火灾爆炸热辐射后果影响预测(池火灾计算)
火灾热辐射后果预测（池火灾计算）
燃烧速度/火焰高度/热辐射强度及后果
对航空煤油（以下简称航煤）进行池火模拟，模拟热灼烧后果。
（1）液池直径
本项目隔堤围成的面积为2677m 2，则液池半径r=29.2m 。
（2）燃烧速度
液体表面单位面积的燃烧速度dm/dt 为：
H
T T c Hc
dt dm O b p +-=
)(001.0/
式中：
dm/dt ——单位表面积燃烧速度，)/(2
s m kg ⋅；
c H ——液体燃烧热；航煤为43070000
kg J /； p c ——液体的定压比热容；航煤为2000)/(K kg J ⋅；
b T ——液体的沸点；取航煤的最小沸点为473K ； o T ——环境温度；取25℃即298K ；
H ——液体的汽化热；航煤为280000kg J /。
通过计算可知航煤的燃烧速度为)/(068.02s m kg ⋅ （3）火焰高度 火焰高度计算公式为：
6
.02
1
0])2(/[
84gr dt
dm r h ρ= 式中，h ——火焰高度；m ； r ——液池半径；29.2m ；
0ρ——周围空气密度，ρ0=1.293kg/m 3
；(标准状态)；
g ——重力加速度，2
/8.9s m ；
m h 66.58])2.298.92(293.10.068[2.29846
.02
1
=⨯⨯⨯= 因此，航煤储罐发生池火事故时火焰高度为58.66m 。
（4）热辐射通量
当液池燃烧时放出的总热辐射通量为：
()()[
]
172/261
.02+⋅⋅+=dt
dm c dt dm H rh r Q ηππ
式中，Q ——总热辐射通量；W ；
η——效率因子；可取0.13～0.35，取其平均值0.24； 其余符号意义同前。
计算得热辐射通量Q=6.3x108瓦。
（5）目标入射热辐射强度及后果
假设全部辐射热量由液池中心点的小球面辐射出来，则在距离池中心某一距离（X ）处的入射热辐射强度为：
2
4X
Qt I c
π=
式中，I ——入射通量；2/m W ； Q ——总热辐射通量；W ；
c t ——热传导系数，在无相对理想的数据时，可取值为1； X ——目标点到液池中心距离；m 。
当入射通量一定时，可以求出目标点到液池中心距离X ：
当2
/5.37m kW I =时，m I Qt X c 57.36105.3714.341
106.343
8=⨯⨯⨯⨯⨯==π
当2/25m kW I =时，X=44.79m 当2/5.12m kW I =时，X=63.35m 当2/0.4m kW I =时，x=111.98m 当2/6.1m kW I =时，X=177.06m
火灾通过热辐射的方式影响周围环境，当火灾产生的热辐射强度足够大时，可造成周围设施受损甚至人员伤亡。
不同入射通量造成的损失如下表：
根据上述计算结果可知，航煤储罐在发生池火灾的情况下，距储罐36.57m 范围内的人员死亡率为1%，且该范围内所有设备将被破坏；在距储罐36.57m～44.79m范围内的人员将被严重烧伤；在距苯储罐44.79m～63.35m范围内的人员将被1度烧伤。
蒸汽云爆炸、池火灾计算方法
3、具有可燃性的化学品的质量及燃烧后放出的热量 1）二硫化碳燃烧后放出的热量 ⑴生产车间二硫化碳的Q1＝ 1030.8×15000×1000/76.14=20.3×107J ⑵储罐区二硫化碳的Q2＝1030.8×30000×1000/76.14=40.6×107J 2）硫磺燃烧后放出的热量 ⑴10t硫磺燃烧Q1＝297×10000×1000/32.06=9.26×107J ⑵15t硫磺燃烧Q2＝297×15000×1000/32.06=13.89×107J ⑶300t硫磺燃烧Q3＝297×3000000×1000/32.06=2778×107J ⑷500t硫磺燃烧Q4＝297×5000000×1000/32.06=4630×107J 3）全部氨燃烧Q＝361.25×1800×1000/17.07=3.81×107J
产装置
碳
82.1
5.4
482
10.4
蒸气云爆 炸
制冷、制氮 系统
氨
54.3 4.6 80
5.3
蒸气云爆 炸
3）结果分析 以上计算是根据两个假设条件，一般来说达到爆炸上限而发生严重 爆炸事故的可能性很小，而达到下限即发生较小爆炸的可能性也较小， 每一种易燃易爆化学品都有它最易发生爆炸的浓度，这时的爆炸影响范 围最可信。 （1）IS60车间硫磺粉尘发生爆炸，可能引起地面及墙壁上的粉尘 飞扬而引起二次爆炸，二次爆炸的威力根据现场粉尘的总量，如果粉尘 量很大，二次爆炸的威力和引起死亡的距离也要大很多，死亡半径达到 8.83m。
