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1、河北工业大学2014届本科毕业论文毕 业 论 文题 目： 苯乙烯车间重大事故后果模拟与应急预案 毕业论文（设计）原创性声明本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 日期： 毕业论文（设计）授权使用说明本论文（设计）作者完全了解*学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。有权将论文（设计）用于非赢利目的的
2、少量复制并允许论文（设计）进入学校图书馆被查阅。学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。保密的论文（设计）在解密后适用本规定。 作者签名： 指导教师签名： 日期： 日期： 注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告
3、、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它毕业设计（论文）中文摘要苯乙烯车间重大事故后果模拟及应急预案摘要：系统地
4、分析了苯乙烯生产车间的火灾、爆炸危险性，根据相关标准进行了重大危险源识别，确定苯储罐区为重大危险源。应用事故后果模拟技术，对苯储罐区进行了池火灾、蒸气云爆炸、沸腾液体扩展蒸汽爆炸和泄漏中毒事故后果模拟，通过了解以上四类事故的发生机理、建立计算模型、进行定量分析,得出事故影响范围及严重程度,并结合安全评价与风险分析软件对事故模型进行事故后果计算机模拟。最后根据事故后果模拟结果，提出了相应的应急预案以及应采取的安全措施。关键词：苯乙烯 事故后果模拟 池火灾 爆炸 应急预案 4河北工业大学2014届本科毕业论文毕业设计（论文）外文摘要Title Styrene workshop major acci
5、dent consequence simulation and emergency plan AbstractSystematically analyzed the fire explosion risk of styrene production workshop, identifying major hazards major on the basis of the relevant standards, benzene tank area is the major hazards.Applying to the accident consequence simulation techno
6、logy,I make an accident consequence simulation to the pool fire, vapor cloud explosion and boiling liquid expanding vapor explosion and leakage of poisoning of the benzene tank area.By understanding the above four types of accidents mechanism, setting up the calculation model,making quantitative ana
7、lysis, it is concluded that the accident influence scope and extent.As well,combined with the safety evaluation and risk accident consequence analysis software for the accident model of computer simulation.In the end according to the accident consequence simulation results,I put forward the correspo
