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1、 摘要 摘 要由于易燃液体具有易挥发蒸气、易燃易爆性、受热膨胀性、易聚集静电、高度的流动扩展性，与氧化性强酸及氧化剂易产生作用，具有不同程度的毒性等特性，使得易燃液体的储存运输存在着极大的危险性。特别是在易燃液体的储存环节，由于危险物质的数量巨大、种类复杂，使得易燃液体罐区通常具有极高的风险等级。因而非常有必要对易燃液体罐区潜在危险性进行风险评价和评估，并对有关风险的特性和预防措施有所了解，以降低其可能带来的危害性。本文总结了近年来业内通常采用的适用于对易燃液体罐区进行风险评价的几种方法，在对比分析的基础上，最终选用了池火灾和蒸气云这两种的风险评价方法来探讨对易燃液体罐区的风险进行评价，并对具
2、体的易燃液体罐区的风险性进行了实证分析。结果表明，这两种方法在评估易燃液体罐区的风险性方面有着较高的可靠性，可较为真实的反应易燃液体罐区的风险水平，并为如何降低易燃液体罐区的风险性提出了防范措施。因此，本文为确定易燃液体罐区合适的风险评价和研究方法提供了理论和实践依据，对降低易燃液体罐区的事故风险、保证罐区的安全运营有一定的参考意义。关键词：易燃液体罐区 风险 池火灾 蒸气云 I ABSTRACT ABSTRACTFlammable liquids steam volatile, flammable and explosive, thermal expansion, and easy to b
3、uild up an electrostatic high degree of liquidity expansion, and strong acids and oxidants oxidative easy to produce an effect, with varying degrees of toxicity and other characteristics, makes flammablestorage and transportation of the liquid there is a major risk. In particular, usually has a very
4、 high level of risk due to the huge number of dangerous substances, complex types, making the tank farm of flammable liquids in flammable liquids storage link. Which makes it very necessary risk assessment and evaluation of the potential dangers of flammable liquids tank farm, and the risk character
5、istics and prevention measures to be understood that in order to reduce the dangers of its potential. This paper summarizes in recent years, the industry typically applies to flammable liquid tank farm several methods of risk assessment, on the basis of comparative analysis, the final selection of p
