1、危險化學品固有危險程度的定量分析危險化學品固有危險程度的定量分析1目 錄1危險化學品固有危險程度的定量分析：11、蒸汽云爆炸的傷害12、爆炸與火災的破壞作用21).直接的破壞作用22).沖擊波的破壞作用23).造成火災24).造成中毒和環境污染33、 蒸氣云爆炸事故計算33.2爆源的WTNT當量計算43.3 蒸氣云爆炸總能量43.4 地面蒸氣云爆炸相當于TNT當量43.5 爆炸后的死亡半徑為R153.6 爆炸后的重傷半徑為R253.7 爆炸后的輕傷半徑為R353.8 財產損失半徑R財63.9 地面蒸氣云爆炸事故后果匯總表 64、池火災的傷害模型計算74.1二甲苯泄漏量74.2燃燒速度：74.3

2、火焰高度74.4熱輻射通量84.5目標入射熱輻射強度84.6火災損失84.7按不同距離、不同入射通量造成的傷害及損失情況表 94.8甲類庫泄漏燃燒和爆炸后果分析9危險化學品固有危險程度的定量分析：1、蒸汽云爆炸的傷害 蒸汽云爆炸是指易燃易爆氣體由于以“預混云形式擴散的蒸汽云遇到點火后，在某一有限空間發生爆炸而導致的。泄漏的易燃液體如果有低沸點組分就會與空氣充分混合，在一定的范圍聚集起來，形成預混蒸汽云。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50100ms，形成爆燃。對預混蒸汽云覆蓋范圍內的建筑物及設施產生沖擊波破壞，危及人

3、們的生命平安。發生蒸汽云爆炸現象最起碼應具備以下幾個條件：周圍環境如樹木、房屋及其它建筑物等形成具有一定限制性空間；延緩了點火的過程；充分預混了的氣液兩相物質與空氣的混合物；一定量的易燃液體泄漏。控制住發生蒸汽云爆炸應具備的條件也是我們防止事故發生的最有效的方法。2、爆炸與火災的破壞作用 火災與爆炸都會帶來生產設施的重大破壞和人員傷亡，但兩者的開展過程顯著不同。火災是在起火后火場逐漸蔓延擴大，隨著時間的延續，損失數量迅速增長，損失大約與時間的平方成比例，如火災時間延長一倍，損失可能增加四倍。爆炸那么是猝不及防的。可能僅在一秒鐘內爆炸過程已經結束，設備損壞、廠房倒塌、人員傷亡等巨大損失也將在瞬間

4、發生。爆炸通常伴隨發熱、發光、壓力上升、真空和電離等現象，具有很大的破壞作用。它與爆炸物的數量和性質、爆炸時的條件、以及爆炸位置等因素有關，作為應急救援必須熟悉以下幾種主要破壞形式： 1).直接的破壞作用機械設備、裝置、容器等爆炸后產生許多碎片，飛出后會在相當大的范圍內造成危害。一般碎片在100500米內飛散。2).沖擊波的破壞作用 物質爆炸時，產生的高溫高壓氣體以極高的速度膨脹，象活塞一樣擠壓周圍空氣，把爆炸反響釋放出的局部能量傳遞給壓縮的空氣層，空氣受沖擊而發生擾動，使其壓力、密度等產生突變，這種擾動在空氣中傳播就稱為沖擊波。沖擊波的傳播速度極快，在傳播過程中，可以對周圍環境中的機械設備和

5、建筑物產生破壞作用和使人員傷亡。沖擊波還可以在它的作用區域內產生震蕩作用，使物體因震蕩而松散，甚至破壞。 沖擊波的破壞作用主要是由其波陣面上的超壓引起的。在爆炸中心附近，空氣沖擊波波陣面上的超壓可達幾個甚至十幾個大氣壓，在這樣高的超壓作用下，建筑物被摧毀，機械設備、管道等也會受到嚴重破壞。 當沖擊波大面積作用于建筑物時，波陣面超壓在20kPa30kPa內，就足以使大局部磚木結構建筑物受到強烈破壞。超壓在100kPa以上時，除鞏固的鋼筋混凝土建筑外，其余局部將全部破壞。 3).造成火災 爆炸發生后，爆炸氣體產物的擴散只發生在極其短促的瞬間內，對一般可燃物來說，缺乏以造成起火燃燒，而且沖擊波造成的

