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1、重大工业事故后果分析重大工业事故后果分析 重大事故：重大事故：是指重大危险源在运行中突然发生重大泄是指重大危险源在运行中突然发生重大泄漏、火灾或爆炸，其中涉及一种或多种有害物质，并漏、火灾或爆炸，其中涉及一种或多种有害物质，并给现场人员、公众或环境造成即刻的或延迟的严重危给现场人员、公众或环境造成即刻的或延迟的严重危害的事件害的事件 重大事故后果分析重大事故后果分析: :是重大危险源评价和管理的一个重是重大危险源评价和管理的一个重要方面，目的是定量描述一个可能发生的事故将造成要方面，目的是定量描述一个可能发生的事故将造成的人员伤亡、财产损失和环境污染情况。根据分析结的人员伤亡、财产损失和环境污
2、染情况。根据分析结果断策者可以采取适当措施，如设置报警系统、压力果断策者可以采取适当措施，如设置报警系统、压力释放系统、防火系统以及编制应急响应程序等，以减释放系统、防火系统以及编制应急响应程序等，以减少事故发生的可能性或降低事故的危害程度少事故发生的可能性或降低事故的危害程度后果分析定量描述一个可能发生的事故将造成的人员伤亡、财产损失和环境污染情况。意义:平安评价的组成局部；采取平安措施的依据；设置报警系统、压力释放系统、防火系统等；编制应急响应预案的依据。一、后果分析一般程序一、后果分析一般程序1 1后果分析程序后果分析程序重大事故后果分析主要包括以下步骤重大事故后果分析主要包括以下步骤
3、(1) (1)划分独立功能单元划分独立功能单元 (2) (2)计算单元中有害物质存量计算单元中有害物质存量 根据工艺流程和设备参数计算单元中有害物质的存量，根据工艺流程和设备参数计算单元中有害物质的存量，并记录物质的种类、相态、温度、压力、体积或质量并记录物质的种类、相态、温度、压力、体积或质量(3)(3)找出设备的典型故障找出设备的典型故障(4)(4)计算泄漏量计算泄漏量(5)(5)计算后果计算后果 分析泄漏后可能造成的火灾、爆炸等后果，选择适分析泄漏后可能造成的火灾、爆炸等后果，选择适宜的模型计算事故对生产现场内或现场外的影响宜的模型计算事故对生产现场内或现场外的影响 将计算结果整理成表格
4、，并在单元平面图上划出将计算结果整理成表格，并在单元平面图上划出影响范围影响范围 (6)(6)整理结果整理结果2 2后果分析需要的参数后果分析需要的参数 (1)(1)有害物质的参数有害物质的参数 有害物质的相态、最大质量或体积、温度、压有害物质的相态、最大质量或体积、温度、压力、密度，热力学性质如沸点、蒸发热、燃烧热、力、密度，热力学性质如沸点、蒸发热、燃烧热、比热容等，有害与毒性参数等比热容等，有害与毒性参数等(2)(2)设备的参数设备的参数 工艺流程、设备类型、设备的可能故障与泄漏位工艺流程、设备类型、设备的可能故障与泄漏位置、泄漏口形状尺寸等置、泄漏口形状尺寸等 (3)(3)现场情况与气
5、象情况现场情况与气象情况 设备布置、人员分布、资金密度、设备地理位置、设备布置、人员分布、资金密度、设备地理位置、堤坝高度面积、常年主导风向、平均风速、大气稳定情堤坝高度面积、常年主导风向、平均风速、大气稳定情况、日照情况、地形情况、地面粗糙度、建筑、树木高况、日照情况、地形情况、地面粗糙度、建筑、树木高度等度等 后果分析模式选择确定有害物质存量和储存条件可燃有毒气体液体或两相液体或两相气体BLEVE其他情况可燃气体事件树BLEVE模型可燃液体事件树有毒液体事件树毒性气体事件树有害特性过程或储槽中的相态释放情形事件树或模型可燃气体释放火球闪火或爆炸闪火或爆炸闪火或爆炸喷射火闪火或爆炸瞬时泄漏?