8、nding contingency plans and safety measures.Keywords： Styrene accident consequence simulation pool fire explosion contingency plans 目 录1 引言52 重大事故后果模拟方法62.1重大事故后果模拟方法概述62.2 泄漏扩散事故后果模拟分析方法62.3 爆炸事故后果模拟分析方法72.4 火灾事故后果模拟分析方法73 苯乙烯车间概述83.1 自然环境83.2 苯乙烯车间工艺流程介绍104 危险、有害因素辨识与分析114.1 危险、有害因素辨识的原则和依据114.2 危
9、险、有害因素辨识与分析115 苯乙烯车间重大危险源辨识165.1重大危险源辨识标准175.2 苯乙烯车间重大危险源辨识176储罐区泄露重大事故后果模拟分析186.1苯储罐池火灾事故后果模拟分析196.2 苯储罐爆炸事故后果模拟分析216.3 苯储罐泄漏中毒事故后果模拟分析267 应用软件对储罐区进行事故后果模拟分析287.1 应用软件对苯储罐进行事故后果模拟分析288 苯乙烯车间重大事故应急预案的建立328.1 应急预案编制的目的及意义328.2 化学事故应急预案编制338.3 苯储罐区应急预案的建立338.4 应急预案演练36结论38参考文献40致谢421 引言苯乙烯别名乙烯基苯，是无色至黄
10、色的油状液体。具有高折射性和特殊芳香气味。沸点145 ，凝固点30.4，在水中不能溶解，但能溶与甲醇、乙酸及乙醚等溶剂相溶合。苯乙烯是一种重要的基本有机化工原料 ,主要用于生产聚苯乙烯树脂、丁苯橡胶和丁苯胶乳、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂、离子交换树脂、苯乙烯-丙烯腈共聚物树脂、不饱和聚酯以及苯乙烯系热塑性弹性体等。另外,苯乙烯还可用于制药、染料、农药等行业,用途十分广泛1。苯乙烯合成过程中所用到的原料、催化剂、产物、中间产物均属于易燃、易爆、有毒、有害类的物质。所以，苯乙烯在生产合成的过程中存在相当大的危险。事故后果模拟分析方法是利用已有数学模型, 选择恰当的数值计算方法, 对危险性高的区域或
11、系统进行模拟, 模拟事故的发生过程、事故后果的影响范围以及事故造成的财产损失人员伤亡情况。人们通过该模拟结果，可以直观地了解到评价区域或系统的危险有害性, 并为设计、管理人员以及企业、政府等职能部门的高层决策者提供一种客观依据。这种方法是一种全新的评价方法，这种方法的特点时形象、直接、操作简单；不仅如此，这种方法的评价结果较之以往更为精确，可靠性高，是现有评价方法中的首选3。应急预案是为了快速应对各类突发事故，减小事故损失、伤亡情况而制定的应急管理、救援计划。它一般应建立在综合防灾规划上。应急预案是运用安全评价的方法，为降低事故造成的影响和财产损失，对设备、场所等对象进行故事发生后的救援行动步
12、骤和纲领，为控制事故的发生提前做出有效的计划和安排。2 重大事故后果模拟方法2.1重大事故后果模拟方法概述重大事故后果评价方法通过对危险源辨识分析的结果，应用系统科学的研究方法，分析危险源存在的危险有害性，然后运用对应事故的数学模型，来定量分析事故后果的严重程度、损失情况以及对周边地区造成影响的范围17。化工生产过程的重大事故形态主要包括火灾、爆炸和泄漏扩散三大类。泄漏事故的基本形态包括液体泄漏、气体泄漏、气液两相流泄漏。火灾事故形态主要是池火灾和喷射火。爆炸事故形态为蒸气云爆炸、沸腾液体扩展蒸汽爆炸、压力容器爆炸以及凝聚相爆炸。事故后果模拟方法被广泛应用于危险有害化学品的安全评价中。这种方法
