會計學1安全評價原理與模型

一個系統的屬性、特性與事故和職業危害存在著因果的相關性，這是系統因果評價方法的理論基礎。

1.系統的基本特征

安全評價把研究的所有對象都視為系統。

系統是指為實現一定的目標，由許多個彼此有機聯系、具有獨立功能的要素組成的整體。系統有大有小，千差萬別，但所有的系統都具有以下特征。

西安石油大學電子工程學院2.1.1相關原理第1頁/共85頁（1）目的性：任何系統都具有目的性，要實現一定目標（功能）。（2）集合性：每一個系統都是由若干個（兩個以上）元素組成的整體，或是由若干個層次的要素（子系統、單元、元素集）集合組成的整體。（3）相關性：一個系統內部各要素（或元素）之間存在著相互影響、相互作用、相互依賴的有機聯系，通過綜合協調，實現系統的整體功能。（4）階層性：在大多數系統中，存在著多個階層，通過彼此作用，相互影響和制約，形成一個系統整體。（5）整體性：系統的要素集、相關關系集、各階層構成了系統的整體。（6）適應性：系統對外部環境的變化有著一定的適應性。西安石油大學電子工程學院第2頁/共85頁

系統的整體目標（功能）的實現是組成系統的子系統、單元綜合發揮作用的結果。不僅系統與子系統、子系統與單元之間有著密切的關系，而且各子系統之間、各單元之間、各元素之間，也都存在著密切的關系。所以，在評價過程中，只有找出這種相關關系，并建立相關模型，才能正確地對系統的安全作出評價。

西安石油大學電子工程學院第3頁/共85頁系統的結構：

E=Maxf(X,R,C)

E—最優結合效果；X—系統組成的要素集；R—要素的相關關系；C—要素及其相關關系分布形式；f—X、R、C的結合效果函數。

通過對系統的要素集(X)、關系集(R)和層次分布形式(C)的分析，可闡明系統整體的性質。欲使系統目標達到最佳程度，只有使上述三者達到最優組合，才能產生最優的結合效果E。最佳組合最優效果E實質上講，安全評價就是尋找X、R、C的最合理的結合形式尋優2.系統的結構西安石油大學電子工程學院掌握第4頁/共85頁

工藝過程系統

分布關系

目的X集R集C集E集生產裝置物料人員設備的可靠性人的行為安全性安全管理的有效性系統生產狀態下最安全地有機結合人機物料作業環境結合過程在評價前明確相互影響作用制約關系關系①一定要研究系統的組成要素②要素之間的相互關系③各層次的分布掌握第5頁/共85頁

對系統進行安全評價，就是要尋求X、R和C的最合理的結合形式，即具有最優結合效果E的系統結構形式，在對應的系統目標集和環境約束因素集的條件下，給出最安全的系統結合方式。例如，一個系統一般是由若干生產裝置、物料、人員（X集）集合組成的，其工藝過程是在人、機、物料、作業環境相結合的過程（人控制的物理、化學過程）中進行的（R集），生產設備的可靠性、人的行為的安全性、安全管理的有效性等因素層次上存在各種分布關系（C集）。安全評價的目的就是尋求系統要達到最佳生產（運行）狀態時的最安全、最衛生的有機結合方式。

西安石油大學電子工程學院第6頁/共85頁

因此，在評價之前要研究與系統安全有關的組成要素、各要素之間的相關關系以及它們在系統各層次的分布情況。例如，要調查、研究構成的所有要素（人、機、物料、環境等），明確它們之間存在的相互影響、相互作用、相互制約的關系和這些關系在系統的不同層次中的不同表現形式等。西安石油大學電子工程學院第7頁/共85頁

3.因果關系

有因才有果，有果必有因，這是事物發展變化的規律。事物的原因和結果之間存在著密切的函數關系。通過研究、分析各個項目（工程）或系統之間的依存關系和影響程度，可以探求其變化的特征和規律，預測其未來的發展變化趨勢。事故和導致事故發生的各種原因（危險因素）之間存在著相關關系，表現為依存關系和因果關系。危險因素是原因，事故是結果，事故的發生是許多因素綜合作用的結果。分析各因素的特征、變化規律、影響事故發生和事故后果的程度以及從原因到結果的途徑，揭示其內在聯系和相關程度，才能在評價中得出正確的分析結論，采取恰當的對策。西安石油大學電子工程學院第8頁/共85頁