6、ool fires and vapor cloud of the two risk assessment methods to explore the risk of flammable liquids tank farm to evaluate the risk of an empirical analysis of the specific flammable liquid tank farm. The results show that these two methods to assess the risk of flammable liquids tank farm has a hi
7、gh reliability can be more real reaction flammable liquids tank farm, the level of risk, and how to reduce the risk of flammable liquids tank farm the proposed preventive measures. Therefore, this article is to determine the appropriate risk evaluation and research methods of flammable liquid tank f
8、arm provides a theoretical and practical basis, there is some reference value to ensure the safe operation of the tank farm to reduce the risk of flammable liquids tank farm accident. Keywords： Flammable liquids；risk assessment；pool fire；vapor cloud explosionII 目录目录摘 要IVABSTRACTIVIV1 绪 论11.1课题研究背景及目
9、的11.2近年来易燃液体储罐区事故类型和事故原因21.3易燃液体罐区风险评价方法简介41.3.1事故树分析法简介41.3.2池火灾模型简介51.3.3道化学火灾、爆炸指数评价法51.3.4蒸气云模型简介71.3.5易燃液体罐区风险评价方法选择72 池火灾模型92.1 池火灾研究背景92.2 池火灾特性92.3 池火灾燃烧模型计算方法102.3.1 池直径的计算102.3.2 燃烧速度的确定112.3.3 确定火焰高度112.3.4 热辐射通量112.3.5 目标入射热通量的计算122.3.6 火灾损失123 蒸气云爆炸模型133.1 易燃液体爆炸特性133.2 蒸气云爆炸事故特点133.3 蒸
10、气云爆炸模型计算方法143.3.1爆炸空间物质量的计算143.3.2蒸气云爆炸燃烧热的计算143.3.3TNT当量的计算143.3.4蒸气云爆炸事故伤亡范围计算144 罐区事故实例分析164.1池火灾模型应用实例164.1.1某厂发生池火灾燃烧储罐区概况164.1.2 该厂池直径的计算174.1.3 该厂池火灾模型燃烧速度的确定174.1.4 确定该模型火焰高度174.1.5 计算模型热辐射通量184.1.6 该模型目标入射热通量的计算184.1.7 该厂模型的火灾损失184.1.8 该厂池火灾模型安全决策分析194.2 蒸气云模型应用实例204.2.1 某厂发生池火灾燃烧储罐区概况204.2
11、.2 计算该厂爆炸空间的物质量224.2.3 该厂蒸气云爆炸燃烧热的计算224.2.4 该厂TNT当量的计算224.2.5 该厂爆炸事故伤亡范围计算234.2.6该厂蒸气云模型安全决策分析235 结论25参考文献26致谢27 1 绪论23 1 绪论1 绪 论1.1课题研究背景及目的随着化学工业、石油工业、塑化工业等一系列产业的迅速发展，大量易燃、易爆、有毒、有害、高危险性、高腐蚀性的气体和液体化学物质不断被发明发现。它们经常作为化工生产的重要组成部分出现在生产、加工、处理、储存、调配、运输、经营等一系列过程中。在这些过程中，易燃易爆化学品固有危险性的存在，给工厂和人们的生活和生产带来了极大的威
