸發(fā)為氣體，應(yīng)按氣體泄漏計算；FV較小，可以簡單地按液體泄漏計算。第五十一頁，共111頁。液體的擴展(spreading)：無滲漏損失，擴散期間也不考慮揮發(fā)有防火堤，液池面積就是防火堤所圍面積。沒有防火堤：液體流向低洼處，液池面積可以估計。土地較平整：液體將擴散至達到最小液體厚度。光滑平整的地面，液層最小厚度主要取決于液體性質(zhì)；對于粗糙地面，液層厚度主要取決于地面性質(zhì)。第五十二頁，共111頁。地面性質(zhì)最小液層厚度/m地面性質(zhì)最小液層厚度/m草地0.020混凝土地面0.005粗糙地面0.025平靜的水面0.0018平整地面0.010第五十三頁，共111頁?？紤]到池火等計算一般以圓池為模型，其他形狀液池應(yīng)化為等面積圓，其直徑為：液池半徑隨時間變化的計算，基本假定是圓柱形液池在光滑平面上擴展。對于瞬時泄漏：對于連續(xù)泄漏：r—液池半徑，m；t—泄漏時間，s；ρ—液體密度，g/m3；g—重力加速度，m/s2;m—泄漏質(zhì)量，kg；第五十四頁，共111頁。液體的蒸發(fā)吸收地面熱：低溫液體或閃蒸后剩余的液體，主要吸收地面熱量進行蒸發(fā)，蒸發(fā)速率：表面熱導(dǎo)系數(shù)w/(m·k)熱擴散系數(shù)m2/s混凝土1.11.29×10-7土地（8%水）0.94.3×10-7干沙0.32.3×10-7濕沙土地0.63.3×10-7沙礫地2.511.0×10-7m—蒸發(fā)速率，kg/(m2·s)λs—表面熱導(dǎo)系數(shù)，w/(m·k)；as—熱擴散系數(shù)，m2/s；Ta—環(huán)境溫度，K；Tb—液體沸點，K；第五十五頁，共111頁。表面熱導(dǎo)率ls是指在穩(wěn)定傳熱條件下，1m厚的材料，兩側(cè)表面的溫差為1度（K,℃）,在1秒內(nèi)，通過1平方米面積傳遞的熱量，單位為瓦/米·度（W/m·K，此處的K可用℃代替）。as=ls/(rC)，熱擴散率越大，表示物體內(nèi)部溫度扯平的能力越大，或者說材料中溫度變化傳播的越迅速。第五十六頁，共111頁。風(fēng)引起質(zhì)量轉(zhuǎn)移：根據(jù)擴散通量正比于液池表面飽和蒸氣濃度與其在大氣中的本底濃度之差，忽略本底濃度并結(jié)合理想氣體狀態(tài)方程，可以得到下面的液體蒸發(fā)速度公式：傳質(zhì)系數(shù)可以按下式計算：傳質(zhì)系數(shù)也可簡單計算：m—蒸發(fā)速度，kg/(m2s)k—擴散傳質(zhì)系數(shù)，m/s；Ps—液體飽和蒸氣壓，PaM—分子量，kg/mol；u—10m高處風(fēng)速，m/hr；Sc—Schmidt數(shù)，μ/（ρD）；μ—空氣粘度，kg/m·hr；ρ—空氣密度，kg/m3；D—蒸發(fā)液體的擴散系數(shù)，m2/hr。1米高處風(fēng)速，m/s第五十七頁，共111頁。其他蒸發(fā)計算公式：下面的公式考慮了大氣穩(wěn)定度：穩(wěn)定條件na不穩(wěn)定0.23.846×10-3中性0.254.685×10-3穩(wěn)定0.35.285×10-3第五十八頁，共111頁。美國環(huán)保署使用的公式：式中：P—液體在池溫度下的蒸氣壓，kPa；T—池中液體溫度，K。R—氣體常數(shù)，82.05atm·cm3/（mol·K）第五十九頁，共111頁。等效裂口：氣體噴出時，溫度與壓力與外界環(huán)境不一致：溫度可能低于環(huán)境溫度壓力可能高于環(huán)境壓力等效裂口直徑與實際裂口直徑的關(guān)系為：噴射軸線上距噴射孔x處的濃度：Deq—等效裂口直徑，m；D—計算泄漏流量用裂口直徑，m；0—泄露氣體的密度；—環(huán)境條件下的氣體密度。第六十頁，共111頁。垂直于噴射軸的水平面上的濃度分布由下式給出：沿軸的噴射速度分布由下式計算：ux—噴射軸上距噴射孔x處的噴射速度，m/s；u0—實際泄漏氣流速度，m/s，噴射擴散等濃度線示意圖