例如，可燃氣體泄漏爆炸事故是可燃氣體泄漏、泄漏的可燃氣體與空氣混合達到爆炸極限以及存在引燃能源三個因素共同作用的結果；而這三個因素又是設計失誤、設備故障、安全裝置失效、操作失誤、環境不良、管理不當等一系列因素造成的；爆炸后果的嚴重程度又和可燃氣體的性質（閃點、燃點、擴散性、燃燒速度、燃燒熱值等）、可燃性氣體的爆炸量、空間密閉程度及空間內設備的布置等有著密切的關系，在評價中需要分析這些因素的因果關系和相互影響程度，并定量地加以評述。

西安石油大學電子工程學院第9頁/共85頁

事故的因果關系是：事故的發生有其原因因素，而且事故往往不是由單一原因因素造成的，而是由若干個原因因素結合在一起，當符合事故發生的充分與必要條件時，事故就必然會立即爆發，多一個原因因素不需要，少一個原因因素事故就不會發生，而每一個原因因素又由若干個二次原因因素構成，依此類推，還有三次原因因素、四次原因因素等。消除一次原因因素、二次原因因素、三次原因因素……，n次原因因素，破壞發生事故的充分與必要條件，事故就不會產生，這就是采取技術、管理、教育等方面的安全對策的理論依據。

西安石油大學電子工程學院第10頁/共85頁S22wS222S221S2pS11S22S21S1mS12SnSn-1S2S1事故…………………………………………一次原因(直接原因)二次原因(間接原因)三次原因(間接原因)

n次原因(間接原因)圖2-1事故及其發生的原因層次分析

第11頁/共85頁找出事故相關關系評價建立模型結論借鑒歷史資料同類情況數據典型案例越真實越好具體西安石油大學電子工程學院定性定量分析準確第12頁/共85頁

“類推”亦稱“類比推理”。類比推理是人們經常使用的一種邏輯思維方法，常用來推出一種新知識。在人們認識世界和改造世界的活動中，類比推理有著非常重要的作用，在安全評價中同樣也有著特殊的意義和重要作用。

類比推理是根據兩個或兩類對象之間存在的某些相同或相似的屬性，從一個已知對象具有某個屬性來推出另一個對象也具有此種屬性的一種推理方法。

西安石油大學電子工程學院2.1.2類推原理第13頁/共85頁

例如，顫振曾是空氣動力學中的一個難題，飛機的機翼在高速飛行中會產生顫振現象（一種有害的振動），飛行越快，機翼的顫振越強烈，甚至造成機翼折斷，發生機毀人亡的空難悲劇。研究人員從蜻蜒的翅膀上獲得了靈感：蜻蜒之所以能夠有效地、靈活自如地控制翅膀的顫振，是因為在它的半透明翅膀的前緣有一塊加厚的色素斑，這種色素斑稱為“翅痣”，可使蜻蜒在快速飛行和轉彎時不受顫振的困擾。如果將翅痣去掉，蜻蜓飛行時就變得蕩來蕩去。實驗證明，蜻蜓翅痣的角組織使蜻蜓飛行時消除了顫振。人們就模仿蜻蜓，在飛機機翼末端的前緣裝上了類似的加厚區，顫振現象競奇跡般地被克服了。西安石油大學電子工程學院第14頁/共85頁

類比推理的基本模式為：若A、B表示兩個不同對象，A有屬性P1、P2、…、Pm、Pn，B有屬性P1、P2、…、Pm

，且n>m，則對象B亦具有屬性Pn

。對象A與B的類比推理可用如下公式表示：

西安石油大學電子工程學院第15頁/共85頁

類比推理的結論不是必然的，所以，在應用時要注意提高其結論的可靠性，其方法有：

①要盡量多地列舉兩個或兩類對象所共有或共缺的屬性；②兩個類比對象所共有或共缺的屬性愈本質，則推出的結論愈可靠；③兩個類比對象共有或共缺的屬性與類推的屬性之間如果具有本質的和必然的聯系，則推出結論的可靠性就高。

西安石油大學電子工程學院掌握第16頁/共85頁

1.平衡推算法

平衡推算法是根據相互依存的平衡關系來推算所缺的有關指標的方法。例如:

★利用海因利希關于重傷死亡、輕傷和無傷害事故的比例為1∶29∶300的規律，在已知重傷死亡數據的情況下，可推算出輕傷和無傷害數據；★利用事故的直接經濟損失與間接經濟損失的比例為1∶4的關系，可從直接損失推算出間接損失和事故總經濟損失；