6、立即引燃?密度大于空气?延迟引燃?是是是是是是是是是否否否否否否否否否估计释放时间计算释放速率喷射扩散重气扩散中性扩散重气扩散中性扩散绝热膨胀有毒气体释放重气扩散中性扩散重气扩散中性扩散绝热膨胀计算释放速率和时间喷射扩散是是否否否是瞬时泄漏?密度大于空气?可燃液体释放评价火灾损失接气体事件树评价火灾损失评价污染接气体事件树评价火灾损失评价火灾损失接气体事件树评价污染接气体事件树瞬时泄漏?立即引燃?形成液池?液池点燃?估计泄漏时间和速率绝热膨胀火球喷射火计算扩展与蒸发池火计算扩展与蒸发池火有毒液体释放评价污染接气体事件树接气体事件树评价污染接气体事件树接气体事件树绝热膨胀估计泄漏时间和速率计算扩
7、展与蒸发计算扩展与蒸发瞬时泄漏?形成液池? 计算燃烧和爆炸的热量或压力，不仅仅用于评价人计算燃烧和爆炸的热量或压力，不仅仅用于评价人员和设备的损失情况。燃烧和爆炸还会涉及相邻的危险员和设备的损失情况。燃烧和爆炸还会涉及相邻的危险源，产生多米诺效应，因此也要对相邻危险源进行泄漏源，产生多米诺效应，因此也要对相邻危险源进行泄漏后果分析后果分析 气体泄漏分析的一个重要方面是计算蒸汽云的密气体泄漏分析的一个重要方面是计算蒸汽云的密度，密度高于空气或低于空气，对其扩散有较大的影度，密度高于空气或低于空气，对其扩散有较大的影响，应该采用不同的扩散模式响，应该采用不同的扩散模式 毒性气体的泄漏扩散分析较简单
8、，因为不需要考虑起火。毒性气体的泄漏扩散分析较简单，因为不需要考虑起火。主要的问题是根据蒸汽云密度选择适当的扩散模式主要的问题是根据蒸汽云密度选择适当的扩散模式气气体体和和两两相相泄泄漏漏事事故故框框图图 液体泄漏着火一般影响的面积较小，但挥发性液体液体泄漏着火一般影响的面积较小，但挥发性液体的蒸汽应按照气体事故进一步分析的蒸汽应按照气体事故进一步分析 常压液体泄漏后在地面形成液池，池内液体由于外常压液体泄漏后在地面形成液池，池内液体由于外表风的作用而缓慢蒸发。如果点燃那么形成池火，火焰表风的作用而缓慢蒸发。如果点燃那么形成池火，火焰的热辐射会危及现场人员和设备。加压液化气体泄漏时的热辐射会危
9、及现场人员和设备。加压液化气体泄漏时将发生闪蒸，剩下的液体形成液池。闪蒸的气体应按气将发生闪蒸，剩下的液体形成液池。闪蒸的气体应按气体事故进一步分析体事故进一步分析 冷冻液体泄漏也形成液池，液体吸收周围热量蒸发，蒸冷冻液体泄漏也形成液池，液体吸收周围热量蒸发，蒸发速度虽然比闪蒸慢，但一般比常压液体快发速度虽然比闪蒸慢，但一般比常压液体快 沸腾液体扩展蒸汽爆炸是一种比较特殊但后果极其沸腾液体扩展蒸汽爆炸是一种比较特殊但后果极其严重的事故。通常是装液化气体的容器受到外界火焰加严重的事故。通常是装液化气体的容器受到外界火焰加热，一方面使容器内压力升高，同时使容器强度下降。热，一方面使容器内压力升高，
10、同时使容器强度下降。一旦容器突然破裂，大量沸腾液体立即被点燃，形成巨一旦容器突然破裂，大量沸腾液体立即被点燃，形成巨大火球，影响非常严重大火球，影响非常严重 液液体体泄泄漏漏事事故故框框图图泄漏设备及损坏尺寸泄漏往往是事故的开始物质泄漏可能引起火灾或爆炸，也可能产生毒气伤害。泄漏原因：设备损坏、失灵；错误操作；平安阀的正常或不正常动作。 十类典型设备：管道挠性连接过滤器阀压力容器/反响器泵压缩机贮罐常压条件贮槽加压或冷冻放空燃烧管/排气管泄漏设备及损坏尺寸管道包括：管道，法兰，焊接，弯管典型损坏裂口尺寸1）法兰泄漏2）管道泄漏3）焊缝失效20%管径100%或20%管径100%或20%管径挠性连
11、接器挠性连接器 包括：软管，波纹管，铰接器典型损坏裂口尺寸1)破裂泄漏2)接头泄漏3)连接装置损坏100%或20%管径20%管径100%管径过滤器 包括：滤器，滤网典型损坏裂口尺寸1)滤体泄漏2)管道泄漏100%或20%管径20%管径阀门包括：球阀，闸阀，球型阀，塞阀，针阀，蝶阀，阻气阀，泄压阀，紧急切断阀典型损坏裂口尺寸1)阀室泄漏2)阀盖泄漏3)阀杆损坏100%或20%管径20%管径20%管径通用分类法通用分类法 这种分类方法既按原理、作用又按结构划分，这种分类方法既按原理、作用又按结构划分，是目前国际、国内最常用的分类方法。一般是目前国际、国内最常用的分类方法。一般分：分：闸阀、截止阀、