第六十一頁，共111頁。其他問題：噴射速度沿噴射軸線下降，直到某一點噴射速度等于風(fēng)速。計算該點的濃度，如果大于感興趣濃度度則繼續(xù)評價。選擇后續(xù)模型，需要了解轉(zhuǎn)折點的氣體密度：轉(zhuǎn)折點處密度低于空氣密度，選用中性煙羽模型或浮性煙羽模型；轉(zhuǎn)折點處密度高于空氣密度，還需考察噴射云整體密度：按中軸線濃度的10%作為邊界。第六十二頁，共111頁?；炯僭O(shè)：閃蒸的液體或壓縮氣體瞬時釋放后的快速膨脹按絕熱過程處理。假定氣云是呈包含兩個區(qū)間的半球狀，內(nèi)層“核”具有均勻的濃度，包含50%的泄漏量，外層濃度呈高斯分布，具有另外50%的泄漏量。這種雙層云團擴散假定分兩步：第一步，氣體或氣溶膠膨脹到壓力降至大氣壓，在膨脹過程中氣團獲得動能，稱為膨脹能；第二步，在膨脹能作用下氣團進一步擴張，推動空氣紊流混合進入氣團。假設(shè)第二階段持續(xù)到核的擴張速度降到某給定值時結(jié)束。第六十三頁，共111頁。重氣擴散

研究重氣云擴散的意義(1)重氣由于受重力作用，一般是沿地面擴散的，對人的影響更大；(2)常見的工業(yè)氣體，很多密度都大于空氣，如液化石油氣、氯氣、二氧化硫、硫化氫等。（3）一些液化氣體雖然分子量不一定大于空氣的表觀分子量，但是泄漏后一般溫度較低，還可能夾帶液滴，表觀密度仍然大于空氣，又稱為稠密云團，也應(yīng)該使用重氣(稠密云團)擴散模型

重氣擴散模型可分為三類：（1）一維模型（2）二維模型（3）三維模型

最簡單的是一維模型，對于瞬時泄漏，假定氣團按風(fēng)速運動，氣團內(nèi)部具有均勻的濃度和密度；對于連續(xù)泄漏，假定是云羽按風(fēng)速運動，垂直于風(fēng)向的截面上具有均勻的濃度和密度第六十四頁，共111頁。

不論是重氣泄漏、還是中性或浮性氣體泄漏，在建立氣體在大氣中的擴散模型時，一般做如下的理想化假設(shè)①瞬時泄漏假定瞬時完成，連續(xù)泄漏假定泄漏速率恒定②氣云在乎整、無障礙物的地面上空擴散③氣云中不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，地面對氣云無吸收④風(fēng)向為水平風(fēng)向，風(fēng)速和風(fēng)向不隨時間變化4.1瞬時擴散的盒子模型(1)起始云團形狀

盒子模型假定起始云團為高H0、半徑R0的圓柱體。用于絕熱擴散的半球狀氣團時，可化為等體積的圓柱體，高與半徑比通常選1第六十五頁，共111頁。重氣云團盒子模型擴散示意圖第六十六頁，共111頁。4.2連續(xù)擴散的平板模型

平板模型假定連續(xù)擴散的云羽截面呈矩形，中心線平行于風(fēng)向，高為H，寬為2L;在泄漏源，初始矩形的高為H0，寬為2L0

對于液他的連續(xù)蒸發(fā)，取矩形半寬L0等于液他半徑，矩形高度就取液池上方用于計算空氣進入量的高度。對于噴射擴散，在噴射擴散結(jié)束點處，濃度為中心線10％的點形成一個圓，將圓截面折合為同面積的矩形作為擴散的初始矩形第六十七頁，共111頁。重氣云羽平板模型擴散示意圖第六十八頁，共111頁。