★利用爆炸破壞情況推算離爆炸中心一定距離處的沖擊波超壓(Δp，MPa)或爆炸坑(漏斗)的大小，進而推算爆炸物的TNT當量。西安石油大學電子工程學院第17頁/共85頁

2.代替推算法

代替推算法是利用具有密切聯系(或相似)的有關資料和數據來推算所需的資料和數據的方法。例如，對新建裝置的安全預評價，可使用與其類似的已有裝置的資料和數據對其進行評價。在安全評價中，人們常常通過類比同類或類似裝置的檢測數據進行評價。

3.因素推算法

因素推算法是根據指標之間的聯系，從已知因素的數據推算有關未知指標數據的方法。例如，已知系統事故發生概率P和事故損失嚴重度S，就可利用風險率R與P、S的關系來求得風險率R。

西安石油大學電子工程學院第18頁/共85頁

4.抽樣推算法

抽樣推算法是根據抽樣或典型調查資料推算系統總體特征的方法。這種方法是數理統計分析中常用的方法，以部分樣本代表整個樣本空間來對總體進行統計分析的一種方法。

5.比例推算法

比例推算法是根據社會經濟現象的內在聯系，用某一時期、某一地區、某一部門或某一單位的實際比例，推算另一類似時期、類似地區、類似部門或類似單位有關指標的方法。例如，控制圖法的控制中心線是根據上一個統計期間的平均事故率來確定的。國外行業安全指標通常也都是根據前幾年的年度事故平均數值來確定的。

西安石油大學電子工程學院第19頁/共85頁

6.概率推算法

概率是指某一事件發生的可能性大小。事故的發生是一種隨機事件。任何隨機事件，在一定條件下是否發生是沒有規律的，但其發生概率是一客觀存在的定值。因此，根據有限的實際統計資料，采用概率論和數理統計方法可求出隨機事件出現各種狀態的概率。用概率值來預測系統未來發生事故的可能性大小，以此來衡量系統危險性的大小和安全程度的高低。西安石油大學電子工程學院第20頁/共85頁

任何事物在其發展過程中，從其過去到現在以及延伸至將來，都具有一定的延續性，這種延續性稱為慣性。利用慣性可以研究事物或一個評價項目（工程）或系統的未來發展趨勢。1.慣性的大小

慣性越大，影響越大；反之，則影響越小。一個生產經營單位，如果疏于管理、違章作業、違章指揮、違反勞動紀律的現象嚴重，則事故就多；若任其發展則會愈演愈烈，而且有加速的態勢，慣性會越來越大。對此，必須立即采取相應對策，破壞這種格局，亦即中止或改變這種不良慣性，才能防止事故的發生。西安石油大學電子工程學院2.1.3慣性原理第21頁/共85頁

2.互相聯系與影響

一個項目(工程)或系統的慣性是這個系統內的各個內部因素之間互相聯系、互相影響、互相作用并按照一定的規律發展變化的一種狀態趨勢。因此，只有當系統穩定，受外部環境和內部因素的影響產生的變化較小時，其內在聯系和基本特征才可能延續下去，該系統所表現的慣性發展結果才基本符合實際。但是，絕對穩定的系統是沒有的，因為事物發展的慣性在外力作用時可使其加速或減速甚至改變方向，這樣就需要對一個系統的評價進行修正，即在系統主要方面不變，而其他方面有所偏離時，應根據其偏離程度對所出現的偏離現象進行修正。西安石油大學電子工程學院第22頁/共85頁

任何一個事物在發展變化過程中都存在著從量變到質變的規律。同樣，在一個項目（工程）或系統中，許多有關安全的因素也都存在著從量變到質變的規律。在評價一個項目（工程）或系統的安全時，也都離不開從量變到質變的原理。

許多定量評價方法中，有關等級的劃分，一般都應用了從量變到質變的原理。如《道化學公司火災、爆炸危險指數評價法》（第七版）中，關于按F&EI（火災、爆炸指數）劃分的危險等級，從1至≥159，經過了≤60、61～96、97～127、128～158、≥159的量變到質變的不同變化層次，即分別為“最輕”級、“較輕”級、“中等”級、“很大”級、“非常大”級；而在評價結論中，“中等”級及其以下的級別是“可以接受的”，而“很大”級、“非常大”級則是“不能接受的”。