13、在评价过程中比较简便、具有针对性,因而在火灾爆炸、中毒等危险性事故的评价中得到了普遍应用。但是,此类方法在运用的同时也存在一定的问题,例如参数的选择和相关基础数据的计算往往根据个人理解,因此有关参数的选用不是十分合理。参数选择地正确与否是评价准确与否的关键，同时也是评价过程中需克服的难点。如果参数选取的不准确,现场情况又不熟悉,在缺乏某些参数时，假设有关参数而去套用公式,利用这些不真实的数据得到的计算结果必然与实际情况不相吻合 4。2.2 泄漏扩散事故后果模拟分析方法国内外在危险性物质泄漏扩散方面的研究，主要是研究其动力学演化机理，建立准确描述事故泄漏过程的理论模型，并与计算机技术相结合，应用
14、于事故后果分析和环境风险评价，同时为制定事故应急预案提供参考17。七、八十年前国外的研究人员开始对泄漏扩散事故进行研究，直至现在国外对于泄漏扩散的研究工作还相当活跃。其在单相单组分泄漏领域取得了很多成就，提出了大量扩散的计算模型，也进行了相当多的测试。相较于国外，国内对于泄漏扩散的研究开始较晚。我国的研究人员对有毒物质的泄漏进行了研究总结，建立了泄漏模式及模型，并归纳出了8类泄放模型和15类潜在泄放模型。在泄漏扩散事故的后果分析中，泄漏事故后果的严重程度与泄漏物的形态、数量、物质特性、压力、泄漏方式等有关。影响泄漏事故后果严重程度的主要因素是物质的易燃易爆性质，而泄漏量的多少则是与泄漏时间的长
15、短有关。泄漏源模型是根据物质释放时所表现的物理化学过程的理论或经验方程而建立的。2.3 爆炸事故后果模拟分析方法2.3.1 爆炸类型从工厂爆炸的角度来分析，化学爆炸的类型主要是蒸气云团遇明火发生爆炸、受限空间内的可燃气体发生爆炸、反应失控造成的压力容器爆炸以及不稳定物质爆炸。无论是哪种类型的爆炸，在爆炸事故发生的同时都会释放出大量的能量，造成相当巨大的损失和影响。2.3.2 蒸气云爆炸模型蒸气云爆炸发生的条件：足够量可燃气体与空气混合、点火源、有限空间等。其伤害形式的主要表现为：云雾区的爆炸波作用、高温燃烧、冲击波、热辐射作用和窒息作用。自上世纪60年代国外研究人员开始对蒸气云爆炸进行研究。我
16、国北京理工大学、化工部劳动保护研究所及劳动部劳动保护科学院的研究人员共同建立了“爆炸灾害预防与控制国家重点实验室”。通过利用80米长的水平管道，进行了蒸气云爆炸规律的初步研究，如障碍物对蒸气云燃烧转爆轰的影响17。2.3.3 沸腾液体扩展蒸汽爆炸模型（BLEVE）沸腾液体扩展蒸汽爆炸可以产生三种危害后果：冲击波超压火球热辐射和抛射碎片，有时候也可能伴随延迟发生的蒸气云爆炸或闪火等事故灾害，其中，爆炸火球的热辐射是最主要的伤害因素。BLEVE在其发生的机理、条件及所导致的灾害后果形式等方面不同于其它类型的爆炸灾害 ,有其发生原理的特殊性和后果的严重性。相较于蒸气云爆炸，沸腾液体扩展蒸汽爆炸的危险
17、等级更高，影响范围更广。现有的经验与半经验模型之间的差别很大,目前还没有能完善描述BLEVE的发生、发展及其事故后果的计算模型。2.4 火灾事故后果模拟分析方法易燃、易爆的气（液）体泄漏后遇到引火源就会被点燃而燃烧。火灾事故的主要模型有池火、喷射火、火球和突发火灾。2.4.1 池火灾模型所谓池火灾是指储罐中泄漏后的可燃液体遇火源发生的火灾，其主要危害是热辐射。美国学者R.Merrifield和T.A.Roberts提出19,可燃液体引起的池火灾,热辐射是其主要危害1。池火火灾通过辐射热的形式对周围的人、财、物产生危害，其危害程度可依据其辐射强度作为指标来参考，而辐射强度与池火燃烧速度、火焰高度
18、、热辐射通量密切相关，因此池火火灾模型主要通过池火燃烧速度、火焰高度、热辐射通量、辐射强度四个参数来表述2。2.4.2 喷射火模型加压的可燃物质泄漏时形成射流,在泄漏口处点燃，由此形成喷射火。喷射火模型包括“单点源”模型、“多点源”模型及“圆锥体”模型，其中“单点源”模型包括“API521”模型,“多点源”模型包括“WHAZAN”、“FLARESIM”、“FLARESIM”、“THORIN”和“THORNTON”模型,“圆锥体”模型包括“FLARE”、“TORCH”等模型21。常用的多点元模型是一种包括气流效应在内的喷射扩散模式的扩展。将整个喷射火看做是由沿喷射中心线上的所有电热源组成，每个电