12、节流阀、仪表阀、柱塞阀、闸阀、截止阀、节流阀、仪表阀、柱塞阀、隔膜阀、旋塞阀、球阀、蝶阀、止回阀、减隔膜阀、旋塞阀、球阀、蝶阀、止回阀、减压阀平安阀、疏水阀、调节阀、底阀、过滤压阀平安阀、疏水阀、调节阀、底阀、过滤器、排污阀等。器、排污阀等。阀门的分类压力容器 及反响器 包括：分离器，气体洗涤器，混合器，反应器，热交换器，火加热器，塔，管道清洗发射/接受器，再沸器典型损坏裂口尺寸1)容器破裂2)容器泄漏3)人孔盖泄漏4)喷嘴损坏5)仪表管道破裂6)内部爆炸全部破裂100%最大管径20%开口直径100%管径100%或20%管径全部破裂泵 包括：离心泵，往复泵典型损坏裂口尺寸1)泵壳损坏2)密封泄
13、漏100%或20%管径20%管径压缩机 包括：离心式压缩机，轴流式压缩机，往复式压缩机典型损坏裂口尺寸1)泵壳损坏2)密封泄漏100%或20%管径20%管径贮罐 包括：所有常压贮罐（管道连接和堤坝也应作为设备的一部分考虑）典型损坏裂口尺寸1)容器损坏2)连接泄漏100%100%或20%管径加压或冷冻贮槽 包括：加压贮罐或运输容器，冷冻贮罐或运输容器，地埋或非地埋容器典型损坏裂口尺寸1)沸腾液体扩展蒸汽云爆炸（仅非地埋情况）2)破裂3)焊缝失效全部破裂（点燃）全部破裂100%或20%管径放空燃烧管和排气管放空燃烧管和排气管 包括：所有放空燃烧管或排气管（歧管、洗气放空装置、分离鼓应作为设备的一部
14、分考虑） 典型损坏 裂口尺寸 1)歧管或分离鼓泄漏 2)超规范排放 100%或20%管径估算泄漏的原因 从人-机系统来考虑造成各种泄漏事故的原因主要有4类：1设计失误根底设计错误，如地基下沉，造成容器底部产生裂缝，或设备变形、错位等；选材不当，如强度不够，耐腐蚀性差、规格不符等；布置不合理，如压缩机和输出管没有弹性连接，因振动而使管道破裂；选用机械不适宜，如转速过高、耐温、耐压性能差等；选用计测仪器不适宜；储罐、贮槽未加液位计，反响器(炉)未加溢流管或放散管等。泄漏的原因2设备原因加工不符合要求，或未经检验擅自采用代用材料；加工质量差，特别是焊接质量差；施工和安装精度不高，如泵和电机不同轴、机
15、械设备不平衡、管道连接不严密等；选用的标准定型产品质量不合格；对安装的设备没有按?机械设备安装工程及验收标准?进行验收；设备长期使用后未按规定检修期进行检修，或检修质量差造成泄漏；计测仪表未定期校验，造成计量不准；阀门损坏或开关泄漏，又未及时更换；设备附件质量差，或长期使用后材料变质、腐蚀或破裂等。泄漏的原因3管理原因没有制定完善的平安操作规程；对平安漠不关心，已发现的问题不及时解决；没有严格执行监督检查制度；指挥错误，甚至违章指挥；让未经培训的工人上岗，知识缺乏，不能判断错误；检修制度不严，没有及时检修已出现故障的设备，使设备带病运转。泄漏的原因人为失误误操作，违反操作规程；判断错误，如记错
16、阀门位置而开错阀门；擅自脱岗；思想不集中；发现异常现象不知如何处理。泄漏的控制无论气体泄漏还是液体泄漏，泄漏量的多少都是决定泄漏后果严重程度的主要因素，而泄漏量又与泄漏时间有关。因此，控制泄漏应该尽早地发现泄漏并且尽快地阻止泄漏。通过人员巡回检查可以发现较严重的泄漏；利用泄漏检测仪器、气体泄漏检测系统可以发现各种泄漏。利用停车或关闭遮断阀停止向泄漏处供给料可以控制泄漏。一般来说，与监控系统连锁的自动停车速度快；仪器报警后由人工停车速度较慢，大约需3-15分钟。泄漏量的计算液体泄漏根据柏努利Bernoulli方程可以建立液体经小孔泄漏的速度计算公式： Q液体泄漏流量，kg/s；Cd排放系数，通常
17、取0.60.64A泄漏口面积，m2；泄漏液体密度，kg/m3；P容器内介质压力，Pa；P0环境压力，Pa；g重力加速度，9.8m/s2；h泄漏口上液位高度，m。PhP0泄漏量的计算排放系数Cd：实际流量与理想理论流量的比，用于补偿公式推导中忽略了的摩擦损失、因惯性引起的截面收缩等因素。影响因素：泄漏口形状泄漏口位置泄漏介质的状态取值：薄壁壁厚孔半径小孔泄漏，其值约为0.62；厚壁孔半径壁厚8倍孔半径小孔或通过一短管泄漏，其值约为0.81；通过修圆小孔排放，那么排放系数为1.0。保守估计，取1.0。泄漏量的计算根据泄漏口形状取值其他问题：压力变化；液位变化；大气相通；管道阻力。雷诺数Re泄漏口形
18、状圆形（多边形）三角形长条形1000.650.600.551000.500.450.40PhP0通常按前述公式计算的为初始流量，也是最大流量。雷诺数Re是流体力学里面的一个参数，是流体流动中惯性力与粘性力比值的量度。表达式：ReLu/u为流体流动速度；L为流场的几何特征尺寸，如管道的直径为流体的密度；为流体的粘度。对于圆管内的流动，当Re2300时，流动总是层流；Re4000时，流动一般为湍流；其间为过渡区，流动可能是层流，也可能是湍流，取决于外界条件。雷诺数Re对于平行流体流过光滑平板的情况，边界层由层流转变为湍流的临界雷诺数约在1053106之间。层流：液体流动过程中，各质点的流线互不混杂