12、胁。与此同时，易燃液体储罐在石油化工生产运营中十分常见，也是火灾爆炸事故的多发场所。液体储罐区一般都存放有大量易燃易爆危险化学物质，罐体一旦失火，火势蔓延迅速，扑救困难。而且燃烧的储罐对附近罐体的威胁很大，产生的辐射热通常会引起邻近罐的破裂、坍塌，进而燃烧、爆炸，使得灾情进一步扩大，很难扑救。而且储罐区发生火灾爆炸事故时，会产生大量有毒有害烟气，有毒液体也会排到水源和河流中,对周围环境造成灾难性破坏。所以易燃液体储罐区一旦发生火灾，必须尽快进行冷却、扑救，并组织人员疏散转移，否则后果将难以控制。1976年意大利塞维索工厂环己烷泄漏事故，造成30多人死亡，迫使20余万人紧急疏散。1982年12月
13、19日，委内瑞拉首都加拉加斯附近一座大型电厂的石油储罐发生爆炸，造成145人死亡，大火迫使加拉加斯市一半地区停电，直接经济损失5.21亿元。1984年墨西哥城易燃液体爆炸事故，使650人丧生、数千人受伤。1984年印度博帕尔市郊农药厂发生甲基异氰酸盐泄漏的恶性中毒事故，有2500多人中毒死亡，20余万人中毒受伤且其中大多数人双目失明致残，67万人受残留毒气的影响。1997年6月27日，北京东方化工厂储罐区发生爆炸和火灾事故，造成9人死亡，伤39人，直接经济损失1.17亿元。2003年9月6日13时30分左右，宁夏永宁县金丰纸业有限公司一液氯瓶发生爆裂，造成119人有刺激、中毒症状，其中33人在
14、医院接受意料观察治疗。2004年4月15日21时，XX天原化工厂总厂氯氢冷凝器列管腐蚀穿孔，在泵体爆炸后的抢险过程中，液氯储罐内的三氯化氮突然爆炸，并最终造成9人死亡，3人受伤，使得江北区、渝中区、沙坪坝区、渝北区的15万群众疏散，直接经济损失277万元。2001年11月1日中国洛阳发生l1吨氰化钠溶液泄漏事故。近年来我国发生了越来越多的易燃液体罐区事故，尽管原因和事故经过各有特点，它们反应的罐区存储和运营之中存在的问题却不容小觑。世界各国对这些灾难性事故越发重视，并制定了一系列法律法规、行为规范以及标准公约。这就为易燃液体罐区的工作管理提供了坚实的法律依据和管理标准，也为我们的安全风险评价研
15、究提供了新的思路。我们需要加强对易燃液体罐区风险评价管理，这不仅是生产单位、消防部门和全社会有关生命财产安全的大事，也为更好地保卫油田、炼油厂、化工厂的正常生产、生活运行提供了比较系统的理论研究参考。1.2近年来易燃液体储罐区事故类型和事故原因不同的企业所属的不同罐区，由于其地理环境、气候条件、周边地形和管理方式千差万别，罐区的储罐类型和罐体分布情况也会各有差别。通过对近年来易燃液体储罐区事故类型和事故原因进行归纳和总结，我们可以找到事故危险的共通点和相似之处。液体泄露事故多：据对易燃液体事故实例中189例罐区事故进行统计，属于液体泄露事故为85例，占事故总数的45%；据某部1950至1984
16、年113例易燃液体事故实例统计，液体泄露37例，占易燃液体罐区事故总数的33%；据另一部门36年易燃液体事故统计，其发生等级事故59起，液体泄露事故32起，占事故总数的54%。从以上统计数字看，液体泄露事故均居事故总数的首位。在众多的液体泄露事故中，阀门处属事故的高发区，在219例液体泄露事故中，由于阀门问题引发的液体泄露事故七十余例，占事故总数的三分之一，由此可见，阀门处是预防易燃液体泄露事故的重点设防方向。火灾损失大：据统计1973至1982年十年中，全国石油储运系统共发生火灾、爆炸、重伤死亡事故五百多起，造成经济损失大，社会影响恶劣，人员伤害严重。形成易燃液体火灾的主要着火源是：焊接火、
