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1、火灾、爆炸事故后果模拟计算 在化工生产中，火灾、爆炸和中毒事故不但影响生产的正常运行，而且对人员有较大的身体危害，导致人员的伤亡。本文运用地面火灾、蒸气云爆炸和中毒的三种数学模型，对年产2万吨顺酐装置的原料库来进行分析，分析各种事故对人员可能造成的危害，借以帮助企业在生产中采取相应的措施。 事故后果分析是危险源危险性分析的一个主要组成部分，其目的在于定量描述一个可能发生的重大事故对工厂、对厂内人员、厂外居民甚至对环境造成危害的严重程度。一、 苯储罐泄漏池火灾后果分析苯系易燃液体，在苯贮罐区苯泄漏后遇到点火源就会被点燃而着火燃烧。由于贮罐区设有防火堤，苯泄漏后积聚在防火堤之内，它被点燃后的燃烧方
2、式为池火。模拟有关数据参数如下。苯储罐区有两台800m3、两台500m3的苯储罐，苯储罐单罐直径10.5m，每两台罐为一组，贮罐区防火堤尺寸为3316 m，模拟液池半径为18.3m；苯储罐单台最大贮存量600t，泄漏量为15%时，足以在防火堤内形成液池；周围环境温度设为25；（1）燃烧速度当液池中的可燃液体的沸点高于周围环境温度时，液体表面上单位面积的燃烧速度dm/dt为：（公式F5-1） 0.001 Hc dm/dt = CP（TbT0）H式中dm/dt单位表面积的燃烧速度，kg/m2.sHc液体燃烧热，J/kg。苯Hc=41792344J/kg。CP液体的定压比热容，J/kg.K。苯CP=
3、1729 J/kg.K。Tb液体的沸点，Kb=353.1K。T0环境温度，环境温度为25，K。= 298K。H液体的气化热，J/kg。苯H=428325 J/kg。（25）计算：dm/dt=0.00141792344/1729（353.1298）428325 =0.0798 kg/m2.s（2）火焰高度模拟液池为园池，半径为18.3m，其火焰高度可按下式计算：（公式F5-2） dm/dth=84r 0.61 0（2gr）1/2式中h火焰高度，m；r液池半径，m；取r=18.3m0周围空气密度，kg/m3；取0=1.185kg/m3（25）g重力加速度，9.8m/s2；dm/dt单位表面积的燃烧
4、速度，己知0.0798kg/m2.s计算：h=8418.30.0798/1.185（29.818.3）1/20.61=49.3m（3）热辐射通量当液池燃烧时放出的总热辐射通量为：Q=（兀r22兀rh）dm/dtHc/72（dm/dt）0.61（公式F5-3）Q总热辐射通量，W；效率因子，可取0.130.35。取0.15。其余符号意义同前。Q=（3.1418.3223.1418.349.3）0.07980.1541792344（720.07980.61）=200068980.5 W（4）目标入射热辐射强度假设全部辐射热量由液池中心点的小球面辐射出来，则在距离池中心某一距离（X）处的入射热辐射强度
5、为：（公式F5-4） QtcI= 4兀X2式中I热辐射强度，W/m2；Q总热辐射通量，W；tc热传导系数，在无相对理想的数据时，可取值为1；X目标点到液池中心距离，m；例如，距离液池中心20m处的入射热辐射强度为： Qtc200068980.5I= = 39822.6W/m2 4兀X243.14202（5）火灾损失火灾通过辐射热的方式可影响周围环境。当火灾产生的热辐射强度足够大时，可使周围的物体燃烧或变形，强烈的热辐射可能烧毁设备甚至造成人员伤亡。火灾损失估算建立在辐射通量与损失等级的相应关系的基础上。有资料提供不同入射通量造成伤害或损失的情况，结合本篇所要分析的对象，当目标接受的入射通量为某
6、一定值时，目标与液池中心的距离可用下式计算：X=（Qtc/4兀I）0.5式中符号意义与以上相同。按该式计算：当I=37500，X =（200068980.5/43.1437500）0.5=20.6m当I=25000，X = 25.2m当I=12500，X = 35.7m当I=4000， X = 63.1m当I=1600， X = 99.8m不同距离、不同入射通量造成的伤害及损失情况表目标至池火中心的水平距离（m）入射通量（W/m2）对设备的损害对人的伤害20.637500操作设备全部损坏1%死亡/10s100%死亡/1min25.225000在无火焰、长时间辐射下，木材燃烧的最小能量重大烧伤/
7、10s100%死亡./1min35.712500有火焰时，木材燃烧，塑料熔化的最低能量1度烧伤/10s1%死亡/1min63.1400020s以上感觉疼痛，未必起泡99.81600长期辐射无不舒服感二、 苯储罐泄漏爆炸后果分析采用蒸气云爆炸（VCE）伤害模型计算苯储罐泄漏爆炸的伤害/破坏半径，在伤害/破坏半径所包围的封闭面积内人员多少、财产价值多少将影响事故严重度大小。（1）有关参数苯储罐区有两台800m3、两台600m3的苯储罐，储存物质：苯，单台最大储存量600t。苯燃烧热41792 kJ/kg。（2）TNT当量计算通常以TNT当量法来预测蒸气云爆炸的严重程度。蒸气云的TNT当量WTNT计