19、，互不干扰的流动状态。紊流：液体运动过程中，各质点的流线互相混杂，互相干扰的流动状态。泄漏量的计算过热液体泄漏过热液体泄漏过热液体是指液体的温度超过其沸点而没有沸腾的过热液体是指液体的温度超过其沸点而没有沸腾的情情况。如果液体的沸点低于周围环境温度，泄漏后一况。如果液体的沸点低于周围环境温度，泄漏后一局部液体将立即闪蒸为蒸气。假设闪蒸过程绝热，局部液体将立即闪蒸为蒸气。假设闪蒸过程绝热，那么很容易确定闪蒸局部的比例，即闪蒸液体分数那么很容易确定闪蒸局部的比例，即闪蒸液体分数为：为：FV闪蒸液体分数；直接蒸发的液体与原液体的比例Cp液体恒压热容，J/(kgK)T液体温度，K；Tb液体常压沸点，K
20、；HV常压沸点下的汽化热，J/kg。泄漏量的计算气体泄漏：气体符合理想气体状态方程，那么根据柏努利Bernoulli方程可推导出如下的气体泄漏公式：Cd气体泄漏系数，当裂口形状为圆形时取1.00,三角形时取0.95，长方形时取0.90；绝热指数，是等压热容与等容热容的比值；M气体的分子量；kg/mol；R气体常数，8.314J/(molK)；T容器内气体温度，K。泄漏量的计算临界压力：泄漏气体的运动速度到达声速时的压力。声速流：压力高于临界压力亚声速流：压力低于临界压力。用原公式计算。泄漏量的计算许多气体的绝热指数在1.1到1.4之间，那么相应的临界压力只有约1.7到1.9个大气压，因此多数事
21、故的气体泄漏是声速流。几种气体的绝热指数和临界压力atm注意：泄漏流量仍然随容器中介质压力的增加而增加。物质丁烷丙烷二氧化硫甲烷氨氯一氧化碳氢1.101.131.291.311.311.361.401.41PC1.711.731.831.841.841.871.901.90泄漏量的计算两相泄漏在过热液体发生泄漏的场合，有时会出现液、气两相流动。如果容器中的过热液体泄漏前通过较长的管道L/D12 就会产生两相泄漏。一种简化计算：假设系统中出口临界压力和上游压力比为0.55，那么：1泄漏两相中蒸发液体分数FV按下式计算：2两相流中气相和液相混合物的平均密度：泄漏量的计算3那么两相流排放泄漏流量为：
22、Cd两相流泄漏系数，一般取0.8。闪蒸比例分数可按前述计算：FV1，表示液体将全部蒸发为气体，应按气体泄漏计算；FV较小，可以简单地按液体泄漏计算。液体的扩展与蒸发液体的扩展(spreading)：无渗漏损失，扩散期间也不考虑挥发有防火堤，液池面积就是防火堤所围面积。没有防火堤：液体流向低洼处，液池面积可以估计。土地较平整：液体将扩散至到达最小液体厚度。光滑平整的地面，液层最小厚度主要取决于液体性质；对于粗糙地面，液层厚度主要取决于地面性质。液体的扩展与蒸发地面性质最小液层厚度/m地面性质最小液层厚度/m草地0.020混凝土地面0.005粗糙地面0.025平静的水面0.0018平整地面0.01
23、0液体的扩展与蒸发考虑到池火等计算一般以圆池为模型，其他形状液池应化为等面积圆，其直径为：液池半径随时间变化的计算，根本假定是圆柱形液池在光滑平面上扩展。对于瞬时泄漏：对于连续泄漏：r液池半径，m；t泄漏时间，s；液体密度，g/m3；g重力加速度，m/s2;m泄漏质量，kg；液体的扩展与蒸发液体的蒸发吸收地面热：低温液体或闪蒸后剩余的液体，主要吸收地面热量进行蒸发，蒸发速率：表面热导系数w/(mk)热扩散系数m2/s混凝土1.11.2910-7土地（8%水）0.94.310-7干沙0.32.310-7湿沙土地0.63.310-7沙砾地2.511.010-7m蒸发速率，kg/(m2s)s外表热导
24、系数，w/(mk)；as热扩散系数，m2/s；Ta环境温度，K；Tb液体沸点，K；外表热导率和热扩散速率外表热导率ls是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧外表的温差为1度K, ,在1秒内，通过1平方米面积传递的热量，单位为瓦/米度W/mK，此处的K可用代替。as= ls/(rC)，热扩散率越大，表示物体内部温度扯平的能力越大，或者说材料中温度变化传播的越迅速。液体的扩展与蒸发风引起质量转移：根据扩散通量正比于液池外表饱和蒸气浓度与其在大气中的本底浓度之差，忽略本底浓度并结合理想气体状态方程，可以得到下面的液体蒸发速度公式：传质系数可以按下式计算：传质系数也可简单计算：m 蒸发速度，kg/(