西安石油大學電子工程學院2.1.4量變到質變原理第23頁/共85頁

我國根據《噪聲作業量級》(LD80—95)，將噪聲按噪聲值（dB(A)）和接噪時間分別劃分為0級、Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級和Ⅳ級；而且規定，噪聲超過115（dB(A)）的作業，不論接噪時間長短，均屬Ⅳ級。爆炸時產生的沖擊波超壓Δp(MPa)值達到0.02～0.03時，人體“輕微損傷”；達到0.03～0.05時，人體“聽覺器官損傷或骨折”；達到0.05～0.10時，人體“內臟嚴重損傷或死亡”；大于0.10時，則大部分人員死亡。時間就是生命，心跳停止4～6min后，由于大腦嚴重缺氧而使腦細胞受到嚴重損害，甚至不能恢復，需要立即進行心肺復蘇：心跳停止4min內復蘇者有50％可能被救活；4～6min開始復蘇者，10％可被救活；超過6min復蘇者，存活率只有4％；10min以后開始復蘇者，存活的可能性更小。西安石油大學電子工程學院第24頁/共85頁四個評價原理是人們經過長期研究和實踐總結出來的。

掌握評價的基本原理可以建立正確的思維程序，對于評價人員開拓思路、合理選擇和多活運用評價方法都是十分必要的。由于世界上沒有一成不變的事物，評價對象的發展也不是過去狀態的簡單延續，評價的事件也不會是自己的類似事件的機械再現，相似不等于相同。因此，在評價過程中，還應對客觀情況進行具體細致的分析，以提高評價結果的準確程度。西安石油大學電子工程學院第25頁/共85頁2.2安全評價模型

評價模型不是直接研究現實世界的某一現象或過程的本身，而是設計出一個與該現象或過程相類似的模型，通過模型間接地研究該現象和過程。2.2.1安全評價模型簡介

1）形象模型

形象模型是系統實體的放大或縮小，如建造艦船和飛機用的模型、作戰計劃用的沙盤、土木工程用的建筑模型等。

2）模擬模型

模擬模型是在一組可控制的條件下，通過改變特定的參數來觀察模型的響應，預測系統在真實環境條件下的性能和運動規律。如：在水池中對船模進行航行模擬試驗；飛機模型在風洞中模擬飛行過程；在實驗室條件下利用計算機模擬自動系統的工作過程等。

西安石油大學電子工程學院第26頁/共85頁

3）數學模型

數學模型也稱符號模型，它是用數學表達式來描述實際系統的結構及其變量間的相互關系的。如化工裝置利用ICI蒙德法進行單元評價時，其火災、爆炸、毒性指標由下式來描述：

式中：D為DOW／ICI全體指標；B為物質系數；M為特殊物質危險性；P為一般工藝危險性；S為特殊工藝危險性；Q為量危險性；L為配置危險性；T為毒性危險性。

西安石油大學電子工程學院第27頁/共85頁評價模型不是直接研究現實世界的某一現象或過程的本身，而是設計出一個與該現象或過程相類似的模型，通過模型間接地研究該現象和過程。設計評價模型最本質的一條就是抓住“相似性”。具體地說，就是在兩個對象之間可以找到某種相似性，兩個對象之間就存在著“原型—模型”關系。對于龐大、復雜的系統，如社會系統或軍事技術系統，要做實驗很難或根本不可能做，而評價模型可以取而代之。評價模型是現實系統的抽象或者模仿，是由那些與分析的問題有關的部分或者因素構成的，它表明了這些有關部分或因素之間的關系。

西安石油大學電子工程學院2.2.2安全評價模型的特點第28頁/共85頁

使用評價模型的優點在于：

（1）使現實系統被簡化，易理解；（2）可操作性強，一些參數的改變比在實際中要容易；（3）敏感度大，可顯示出哪些因素對系統影響更大，而且可通過不斷改進，尋求更符合現實特性的模型，以此指導建立現實系統，并使之達到最佳狀態；（4）通過模擬試驗滿足系統要求，耗資少。評價模型是描述現實系統的，因此必須反映實際情況。由于它是抽象的，因而又高于實際，且又便于研究實際系統的共性，從而有助于解決被抽象的實際系統中的問題。同樣，評價模型也能指導其他有這些共性的實際問題的解決。西安石油大學電子工程學院第29頁/共85頁評價模型是現實系統的一個抽象表示形式，如果搞得太復雜甚至和實際情況一樣，就失去利用評價模型的意義。一般總是做一個比實際對象遠為簡單的模型，同時又希望在實際中使用它來預測及解釋一些現象時有足夠的精確度。任何一個實際現象總要涉及大量的因素(或變量)，但確定導致其現象產生的本質因素時，往往只要抓住其主要因素即可。用字母、數字及其他符號來體現變量以及它們之間的關系，是最一般、最抽象的模型，它使人們一點也想像不出原來所代表的現實是什么。符號模型通常采用數學表達的形式。由于數學模型中的參數和變量最容易改變，因此最容易操作。數學模型在系統工程和運籌學等方面是十分重要的。西安石油大學電子工程學院第30頁/共85頁