17、明火、电气火花、发动机火花以及雷电、静电火花。尤其焊接火花是最主要的着火源。主要着火区以辅助作业区和装卸作业区为最多，主要是修理所、运加油车、泵房、铁路储罐车、机动泵作业场。违章作业是众多事故的直接原因：据某石油公司的事故资料统计分析，1976至1984年发生的117起液体泄露、混油事故原因中，操作失误和管道设计、安装失误造成的事故占总数的91.4%，操作失误占65.7%，由于错误操作造成的事故33例，占事故总数的66%。据某系统1981至1985年较大事故资料统计分析，由于违反各项安全管理制度和操作规程的事故占总数的51.9%。易燃液体火灾事故的高发期是6至8月：易燃液体火灾事故较多发生在炎
18、热夏季。某公司发生105例易燃液体火灾事故中，发生于夏季的占事故总数的37%，某部所发生的189例易燃液体事故，44例为火灾事故，发生在夏季的占1/3。某系统1974至1982年省定等级事故统计表明，夏季事故发生率占全年的确41.2%，收发油过程中事故多：在易燃液体的收发过程中参加人员多、动用的设备多、易燃液体自身的危险和人员的不安全行为更容易暴露，因此易燃液体收发过程中事故多。44例火灾事故，其中26例发生在易燃液体收发过程中，占事故总数的60%。而26例中由机动泵引起的15例，占事故总数的37.4%。液体泄露93例，发生在收发作业中有61例，占事故总数的65%。而混油几乎百分之百发生于收发
19、作业中。自然灾害的防范不容忽视：1988年某易燃液体部门发生各类易燃液体等级事故44起，其中自然灾害22起，占事故总数的一半，经济损失821.8万元，是业务事故经济损失的165倍。因此，必须十分重视自然灾害的防范。要重视自然灾害的预测、预报、预防工作，以尽可能地减少损失。通过以上罐区事故统计分析，得出罐区事故有以下特点和规律：液体泄露事故居事故总数的首位，为发生频次最高的罐区事故，阀门是防液体泄露事故的重点设防方向；损失最大的为火爆炸事故，焊接火、明火、电气火花、发动机火花以及雷电、静电火花是主要的着火源，尤其焊接火花是事故的重点设防方向；火灾事故高发期在炎热夏季，6至8月是重点设防时段；自然
20、灾害不容忽视，自然灾害的预测、预报、预防是事故的重点设防方向。火灾事故在化工企业和危险性物料运输事故中占相当大的比例，有资料分析，对过去6000余例事故统计的结果表明，火灾事故在其中占41.4。在不同种类的火灾事故(闪燃火灾、燃爆火灾等)中，池火灾是最常见的事故类型。虽然池火灾的直接损害面积比其他的大型事故(例如沸腾液体膨胀性蒸气爆炸或气云爆炸)小，但池火产生的辐射热，对罐区设备的影响会进一步引发危险性物料的泄漏和燃爆，并导致更为严重的事故。1989年，青岛黄岛油库的原罐区群因雷击发生爆炸起火。这场事故造成5个罐区报废，4万吨原油燃烧，损失1401万元，19人死亡，74人受伤。1979年，我国
21、吉林液化气厂一台大型液化石油气球罐破裂，酿成火灾，导致6台大型容器和3 000多个钢瓶相继爆炸事故，伤亡86人，直接经济损失600万元就使得对易燃液体罐区由于罐体泄露所引发的火灾爆炸事故的研究，显得尤为重要。对可燃蒸气云的伤害范围进行有效评估，预知距离爆炸源不同位置的危险程度，划分出安全距离，并根据伤害范围提出预防措施，对易燃液体、天然气的生产、使用、储存等具有重要意义。而液体泄漏， 一般会引起池火灾。池火灾的破坏主要是热辐射， 如果热辐射作用在容器和设备上， 尤其是液化气体容器， 其内部压力会迅速升高， 引起容器和设备的破裂; 如果热辐射作用于可燃物， 会引燃可燃物; 如果热辐射作用于人员，
22、会引起人员烧伤甚至死亡。这也就提出了我们出池火灾模型以及蒸气云模型进行研究的必要性。1.3易燃液体罐区风险评价方法简介1.3.1事故树分析法简介事故树分析法是安全系统工程中常用的一种分析方法，方法起源于故障树分析，是安全系统工程的重要分析方法之一，它是运用逻辑推理对各种系统的危险性进行辨识和评价，不仅能分析出事故的直接原因，而且能深入地揭示出事故的潜在原因。用它描述事故的因果关系直观、明了。事故树分析发思路清晰，逻辑性强，既可定性分析，又可定量分析。在风险管理领域常用于企业风险的识别和衡量。事故树法是对一种系统进行可靠性和安全性分析的有效手段，尤其在解决复杂系统的分析问题上赢得了声誉。由于易燃