連續(xù)泄漏是穩(wěn)態(tài)過程，每一位置的密度和濃度不隨時間變化。也可以假想一矩形薄片，從泄漏源開始沿風(fēng)向運動，這樣就完全可以采用前面處理瞬時泄漏圓柱體的方法處理矩形薄片，所有算法都是相同的，不同的僅僅是底面積、頂面積和側(cè)面積的計算中等密度云擴散

當(dāng)泄漏氣體或氣體與空氣混合后的密度接近空氣密度時，重力下沉與浮力上升作用可以忽略，擴散主要是由空氣的湍流決定。在假設(shè)均勻湍流場的條件下，有害物質(zhì)在擴散截面的濃度分布呈高斯分布，所以稱為高斯擴散。甚至在重氣泄漏場合，考慮到重力作用影響時間較短，也可以直接采用高斯模型第六十九頁，共111頁。有界點源擴散

實際擴散需要考慮地面的影響，一般把地面看做鏡子，可以反射有害物質(zhì)。有害物質(zhì)的實際濃度為由真實源計算的濃度和由與真實源對稱的虛源計算的濃度之和

如果泄漏口上空存在逆溫層，還要考慮逆溫層的影響第七十頁，共111頁。熱通量準(zhǔn)則：以熱通量作為衡量目標(biāo)是否被破壞的參數(shù)；目標(biāo)接受到的熱通量大于或等于臨界熱通量，目標(biāo)被破壞；否則，目標(biāo)不被破壞。適用范圍為熱通量作用的時間比目標(biāo)達到熱平衡所需要的時間長。熱通量是指單位面積發(fā)射或接收的熱能，通常以q表示，單位是J/m2。第七十一頁，共111頁。熱強度準(zhǔn)則：以目標(biāo)接收到的熱強度作為目標(biāo)是否被破壞的唯一參數(shù)；目標(biāo)接收到的熱強度大于或等于臨界熱強度時，目標(biāo)被破壞；否則，目標(biāo)不被破壞。適用范圍為作用于目標(biāo)的熱通量持續(xù)時間非常短、以至于目標(biāo)接收到的熱量來不及散失掉。熱強度是指熱通量除以熱通量作用時間，通常用I表示，單位？。

第七十二頁，共111頁。熱通量-熱強度準(zhǔn)則：當(dāng)熱通量準(zhǔn)則或熱強度準(zhǔn)則的適用條件均不具備時、應(yīng)該使用熱通量-熱強度準(zhǔn)則。熱通量-熱強度準(zhǔn)則認(rèn)為,目標(biāo)能否被破壞不能由熱通量或熱強度一個參數(shù)決定，而必須由它們的組合來決定。如果以熱通量q和熱強度I分別作為縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)，那么，目標(biāo)破壞的臨界狀態(tài)對應(yīng)q～I平面有一條臨界曲線。本書中未嚴(yán)格區(qū)分熱通量和熱強度第七十三頁，共111頁。燒傷等級燒傷程度損傷深度臨床表現(xiàn)創(chuàng)面愈合過程一度表皮層紅斑，輕度紅腫、熱、痛。感覺過敏，干燥無水泡。3~5天痊愈，脫屑，無疤痕。淺二度真皮淺層創(chuàng)面溫度高，水泡形成，潮濕，水腫，劇痛，感覺過敏。如無感染，10~14天痊愈，不留疤痕。深二度真皮深層創(chuàng)面溫度微低，濕潤，水泡少，疼痛，白中透紅，有小紅斑點，水腫。如無感染，3~4周痊愈，有輕度疤痕。三度全層皮膚，累及皮下組織或更深創(chuàng)面皮革樣，蒼白或焦黃炭化，凹陷，感覺消失，無水泡，可見皮下靜脈網(wǎng)。3~4周后焦痂脫落，大范圍燒傷需植皮，有疤痕。第七十四頁，共111頁。輻射熱強度（kW/m2）人體暴露極限35.0-37.51分鐘100%致死；10秒鐘1%致死25.01分鐘100%致死；10秒鐘重傷12.5-15.01分鐘1%致死；10秒鐘一度燒傷9.58秒鐘達到疼痛極限，20秒鐘二度燒傷4.0-4.520秒鐘以上引起疼痛；可能燒傷；0%致死1.5長時間暴露無不適感不同熱輻射水平下人的的暴露極限