1.火災模型和火災損失

1）火災模型

火災對周圍環境的影響主要在于其輻射熱。若輻射熱足夠大，會引起包括生物體在內的其他物體燃燒。但火災輻射熱的影響范圍一般均在距火焰200m左右的近火源區域，對較遠區域影響不大。輻射熱損害可由單位表面積在受輻射時間內所接受的能量或單位面積上得到的輻射功率來計算確定。易燃、易爆的氣體或液體泄漏后遇到引火源就會著火燃燒，它們的燃燒方式有池火、噴射火、火球和爆燃、固體火災以及突發火五種。2.2.3常用的幾種安全評價模型西安石油大學電子工程學院掌握第31頁/共85頁

（1）池火。可燃液體(如汽油、柴油等)泄漏后流到地面形成液池，或流到水中并覆蓋水面，遇到火源燃燒便形成池火。池火可用以下幾個參數來描述。

①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，液體表面上單位面積的燃燒速度為

（2-1）式中：dm／dt—單位表面積燃燒速度，kg／(m2·s)；Hc--液體燃燒熱，J／kg；Cp--液體的比定壓熱容，J／(kg·K)；Tb—液體的沸點，K；T0—環境溫度，K；H—液體的氣化熱，J／kg。

西安石油大學電子工程學院第32頁/共85頁

當液體的沸點低于環境溫度時，如加壓液化氣或冷凍液化氣，其單位面積的燃燒速度為

(2-2)表2-1一些可燃液體的燃燒速度

西安石油大學電子工程學院第33頁/共85頁

②火焰高度。設液池為一半徑為r的圓池子，其火焰高度可按下式計算：

(2-3)式中：h——火焰高度，m；

r——液池半徑，m；

ρ0——周圍空氣密度，kg／m3；

g——重力加速度，9.8m／s2；

dm／dt——單位表面積燃燒速度，kg／(m2·s)。

西安石油大學電子工程學院第34頁/共85頁③熱輻射通量。液池燃燒時放出的總熱輻射通量為(2-4)式中：Q——總熱輻射通量，W；

η——效率因子，可取0.13～0.35。

西安石油大學電子工程學院第35頁/共85頁

④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，則在距離池中心某一距離(x)處的入射熱輻射強度為

(2-5)式中：I——熱輻射強度，W／m2；

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。西安石油大學電子工程學院第36頁/共85頁

（2）噴射火。加壓的可燃物質泄漏時形成射流，如果在泄漏裂口處被點燃，則形成噴射火。噴射火輻射熱計算方法是一種包括氣流效應在內的噴射擴散模式的擴展。把整個噴射火看成是由沿噴射中心線上的全部點熱源組成的，每個點熱源的熱輻射通量相等。

①熱輻射通量點熱源的熱輻射通量按下式計算：(2-6)式中：q——點熱源熱輻射通量，W；η—效率因子，取0.35；

V0——泄漏速度，kg／s；Hc——燃燒熱，J／kg。西安石油大學電子工程學院第37頁/共85頁

從理論上講，噴射火的火焰長度等于從泄漏口到可燃混合氣燃燒下限(LFL)的射流軸線長度。對表面火焰熱通量，則集中在LFL／1.5處。對危險評價分析而言，點熱源數n一般取5就可以了。

②點熱輻射強度。射流軸線上某點熱源i到距離該點x處一點的熱輻射強度為(2-7)式中：Ii——點熱源i至目標點x處的熱輻射強度，W／m2；f——輻射系數，可取0.2；

x——點熱源到目標點的距離，m。西安石油大學電子工程學院第38頁/共85頁

③目標入射熱輻射強度。某一目標點處的入射熱輻射強度等于噴射火的全部點熱源對目標的熱輻射強度的總和，即(2-8)式中：n——計算時選取的點熱源數，一般取n=5。西安石油大學電子工程學院第39頁/共85頁（3）火球和爆燃。低溫可燃液化氣由于過熱，容器內壓增大，使容器爆炸，內容物釋放并被點燃，發生劇烈的燃燒，產生強大的火球，形成強烈的熱輻射。