6、爆炸風還有滅火作用。但是爆炸時產生的高溫高壓，建筑物內遺留大量的熱或剩余火苗，會把從破壞的設備和容器內部不斷流出的可燃氣體、易燃或可燃液體的蒸氣點燃，也可能把其它易燃物點燃引起火災。 當盛裝易燃物的容器發生爆炸時，爆炸拋出的易燃物有可能引起大面積火災，這種情況如果對正在運行的燃燒設備或高溫的化工設備的破壞，其灼熱的碎片可能飛出，點燃附近儲存的燃料或其它可燃物，引起火災。 4).造成中毒和環境污染 在實際生產中，許多物質不僅是可燃的，而且是有毒的，發生爆炸事故時，會使大量有害物質外泄，造成人員中毒和環境污染。3、 蒸氣云爆炸事故計算3.1 蒸汽云爆炸的傷害模型設定。 工廠內如以甲類庫集中存放易燃

7、液體,如二甲苯、甲苯、乙酸丁酯、乙酸乙酯等，全部采用200L鋼桶包裝。不同于與容易形成蒸氣云爆炸事故的沸點遠小于環境溫度的液化石油氣，也不同于槽罐包裝，大量泄漏形成一定厚度的液池，假設受到防火堤、隔堤的阻擋，液體將在限定區域相當于圍堰內得以積聚，形成一定范圍的液池,在液池上空形成有實際爆炸奉獻的蒸汽云；這時，假設遇到火源及特定條件，液池可能被點燃，發生蒸氣云爆炸和地面池火災事故，以至造成整個槽罐中易燃液體燃燒和爆炸，形成破壞性很大的事故。本案例選一危險化學品倉庫，有50-80只200L鋼桶包裝的易燃液體，可能造成的危害情況如以下分析：設:倉庫中有一桶二甲苯在短時間全部泄漏在甲類庫的限制空間內，

8、每桶最大重量175kg，產生飽和氣體約37m3,排除產生長時間向外散發造成的減量，如果該倉庫全容積450m3, 倉庫里有實際奉獻的飽和氣體如果在4.5-31.5m3的范圍，與空氣充分混合均勻，遇到點火源可能造成爆炸或者燃燒；第一次爆炸還可能造成第二次多個包裝桶的破損而引起殉爆，造成更大范圍的燃燒和爆炸。此后可能產生屢次這樣大小不等程度的燃燒和爆炸現象。根據實際情況，極不可能一次性全部形成爆炸物。如果選擇第一次，第二次，第三次爆炸時二甲苯的量分別是175kg1桶，875kg5桶、1500kg10桶。根據危險化學品固有危險程度的定量分析如下：通常以TNT當量法來預測蒸氣云爆炸的嚴重程度。可將化學品

9、的當量相當于梯恩梯TNT的當量計算。本工程集中存放在庫中的易燃易爆液體品種有甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、環己酮、二甲苯。最大儲量可達13.4t。平均按二甲苯的燃燒値計算為便于計算，一般根據最大可能危險原那么計算，以上全部物品的平均燃燒値低于二甲苯的燃燒値，二甲苯的燃燒値取4563.3Kj/mol=43.05×103 Kj/kg, 梯恩梯TNT的爆炸熱取4520 Kj/kg。3.2爆源的WTNT當量計算WTNT當量計算公式：WTNT =Wf QfQTNT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(Kjkg)；QTNTTNT的爆熱，取

10、4520Kjkg；二甲苯的梯恩梯WTNT的當量計算。WTNT=Wf Qf/QTNT1 WTNT第一次=175kg×43.05×103 Kj/kg /4520 Kj/kg=1667kgTNT1 WTNT第二次=875kg×43.05×103 Kj/kg /4520 Kj/kg=8334kgTNT1 WTNT第三次=1750kg×43.05×103 Kj/kg /4520 Kj/kg=16668kgTNT3.3 蒸氣云爆炸總能量地面蒸氣云爆炸總能量由下式計算：E=1.8 a Wf Qf式中：1.8地面爆炸系數；a可燃氣體蒸氣云的當量系數，

11、取0.04；Wf蒸汽云中對爆炸沖擊波有實際奉獻的二甲苯的質量kg； Qf二甲苯的燒熱kj/kg。1E第一次 =1.8 aWf Qf=1.8×0.04×175kg×43.05×103 Kj/kg=5.4243×105 Kj2E第二次 =1.8 aWf Qf=1.8×0.04×875kg×43.05×103 Kj/kg=2.71215×106 Kj3E第三次 =1.8 aWf Qf=1.8×0.04×1750kg×43.05×103 Kj/kg=5.4243&