第七十五頁，共111頁。穩(wěn)態(tài)火災(zāi)下不同熱通量的傷害效應(yīng)臨界熱強度(kW/m2)破壞類型臨界熱強度(kW/m2）破壞類型37.5過程裝備破壞5.0暴露15s的痛閾值25.0木材引燃最小能量(無引火)4.5暴露20s的痛閾值，一度燒傷16.0暴露5s后人嚴(yán)重灼傷2.0PVC絕緣電纜破壞12.5木材引燃最小能量（有火）1.75暴露1min的痛閾值6.4暴露8s的痛閾值，20s后二度燒傷1.6長時間暴露無不適感第七十六頁，共111頁。瞬間火災(zāi)作用下人的傷害準(zhǔn)則臨界熱通量（kJ/m2）傷害效應(yīng)375三度燒傷250二度燒傷125一度燒傷65皮膚疼痛第七十七頁，共111頁。物品熱通量（kW/m2）紙20.4木材32聚氨酯18聚乙烯20尼龍29聚苯乙烯18聚丙烯20聚甲基丙烯酸甲酯18聚氯乙烯21一些物品點燃所需熱輻射強度（10分鐘暴露）

第七十八頁，共111頁。池火概述池火：可燃液體液面上的自然燃燒。泄漏到地面上、堤壩內(nèi)液體的燃燒；敞開的容器內(nèi)液體的燃燒；水面上液體燃燒。池火模型一般按圓形液面計算，所以其他形狀的液池應(yīng)換算為等面積的圓池。無邊界阻擋的連續(xù)泄漏，隨著液池面積擴大燃燒速度加快，當(dāng)燃燒速度等于泄漏速度時，液池直徑達到最大。最大直徑可按下式計算：D—液池直徑，m；Q—液體泄漏流量，kg/s；mf—液體單位面積燃燒速率，kg/(m2.s)第七十九頁，共111頁。液體燃燒速率廣泛采用液體單位面積燃燒速率計算公式，不考慮液池大小對燃燒速率的影響。液體沸點高于環(huán)境溫度時：液體沸點低于環(huán)境溫度時：mf—液體單位面積燃燒速率，kg/(m2s)；c—常數(shù)，0.001kg/(m2s)；Hc—液體燃燒熱，J/kg；Hv—液體在常沸點下的蒸發(fā)熱，J/kg；Cp—液體的定壓熱容，J/(kgK)Tb—液體的沸點，K；Ta—環(huán)境溫度，K。第八十頁，共111頁?？紤]了液池大小的公式：半理論公式；參數(shù)由大量固體和液體實驗關(guān)聯(lián)，能得到與實驗非常一致的結(jié)果；表明隨著池直徑增加單位面積燃燒速率增加?？扇家后w液化天然氣液化丙烷氣苯二甲苯汽油煤油甲醇mf∞0.0780.0990.0850.0900.0550.0390.015kβ1.11.42.71.42.13.5-幾種液體的燃燒參數(shù)

第八十一頁，共111頁。池火高度無風(fēng)時：有風(fēng)時：ρa—空氣密度，kg/m3g—重力加速度；9.8m/s2；u—10m高處風(fēng)速，m/s；uc—特征風(fēng)速，如果u<uc,則u/uc取1。

公式表明，液池直徑越大火焰越長；有風(fēng)時火焰長度有所減少，但是，火焰向下風(fēng)方向傾斜，加重了下風(fēng)方向的熱輻射危害，還可能危及附近高大設(shè)備。第八十二頁，共111頁。火焰在風(fēng)作用下向下風(fēng)擴展，風(fēng)向上直徑為：與原液池直徑之差稱為后拖量?；鹧鎯A斜角可以按下式計算：