23、液体罐区安全因素和油库系统本身的复杂性，因此事故树法能够应用于易燃液体罐区的安全评价中。事故树分析方法是一种图形逻辑演绎方法，是某一种失效状态在一定条件下的逻辑推理方法，通过层层深人分析，把所有的失效原因、失效模式用逻辑和或逻辑积的关系绘制成的一个树枝形。它只包括那些对顶端事件有贡献的事故，而且这些事故并不是全部所有的事故，只包括那些分析者认为最有可能发生的事故。通过事故树定性分析，找出导致顶端事件发生的所有故障模式通过定量分析， 求出顶端事件发生的概率和各底事件的重要度、概率重要度，从而根据事故的严重等级采取相应的措施网。事故树分析一般分为以下几个阶段：合理选择顶端事件，对于油库来说，一般选
24、择“燃烧爆炸”作为顶端事件。建立事故树，这是的核心部分，通过对已有资料的分析，在油库设计和运营人员的帮助下，建立事故树。建立事故树的数学模型，对事故树进行简化或模块化。进行可靠性的定性和定量分析。1.3.2池火灾模型简介可燃液体泄漏后流到地面形成液池，或流到水面并覆盖于水面的液层，遇到火源即燃烧形成池火。美国学者R. Merrifield 和T. A. Robert s 提出，可燃液体引起的池火灾，热辐射是其主要危害。热辐射对人体的伤害主要通过不同热辐射通量对人体产生的不同伤害程度来表示。热辐射对人体的伤去主要通过不同热辐射通量对人体产生的不同伤害程度来表示。池火火灾通过辐射热的形式对周围的人
25、、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、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。1.3.3道化学火灾、爆炸指数评价法美国道化学公司自1964年开发“火灾、爆炸危险指数评价法”(第一版)以来，历经29年，不断修改完善；在1993年推出了第七版，以已往的事故统计资料及物质的潜在能量和现行安全措施为依据，定量地对工艺装置及所含物料的实际潜在火灾、爆炸和反应危险性行分析评价，可以说更趋完善、更趋成熟。其目的是：量化潜在火灾、爆炸和反应性事故的预期损失；确定可能引起事故发生或使事故扩大
26、的装置；向有关部门通报潜在的火灾、爆炸危险性；使有关人员及工程技术人员了解到各工艺部门可能造成的损失，以此确定减轻事故严重性和总损失的有效、经济的途径。 火灾、爆炸危险指数评价法风险分析计算程序如图1.1所示选取工艺单元确定工艺系数计算特殊工艺危险系数F2计算一般工艺危险系数F1确定工艺单元危险系数（F3=F1F2）确定火灾爆炸指数FEI=F3MF确定暴露面积确定暴露区域内财产的更换价值确定基本MPPD计算安全补偿系数（C=C1C2C3）确定实际MPPD确定MPDO确定BI确定危害系数图1.1火灾、爆炸危险指数评价法风险分析计算程序1.3.4蒸气云模型简介蒸气云爆炸是由于以“预混云”形式扩散的
27、蒸气云遇火后在某一有限空间发生爆炸而导致的。泄漏的油品如果没有发生沸腾液体膨胀蒸气云爆炸现象或立即引发大火，溶剂油或燃料油等物质的低沸点组分就会与空气充分混合，在一定的范围聚集起来，形成预混蒸气云。如果在稍后的某一时刻遇火点燃，由于气液两相物质已经与空气充分混合均匀，一经点燃其过程极为剧烈，火焰前沿速度可达50至100ms，形成爆燃。对蒸气云覆盖范围内的建筑物及设备产生冲击波破坏，危及人们的生命安全。蒸气云爆炸的能量可以用TNT当量描述即将参与爆炸的可燃气体释放的能量折合为能释放相同能量的TNT炸药的量，这样就可以利用有关TNT 爆炸效应的实验数据预测蒸气云爆炸效应。蒸气云模型就是一种可以对可