12、#215;106 Kj3.4 地面蒸氣云爆炸相當于TNT當量地面蒸氣云TNT當量由下式計算：WTNT=1.8 a WTNT式中：1.8地面爆炸系數；a可燃氣體蒸氣云的當量系數，取0.04；WTNT易燃液體的TNT當量(kgTNT)；1WTNT第一次=1.8×0.04×1667kgTNT =120 kg2WTNT第二次=1.8×0.04×8334kgTNT =600 kg3WTNT第三次=1.8×0.04×16668kgTNT =1200 kg3.5 爆炸后的死亡半徑為R1又稱自由蒸汽云爆炸時的死亡半徑。根據易燃液體的TNT當量，并且考

13、慮參與了爆炸，對形成沖擊波有實際奉獻的蒸汽云的量，結合甲類庫區及周邊布置情況分析，采取地面爆炸系數1.8，蒸汽云的TNT當量系數0.04，運用范登伯(VandenBerg)和蘭諾伊(Lannoy)方程計算蒸汽云爆炸時傷亡半徑為：R1=13.6×(1.8×0.04×WTNT1000).37=13.6(WTNT/1000)0.371R1第一次=13.6(WTNT/1000)0.37=13.6(120/1000)0.37=6.21m2R1第二次=13.6(WTNT/1000)0.37=13.6(600/1000)0.37=11.26m3R1第三次=13.6(WTNT/1

14、000)0.37=13.6(1200/1000)0.37=14.55m該地區的人員將無例外受重傷或死亡，其內徑為零，外徑為R1。3.6 爆炸后的重傷半徑為R2重傷半徑根據以下公式計算： PS=0.137Z-3+0.119Z-2+0.269Z-1-0.019Z重傷=R2/(E/P0)1/3其中：P0=101300pa(為環境壓力)P=44000 pa (引起人員重傷傷害的沖擊波峰值) PS=44000/P0=0.434353406E：爆炸總能量(J)1E第一次=5.4243×105 Kj×103=5.4243×108 j2E第二次 =2.71215×106

15、 Kj×103=2.71215×109 j 3E第三次 =5.4243×106 Kj×103 =5.4243×109 j將E帶入上式得：Z重傷=1.0891R2第一次=Z重傷(E/P0)1/3=1.0895.4243×108 j /1013001/3=19.05m2R2第二次=Z重傷(E/P0)1/3=1.0892.71215×109j /1013001/3=32.58m3R2第三次=Z重傷(E/P0)1/3=1.0895.4243×109j /1013001/3=41.05m該地區的人員如缺少保護，大多數人將受重

16、傷，極少數人可能死亡和輕傷，其內徑為R1，外徑為R2。3.7 爆炸后的輕傷半徑為R3輕傷半徑根據以下公式計算：PS=0.137Z-3+0.119Z-2+0.269Z-1-0.019Z輕傷=R3/(E/P0)1/3其中：P0=101300pa(為環境壓力)P=17000 pa (引起人員輕傷傷害的沖擊波峰值) PS=17000/P0=0.167818361E :爆炸總能量(J)同上將E帶入上式得：Z輕傷=1.951R3第一次=Z輕傷(E/P0)1/3=1.955.4243×108 j /1013001/3=34.12m2R3第二次=Z輕傷(E/P0)1/3=1.952.712

17、15×109j /1013001/3=58.34m3R3第三次=Z輕傷(E/P0)1/3=1.955.4243×109j /1013001/3=73.50m該地區的人員如缺少保護，大多數人將受輕微傷，少數人可能重傷或平安無事，其內徑為R2,外徑為R3。平安區內的人員不會受到傷害，該區的內徑為R33.8 財產損失半徑R財R財 = K WTNT1/3/13175/WTNT21/6式中：K為二級破壞系數：取K=5.61R財第一次= 5.6×1201/3/13175/12021/6= 9.26m2R財第二次= 5.6×6001/3/13175/60021/6=

18、26.95m3R財第三次= 5.6×12001/3/13175/120021/6= 42.08m3.9 地面蒸氣云爆炸事故后果匯總表 表8 單元蒸氣云TNT當量kg 死亡半徑 m重傷半徑 m輕傷半徑 m財產損失半徑m第一次爆炸1206.2119.0534.129.26第二次爆炸60011.2632.5858.3426.95第三次爆炸120014.5541.0573.5042.08以上是計算模擬地面蒸汽云爆炸的傷害模型,與實際會有誤差，理論上提供了平安保護的參考數據，實際也有可能發生。庫中的危險化學品不可能全部爆炸，兩次爆炸后會大范圍燃燒，中心區缺氧，產生第三次大爆炸的可能性很小，大局

