爆炸评价模型及伤害半径计算讲解.docx

爆炸评价模型及伤害半径计算1、蒸气云爆炸（VCE）模型分析计算（I）蒸气云爆炸（VCE）模型当爆炸性气体储存在贮槽内，一旦泄漏，遇到延迟点火则可能发生蒸气云爆炸，如果遇不到火源，则将扩散并消失掉。用TNT当量法来预测其爆炸严重度。其原理是这样的：假定一定百分比的蒸气云参与了爆炸，对形成冲击波有实际贡献，并以TNT当量来表示蒸气云爆炸的威力。其公式如下：BAWQQTNT式中WE蒸气云的TNT当量，kg；B地面甥炸系数，取B=1.8；A一-蒸气云的TNT当量系数，取值范围为0.02%14.9%：W1蒸气云中燃料的总质量：kg；Q.一一燃料的燃烧热，kj/kg：QsTNT的爆热，QTNT=4120-4690kJkg（2）水煤气储罐蒸气云爆炸（VCE）分析计算由于合成氨生产装置使用的原料水煤气为氧化碳与氢气混合物，具有低闪点、低沸点、爆炸极限较宽、点火能量低等特点，一旦泄漏，极具蒸气云爆炸概率。若水煤气储透因泄漏遇明火发生蒸气云爆炸（YCE）,设其贮圻为70%时，则为2.81吨，则其TNr当量计算为:取地面爆炸系数：=1.8:蒸气云爆炸TNT当量系数，A=IM蒸气云爆炸燃烧时燃烧掉的总质量，Wf=2.81X1000=2810（kg）：水煤气的爆热，以C030%、比431.计（氧为1427700kJkg,一氧化碳为10193kj/kg)：取Q-616970kJ/kg：TNT的爆热,取QZ=450OkJ/kg。将以上数据代入公式，得1.8×0.04×2810×616970WE=嬴=27739(kg)死亡半径RE3.6MM1000)一=13.6X27.74°”=13.6X3.42=46.5(m)重伤半径R,由卜列方程式求解：IP2=0.137ZO.119Z22+0.269Z21-0.019IZ2=R2/(EPn)1/31.,2=PsPo式中：Ps一一引起人员重伤冲击波峰值，取44OOOPa:P0环境压力(101300Pa):E-爆炸总能量(J),E=Wn1XQ1.y1e将以上数据代入方程式，解得：P2=0.4344Z2=I.07Ri=I.07×(27739×4500×1000/101300),'i=1.07×107=115(m)轻伤半径R,由下列方程式求解：TP,=O.137Z/+0.119Zj2+0.269ZJ-0.019ZS=RJ(E/P)173P3=PsPo'P:Ps引起人历轻伤冲击波峰值，取17000Pa.将以上数据代入方程式，解得：Ps=O.168,Z3=1.95轻伤半径R,=209<n)2、沸腾液体扩展蒸气爆炸(B1.EVE)模型分析计算(1)沸腾液体扩展蒸气爆炸(B1.EVE)模型液态存贮的易燃液化气体突然瞬间泄漏时，立即遇到火源就会发牛.剧烈的燃烧，产生巨大的火球，形成强烈的热辐射，此种现型称为沸瞒液体扩展蒸气爆炸,简称B1.EVE.沸腾液体扩展蒸气爆炸的主要危隆是强烈的热粕射，近场以外的压力效应不重要.其火球的特征可用国际劳工组织(I1.o)建议的蒸气爆炸模型来估算.火球半径的计算公式为：R=2.9Wr,式中R火球半径,m；W一一火球中消耗的可燃物质量，kg。对单避储存，W取透容量的50双雄储存：W取罐容品的70%：多罐储存,取W为曜容量的90%。(2)液氨储螺沸腾液体扩展蒸气爆炸(B1.EYE)模型分析计算由丁生产装置液焚贮度区的液氨透为多罐贮存，(共六只贮罐,其中三只50M,三R100M')最大库存量为250T。