19、热源的热辐射通量相等21。2.4.3 闪火模型闪火是可燃性气体泄漏到空气中并与空气相混合，之后被点燃而发生的一种非爆炸型的燃烧过程。闪火与其他火灾模型不同的是，火焰传播过程中没有自我加速条件。泄漏源不产生温流，空间不存在其他约束条件。由于闪火造成的危险损失较小，所以文献中谈及闪火造成的人员财产损失的计算模型相对较少。3 苯乙烯车间概述现今普遍应用的苯乙烯生产方法是乙苯催化脱氢和苯乙烯-环氧丙烷联产法。80%的苯乙烯是通过乙苯催化脱氢的方法生产出来的。北京燕山石化公司化工一厂苯乙烯车间采用乙苯催化脱氢法制苯乙烯。3.1 自然环境燕山石化化工一厂苯乙烯车间位于北京市房山区，在京广线旁，有便利的交通
20、运输条件。3.1.1 地形地貌北京市位于东经115.7-117.4，北纬39.4N-41.6N。地处华北平原东北部。与渤海湾相邻，上辽东半岛接壤，下与山东半岛相连。北京与天津相邻，四周相邻的是河北省。西面是太行山的西山，北面是燕山的军都山，两山在南口关沟交汇，形成一个向东南展开的半圆形大山弯，它所围绕的小平原即为北京小平原。北京市平均海拔43.5米。北京平原的海拔范围在2060米之间，山脉的海拔范围在10001500米之间。3.1.2 气象与气候条件首都北京是典型的北温带半湿润大陆性季风气候，6月到8月的夏天气温高、雨水量多，11月到第二年1月的冬天气温低、空气干燥，春秋季时间短。冬季盛行西北
21、风，夏季盛行东南风。2010年降水量大致在483.9毫米，为华北降雨最多的地区之一。北京太阳辐射量全年平均为112136千卡/厘米。北京年平均日照时数在20002800小时之间。夏季日照相对减少，每月230小时左右；秋季日照少于春天但多于夏天；冬季则是一年中日照最少季节。见北京市气候气象一览表表3-1。3.2 苯乙烯车间工艺流程介绍苯乙烯工艺合成路线图如图3-2所示，首先，苯和乙烯进行烷基化反应。反应得到粗乙苯(具体反应方程参见式3-1)。 （3-1） 粗乙苯进入乙苯分离塔提纯出纯度高的乙苯原料，塔釜得到重组分多乙苯及焦油回收至烷基化反应器循环使用，塔顶得到苯与乙苯混合物。苯与乙苯混合物进入乙
22、苯精馏塔，回收的苯从塔顶流出，继续参与反应。精制后的乙苯进入脱氢反应器，催化脱氢后得到粗苯乙烯（具体反应方程参见式3-2），其中包含未反应的部分粗乙苯。 （3-2）粗苯乙烯与未完全反应的粗乙苯进入乙苯-苯乙烯分离塔，从塔底流出的粗苯乙烯送至精馏塔提纯，得到纯度较高的苯乙烯产品。塔顶得到粗乙苯送至甲苯-乙苯分离塔，塔底得到乙苯回收至脱氢反应器进一步反应；塔顶得到的甲苯进入到苯-甲苯分离塔，分离出苯送至烷基化反应器进行反应。表3-1 北京市气候气象一览图3-2 苯乙烯工艺流程简图4 危险、有害因素辨识与分析4.1 危险、有害因素辨识的原则和依据危险有害因素辨识与分析遵循科学性、系统性、全面性和预测
23、性原则。危险物质的辨识与分析依据常用危险化学品的分类及标志GB13690-92、常用化学危险品特性汇编以及化学品安全技术说明书。生产过程中发生的各类事故的危险性分析依据企业职工伤亡事故分类。4.2 危险、有害因素辨识与分析4.2.1 危险物质分析苯乙烯生产过程中涉及的危险化学品共有7种，具体情况如表4-1所示：表4-1 危险化学品一览表4.2.1.1 危险物质的理化性质苯乙烯生产过程中涉及的主要危险、有害物质的理化性质，见表4-2。表4-2主要物质的理化性质物质性质氢气苯甲苯乙苯苯乙烯分子式H2C6H6C7H8C8H10C8H8分子量201678.1192.14106.16104.14熔点-2