25、m2s)k扩散传质系数，m/s；Ps液体饱和蒸气压，PaM分子量，kg/mol；u10m高处风速，m/hr；ScSchmidt数，/D；空气粘度，kg/mhr；空气密度，kg/m3；D蒸发液体的扩散系数，m2/hr。1米高处风速，m/s液体的扩展与蒸发其他蒸发计算公式：下面的公式考虑了大气稳定度：稳定条件na不稳定0.23.84610-3中性0.254.68510-3稳定0.35.28510-3液体的扩展与蒸发美国环保署使用的公式：式中：P液体在池温度下的蒸气压，kPa；T池中液体温度，K。R气体常数，82.05atmcm3/molK喷射扩散等效裂口：气体喷出时，温度与压力与外界环境不一致：温
26、度可能低于环境温度压力可能高于环境压力等效裂口直径与实际裂口直径的关系为：喷射轴线上距喷射孔x处的浓度：Deq等效裂口直径，m；D计算泄漏流量用裂口直径，m；0泄露气体的密度；环境条件下的气体密度 。垂直于喷射轴的水平面上的浓度分布由下式给出：沿轴的喷射速度分布由下式计算：ux喷射轴上距喷射孔x处的喷射速度，m/s；u0实际泄漏气流速度，m/s，喷射扩散等浓度线示意图 喷射扩散其他问题：喷射速度沿喷射轴线下降，直到某一点喷射速度等于风速。计算该点的浓度，如果大于感兴趣浓度度那么继续评价。选择后续模型，需要了解转折点的气体密度：转折点处密度低于空气密度，选用中性烟羽模型或浮性烟羽模型；转折点处密
27、度高于空气密度，还需考察喷射云整体密度：按中轴线浓度的10%作为边界。绝热膨胀根本假设：闪蒸的液体或压缩气体瞬时释放后的快速膨胀按绝热过程处理。假定气云是呈包含两个区间的半球状，内层“核具有均匀的浓度，包含50%的泄漏量，外层浓度呈高斯分布，具有另外50%的泄漏量。这种双层云团扩散假定分两步：第一步，气体或气溶胶膨胀到压力降至大气压，在膨胀过程中气团获得动能，称为膨胀能；第二步，在膨胀能作用下气团进一步扩张，推动空气紊流混合进入气团。假设第二阶段持续到核的扩张速度降到某给定值时结束。重气扩散重气扩散 研究重气云扩散的意义研究重气云扩散的意义(1)(1)重气由于受重力作用，重气由于受重力作用，一
28、般是沿地面扩散的，对人的影响更大；一般是沿地面扩散的，对人的影响更大；(2)(2)常见的常见的工业气体，很多密度都大于空气，如液化石油气、氯工业气体，很多密度都大于空气，如液化石油气、氯气、二氧化硫、硫化氢等。气、二氧化硫、硫化氢等。3 3一些液化气体虽然一些液化气体虽然分子量不一定大于空气的表观分子量，但是泄漏后一分子量不一定大于空气的表观分子量，但是泄漏后一般温度较低，还可能夹带液滴，表观密度仍然大于空般温度较低，还可能夹带液滴，表观密度仍然大于空气，又称为稠密云团，也应该使用重气气，又称为稠密云团，也应该使用重气( (稠密云团稠密云团) )扩扩散模型散模型 重气扩散模型可分为三类：重气扩
29、散模型可分为三类：1 1一维模型一维模型2 2二二维模型维模型3 3三维模型三维模型 最简单的是一维模型，对于瞬时泄漏，假定气团按最简单的是一维模型，对于瞬时泄漏，假定气团按风速运动，气团内部具有均匀的浓度和密度；对于连续风速运动，气团内部具有均匀的浓度和密度；对于连续泄漏，假定是云羽按风速运动，垂直于风向的截面上具泄漏，假定是云羽按风速运动，垂直于风向的截面上具有均匀的浓度和密度有均匀的浓度和密度 不管是重气泄漏、还是中性或浮性气体泄漏，在建不管是重气泄漏、还是中性或浮性气体泄漏，在建立气体在大气中的扩散模型时，一般做如下的理想化假立气体在大气中的扩散模型时，一般做如下的理想化假设设 瞬时泄
30、漏假定瞬时完成，连续泄漏假定泄漏速瞬时泄漏假定瞬时完成，连续泄漏假定泄漏速 率恒定率恒定 气云在乎整、无障碍物的地面上空扩散气云在乎整、无障碍物的地面上空扩散 气云中不发生化学反响，地面对气云无吸收气云中不发生化学反响，地面对气云无吸收 风向为水平风向，风速和风向不随时间变化风向为水平风向，风速和风向不随时间变化4.1 4.1 瞬时扩散的盒子模型瞬时扩散的盒子模型(1)(1)起始云团形状起始云团形状 盒子模型假定起始云团为高盒子模型假定起始云团为高H H0 0、半径、半径R R0 0的圆柱体。的圆柱体。用于绝热扩散的半球状气团时，可化为等体积的圆柱用于绝热扩散的半球状气团时，可化为等体积的圆柱
31、体，高与半径比通常选体，高与半径比通常选1 1重气云团盒子模型扩散示意图重气云团盒子模型扩散示意图4.2 连续扩散的平板模型连续扩散的平板模型 平板模型假定连续扩散的云羽截面呈矩形，中心线平板模型假定连续扩散的云羽截面呈矩形，中心线平行于风向，高为平行于风向，高为H H，宽为，宽为2L;2L;在泄漏源，初始矩形的在泄漏源，初始矩形的高为高为H H0 0，宽为，宽为2L2L0 0 对于液他的连续蒸发，取矩形半宽对于液他的连续蒸发，取矩形半宽L L0 0等于液他半径，等于液他半径，矩形高度就取液池上方用于计算空气进入量的高度。对矩形高度就取液池上方用于计算空气进入量的高度。对于喷射扩散，在喷射扩散