氨比重约0.6,取100M'雄，则由W=100×0.6×1000×90%=54000<kg)代入式中，得到：火球半径R=2.9(54000),=109(m)火球持续时间按下式计算：1=0.45W5式中：火球持续时间,单位为S.将数据代入式中,得到：t=0.45×(54000)1=17(三)目标接收到热辎射通星的计算，按下式计算：q*o=qnRsr(1-0.0581nr)(Rj+r5)x,式中：1一一目标到火球中心的水平距离，m：q,火球表面的辐射通址，Wm对柱形罐取270kWm2,球形罐取200kWm,.R火球半径，m°R=109m.有了热辐射q(r),即可求不同伤害、破坏时的热通信及其半径.下面求不同伤害时的热通量：死亡可根据下式计算：P,=-36.38+2.56In(tq,'a)式中：P,=5t一一火球持续时间，取t=17s.解得q1=21985Wm重伤可根据下式计算：P,=-43.143+3.0188In(tq；3)解得q.-18693W/m-o轻伤可根据下式计算：Pr=-39.83+3.0188In(IqjI解得qs=8207Wm%通过q,、q八4可以求得对应的死亡半径兄、重伤半径艮及轻伤半径IU(由于此方程式难以手算解出，故省略)。(3)小结通过计兑，如果贮存区液氨储送发生扩展蒸气爆炸，火球半径为109m,将可能造成其他贮罐的连锁火灾和爆炸，造成灾难性的破坏。3、液气泄漏中毒事故的模拟计算液氨贮存区最大贮存量为250T,假设有IT泄漏量，对蒸发成蒸气扩散造成的危害进行模拟计算.（1）液态气体蒸气体积膨胀计算在标准状态下（012,1013俗2）,1摩尔气体占有22.4升体积。根据液态气体的相对密度，由下式可计算出它们气化后膨胀的体枳：V=1.IxzIx1OOOx22.4MV一一膨胀后的体枳（升）Vo一一液态气体的体积（升）D.一液态气体的相对密度（水=DM一一液态气体的的分子量将液氨有关数据代入上式，由DK）.597,M=17.03得到v=×1000×22.4M7V597=UX1OOOx22.4=785匕17.030即液态皴若发生泄漏迅速气化，其膨胀体积为原液态体积的785倍。（2）液态气体扩散半径模拟计算液态气体泄漏后在高温下迅速气化并扩散，在一定泄漏量范围内，且液态气体比至大于空气，沿地面能扩散到相当远的地方，可模拟为半椭圆形，其短轴与长轴之比将随着犷散半径的增大而诚少，可由下式计算：=>1.2V××p×式中：V液态气体膨胀后体积:P一一液态气体在空气中的浓度：K一一椭圆形短轴与长轴之比，即K=hR.根据我国工作场所有害因素职业接触限值(GBZ2-2002)隹得：液氨在工作场所空气中时间加权平均容许浓度20mg11短时间接触容许浓度30mgm其在空气中体积浓度换算为：P=26.3×10"和P=39.5X10%限设泄漏液双的增为100Okg,其可能发生中毒事故的浓度区域半径计算如下：取液翅体积V0=1/0.597=1.68m'P=26.3X10/K=O.10计算:v-×11××1 31.68×7857-××26.3×10*×0.103=621/M从计算结果可知：当泄漏100Okg液鸵气化成蒸气时可能发生中毒浓度的区域半径为621m,即0.621公里,因此，其扩散时的可能发生中毒浓度的区域面积：S=11×R2=X14×0.621=1.21(平方公里)4、水煤气泄漏事故的模拟计算根据我国工作场所有害因素职业接触限值(GBZ2-2002)查得：水煤气<即一氧化碳)时间加权平均容许浓度20wm'短时间接触容许浓度30mtm'.经换算，分别为P=16X10-6和P=24X10-6。