28、燃蒸气云的伤害范围进行有效评估，预知距离爆炸源不同位置的危险程度的安全分析方法。通过合理正确的使用此方法，我们在划分预估出安全距离的同时，可以根据伤害范围提出预防措施，这对易燃液体罐区的的生产、运营、储存等具有重要意义。1.3.5易燃液体罐区风险评价方法选择对一个系统的安全评价，要想使得出的结论准确、清晰、全面，就必须选择恰当的评价方法。目前已开发出数十种安全评价方法，由于每种评价方法均具有不同的特点和不同的适用范围。对易燃易爆液体储罐区的火灾爆炸事故进行定量评价，要综合各种评价方法的特点和实用性。因此，如果评价方法选择不当，就可能得出不切合实际的评价结论。易燃液体作为原料或产品普遍存在于化工
29、生产过程中，因此，大部分化工企业普遍分布着或大或小的易燃液体储罐区。如石化生产企业的石脑油、乙烷、甲醇、乙醇、汽油、丙酮等储罐区；储存企业的石油库、危险化学品仓库等储罐区。由于易燃易爆液体储存构成危险源的临界量仅20t，因此上述储罐区一般都属于重大危险源。大量事故案例表明，火灾爆炸事故是易燃液体储罐区火灾爆炸事故易发多发，波及面广，事故后果严重，造成人员伤害程度严重，事故发生扑救难度大，对附近环境影响大，事故发生的风险值高，必须重点进行安全评价，其评价重点是对罐区事故的后果及其影响进行风险评价和严重程度判断。如采用美国道化学公司的火灾爆炸指数评价法，可以评价出火灾爆炸事故发生后的暴露区域面积，
30、并可以计算出暴露区域的财产和停工损失；如采用事故树分析法，可以评价导致事故发生的直接原因和求出事故发生的概率；如采用池火灾模型，可评价事故发生后其热辐射强度对周围设施、人员的伤害程度；如采用蒸气云模型分析法，可评价事故伤亡半径和可燃蒸气云的伤害范围，预知距离爆炸源不同位置的危险程度。通过分析比较，采用蒸气云和池火灾模型分析这2种评价方法同时进行定量评价，可以从不同角度评判事故发生后的严重程度，并可以相互印证其评价结果的准确性。利用蒸气云和池火灾模型分析法，可以定量的分析事故的影响范围和伤害程度，而针对易燃液体罐区特有的火灾和爆炸危险特性，易燃液体罐区风险评价研究最终选择采用池火灾和蒸气云模型分
31、析。 2 池火灾模型2 池火灾模型2.1 池火灾研究背景国外对池火灾的研究起步较早，对室内池火灾和开放环境中的池火灾的机理、物理特征、灾害模拟计算做了较多的研究工作。池火灾点火及火焰传播因为其机制比较复杂，引起了很多人的兴趣。从1955m1980年，日本、英国、美国都开展了此类研究活动。在实验研究方面，美国、日本、英国等发达国家的研究机构或大学从20世纪60年代至今围绕池火灾的燃烧过程、放热特性及众多影响因素从模拟实验到实际规模实验，从单储罐火灾和多储罐火灾到泄漏液池火灾进行了大量的研究探索，取得了许多有价值的实验数据，建立了众多经验与半经验公式来静态地描述池火灾的燃烧过程、发热特性或 2 池
32、火灾模型相关因素的影响。最近几年，随着aD技术的日益成熟人们开始应用aD技术来研究池火灾的问题：Sinai应用aD软件对有风的气象条件下，直径20 m的煤油液池火灾进行了模拟，发现池的形状、围堤高度、周围紊流情况都可以影响火焰尾羽形状，文中对圆形池火灾进行了很好的模拟，结果与试验相吻合，发现平行于围堤的横向风对火焰拖曳有很大影响，使之产生很大的尾羽，倾斜的尾羽对火灾下风向某处目标的热辐射有很大的影响；利用aD技术对池火灾温度和热流以及流体本身可以做出很好的模拟。该模拟的结果也表明紊流燃烧模型用以aD软件进行数据模拟是可行的。我国对池火灾灾害的研究起步较晚，且仅有部分高校和科研机构开展了有关的研
33、究工作。中国科技大学火灾实验室的研究人员对罐区火灾中的沸溢现象及其早期特性进行了实验研究；北京理工大学研究人员对池火灾过程、伤害机理及其危险性进行了定量分析，归纳了热辐射的伤害和破坏准则，开发了池火灾后果分析评价软件。2.2 池火灾特性由于储罐破裂或运输意外，造成泄漏事故，当遇到点火源，极可能发生池火灾。灾害一旦发生，人员暴露在火灾的热辐射下。将会受到严重的伤害。池火灾是浮力控制的湍流扩散燃烧，燃料在燃烧前气化，此过程可以忽略。池火灾燃烧时，可见火焰包含很多炭微粒，并且持续被氧化而产生高辐射能量，火焰辐射能力取决于火焰中炭粒子浓度和烟气释放量。烟气释放量取决于以下影响因素，如空气夹带率(控制火