32、结束点处，浓度为中心线于喷射扩散，在喷射扩散结束点处，浓度为中心线1010的点形成一个圆，将圆截面折合为同面积的矩形作为扩的点形成一个圆，将圆截面折合为同面积的矩形作为扩散的初始矩形散的初始矩形重气云羽平板模型扩散示意图重气云羽平板模型扩散示意图 连续泄漏是稳态过程，每一位置的密度和浓度不连续泄漏是稳态过程，每一位置的密度和浓度不随时间变化。也可以假想一矩形薄片，从泄漏源开始随时间变化。也可以假想一矩形薄片，从泄漏源开始沿风向运动，这样就完全可以采用前面处理瞬时泄漏沿风向运动，这样就完全可以采用前面处理瞬时泄漏圆柱体的方法处理矩形薄片，所有算法都是相同的，圆柱体的方法处理矩形薄片，所有算法都是
33、相同的，不同的仅仅是底面积、顶面积和侧面积的计算不同的仅仅是底面积、顶面积和侧面积的计算中等密度云扩散中等密度云扩散 当泄漏气体或气体与空气混合后的密度接近空气当泄漏气体或气体与空气混合后的密度接近空气密度时，重力下沉与浮力上升作用可以忽略，扩散主密度时，重力下沉与浮力上升作用可以忽略，扩散主要是由空气的湍流决定。在假设均匀湍流场的条件下，要是由空气的湍流决定。在假设均匀湍流场的条件下，有害物质在扩散截面的浓度分布呈高斯分布，所以称有害物质在扩散截面的浓度分布呈高斯分布，所以称为高斯扩散。甚至在重气泄漏场合，考虑到重力作用为高斯扩散。甚至在重气泄漏场合，考虑到重力作用影响时间较短，也可以直接采
34、用高斯模型影响时间较短，也可以直接采用高斯模型有界点源扩散有界点源扩散 实际扩散需要考虑地面的影响，一般把地面看做实际扩散需要考虑地面的影响，一般把地面看做镜子，可以反射有害物质。有害物质的实际浓度为由镜子，可以反射有害物质。有害物质的实际浓度为由真实源计算的浓度和由与真实源对称的虚源计算的浓真实源计算的浓度和由与真实源对称的虚源计算的浓度之和度之和 如果泄漏口上空存在逆温层，还要考虑逆温层的如果泄漏口上空存在逆温层，还要考虑逆温层的影响影响火灾事故后果分析热辐射破坏准那么热通量准那么：以热通量作为衡量目标是否被破坏的参数；目标接受到的热通量大于或等于临界热通量，目标被破坏；否那么，目标不被破
35、坏。适用范围为热通量作用的时间比目标到达热平衡所需要的时间长。热通量是指单位面积发射或接收的热能，通常以q表示，单位是J/m2。热辐射破坏准那么热强度准那么：以目标接收到的热强度作为目标是否被破坏的唯一参数；目标接收到的热强度大于或等于临界热强度时，目标被破坏；否那么，目标不被破坏。适用范围为作用于目标的热通量持续时间非常短、以至于目标接收到的热量来不及散失掉。热强度是指热通量除以热通量作用时间，通常用I表示，单位？。热辐射破坏准那么热通量-热强度准那么：当热通量准那么或热强度准那么的适用条件均不具备时、应该使用热通量-热强度准那么。热通量-热强度准那么认为,目标能否被破坏不能由热通量或热强度
36、一个参数决定，而必须由它们的组合来决定。如果以热通量q和热强度I分别作为纵坐标和横坐标，那么，目标破坏的临界状态对应qI平面有一条临界曲线。本书中未严格区分热通量和热强度热辐射破坏准那么烧伤等级烧伤程度损伤深度临床表现创面愈合过程一度表皮层红斑，轻度红肿、热、痛。感觉过敏，干燥无水泡。35天痊愈，脱屑，无疤痕。浅二度真皮浅层创面温度高，水泡形成，潮湿，水肿，剧痛，感觉过敏。如无感染，1014天痊愈，不留疤痕。深二度真皮深层创面温度微低，湿润，水泡少，疼痛，白中透红，有小红斑点，水肿。如无感染，34周痊愈，有轻度疤痕。三度全层皮肤，累及皮下组织或更深创面皮革样，苍白或焦黄炭化，凹陷，感觉消失，无
37、水泡，可见皮下静脉网。34周后焦痂脱落，大范围烧伤需植皮，有疤痕。热辐射破坏准那么辐射热强度（kW/m2）人体暴露极限35.0-37.51分钟100%致死；10秒钟1%致死25.01分钟100%致死；10秒钟重伤12.5-15.01分钟1%致死；10秒钟一度烧伤9.58秒钟达到疼痛极限，20秒钟二度烧伤4.0-4.520秒钟以上引起疼痛；可能烧伤；0%致死1.5长时间暴露无不适感不同热辐射水平下人的的暴露极限 热辐射破坏准那么稳态火灾下不同热通量的伤害效应临界热强度(kW/m2)破坏类型临界热强度(kW/m2）破坏类型37.5过程装备破坏5.0暴露15s的痛阈值25.0木材引燃最小能量(无引火