v—空氣動粘度，m2/s；θ—火焰傾角，°。計算火焰傾角的公式中，下面的簡單關(guān)系式被認(rèn)為能給出最好效果：第八十三頁，共111頁。熱輻射通量池周圍距池中心x處的熱輻射強度為：式中：q—接受點熱輻射通量，W/m2；q表面—池火表面熱輻射通量，W/m2；vF—幾何視角因子；τ—大氣透射率。假設(shè)燃料燃燒的能量從圓柱狀池火焰的側(cè)面和上面均勻向外輻射，則池火焰表面熱輻射能量為：f—熱輻射系數(shù)，范圍從0.13到0.35，保守取值0.35。第八十四頁，共111頁。考慮黑煙以及一氧化碳、水蒸氣等，火焰表面熱輻射能量可按下式計算：qf—火焰可見部分最大發(fā)射能量，取140kW/m2；qs—火焰黑煙部分最大發(fā)射能量，取20kW/m2；上式適用于含大量黑煙的碳?xì)浠衔锶紵?。視角因子：接受體所能接受的發(fā)熱體輻射能量的分?jǐn)?shù)；取決于發(fā)射體和接受體的形狀、距離和相對角度；計算式非常復(fù)雜。第八十五頁，共111頁。L視角因子計算第八十六頁，共111頁。大氣透射率：考慮水蒸氣、二氧化碳等對熱輻射的吸收；常用的一種計算方法是：另一種常用計算公式：上面兩式的計算結(jié)果非常接近。作為保守的估計，取τ=1也可。點源模型：假設(shè)全部熱量由池中心點發(fā)出：使用上式時通?？杉俣ù髿馔干渎蕿?。第八十七頁，共111頁。液體燃燒時的總熱通量q總——總熱通量，Wr——液池半徑η——效率因子，可取0.35第八十八頁，共111頁。后果分析tc——空氣導(dǎo)熱系數(shù)，可取1；q總——總熱通量；I——臨界熱輻射強度，按表7-9取值；I/kW/m2x含義37.5死亡半徑25重傷半徑12.5輕傷半徑4感覺區(qū)半徑第八十九頁，共111頁。高壓氣體從裂口高速噴出后被點燃，就形成噴射火；噴射火的長度可以認(rèn)為等于噴口到燃燒濃度下限的長度；熱量認(rèn)為是從中心軸線上一系列相等的輻射源發(fā)出，每一點源的熱通量為：f—燃燒效率因子，取0.35；n—假設(shè)的點源數(shù)；Q—泄漏流量，kg/s。則距離點源距離xi處某點接受的熱輻射通量為：Xp—發(fā)射因子，取0.2總熱通量是各點輻射的和：第九十頁，共111頁。幾點注意：輻射點源的數(shù)目可以任意選取，但對于后果分析來說，取5點即可。該模型沒有考慮風(fēng)的影響，因為一般噴射速度比風(fēng)速大得多。在低壓噴射時，風(fēng)速的影響比較明顯，在下風(fēng)向接受熱量會更多。如果風(fēng)使噴射火焰偏離了軸線，則該模型不適用。第九十一頁，共111頁?；鹎颍阂卜Q為沸騰液體擴展蒸氣爆炸（Boilingliquidexpandingvapourexplosion，簡稱BLEVE）。當(dāng)壓力容器受外界熱量的作用使槽壁強度下降并突然破壞，儲存的過熱液體或液化氣體突然釋放并被點燃，形成巨大火球。火球的危害主要是熱輻射而不是爆炸沖擊波，強烈的熱輻射可能造成嚴(yán)重的人員傷亡和財產(chǎn)損失。第九十二頁，共111頁。第九十三頁，共111頁?；鹎蛑睆剑夯鹎虺掷m(xù)時間：W—火球中消耗的可燃物的質(zhì)量，kg。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%。※火球在燃燒時一般會升離地面，其高度也有模型描述，保守的估計可以認(rèn)為火球沒有離開地面。第九十四頁，共111頁。模型D=aMbt=cMdabcdLihou和Maund3.510.330.320.33Roberts5.80.330.450.33Pietersen,TNO6.480.3250.8250.26Williamson和Mann5.880.3331.090.167Moorhouse和Pritchard5.330.3271.090.327Hasegawa和Sato5.280.2771.10.097Fay和Lews6.280.332.530.17Lihou和Maund6.360.3252.570.167RajPK5.450.3331.340.167常見火球模型

第九十五頁，共111頁。一度燒傷的熱輻射通量：q=8574.5W/m2,傷害半徑x=519m財產(chǎn)損失的熱輻射通量：q=26111.1W/m2,傷害半徑x=305m第九十六頁，共111頁。閃火是可燃蒸氣云的非爆炸燃燒；燃燒速度雖然很快但比爆炸慢得多；危害主要是熱輻射而沒有沖擊波。有關(guān)閃火的后果分析研究還很不充分，一般可以認(rèn)為蒸氣云濃度在氣體爆炸上、下限