附表4.2.1作业场所出现泄漏后爆炸、火灾事故的条件
爆炸、火灾事故 条件
内容
备注
爆炸品
无
可燃物
硫磺、氨、二硫化碳
可燃物如果泄漏后 蒸气遇火源发生延 迟点火，存在发生 蒸气云爆炸的危险
天然气管网工程火灾、爆炸事故后果分析法
5.5火灾、爆炸事故后果分析法为评价天然气管道破裂事故后果的严重程度，ASME B31.8S介绍了美国运输部管道安全办公室（DOT—OPS）2000年委托美国天然气研究所所作的研究报告“确定天然气管道事故高危区的模型”（GRI—00/0189，A Model for Sizing High Consequence Areas Associated with Natural Gas Pipeline），提出了一个计算天然气等管道断裂引燃事故的热辐射高危区半径的方程式。
表5.5-1 国际上通用的热辐射危害后果标准该方程式是以热辐射量为5000Btu/h·f t2（15.8KW/㎡）作为临界危险强度的，即其伤亡判据为：在这样的辐射强度下，该处的人群如果在30s之内没找到掩蔽场所，则100人中有1个会死亡。
该判据与国际上通用的热辐射危害后果标准类似。
式中：r—为受影响区域的半径，f t;0.69—是天然气管道的计算因子，对其他气体或富气管道，该因子值不同；d－为管道外径，in;P－为该管道最大允许操作压力（MAOP）,psi;据此，计算高安市城区天然气管网工程高危区范围如下表。
表5.5-2 天然气管道破裂引燃事故的热辐射高危区半径范围（m）上述计算指地面上管道，而埋地管道则范围应小些。
5.2.4.1 罐区火灾爆炸事故造成人员伤亡涉及范围项目206B储罐区储存有甲醇、乙酸乙酯、丙酮、醋酸、吡啶、乙醇、四氢呋喃等等易燃易爆性物质，种类较多，且储量较大，现取罐区储量较大，物料相对较为危险的物质甲醇进行计算分析根据本项目生产涉及的物料特性，罐区储存的甲醇为甲类易燃液体，3只储罐容积50m³，甲醇燃烧速度为0.0576 kg /㎡·s，则本报告选用易燃危险物质甲醇为罐区池火灾事故伤害模型进行计算。
根据池火灾事故伤害模型，可燃液体泄漏后流到地面形成液池，或流到水面并覆盖水面，遇到火源燃烧而形成池火。
池火灾事故后果计算过程
池火灾事故后果计算过程1）池火灾事故后果计算过程（1）柴油泄漏量设定一个5000m3柴油罐底部DN200进油管管道破裂出现长50cm，宽1 cm的泄漏口，泄漏后10分钟切断泄漏源。
泄漏的液体在防火堤内形成液池，泄漏时工况设定情况见表9-4。
表9-4 油品连续泄漏工况泄漏源介质温度( 0C)介质压力（Mpa）介质密度（kg/m3）泄口面积(m2)泄漏时间(min)备注柴油罐常温常压8700.00510按10分钟后切断泄漏源计柴油泄漏量用柏努利公式计算：Q = CdAρ *2(P-P0)/ ρ+2gh+1/2 W = Q.t式中: Q－泄漏速率（kg/s）；W－泄漏量（kg）；t－油品泄漏时间（s），t=600 sCd－泄漏系数，长方形裂口取值0.55（按雷诺数Re＞100计）；A－泄漏口面积（m2）；A =0.005 m2ρ－泄漏液体密度（kg/ m3）；P－容器内介质压力（Pa）；P0 －大气压力（Pa）；g－重力加速度（9.8 m /s2）；h－泄漏口上液位高度（m），柴油罐液面安全高度15.9 m。
经计算Q = 42.23 kg/s、W = 25341 kg（10分钟泄漏量）（2）泄漏柴油总热辐射通量Q（w）柴油泄漏后在防火堤内形成液池，遇点火源燃烧而形成池火。
总热辐射通量Q（w）采用点源模型计算：Q = (л r2 + 2л rh) •m f •η•Hc/（72 m f 0。
61+ 1）式中: m f—单位表面积燃烧速度kg/m2 .s，柴油为0.0137；Hc—柴油燃烧热，Hc = 43515kJ/kg；h—火焰高度h（m），按下式计算：h = 84 r{ m f /*ρO（2 g r）1/2+}0.6 ρO—环境空气密度，ρO=1.293kg/ m3；g—重力加速度，9.8 m /S2 &。
池火灾事故后果模拟