24、59.25.5-94.9-94.9-31沸点-252.7780.1110.6136.2145闪点-11.141531.11引燃温度400560535432490相对密度（水=1）0.070.880.870.870.91相对密度（空气=1）0.072.773.143.663.6爆炸极限%2.7-36.01.2-81.2-71-6.71-6.1临界温度-240289.5318.6343.1369临界压力Mpa1.34.924.113.73.81燃烧性易燃易燃易燃易燃易燃禁忌物强氧化剂、卤素强氧化剂强氧化剂强氧化剂、酸类强氧化剂、酸类4.2.1.2 危险物质的储存苯乙烯生产过程中涉及的主要危险、有害
25、物质储存的注意事项如下表4-3所示。4-3 危险物质的储存4.2.1.3 危险物质的运输苯乙烯生产过程中涉及的主要危险、有害物质运输的注意事项如下表4-4所示。4-4 危险物质的运输4.2.2 工艺过程危险、有害因素分析 苯乙烯车间主要包括：脱氢工段、精制工段以及仓库。由于脱氢反应属于强放热反应，苯、苯乙烯等物料均为易燃、有毒、有害危险化学品，所以生产过程中较容易发生爆炸、火灾、泄露等事故。因此苯乙烯生产过程危险、有害因素的识别，主要是查找出生产过程中可能出现上述事故的场所或过程。（一）脱氢工段脱氢工段的主要设备设施有脱氢反应器、中间换热器、中（低）压废热锅炉、空冷器、空冷气液分离器、乙苯蒸汽
26、混合器、脱氢液储罐、热水储罐、蒸汽过热炉、脱氢混合物/水分离器、降温器、截止阀、气动薄膜调节阀组、热水泵以及辅助设施和仪表控制系统等。根据对苯乙烯生产工艺流程的分析，脱氢工段危险因素分析如下：（1）火灾、爆炸在新鲜乙苯以及循环乙苯由储罐向脱氢反应器加料的过程中，若储罐泄漏或是泵及其周围管线发生泄漏与腐蚀，则会引起乙苯原料的泄漏，极易引发火灾、爆炸以及中毒事故。乙苯气体经多次升温后进入脱氢反应器，逐段进行反应，除了生成苯乙烯外，还会产生氢气。氢气为易燃易爆的危险气体。由于在两段脱氢反应器及其相连管路内均存在氢气，若该区域的管线及反应器存在泄漏或密封不严，氢气与空气发生接触，形成爆炸混合物时，即会
27、引起爆炸事故，威胁员工的生命安全。蒸汽过热炉是通过燃烧煤焦油生产蒸汽，为整个反应的发生提供热蒸汽。煤焦油为有毒、有害的物质,且易燃易爆,若由于违章操作等原因而发生泄漏,即会引起火灾、爆炸、中毒等事故。此外，脱氢车间内的大型储罐、反应器、换热器等均需做好接地防雷击的措施，以防止雷击产生的电火花引起火灾事故。（2）灼伤乙苯蒸发器、热水储罐、蒸汽混合器、预热器、废热锅炉等设备设施均通入高温介质，操作或维修过程中若违反操作规程，或未佩戴防护用具可能造成高温烫伤的危险。（3）中毒窒息乙烯储罐内所存的乙烯以及脱氢液储罐中存在的苯乙烯均为易燃易爆有毒物质，储罐、油泵或相连管线破裂、泄漏，不仅会引起火灾、爆炸
28、，还可能造成人员中毒，而且造成环境污染。（4）触电当人体触及带电体，或者带电体与人体之间闪击放电，或者电弧波及人体，电流通过人体进入大地或其他导体，形成导电回路，这种情况就叫触电10。车间内有很多电气设备，如果电气设备接地不良、设备漏电、未设置防静电装置，将会发生人员触电事故，造成人员伤亡，影响车间的正常生产日程。（二）精制工段精制工段的主要设备设施有分离塔、回收塔、全凝器、冷却器、尾气冷凝器、降膜蒸发器、再沸器、各类储罐、真空泵、回流泵以及辅助设备和仪表控制系统等。根据对精制工段的工艺流程分析，本工段存在的危险有害因素如下。（1）火灾、爆炸蒸汽状态下的苯乙烯与空气可形成爆炸性气体，遇明火、高
29、热或与氧化剂接触，有引起燃烧爆炸的危险；苯乙烯精制塔的平均塔温维持在88左右，塔顶苯乙烯蒸汽经冷却器冷却后温度维持在79.5。因此若苯乙烯发生泄漏可能引起火灾事故。运输苯、甲苯、苯乙烯产品的罐车也应做好密封措施防止运输过程中存在泄露的危险，引发危险事故。（2）中毒苯乙烯精制工段不仅存在苯乙烯产品，生产过程中还会产生副产品苯和甲苯。这些均属于有毒有害物质，一旦储存这些物质的罐区发生泄漏，将有可能导致人员中毒事故的发生。此外，人员进入罐、釜内检修，若有毒有害物质置换不彻底，加之人员未佩戴劳动护具或护具失效，均可能造成人员中毒。（3）机械伤害打料泵、电动机、真空泵、安全联锁系统等电气运转设备在生产、