19、部會燃燒掉，或者在事故搶救中被拉出事故現場。地面蒸氣云爆炸事故后果只是一種模型設計，死亡、重傷和輕傷的平安保護半徑提供預防的參考范圍，做到防患于未然。廠區內的職工如果發現庫中有燃燒爆炸的異常情況，又不能立即采取有效的措施控制庫中可能發生的異常，可以參照地面蒸氣云爆炸事故后果匯總表中的第二次爆炸數據撤離現場。參加應急救援的人員在不可能控制災情的情況下，根據事故可能發生的程度，參照地面蒸氣云爆炸事故后果匯總表中的數據撤離現場；尋求更進一步的應急救援的方案。4、池火災的傷害模型計算4.1二甲苯泄漏量設定甲類倉庫的易燃液體經過幾次局部爆炸，庫中包裝幾乎損壞，假設有10噸易燃液體參與燃燒。根據最大可能危

20、險原那么計算，以上全部物品的平均燃燒値低于二甲苯的燃燒値，故燃燒物以二甲苯的參數設定。4.2燃燒速度：當液池中的可燃液體的沸點高于周圍環境溫度時，液體外表上單位面積的燃燒速度dm/dt為： dm/dt = 0.001 Hc / CPTbT0H式中: dm/dt單位外表積的燃燒速度，kg/m2.s Hc液體燃燒熱，J/kg。二甲苯Hc=43050000J/kg。 CP液體的定壓比熱容，J/kg.K。二甲苯CP=1220 J/kg.K。 Tb液體的沸點，K 。二甲苯Tb =413.62K。 T0環境溫度，環境溫度為25，K。= 298K。 H液體的氣化熱，J/kg。二甲苯H=343490.6 J/

21、kg。25 計算： dm/dt=0.001×43050000/1220413.62298343490.6 =0.08885 kg/m2.s4.3火焰高度 甲類倉庫面積為112m2，模擬液池為園池，半徑為5.97m，其火焰高度可按下式計算： h=84r(dm/dt)/ 02gr1/20.61式中: h火焰高度，m； r液池半徑，m；取r=5.97m 0周圍空氣密度，kg/m3；取0=1.185kg/m325 g重力加速度，9.8m/s2； dm/dt單位外表積的燃燒速度，己知0.08885kg/m2.s 計算： h=84×5.97×0.08885/1.185

22、5;2×9.8×5.971/20.61=24.16m4.4熱輻射通量 當液池燃燒時放出的總熱輻射通量為： Q=兀r22兀rhdm/dtHc/72dm/dt0.61式中: Q總熱輻射通量，W； 效率因子，可取0.130.35。取0.15。限制空間燃燒 其余符號意義同前。Q=3.1416×5.9722×3.1416×5.97×24.16×0.08885×0.15×43050000÷ 72×0.088850.611 =33491002.29 Wdm/dt單位外表積的燃燒速度，kg/m2.sS

23、液池面積：S=112 m2； W泄漏二甲苯質量：10000kg火災持續時間：T= W/S. dm/dt =1005秒=16.75分鐘 4.5目標入射熱輻射強度 假設全部輻射熱量由液池中心點的小球面輻射出來，那么在距離池中心某一距離X處的入射熱輻射強度為： I= Qtc/( 4兀X2)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，可取值為1； X目標點到液池中心距離，m； 例如：距離液池中心20m處的入射熱輻射強度為： I= Qtc/( 4兀X2) = 33491002.29/ ( 4×3.1416×202 ) = 6

24、662.8W/m24.6火災損失 火災通過輻射熱的方式可影響周圍環境。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。 火災損失估算建立在輻射通量與損失等級的相應關系的根底上。有資料提供不同入射通量造成傷害或損失的情況，結合本篇所要分析的對象，當目標接受的入射通量為某一定值時，目標與液池中心的距離可用下式計算： X=Qtc/4兀I0.5式中符號意義與以上相同。按該式計算： 當I = 37500，X =33491002.29/4×3.1416×375000.5 =8.43m 當I = 25000，X =33491002.29

25、/4×3.14×250000.5 = 10.32m 當I = 12500，X =33491002.29/4×3.14×125000.5 = 14.60 當I = 4000， X =33491002.29/4×3.14×40000.5 = 25.81m 當I = 1600， X =33491002.29/4×3.14×16000.5 = 40.81m4.7按不同距離、不同入射通量造成的傷害及損失情況表 表9目標至池火中心的水平距離m入射通量W/m2對設備的損害對人的傷害8.4337500操作設備全部損壞1%死亡/10s100%死亡/1min10.3225000在無火焰、長時間輻射下，木材燃燒的最小能量重大燒傷/10s100%死亡./1min14.6012500有火焰時，木材燃燒，塑料熔化的最低能量1度燒傷/10s1%死亡/1min2