安全评价理论与方法安全评价理论与方法第四章第四章 事故危害后果模拟分析事故危害后果模拟分析 4 事故危害后果模拟分析事故危害后果模拟分析 章节结构章节结构4.1 爆炸伤害模型爆炸伤害模型4.2 火灾伤害模型火灾伤害模型4.3 泄漏扩散模型泄漏扩散模型4.4中毒模型中毒模型本章复习题本章复习题 ¡火灾、爆炸是火炸药、石油、化工、采矿、交通运火灾、爆炸是火炸药、石油、化工、采矿、交通运输等行业中发生频率高、损失大的两种重大事故类输等行业中发生频率高、损失大的两种重大事故类型¡对美国化工行业对美国化工行业1978-1980三年中发生的三年中发生的1028起事起事故的统计结果如下面的图故的统计结果如下面的图1所示 1: 爆炸爆炸 2: 火灾火灾 3: 其它其它 图图 1 事故损失分布事故损失分布 4.1 爆炸伤害模型爆炸伤害模型1）爆炸机理）爆炸机理物理爆炸、气体爆炸、粉尘爆炸、炸药爆炸物理爆炸、气体爆炸、粉尘爆炸、炸药爆炸2）爆炸伤害准则）爆炸伤害准则超压准则，冲量准则，超压超压准则，冲量准则，超压-冲量准则冲量准则3）物理爆炸模型）物理爆炸模型4）气体爆炸模型）气体爆炸模型蒸汽云爆炸，沸腾蒸汽爆炸（辐射伤害机理）蒸汽云爆炸，沸腾蒸汽爆炸（辐射伤害机理） A 凝聚相含能材料爆炸伤害模型凝聚相含能材料爆炸伤害模型 凝聚相含能材料爆炸能产生多种破坏效应，最危凝聚相含能材料爆炸能产生多种破坏效应，最危险、破坏力最强、破坏区域最大的是冲击波的破坏险、破坏力最强、破坏区域最大的是冲击波的破坏效应。
效应a 冲击波伤害准则（超压冲击波伤害准则（超压-冲量准则）冲量准则）超压超压-冲量准则认为：冲量准则认为： 破坏效应由超压破坏效应由超压△△p与冲量与冲量I共同决定，共同决定，它们的不同组合如果满足下列条件就可产生它们的不同组合如果满足下列条件就可产生相同的破坏效应：相同的破坏效应： 式中：式中： ---冲击波超压，冲击波超压，Pa；； ---引起目标破坏的最小临界超压，引起目标破坏的最小临界超压，Pa；； C ---目标被破坏的临界冲量；目标被破坏的临界冲量； ---常数，与目标性质和破坏等级有关常数，与目标性质和破坏等级有关 b 爆炸死亡区爆炸死亡区该区内的人员如缺少防护，则被认为无例外地蒙该区内的人员如缺少防护，则被认为无例外地蒙受严重伤害或死亡，其内径为零，外径记为受严重伤害或死亡，其内径为零，外径记为R0.5，表，表示外圆周处人员因冲击波作用导致肺出血而死亡的示外圆周处人员因冲击波作用导致肺出血而死亡的概率为概率为50％。
％R0.5=13.6(WTNT/1000)0.37 式中：式中：WTNT—爆源的爆源的TNT当量，当量，kg；； WTNT=E/QTNT 式中：式中： E—爆源的总能量；爆源的总能量； QTNT—TNT爆热，爆热，4.52MJ/kg B 蒸汽云爆炸的伤害模型蒸汽云爆炸的伤害模型TNT当量法当量法：如果某次爆炸造成的破坏状况：如果某次爆炸造成的破坏状况与与x kgTNT爆炸造成的破坏状况相当，则称爆炸造成的破坏状况相当，则称此次爆炸的威力为此次爆炸的威力为x kgTNT当量蒸汽云爆炸的蒸汽云爆炸的TNT当量：当量： WTNT=αWfQf/QTNT 式中式中: α —蒸汽云的蒸汽云的TNT当量系数，当量系数， 0.04；； Wf—蒸汽云中燃料的总质量，蒸汽云中燃料的总质量，kg；； Qf—燃料的燃烧热，燃料的燃烧热，MJ/kg；； QTNT—TNT爆热，爆热，4.12—4.69MJ/kg。