30、检修过程中，因操作不慎，易发生机械伤害。（4）噪声与震动排风机、各种泵、反应器运行过程中会产生噪声，存在噪声与震动的危险因素。4.2.3 公用工程及辅助设施的危险分析蒸汽过热炉是为整个车间提供热蒸汽和热水的装备，在正常的生产过程中，蒸汽过热炉内存储了大量的热能，所以制作该容器的材质必须是耐高温、耐高压、防腐蚀的。如若发生泄漏，操作人员未能及时躲避，将会造成严重地高温灼伤。电气装置的不正确使用，因其使用和运行过程中的发热、短路和高温及累计直接导致火灾事故的发生；火灾报警装置使用过程中出现漏报和失灵等现象而间接导致火灾事故的发生。5 苯乙烯车间重大危险源辨识重大危险源辨识是预防生产过程中发生重大事
31、故的有效手段之一，通过对生产场所、危险品储存区域、危险工作区域内危险源的辨识，可以判断出重大危险源所在。通过相关技术分析出重大危险源产生的原因及后果严重程度，在此基础上制定出防范措施，有效避免重大危险事故的发生。5.1重大危险源辨识标准苯乙烯工艺过程中存在危险物质名称及其临界量如表4所示11。表5-1危险化学品名称及其临界量单元内存在的危险化学品为多品种时，则按式(5-1)计算，若满足式(5-1)，则定为重大危险源： （5-1）式中：q1，q2，qn为物品的当前储存量（t）；Q1，Q2，Qn为物品的临界储存量（t）。 5.2 苯乙烯车间重大危险源辨识基于以上关于重大危险源表示的标准和方法，对北
32、京燕山石化化工一厂苯乙烯车间罐区进行重大危险源辨识。苯乙烯车间罐区参数数据如表5所示。表5-2 苯乙烯车间罐区参数 假设各储罐存储量为总容积的70%，可得出单台储罐储存产品的质量：苯：M=0.881031200.7=73920kg 约为74吨50吨苯乙烯：M=0.911032980.7=189826kg 约为190吨500吨甲苯：M=0.87103700.7=42630kg 约为43吨50吨可以判断出苯的储存量大于苯的临界储存量。同时根据式5-1进行计算：因此该苯储罐区为重大危险源。6储罐区泄露重大事故后果模拟分析根据上述重大危险源辨识结果，重大危险源是苯储罐区。下面将对危险性最高的苯储罐进行
33、事故后果模拟分析。苯具有易燃易爆、有毒有害的特性，在生产、运输的过程中均存在很大的危险性，容易发生事故。根据我国化工系统发生的重大电型事故的统计结果显示，苯泄漏的事故发生的可能性最高12。苯发生泄漏后可能导致的后果包括BLEVE火球、闪火、蒸气云爆炸、池火灾和扩散中毒。苯泄漏可能引发的事故后果事件树如图6-1。苯泄漏BLEVE火球立即点燃形成液池 点燃池火灾形成可燃气体云团延迟点燃闪火或蒸气云爆炸没有点燃泄漏扩散中毒图6-1 苯泄漏事故后果事件树6.1苯储罐池火灾事故后果模拟分析北京燕山石化化工一厂苯乙烯车间在生产过程中产生副产品苯，车间内有1个容积为120 m3的苯储罐。若苯储罐发生泄漏，在
34、罐体附近形成一定厚度的液池。此时如果遇到火源或火星，泄露的液体很有可能会燃烧起来，发生池火灾事故。下面将对池火灾进行事故后果模拟 13。（1）苯的燃烧速度苯的燃烧热Hc=41851.28kJ/kg，比热容Cp=1.9kJ/kgk，沸点Tb=353.1K，汽化热H=394.66kJ/kg。环境温度，液体表面上单位体积的燃烧速度dm/dt为： （6-1）（2）液池半径苯储罐隔堤所谓液池面积S=400m2，计算液池当量半径： （6-2）（3）火焰高度设环境温度To=30（303K），此时空气密度；重力加速度g=9.8m/s2。因此池火灾时的火焰高度h为： （6-3）（4）热辐射通量热辐射通量计算过程