34、焰中燃料的质量分数)，火焰的湍流程度(影响混合率和火焰表面的烟气流动)以及燃料类型(不饱和、大分子的燃料燃烧持续更久，产生大量黑烟)。燃烧发展过程可以分为4个阶段：燃烧产生的热辐射反馈使表面燃料气化，形成了一薄层高温层；在燃料表面可以观察到完全燃烧的显光火焰层，伴随释放大量热；燃料与火焰底面之间的中间层充满了燃料蒸气，蒸气由燃料表面上升扩散到层的顶部(即火焰的底部)穿透火焰与进入中间层的空气混合后形成预混层，在显光火焰之上是不显光火焰区，火焰表面释放的烟气覆盖在完全燃烧火焰区上；随着火焰高度的增加，烟气逐渐增加直到火焰不可见。此处燃烧中止，烟气中由燃烧产物和未充分燃烧的燃料组成。虽然由于池火底
35、部燃烧烟气中有热量产生，但对于总辐射通量是可忽略的。2.3 池火灾燃烧模型计算方法2.3.1 池直径的计算当危险单元为储罐或储罐区时，对于非圆形液池，有效液池直径是面积等于实际液池面积的圆形液池直径。可根据防护堤所围池面积S(m2)计算池直径D(m) ：D=(4S/) 0.5 (2.1)当危险源无防护堤，设液体无蒸发，已充分蔓延，地面无渗透，则根据液体漏量W(kg)和地面性质，式计算池面积S：S=W/Hmin (2.2)式中：Hmin为最小液层厚度（与地面性质有关，见表2.1）；为液体密度（kg/m3）表2.1地面性质与最小液层厚度关系地面性质最小液层厚度Hmin（m）草地0.020粗糙地面0
36、.025平整地面0.010混凝土地面0.005平静水面0.00182.3.2 燃烧速度的确定当液池中的可燃液体的沸点高于周围环境温度时，液体表面上单位面积的燃烧速度mf为：mf=0.001Hc/Cp(Tb-T0)+Hvap (2.3)Error! No bookmark name given.式中:mf单位表面的燃烧速度，kg/(m2s)；Hc液体燃烧热，J/(kgk)；Cp液体的定压比热，J(kgK)；Tb液体的沸点，K；T0环境温度，K；Hvap液体的蒸发热，J/kg。当液体的沸点低于环境温度时，如加压液化气或冷冻液化气，其单位面积的燃烧速度为：mf=0. 001Hc/Hvap式中：Hc物
37、质的燃烧热(J / kg)；Hvap蒸发热(J / kg)。2.3.3 确定火焰高度美国学者Thomas 给出了有关池火焰高度计算的经验公式：H = 84r mf/ (0(2gr) 0.5) 0.6 (2.4)式中：H火焰高度，m；r液池半径，m；mf燃烧速率，kg/ (m2/ s) ；0空气密度，kg/ m3 ；g重力加速度，数值为9. 8m/ s2。2.3.4 热辐射通量半径为r 的池子燃烧时的总热辐射通量为：Q = (r2+ 2rH) mf Hc/72 mf0. 6 +1 (2.5)式中： Q总热辐射通量，W；效率因子，对于典型的液态烃燃料来说，取值介于0. 13至0. 35之间。取决于
38、物质的饱和蒸气压，公式为=0.27p0.32；mf燃烧速度，kg/ (m2 s) ；Hc液体燃烧热，查物质系数和特性表可得。2.3.5 目标入射热通量的计算假设全部辐射热从液池中心点的小球面辐射出来，则在距离液池中心某一距离X 处的入射辐射强度为： I = Qtc/(4x2) (2.6)式中：I热辐射强度，W/m；Q由式(7)计算的总热辐射通量，W；tc热传导系数，在无相对理想的数据时可取1；x目标点到液池中心距离，m。2.3.6 火灾损失火灾通过辐射热的方式影响周围环境。当火灾产生的热辐射强度足够大时，可使周围的物体燃烧或变形，强烈的辐射可能烧毁设备甚至造成人员伤亡等。因此火灾估算建立在目标