水煤气贮罐总容积5000M3.设若泄漏量为100M3,取p=16X10-6,K=0.1则计算如卜;Y1.XzrxPXK=J2100-×16×10-6×0.10=310(M)S=nXR:-3.14×310-301754M;5、天然气泄漏形成喷射火模型分析该项目设计有容积为2m3、工作压力为25MPa的天然气储气瓶组。当设符损坏、法苴垫片撕裂或接管破裂等条件卜.，天然气就会在破裂处形成射流，在高速气流摩擦形成的静电火花或其他点火源存在的条件下，就会在裂口处引燃形成喷射火。火灾通过热辐射方式影响周围环境，当热辐射强度足筋大时，可使周围物体燃烧变形，强烈的热辐射可能烧毁设备并造成人员伤亡。喷射火模拟事故模拟是通过定量的计算，估算出热辐射的不同入射通信所造成的损失程度（1（1）气体泄漏量的计奥假定天然气储气瓶组或管道泄漏，裂口为直径IOmm的圆口：PO=O.1013×106Pa;P=25×IO6Pa;=1.314（天然气的绝热指数）则：4=0=0,004P25H”14f-Y1=（-TW=0.541.+U11.314+1；pI+iJ故气体流动属于音速流动。其泄漏量为：&=QW篝岛芦式中:Cd=1.00：M=CNG的分子量，16；R=8.314Jmo1.-K;T=293K(20V)；p=193.5kgm3.A为裂口面枳，D为储气瓶裂口直径。A=11D24=0.0000785(m2)计算得:QO=8.2×IO-4kgs(2)喷射火热辐射通量这里所用的喷射火辐射热计算方法是一种包括气流效应在内的喷射火扩散模式的扩展。把整个喷射火看成是沿喷射中心线上的几个热源点组成，每个点热源的热辐射通量相等。点热源的热辐射通量按下式计算q=rQ>H(式中：q一点热源热辐射量，W-效率因子，可取0.35QO-泄漏速度，kg/sHC-燃烧热，J/kg天然气高热值：HC=55800kJkg,则:q=O.35×8.2×IO-4×558=16kW射流轴线上某点热源1到距离该处点的热源辎射强度为：T式中：Ii一点热源i到目标点X处的热辐射强度，W/m2：q一点热源的辐射通地，W：R辐射率，可取02X一点热源到目标点的距离，m某一点处的入射流强度等于喷射火的全部点热源对目标的热辐射强度的总和:N=A/-I式中:N-计算时选取的点热源系数，般取n=50根据喷射火全部点热源在距火焰Xm的某点总入射热辐射通量的大小，杳热辐射的不同入射能量所造成的损失。根据可以计.兑出有代表意义的入射热辐射通量造成的危害范围,即：X=悟式中：R一辐射率，取0.2：表5.6-1不同入射通量所造成的危害范围目标伤害距离X(m)入射通量I<kVm2)对设备的损宙对人的损害0.08237.5操作设备全部损坏1%死亡/10S100%死亡/Imin0.125在无火焰、长时间粕射下，木材燃烧的最小能量重大损伤，K)S100%死亡”min0.1412.5有火焰时，木材燃烧，塑料淞化的最低能量I度烧伤/IOs1%死亡/Imin().254.020s以上感觉疼痛,未必起泡0.401.6长时间辐射，无不舒服感从上表可以看出，如不采取措施，在计免条件下的喷射火如果发生，距射流轴线热源0.082m处的人员在热辐射下IOS内1%死亡，Imin内100%死亡,另此范围内的操作设备全部损坏,距射流轴线热源0.25m.热辐射不会造成人足伤亡：距射流轴线热源0.40m以外为安全距离。为了安全生产，企业应积极采取应对措施，防止喷射事故发生。6、天然气泄漏形成蒸气云爆炸模型分析假设I个2m3、操作压力25MPa的天然气储气瓶组全