38、)4.5暴露20s的痛阈值，一度烧伤16.0暴露5s后人严重灼伤2.0PVC绝缘电缆破坏12.5木材引燃最小能量（有火）1.75暴露1min的痛阈值6.4暴露8s的痛阈值，20s后二度烧伤1.6长时间暴露无不适感热辐射破坏准那么瞬间火灾作用下人的伤害准那么临界热通量（kJ/m2）伤害效应375三度烧伤250二度烧伤125一度烧伤65皮肤疼痛热辐射破坏准那么物品热通量（kW/m2）纸20.4木材32聚氨酯18聚乙烯20尼龙29聚苯乙烯18聚丙烯20聚甲基丙烯酸甲酯18聚氯乙烯21一些物品点燃所需热辐射强度10分钟暴露 池火池火概述池火：可燃液体液面上的自然燃烧。泄漏到地面上、堤坝内液体的燃烧；敞
39、开的容器内液体的燃烧；水面上液体燃烧。池火模型一般按圆形液面计算，所以其他形状的液池应换算为等面积的圆池。无边界阻挡的连续泄漏，随着液池面积扩大燃烧速度加快，当燃烧速度等于泄漏速度时，液池直径到达最大。最大直径可按下式计算：D液池直径，m；Q液体泄漏流量，kg/s；mf液体单位面积燃烧速率，kg/(m2.s)池火液体燃烧速率广泛采用液体单位面积燃烧速率计算公式，不考虑液池大小对燃烧速率的影响。液体沸点高于环境温度时：液体沸点低于环境温度时：mf液体单位面积燃烧速率，kg/(m2s)；c常数，0.001kg/(m2s)；Hc液体燃烧热，J/kg；Hv液体在常沸点下的蒸发热，J/kg；Cp液体的定
40、压热容，J/(kgK)Tb液体的沸点，K；Ta环境温度，K。池火考虑了液池大小的公式：半理论公式；参数由大量固体和液体实验关联，能得到与实验非常一致的结果；说明随着池直径增加单位面积燃烧速率增加。可燃液体液化天然气液化丙烷气苯二甲苯汽油煤油甲醇mf0.0780.0990.0850.0900.0550.039 0.015k1.11.42.71.42.13.5-几种液体的燃烧参数 池火池火高度无风时：有风时：a空气密度，kg/m3g重力加速度；9.8m/s2；u10m高处风速，m/s；uc特征风速，如果uuc,那么u/uc取1。 公式说明，液池直径越大火焰越长；有风时火焰长度有所减少，但是，火焰向
41、下风方向倾斜，加重了下风方向的热辐射危害，还可能危及附近高大设备。池火火焰在风作用下向下风扩展，风向上直径为：与原液池直径之差称为后拖量。火焰倾斜角可以按下式计算： v空气动粘度，m2/s；火焰倾角，。计算火焰倾角的公式中，下面的简单关系式被认为能给出最好效果：池火热辐射通量池周围距池中心x处的热辐射强度为：式中：q接受点热辐射通量，W/m2；q外表池火外表热辐射通量，W/m2；vF几何视角因子；大气透射率。假设燃料燃烧的能量从圆柱状池火焰的侧面和上面均匀向外辐射，那么池火焰外表热辐射能量为：f热辐射系数，范围从0.13到0.35，保守取值0.35。池火考虑黑烟以及一氧化碳、水蒸气等，火焰外表
42、热辐射能量可按下式计算：qf火焰可见局部最大发射能量，取140kW/m2；qs火焰黑烟局部最大发射能量，取20kW/m2；上式适用于含大量黑烟的碳氢化合物燃烧。视角因子：接受体所能接受的发热体辐射能量的分数；取决于发射体和接受体的形状、距离和相对角度；计算式非常复杂。池火L视角因子计算池火大气透射率：考虑水蒸气、二氧化碳等对热辐射的吸收；常用的一种计算方法是：另一种常用计算公式：上面两式的计算结果非常接近。作为保守的估计，取=1也可。点源模型：假设全部热量由池中心点发出：使用上式时通常可假定大气透射率为1。池火液体燃烧时的总热通量lq总总热通量，Wlr液池半径l效率因子，可取0.35池火后果分
43、析ltc空气导热系数，可取1；lq总总热通量；lI临界热辐射强度，按表7-9取值；I/kW/m2x含义37.5死亡半径25重伤半径12.5轻伤半径4感觉区半径喷射火高压气体从裂口高速喷出后被点燃，就形成喷射火；喷射火的长度可以认为等于喷口到燃烧浓度下限的长度；热量认为是从中心轴线上一系列相等的辐射源发出，每一点源的热通量为：f燃烧效率因子，取0.35；n假设的点源数；Q泄漏流量，kg/s。那么距离点源距离xi处某点接受的热辐射通量为：Xp发射因子，取0.2总热通量是各点辐射的和：喷射火几点注意：辐射点源的数目可以任意选取，但对于后果分析来说，取5点即可。该模型没有考虑风的影响，因为一般喷射速度
44、比风速大得多。在低压喷射时，风速的影响比较明显，在下风向接受热量会更多。如果风使喷射火焰偏离了轴线，那么该模型不适用。火球火球：也称为沸腾液体扩展蒸气爆炸Boiling liquid expanding vapour explosion ，简称BLEVE。当压力容器受外界热量的作用使槽壁强度下降并突然破坏，储存的过热液体或液化气体突然释放并被点燃，形成巨大火球。火球的危害主要是热辐射而不是爆炸冲击波，强烈的热辐射可能造成严重的人员伤亡和财产损失。火球火球火球直径：火球持续时间：W火球中消耗的可燃物的质量，kg。对于单罐储存，W 取罐容量的50%；对于双罐储存，W 取罐容量的70%；对于多罐储存