①火球半徑為

(2-9)式中：R——火球半徑，m；

M——急劇蒸發的可燃物質的質量，kg。西安石油大學電子工程學院②火球持續時間

式中：t——火球持續時間，s。(2-10)第40頁/共85頁西安石油大學電子工程學院

③火球燃燒時釋放出的輻射熱通量

式中：Q——火球燃燒時的輻射熱通量，W；

η——效率因子，取決于容器內可燃物質的飽和蒸氣壓p，η=0.27／p0.32。④目標接受到的入射熱輻射強度

式中：tc——傳導系數，保守取值為1；

x——目標距火球中心的水平距離，m。

(2-11)(2-12)第41頁/共85頁

（4）固體火災。固體火災的熱輻射參數按點源模型估計。模型認為火焰射出的能量為燃燒的一部分，并且輻射強度與目標至火源中心距離的平方成反比，即(2-13)式中：Ir——目標接受到的輻射強度，W／m2；

f——輻射系數，可取f=0.25；

Mc——燃燒速率，kg／s。西安石油大學電子工程學院第42頁/共85頁

（5）突發火。泄漏的可燃氣體、液體蒸發的蒸氣在空中擴散，遇到火源發生突然燃燒而沒有爆炸。此種情況下，處于氣體燃燒范圍內的室外人員將會全部燒死；建筑物內將有部分人被燒死。突發火后果分析，主要是確定可燃混合氣體的燃燒上、下極限及其下限隨氣團擴散變化的范圍。為此，可按氣團擴散模型計算氣團大小和可燃混合氣體的濃度，還要考慮不同條件下氣霧內的人群數量。

西安石油大學電子工程學院第43頁/共85頁

2）火災損失火災通過熱輻射的方式影響周圍環境。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等。

火災損失估算建立在輻射強度與損失等級的相應關系的基礎上，表3-2為不同入射強度造成傷害或損失的情況。從表中可看出，輻射強度較低時，火災致人重傷需要一定的時間，這時人們可以逃離現場或掩蔽起來。

西安石油大學電子工程學院第44頁/共85頁表2-2熱輻射的不同入射強度所造成的損失西安石油大學電子工程學院第45頁/共85頁

2.爆炸模型

爆炸是物質的一種非常急劇的物理、化學變化，也是大量能量在短時間內迅速釋放或急劇轉化成機械功的現象。它通常是借助于氣體的膨脹來實現。西安石油大學電子工程學院1.爆炸過程很快2.爆炸點壓力急劇升高，產生沖擊波3.發出響聲4.周圍介質發生震動爆炸特征按爆炸性質可分為物理爆炸和化學爆炸。物理爆炸：爆炸發生僅是介質的狀態參數變化。（狀態參數：溫度、壓力、體積）化學爆炸：爆炸介質的化學性質發生變化。（三要素：放熱、氣體產物、快速）掌握第46頁/共85頁

1）物理爆炸的能量發生物理爆炸，如壓力容器破裂時，氣體膨脹所釋放的能量(即爆破能量)不僅與氣體壓力和容器的容積有關，而且與介質在容器內的物性相態有關。因為有的介質以氣態存在，如空氣、氧氣、氫氣等；有的介質以液態存在，如液氨、液氯等液化氣體、高溫飽和水等。容積與壓力相同而相態不同的介質，在容器破裂時產生的爆破能量也不同，而且爆炸過程也不完全相同，其能量計算公式也不同。

西安石油大學電子工程學院第47頁/共85頁

（1）壓縮氣體與水蒸氣容器的爆破能量。當壓力容器中介質為壓縮氣體，即以氣態形式存在而發生物理爆炸時，其釋放的爆破能量為

(2-14)式中：Eg——氣體的爆破能量，kJ；

p——容器內氣體的絕對壓力，MPa；

V——容器的容積，m3；

k——氣體的絕熱指數，即氣體的定壓比熱與定容比熱之比。西安石油大學電子工程學院第48頁/共85頁表2-3常見氣體的絕熱指數

西安石油大學電子工程學院第49頁/共85頁從表中可看出，空氣、氮、氧、氫及一氧化氮、一氧化碳等氣體的絕熱指數均為1.4或近似為1.4，若將k=1.4代入式(3-14)中，則(2-15)令