4.2 火灾伤害模型火灾伤害模型¡1）火灾伤害准则：热辐射）火灾伤害准则：热辐射¡2）火灾模型：池火、火球、喷射火）火灾模型：池火、火球、喷射火（（1）热辐射对人员的影响）热辐射对人员的影响（（2）） 池火灾伤害模型池火灾伤害模型（（3）） 沸腾液体扩展为蒸汽爆炸伤害模型沸腾液体扩展为蒸汽爆炸伤害模型（（4）固体火灾伤害模型）固体火灾伤害模型 （（1）热辐射对人员的影响）热辐射对人员的影响热辐射剂量是根据热辐射通量（热辐射剂量是根据热辐射通量（单位单位:W/m2）和）和热辐射作用时间来确定的热辐射作用时间来确定的死亡热通量死亡热通量q1:Pr=-37.23+2.56ln（（Tq14/3））重伤热通量重伤热通量q2:Pr=-43.14+3.0188ln（（ Tq24/3 ）） 轻伤热通量轻伤热通量q3:Pr=-39.83+3.0186ln（（ Tq34/3 ））式中：式中：T－人体暴露于热辐射的时间－人体暴露于热辐射的时间,s；； Pr－伤害几率单位－伤害几率单位死亡几率与伤害百分数的关系死亡几率与伤害百分数的关系: 式中式中:D—死亡百分数死亡百分数,当当Pr=5时时,D=50％％。
同裸露人体的情况相比，由于服装的防护作用，同裸露人体的情况相比，由于服装的防护作用，人体实际接收的热辐射强度有所减少，人体实际接人体实际接收的热辐射强度有所减少，人体实际接收的热辐射强度收的热辐射强度qc为为 qc=βq 式中，式中， qc－－人体实际接收到的热通量，人体实际接收到的热通量，W/m2；； q－－裸露人体接收到的热通量，裸露人体接收到的热通量，W/m2；； β－－有服装保护时人体的热接收率，取有服装保护时人体的热接收率，取β=0.4 （（2）） 池火灾伤害模型池火灾伤害模型定义定义：可燃液体（汽油、柴油）泄露后流到地面形成：可燃液体（汽油、柴油）泄露后流到地面形成液池，或流到水面覆盖水面，遇到火源燃烧形成的火灾液池，或流到水面覆盖水面，遇到火源燃烧形成的火灾 a 池直径的计算池直径的计算 当危险单元当危险单元为油罐或油罐区时，为油罐或油罐区时，根据防护堤所围池根据防护堤所围池面积面积S（（m2）计算：）计算： D=（（4S/3.14））1/2 S=W/(Hminρ) 式中式中: W—泄漏的液体量，泄漏的液体量，kg；； Hmin—最小油层厚度最小油层厚度,m,与地面性质和状态有与地面性质和状态有关；关； ρ—油的密度，油的密度，Kg/m3。
b 确定火焰高度确定火焰高度 H/D=式中：式中：H—火焰高度，火焰高度，m；； —单位表面积的燃烧速度，单位表面积的燃烧速度，kg/（（m2·s））; —空气密度，空气密度，kg/m3; D —池直径，池直径，m; uW－－10 m高处的风速，高处的风速，m／／s；； uC－－特征风速，特征风速，m／／s；；uC=(g Dρ0)0.333, 如果如果u W≤ u C ，，uW ／／ u C =1 c 火焰表面热通量的计算火焰表面热通量的计算 kw/m2 式中：式中：Hc—燃烧热，燃烧热，kJ/kg；； f —热辐射系数，可取热辐射系数，可取f=0.15；； －－单位表面积的燃烧速度单位表面积的燃烧速度,kg/(m2·s) d 目标接收到的热通量的计算目标接收到的热通量的计算 kw/m2 式中：式中：V—视角系数视角系数 r—目标到火球中心的水平距离，目标到火球中心的水平距离，m q0 —火焰表面热通量，火焰表面热通量， kw/m2 （（3）） 沸腾液体扩展为蒸汽爆炸伤害模型沸腾液体扩展为蒸汽爆炸伤害模型 a 火球半径计算火球半径计算 R=2.9W1/3 m 式中式中:W—可燃气体存储量可燃气体存储量,kg；； b 火球持续时间的计算火球持续时间的计算 t=0.45W1/3 s c 目标接收到的热量计算目标接收到的热量计算 Qr= J/m2 式中：式中：p－－容器内可燃物质的饱和蒸汽压，容器内可燃物质的饱和蒸汽压，MPa;b－储罐形状系数；－储罐形状系数；c－储罐数量影响因子；－储罐数量影响因子；r－目标离储罐距离；－目标离储罐距离；Qr－目标接收的热剂量。