8、算式如下： WTNT=1.8aWfQf/ QTNT（公式F5-5）式中：1.8为地面爆炸系数WTNT蒸气云的TNT当量，kg； a蒸气云的TNT当量系数，取4%； Wf蒸气云爆炸中燃烧的总质量，kg; Qf为计算对象的燃烧热，kJ/kg; QTNTTNT的爆热，KJ/kg,取平均爆破能量值4520kJ/kg。设：泄漏出来的苯体积容量为5%，Wf = 6000005% = 30000kg，WTNT = 1.80.04WfQf/4520 = 1.80.043000041792/4520 =19971kgTNT死亡区内的人员如缺少防护，则被认为无例外地蒙受严重伤亡或死亡，其内径为零，外径为R1；重伤
9、区内的人员如缺少防护，则被认为无例外地蒙受严重伤害，极少数人员可能死亡或受轻伤。其内径为R1，外径为R2;轻伤区内的人员如缺少防护，绝大多数人员将遭受轻微伤害，少数人员将受重伤或无事，其内径为R2,外径为R3；安全区内的人员不会受到伤害，该区的内径为R3o各区的计算式如下：R1=13.6(WTNT/1000)0.37 PS=0.137Z-3+0.119Z-2+0.269Z-1-0.019 Z=R2(E/Po)1/3或Z=R3(E/Po)1/3 PS=44000/ Po E=WTNTQTNT 式中：P引起人员伤害的冲击波峰值：重伤为44000Pa、轻伤为17000Pa； E爆源总能量，J； Po
10、为环境压力，Pa; QTNTTNT的爆热，KJ/kg。 （3）死亡半径R1R1= 13.6（WTNT/1000）0.37（公式F5-6）= 13.6（10000/1000）0.37= 41.2m（4）重伤半径R2PS=0.137Z-3+0.119Z-2+0.269Z-1-0.019 Z=R2/ (E/Po)1/3 =0.01039R2PS=44000/ Po=0.4344 E=WTNTQTNT =90270720000 J式中：P0为环境大气压,同上。101300PaE为总爆炸能量，同上。计算得R2 =104.8m（5）轻伤半径R3PS=0.137Z-3+0.119Z-2+0.269Z-1-0
11、.019 Z=R3/ (E/Po)1/3 =0.01039R3PS=17000/ Po=0.1678式中：P0为环境大气压,取101300PaE为总爆炸能量，计算得R3 = 188.3m（6）财产损失半径R财R财 = KWTNT1/3/1（3175/WTNT）21/6（公式F5-9）式中K为二级破坏系数取K=5.6R财 = KWTNT1/3/1（3175/WTNT）21/6= 5.6199711/3/1（3175/19971）21/6= 151.3m以上通过苯罐区的火灾爆炸事故案例，对易燃易爆液体储罐区火灾爆炸事故的评价方法选择和评价过程的介绍可以看出，对于易燃易爆液体储罐区火灾爆炸事故的评价
12、，首先应采用美国道化公司的火灾爆炸危险指数法，评价出火灾爆炸事故的影响范围；其次利用池火灾伤害数学模型分析法，评价出事故对周围设施和人员损伤程度，同时还可以对前述道化学方法的评价结论进行验证；最后建立火灾爆炸事故树，分析该事故发生的概率（必须有基本原因事件发生的记录或经验概率值）和找出导致火灾爆炸事故发生的基本原因事件，并求出各原因事件的主次作用，为安全对策措施的轻重缓急排序提供科学依据。重大事故后果分析方法：中毒有毒物质泄漏后生成有毒蒸气云，在空气中飘移、扩散，直接影响现场人员并可能波及居民区。大量剧毒物质泄漏可能带来严重的人员伤亡和环境污染。毒物对人员的危害程度取决于毒物的性质、毒物的浓度
13、和人员与毒物接触时间等因素。有毒物质泄漏初期，其毒气形成气团密集在泄漏源周围，随后由于环境温度、地形、风力和湍流等影响气团飘移、扩散，扩散范围变大，浓度减小。在后果分析中，往往不考虑毒物泄漏的初期情况，即工厂范围内的现场情况，主要计算毒气气团在空气中飘移、扩散的范围、浓度、接触毒物的人数等。1 描述毒物泄漏后果的概率函数法概率函数法是通过人们在一定时间接触，一定浓度所造成影响的概率来描述毒物泄漏后果的一种表示法。概率与中毒死亡百分率有直接关系，二者可以互相换算，如表1所示。概率值在09之间。表1 概率与死亡百分率的换算概率值Y与接触毒物浓度及接触时间的关系如下：Y=A+Bn(cnt)(1)式中 A，B，n取决于毒物性质的常数，表615列出了些常见有毒物质的有关参数； c接触毒物的浓度，ppm； t接触毒物的时间，min。表2 一些毒性物质的常数物质名称ABn参考资料氯-5.30.52.75DCMR 1984氨-9.820.712.0DCMR 1984丙稀醛-9.932.051.0USCG 1977四氯化碳0.541.010.5USCG 1977氯化氢-21.762.651.0USCG 1977甲基溴-19.92