(2-16)則式(3-15)可簡化為

Eg=CgV

(2-17)式中：Cg——常用壓縮氣體爆破能量系數，kJ／m3。

西安石油大學電子工程學院第50頁/共85頁表2-4常見的幾種壓力下的氣體容器爆破能量系數

(k=1.4時)西安石油大學電子工程學院第51頁/共85頁將干飽和蒸氣的絕熱指數k=1.135代入式(3-14)中，可得干飽和蒸氣容器爆破能量為(2-18)用上式計算有較大的誤差，因為它沒有考慮蒸氣干度的變化和其他的一些影響，但它可以不用查明蒸氣熱力性質而直接進行計算，因此可供危險性評價參考。西安石油大學電子工程學院第52頁/共85頁常見的幾種壓力下的干飽和蒸氣容器的爆破能量可按下式計算：式中:Es——干飽和蒸氣的爆破能量，kJ；V——干飽和蒸氣的體積，m3；

Cs——干飽和蒸氣的爆破能量系數，kJ／m3

。

(2-19)西安石油大學電子工程學院表2-5常見的幾種壓力下的干飽和蒸氣容器爆破能量系數

第53頁/共85頁

（2）介質全部為液體時的容器爆破能量。通常將液體加壓時所做的功作為常溫液體壓力容器爆炸時釋放的能量，計算公式如下：

(2-20)式中

EL——常溫液體壓力容器爆炸時釋放的能量，kJ；

p——液體的壓力(絕)，Pa；

V——容器的體積，m3；

βt——液體在壓力p和溫度t下的壓縮系數，Pa-1。西安石油大學電子工程學院第54頁/共85頁

(3)液化氣體與高溫飽和水的容器爆破能量。液化氣體和高溫飽和水一般在容器內以氣液兩態存在，當容器破裂發生爆炸時，除了氣體的急劇膨脹做功外，還有過熱液體激烈的蒸發過程。在大多數情況下，這類容器內的飽和液體占有容器介質質量的絕大部分，它的爆破能量比飽和氣體大得多，計算時考慮氣體膨脹做的功。過熱狀態下液體在容器破裂時釋放出的爆破能量可按下式計算：西安石油大學電子工程學院掌握第55頁/共85頁式中：E——過熱狀態液體的爆破能量，kJ；H1——爆炸前飽和液體的焓，kJ／kg；H2——在大氣壓力下飽和液體的焓，kJ／kg；Sl——爆炸前飽和液體的熵，kJ／(Kg·℃)；S2——在大氣壓力下飽和液體的熵，kJ／(kg·℃)；T1——介質在大氣壓力下的沸點，kJ／(kg·℃)；

W——飽和液體的質量，kg。

西安石油大學電子工程學院第56頁/共85頁飽和水容器的爆破能量按下式計算：

Ew=CwV(2-22)式中：Ew——飽和水容器的爆破能量，kJ；

V——容器內飽和水所占的容積，m3；

Cw——飽和水爆破能量系數，kJ／m3，其值見表3-6。

西安石油大學電子工程學院表2-6常用壓力下飽和水爆破能量系數

第57頁/共85頁

2）爆炸沖擊波及其傷害、破壞作用

壓力容器爆炸時，爆破能量在向外釋放時以沖擊波能量、碎片能量和容器殘余變形能量三種形式表現出來。后兩者所消耗的能量只占總爆破能量的3％～15％。大部分能量的作用是產生空氣沖擊波。（1）爆炸沖擊波。沖擊波是由壓縮波疊加形成的，是波陣面以突進形式在介質中傳播的壓縮波。西安石油大學電子工程學院第58頁/共85頁容器破裂時，容器內的高壓氣體大量沖出，使它周圍的空氣因受到沖擊而發生擾動，使其狀態（壓力、密度、溫度等）發生突躍變化，這種擾動傳播的速度大于被擾動的介質的聲速，其在空氣中的傳播就成為沖擊波。在離爆破中心一定距離的地方，空氣壓力會發生迅速的變化，而且變化幅度大。

沖擊波傷害、破壞作用的衡量準則：超壓準則、沖量準則、超壓-沖量準則等。

超壓準則認為，只要沖擊波超壓達到一定值，便會對目標造成一定的傷害或破壞。西安石油大學電子工程學院第59頁/共85頁超壓波對人體的傷害和對建筑物的破壞作用見表2-7和表2-8。

表2-7沖擊波超壓對人體的傷害作用

西安石油大學電子工程學院第60頁/共85頁表2-8沖擊波超壓對建筑物的破壞作用西安石油大學電子工程學院第61頁/共85頁

(2)沖擊波的超壓。沖擊波波陣面上的超壓與產生沖擊波的能量有關，同時也與波陣面距離爆炸中心的遠近有關。沖擊波的超壓與爆炸中心距離的關系為(2-23)式中：Δp——沖擊波波陣面上的超壓，MPa；