－目标接收的热剂量 （（4）） 固体火灾伤害模型固体火灾伤害模型 固体火灾的热辐射系数按点源模型估计固体火灾的热辐射系数按点源模型估计 式中：式中：F-热辐射系数，可取热辐射系数，可取0.25；； Mc-燃烧速率，燃烧速率，kg/s；； Hc-燃烧热，燃烧热，J/kg；； r-目标到火源之间的距离，目标到火源之间的距离，m （（1）泄漏口尺寸）泄漏口尺寸 按照管道、阀门、压力容器等分类不同，分别按照管道、阀门、压力容器等分类不同，分别取取20%或或20% ~100%之间，见课本之间，见课本P46 4.3 泄漏扩散模型泄漏扩散模型 （（2）液体释放量）液体释放量 a 确定释放的液体流量确定释放的液体流量 式中：式中：Q0－液体泄漏速度，－液体泄漏速度，Kg/s; Cl－液体泄漏系数，按－液体泄漏系数，按此表此表选取；选取； A－泄漏口的面积，－泄漏口的面积，m2；； ρ－－泄漏液体密度，泄漏液体密度，Kg/m3；； p－－容器内介质压力，容器内介质压力，Pa；； p0－环境压力，－环境压力，Pa；； h－－裂口之上液位高度，裂口之上液位高度，m。
雷诺数雷诺数（（Re））泄漏口形状泄漏口形状圆形（多边形）圆形（多边形） 三角形三角形长方形长方形>1000.650.600.55≤1000.500.450.40 b 确定释放的总液体量确定释放的总液体量假设液池在假设液池在15min后达到最终泄漏量：后达到最终泄漏量： WT=15×60×Q0 式中：式中： Q0—液体流量，液体流量，kg/s；； WT－液体泄漏总量，－液体泄漏总量，Kg c 计算闪蒸系数和闪蒸释放量计算闪蒸系数和闪蒸释放量如果温度大于沸点：如果温度大于沸点：闪蒸系数：闪蒸系数： 式中：式中：Tb-液体在常压下的沸点，液体在常压下的沸点，K；； Ts-泄漏前液体的温度，泄漏前液体的温度，K；； Cp-液体的定压比热，液体的定压比热，J/（（kg·K）；）； Hv-液体的气化热，液体的气化热，J/kg闪蒸产生的释放量：闪蒸产生的释放量： AQf=FV·WT/t1式中：式中： AQf－闪蒸量，－闪蒸量，Kg/s ；； WT－液体泄漏总量液体泄漏总量，Kg； t1－闪蒸蒸发时间，闪蒸蒸发时间，s。
（（3）） 气体释放量气体释放量当当 ，气体泄漏量：，气体泄漏量：当当 ，气体泄漏量：，气体泄漏量：式中：式中：Cg－气体泄漏系数，按－气体泄漏系数，按此表此表选取；选取；M－相对分子质量；－相对分子质量；ρ－－气体密度，气体密度，Kg/m3;T－气体温度，－气体温度，K；；R－气体常数，－气体常数，J/(mol·K)；；A－泄漏口面积，－泄漏口面积，m2；； 裂口形状裂口形状圆形圆形三角形三角形长方形长方形气体泄漏系数气体泄漏系数Cg1.000.95 0.90 4.4中毒模型中毒模型描述毒物泄漏后果的概率函数法描述毒物泄漏后果的概率函数法 Y=A+B·ln（（cn×t））式中：式中：Y－－中毒死亡概率；中毒死亡概率； A、、B、、n取决与毒物性质的常数；取决与毒物性质的常数； C－－ 接触毒物的浓度接触毒物的浓度,PPm；； t－－接触毒物的时间接触毒物的时间,min 复习题四复习题四对本章之内容的要求：对本章之内容的要求： 理解理解爆炸伤害模型、火灾伤害模爆炸伤害模型、火灾伤害模型、泄漏扩散模型、中毒模型的计算步骤，型、泄漏扩散模型、中毒模型的计算步骤，能够结合实例进行分析。
能够结合实例进行分析。