45、，W 取罐容量的90%。 火球在燃烧时一般会升离地面，其高度也有模型描述，保守的估计可以认为火球没有离开地面。火球模型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Pritchard 5.330.3271.090.327Hasegawa和Sato5.280.2771.10.097Fay和Lews6.280.332.530.17Lihou和Maund6.360.3252.
46、570.167RajPK5.450.3331.340.167常见火球模型 一度烧伤的热辐射通量：一度烧伤的热辐射通量：q=8574.5W/mq=8574.5W/m2 2, ,伤害半径伤害半径x=519mx=519m财产损失的热辐射通量：财产损失的热辐射通量：q=26111.1W/mq=26111.1W/m2 2, ,伤害半径伤害半径x=305mx=305m闪火闪火是可燃蒸气云的非爆炸燃烧；燃烧速度虽然很快但比爆炸慢得多；危害主要是热辐射而没有冲击波。有关闪火的后果分析研究还很不充分，一般可以认为蒸气云浓度在气体爆炸上、下限之间的范围为闪火范围。闪火的热辐射也可以采用适当的模型描述，但考虑到蒸气
47、云本身的形状已经难于确定，而闪火持续时间又很短，因此一般后果分析可不考虑其热辐射效应，只考虑闪火范围内的伤害。一般可认为闪火范围内的室外人员将全部烧死，建筑物内将有局部人被烧死。在缺乏资料时，可以认为室内的死亡率为0。热辐射伤害概率模型热辐射伤害也常用概率模型描述。概率与伤害百分率的关系为：D%012345678902.672.953.123.253.363.453.523.593.66103.723.773.823.873.923.964.014.054.084.12204.164.194.234.264.294.334.364.394.424.45304.484.504.534.564.5
48、94.614.644.674.694.72404.754.774.804.824.854.874.904.924.954.97505.005.035.055.085.105.135.155.185.205.23605.255.285.315.335.365.395.415.445.475.50705.525.555.585.615.645.675.715.745.775.81805.845.885.925.955.996.046.086.136.186.23906.286.346.416.486.556.646.756.887.057.33990.10.20.30.40.50.60.70.80
49、.97.377.417.467.517.587.657.757.888.09当Pr=5时，伤害百分率为50%。爆炸后果分析爆炸伤害准那么一、超压准那么认为爆炸波对目标造成的伤害是由爆炸波超压唯一决定的。超压大于临界值，造成伤害，否那么不造成伤害。未考虑超压作用时间。二、冲量准那么冲量为超压正相与时间的积分。也有缺陷。爆炸伤害准那么超压-冲量准那么 综合考虑超压和冲量两个方面：常数，与破坏等级常数，与破坏等级和目标性质有关和目标性质有关爆炸伤害准那么超压对人体的伤害作用超压对建筑物的伤害作用物理爆炸后果分析物理爆炸后果计算l根据介质特性，计算爆破能量E；l将爆破能量转化为TNT当量；l求出爆炸的
50、模拟比；l求出1000kgTNT爆炸试验中的相当距离R0；l查表得相应超压；l根据超压查找伤害和破坏。物理爆炸后果分析粗略计算物理危害半径l重大死亡半径l死亡半径l重伤半径l轻伤半径财产损失半径计算公式财产损失半径计算公式（9494）中毒事故后果分析急性中毒 大量毒物短时间内经皮肤、呼吸道、消化道途径进入人体，使机体受损并发生功能障碍。慢性中毒 不引起急性中毒的毒物剂量下，长期反复进入机体所引起的机体在生理、生化及病理学方面的改变，出现临床病症、体征的中毒状态或疾病状态。急性中毒的表现刺激麻醉窒息系统损害概率值与接触毒物的浓度及时间有关计算中毒范围式中 A，B，n取决于毒物性质的常数，查表一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。有毒气体泄露事故后果仿真轻伤区吸入反响区致死区重伤区中毒危险区域示意图