35、中效率因子（0.130.35），液池燃烧时放出的总热辐射通量Q为： （6-4）（5）目标入射热辐射强度液池火灾的最大危害来自火焰的强度热辐射，表6-1为不同入射热辐射强度造成伤害或损失的情况。根据上表的标准进行判断，用式（6-5）估算出池火灾可能的损失距离X： （6-5）式中X：目标点到液池中心的距离，m；I：热辐射强度，；Q：总热辐射通量，W；：热传导系数，取值1。由此得出火灾对设备与人的伤害情况，如表6-2。表6-2火灾对人与设备的伤害情况（6）池火灾事故模拟结果分析根据上述池火灾事故后果模拟计算，假设苯储罐内的液体苯全部泄漏并引发池火灾，在以防火堤几何中心为圆心的89.8m远处基本没有影
36、响，对距离几何中心32.1-56.8m的环形区域内的工作人员影响较小，对距几何中心32.1m区域以内的工作人员，发生烧伤伤害的可能性较大。该池火灾事故主要的影响范围为储罐区，对车间区域基本没有影响。同时，苯储罐泄漏发生池火灾事故还有可能引发其他设备发生其他类型的事故，导致事故范围的扩大和蔓延。6.2 苯储罐爆炸事故后果模拟分析6.2.1 蒸气云爆炸事故后果模拟分析在化工过程工业中，蒸气云爆炸时破坏性最大、危险性最高的一类爆炸性事故。蒸气云爆炸是由于大量的可燃蒸气突然大量快速泄漏和着火所导致的事故。构成蒸气云爆炸的参量：泄漏物质的量、物质蒸发百分比、气云燃烧的可能性、引燃前气云运动的路程、气云引
37、燃前的延迟时间、物质临界量等。蒸气云爆炸的劈坏影响时产生冲击波对周围人员和建筑物的伤害。爆炸冲击波的破坏影响最大，影响范围也最大。该工厂的储罐区内有1个苯产品的储罐，储罐容量120m3，存量可达74吨（70%的装填量）。（1）TNT当量计算假设储罐按70%的容量装填切全部泄漏形成蒸汽云参加爆炸反应15，则苯的最大储存量Wf=74103kg；蒸气云爆炸的效率因子，取；苯的燃烧热值；TNT爆炸热量。由此得到TNT当量： （6-6）（2）死亡半径RD如果该储罐区域内未设人员防护装置，一旦发生泄漏导致爆炸，将会造成人员死亡的重大事故。设该区域的内径为零，外径即为死亡半径RD，表示在外径为RD的区域内发
38、生人员因受到冲击波的作用至内脏严重受损死亡的事故。RD与WTNT之间的关系如式（6-7）所示： （6-7）（3）重伤半径RH如果该储罐区内的防护应急装置不健全，一旦发生爆炸事故，则很有可能导致人员重伤。期内景为死亡半径RD，外径为重伤半径RH，则RH可按照式（6-9）进行计算： （6-8） （6-9）式中，q0=1000kg，q2=WTNT=3.7104kg；由表6-36-5可查得，重伤，并由此查得，则重伤半径RH可得： （6-10）（4）轻伤半径RL根据表810可查得轻伤，对应的R0=43m，q0=1000kg，q3=WTNT=3.7104kg；则RL可由式（6-11）算得： （6-11）（
39、5）财产损失半径RM储罐区周围的建筑大部分为钢筋混凝土建造而成，因此取冲击波超压，对应的，则RM，可由式（6-12）解得： （6-12）（6）蒸气云爆炸事故模拟结果分析该储罐区以蒸气云爆炸模型模拟事故，以储罐区的几何中心为圆心，半径小于51.7m的圆形区域内会导致人员死亡：距离几何中心51.793.3m的环形区域内发生人员重伤事故；距几何中心93.3143.3m的环形区域内发生人员轻伤事故。在以几何中心为爆炸中心，63.3m为半径的圆形区域内将发生财产损失。根据燕山石化化工一厂苯乙烯车间平面布置图可知，储罐区处在死亡区域，整个车间处在轻伤区域。一旦发生爆炸，精制工段车间将受到破坏。6.2.2
40、沸腾液体扩展蒸气云爆炸（BLEVE）事故后果模拟相较于蒸气云爆炸事故，沸腾液体扩展蒸汽云爆炸事故伤害能力更大，事故造成的后果损失更为巨大。此类爆炸主要是释放大量的热辐射对人员和设备造成伤害和损失16。假设苯储罐在外火焰的烘烤下关内液体快速气化病泄放的空中，进而导致苯储罐发生BLEVE。（1）火球半径RF根据Moorhouse和Pritchard模型，发生火球和爆燃燃烧时，火球的最大半径RF为： （6-13）式中，M为急剧蒸发的可燃物质的质量，kg。（2）火球燃烧的持续时间t为： （6-14）（3）火球燃烧时发出的辐射通量为： （6-15）式中，燃烧热Hc=41851.28 kJ/kg，燃烧物的