39、热辐射强度与损失等级相对应的基础上，不同的辐射强度造成伤害或损失的情况见表2.2。表2.2热辐射与火灾损失热辐射强度（kWm2）对设备的损失对人的伤害37.5操作设备全部损坏1死亡/10s100%死亡/1min25在无火焰、长时间辐射下，木材燃烧的最小能量重大烧伤/10s100%死亡/1min12.5有火焰时，木材燃烧，塑料融化的最小能量1 度烧伤/10s1%死亡/1min4.020s 以上感觉疼痛，未必起泡1.6长期辐射无不舒服感 3 蒸气云模型3 蒸气云爆炸模型3.1 易燃液体爆炸特性易燃液体罐区内包括原料、铺料、中间产品及产品在内的绝大部分液体物质为易燃、易爆或可燃性物质。例如对丙烯、丙
40、烷、丁烷、丁烯、甲烷、二甲苯、醋酸、醋酸正丁酯、导热油、燃料油、粗对苯二甲酸(CTA)及产品精对苯二甲酸(PTA)等等物质。虽然由于罐区所在地区、所属公司、具体作用和处理工艺不同时具体组成不同，易燃液体的主要危险性大都在于它具有易燃、易爆特性，由此引发的事故发生频率也较高。当易燃液体储罐泄漏时如果形成射流，并且在泄漏裂口处被点燃，会形成喷射火火灾；储罐破裂导致大量泄漏形成液池时，遇到火源会发生池火灾；当泄漏后可燃气体或蒸气与空气的云状混合物遇到延迟点火可引发蒸气云爆炸；同时，某个储罐的火灾、爆炸事故会影响到同罐区内其它储罐，在外部火焰的烘烤下突然破裂，压力平衡破坏，储罐内液体急剧气化，并随即被
41、火焰点燃会产生爆炸沸腾液体扩展蒸气爆炸；或受到烘烤时储罐压力增大，超过承压爆炸，储罐内液体释放并被点燃时，则产生火球火灾。3.2 蒸气云爆炸事故特点蒸气云爆炸是由于气体或易挥发液体燃料的大量快速泄漏，与周围空气混合形成“预混云”，在某一有限空间遇点火而导致的爆炸。当易燃液体罐体在机械作用、化学作用或热作用下发生破坏导致液化蒸气快速泄漏后与周围空气形成爆炸性混合气云，在遇到延迟点火的情况下被引爆，发生蒸气云爆炸。发生蒸气云爆炸现象最起码应具备以下几个条件： 周围环境如树木、房屋及其它建筑物等形成具有一定限制性空间； 延缓了点火的过程； 充分预混了的气液两相物质与空气的混合物； 一定量的油品泄漏。
42、罐体内的易燃液体一旦泄漏，迅速在空气中挥发、汽化。汽化时，从周围环境吸收大量的热量，使空气中的水分冷却成为细小雾滴，形成易燃液体的蒸气云，并从泄漏点沿地面向下风向或低洼处漂移、积聚。当某区域气云浓度高于爆炸下限，且低于爆炸上限时，遇明火将会引发蒸气云爆炸事故，蒸气云爆炸的破坏作用有爆炸冲击波、爆炸火球热辐射对周围人员、建筑物、储罐等设备的伤害、破坏作用，其中爆炸冲击波的破坏作用最强，破坏区域最大。3.3 蒸气云爆炸模型计算方法3.3.1爆炸空间物质量的计算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，对于蒸气云，TNT当量模型的计算通常第一步要
43、确定蒸气云中可燃气体的质量。方法是通过爆炸上、下限的等浓度线来确定可燃蒸气云的边界Wf=VLm (3.1)式中：V-爆炸空间的体积大小m3；Lm-最易爆炸浓度；-可燃气体的密度3.3.2蒸气云爆炸燃烧热的计算将可燃气体的质量与气体单位质量的燃烧热相乘，可得到蒸气云爆炸总的燃烧热。Qf=1000 Hc/M (3.2)式中：Hc物质的燃烧热(kJ / kg)；M蒸气云物质的分子量3.3.3TNT当量的计算总的燃烧热乘以一个当量系数得到实际的燃烧热，然后将这个实际的燃烧热除以TNT的燃烧热，就得到了TNT当量。其公式如下：WTNT=AWfQf/QTNT (3.3)式中：WTNT蒸气云的TNT当量，kg；-地面爆炸系数；A 蒸气云的TNT当量系数，取值范围0.02%14.9%，统计平均值为0.04；Wf蒸气云中燃料的总质量，kg；Qf燃料的燃烧热，kj/kg；QTNT TNT的爆热，QTNT的取值范围为41204690kj/kg（一般取值4520kj/kg）。3.3.4蒸气云爆炸事故伤亡范围计算根据超压冲量准则和概率模型得到的