R——距爆炸中心的距離，m；

n——衰減系數。

衰減系數在空氣中隨著超壓的大小而變化，在爆炸中心附近為2.4～3；當超壓在數個大氣壓以內時，n=2；小于1個大氣壓時，n=1.5。西安石油大學電子工程學院第62頁/共85頁

實驗數據表明，不同數量的同類炸藥發生爆炸時，如果

(2-24)則△p=△p0

(2-25a)即滿足一定位置關系的不同數量的同類炸藥所產生的沖擊波超壓相同。

西安石油大學電子工程學院式中：R——目標與爆炸中心距離，m；R0——目標與基準爆炸中心的相當距離，m；q0——基準炸藥量，TNT，kg；q——爆炸時產生沖擊波所消耗的炸藥量，TNT，kg；△p——目標處的超壓，MPa；△p0——基準目標處的超壓，MPa；a——炸藥爆炸試驗的模擬比。

第63頁/共85頁式(3-25a)也可寫成

:△p(R)=△p0(R0)(2-25b)表2-9

1000kgTNT爆炸時的沖擊波超壓

西安石油大學電子工程學院第64頁/共85頁綜上所述，計算壓力容器爆破時對目標的傷害、破壞作用，可按下列程序進行。①首先根據容器內所裝介質的特性，分別計算出其爆破能量E。②將爆破能量E換算成TNT當量qTNT。1kgTNT爆炸所放出的爆破能量為4230～4836kJ／kg，一般取平均爆破能量為4500kJ／kg，故其關系為(2-26)西安石油大學電子工程學院第65頁/共85頁③求出爆炸的模擬比a，即

(2-27)④求出在1000kgTNT爆炸試驗中的相當距離R0，即R0=R／a。⑤根據R0值在表2-9中找出距離為R0處的超壓ΔR0(中間值用插入法)，此即所求的距離為R處的超壓。⑥根據超壓Δp值，從表2-7、表2-8中查找出相應的對人員和建筑物的傷害、破壞作用。

西安石油大學電子工程學院第66頁/共85頁

（3）蒸氣云爆炸的沖擊波傷害、破壞半徑。

爆炸性氣體如果以液態儲存瞬間泄漏后遇到延遲點火，或氣態儲存時泄漏到空氣中遇到火源，則可能發生蒸氣云爆炸。導致蒸氣云形成的力來自容器內含有的能量或可燃物含有的內能，或兩者兼而有之。能的主要形式是壓縮能、化學能或熱能。一般說來，只有壓縮能和熱量才能單獨導致蒸氣云的形成。根據荷蘭應用科研院TNO的建議(1979)，可按下式預測蒸氣云爆炸時的沖擊波的損害半徑：西安石油大學電子工程學院第67頁/共85頁式中：R——損害半徑，m；

N——效率因子，與燃燒濃度持續展開所造成的損耗的比例和燃料燃燒所得的機械能的數量有關，取N=10％；

Cs——經驗常數，取決于損害等級，取值見表2-10；

E——爆炸能量，kJ，可按下式取

E=V·HcV——參與反應的可燃氣體的體積，m3；Hc——可燃氣體的高燃燒熱值，kJ／m3，取值情況見表2-11。

西安石油大學電子工程學院R=Cs(N·E)1/3

(2-28)第68頁/共85頁表2-10損害等級決定的Cs的取值

西安石油大學電子工程學院第69頁/共85頁表2-11損害等級表

西安石油大學電子工程學院第70頁/共85頁

3.中毒模型

有毒物質泄漏后生成有毒蒸氣云，它在空氣中飄移、擴散，直接影響現場人員，并可能波及居民區。大量劇毒物質泄漏可能造成嚴重的人員傷亡和環境污染。

毒物對人員的危害程度取決于毒物的性質、毒物的濃度及人員與毒物接觸的時間等因素。有毒物質泄漏初期，其毒氣形成氣團，密集在泄漏源周圍，隨后由于環境溫度、地形、風力和湍流等的影響使氣團飄移、擴散，擴散范圍變大，有毒物質濃度減小。在后果分析中，往往不考慮毒物泄漏的初期情況，即工廠范圍內的現場情況，主要計算毒氣氣團在空氣中飄移和擴散的范圍、濃度、接觸毒物的人數等。西安石油大學電子工程學院掌握第71頁/共85頁

1）毒物泄漏后果的概率函數法

概率函數法是用一定時間內一定濃度的毒物能造成影響的概率來描述毒物泄漏后果。概率與中毒死亡百分率有直接關系，兩者可以互相換算，見表2-