41、质量M=74000kg，持续燃烧时间t=42.6s，效率因子=0.25.（4）辐射距离x距火球中心x处一点的入射热辐射强度I可按式（6-16）计算： （6-16）式中，Q为火球燃烧辐射通量，W；t0为空气热导系数，保守取值为1。根据表6-1热辐射的不同入射人辐射强度所造成的损失，我们可以得到在不同入射热辐射强度下，目标处距火球中心的距离，从而得到事故发生的影响范围。具体结果如表6-6所示。表6-6 BLEVE事故模型计算结果（5）BLEVE事故模拟结果分析以上计算是在苯产品完全泄漏的情况下进行的，有计算结果可知，一旦发生该类事故后果非常严重，10s内整个罐区以及临近200m的范围内，将造成人员
42、伤亡，1min内人员全部死亡。在200至240米的范围内，10s即会造成人员重大烧伤，持续1min人员全部死亡。240至340米的范围内10s造成人员轻度烧伤，1min内发生人员死亡的事故。340米以外的范围内不再发生人员死亡事故，950米以外为安全区域。根据分析可知BLEVE事故的破坏力强大，一旦发生即会造成难以预计的损失，所以应加强生产管理，注意巡查设备情况，杜绝此类事故的发生。6.3 苯储罐泄漏中毒事故后果模拟分析有毒物质泄漏后生成有毒蒸气云，随风的吹动传播、扩散，不仅影响车间操作人员，还有可能波及周围的居民区。大量有毒物品的泄漏将会导致人员伤亡环境破坏。苯储泄漏会造成火灾、爆炸和中毒事
43、故，下面我们将对由于泄漏而引起的中毒事故进行模拟分析。模拟该车间内一个苯储罐发生整体性破裂，造成罐内所有液化苯蒸汽瞬间泄漏。假设北京燕山石化苯乙烯车间环境的温度为20，风速1m/s，大气稳定度为D，光照条件为一般。（1） 扩赛模型下面我们将采用地面点瞬时排放模型进行模拟计算（如式6-17）： （6-17）式中：C(x,y,z,t,)为瞬时排放时，给定地点与时间污染物浓度，mg/m3；Q为瞬间泄漏量，kg；t为泄漏时间，s；u为风速，m/s；x为下风向距离，m；y为横风向距离，m；z为离地高度，m；、分别为各方向的扩散系数（m）。设该泄漏中毒事故为连续泄漏，t=10min。、与地面有效粗糙度有关
44、，根据资料17以及燕山石化厂的厂址，选择分散的高矮建筑物Z0=2m0.1m。由此得出粗糙地形扩散系数： （6-18） （6-19） （6-20） （6-21）式中，、取值2m，a0=0.38，b0=2.53，c0=0.13，d0=0.55，e0=0.042，f0=0.35，g0=0.03。（2） 事故后果计算与分析根据国家卫生标准确定，作业地点空气中苯蒸汽浓度不应超过40mg/m3,。具体的苯蒸汽毒物危害等级如下表6-7。表6-7 苯蒸汽的毒物危害等级由此，选取40mg/m3和75mg/m3这两个值作为苯蒸汽中毒的评价标准。120 m3的苯储罐储存苯产品74000kg（70%装填），假设20%
45、的苯发生泄漏，W=14800kg，未泄漏前储罐内部温度t0=33，苯的沸点，苯的比热，汽化热，则蒸发量为： （6-22）模拟该气象条件下，扩散参数如下： （6-23） （6-24） （6-25）仅考虑扩散到达的最远点轴方向，y=z=0，并忽略苯蒸汽的自身运动速度，苯蒸汽的运行时间t=x/u，则式（6-17）简化为： （6-26）将Q=3356kg代入公式，当时，；当时，。上述结果代入25-26中试差解得，当时，x=4934m；当时，x=3741m。苯储罐泄漏中毒事故主要是由于苯蒸汽泄漏扩散至空中，人员吸入从而导致中毒。一般来说，泄漏中毒事故发生的概率较大，危害性也很强。从计算结果可知，在下风向3741m内处于中度中毒伤害范围，3741m-4934m的范围内属于轻度中毒范围。如果泄漏事故未及时发现并采取措施，则下风向3741m内的工作人员有相当大的中毒可能；假设北京市