池火灾事故后果模拟张龙梅;王艳丽;鲁顺清【摘要】The pool fire is a major type in flammable liquid storage tank zone. The model of mudan was summarized, combined with thermal radiation damage models such as personnel, equipment and domino secondary accident probability model, and then simulated pool fire accident consequences under the conditions of wind. The drawings about thermal radiation, the harm/damage radius and domino secondary accident frequency were gotten, which were about upwind and down the wind respectively.%池火灾是可燃液体储罐区易发生的主要火灾类型。
本文总结了mudan池火灾计算模型，结合人员、设备等的热辐射受损模型和多米诺二次事故概率模型，模拟了有风情况下池火灾的事故后果，分别得到了上风向和下风向池火灾热通量关系图，伤害/破坏半径以及多米诺二次事故频率。
【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2015(000)010【总页数】4页(P217-220)【关键词】池火灾;mudan模型;伤害/破坏半径;多米诺二次事故频率【作者】张龙梅;王艳丽;鲁顺清【作者单位】中国地质大学武汉工程学院，湖北武汉 430074;中国地质大学武汉工程学院，湖北武汉 430074;中国地质大学武汉工程学院，湖北武汉430074【正文语种】中文【中图分类】X937池火灾是指储罐中的可燃液体遇火源或泄漏后遇火源发生的火灾，是可燃液体贮罐区易发生的主要火灾类型。
火灾及爆 炸伤害分析
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池火灾(Pool Fire) 喷射火(Jet fire) 突发火(Flash fire) 沸腾液体扩展蒸气爆炸(BLEVE) 蒸气云爆炸(VCE)
第一节：热辐射伤害准则
1、烧伤等级
I度烧伤：只伤及皮肤的外层，造成红肿及 产生剧烈的触痛。 II度烧伤：伤处起水泡，周围肿胀并变为红 肿 III度烧伤：伤及皮肤的每一层，皮肤表面呈 苍白、蜡色，有时烧成焦碳，疼痛不剧烈。
50
60 70 80 90
5.00
5.25 5.52 5.84 6.28
5.03
5.28 5.55 5.88 6.34
5.05
5.31 5.58 5.92 6.41
5.08
5.33 5.61 5.95 6.48
5.10
5.36 5.64 5.99 6.55
5.13
5.39 5.67 6.04 6.64
（2）热强度准则 • 热强度：指热通量与作用时间的乘积； • 当目标接受到的热强度大于或等于目标被 破坏的临界热强度时，目标被破坏，否则 不被破坏； • 适用于作用于目标的热通量持续的时间比 较短，以至于目标接受到的热量来不及散 失掉。
（3）热通量-热强度准则 • 当热通量和热强度准则的适用条件均不具 备时，应该使用热通量、热强度准则。认 为目标是否受到破坏应该由热通量和热强 度的组合来确定。
（3）火焰燃烧速度确定
c.H c mf CP Tb T0 H v
式中： mf——液体单位面积燃烧速率，kg/(m2.s)； C——常数，0.001kg/(m2.s)； Hc——液体燃烧热，kJ/Kg； Hv——液体在常压沸点下的蒸发热，J/Kg； Cp——气体的比定压热容，J/(kg.k)； Tb——液体的沸点，K； T0——环境温度，K。
第一节 火灾与爆炸事故后果定量计算
（一）热量释放速率的氧消耗测量原理
2. 使用氧消耗法测量热量释放速率的主要假设 （1）消耗单位质量氧气释放的能量为常数 ——13.1 MJ·kg–1O2； （2）所有气体被认为是理想气体；
（一）热量释放速率的氧消耗测量原理
（3）引入的空气包括氧气、二氧化碳、水和氮气。所 有不参加燃烧反应的“惰性气体”，都包含在氮气里； （4）测量的氧气、二氧化碳和一氧化碳是干气，水蒸 气在进行气体分析前已经从样品中去除。
（二）热量释放速率的测量方式
1. 全尺寸测量HRR （1）敞开燃烧型HRR量热仪； （2）房间火灾测试 ASTM E 1590 ISO 9705 ASTM E 1537 2. 实验室规模测量HRR ASTM E 1354，ISO 5660 100 mm × 100 mm 3. 中等规模测量HRR ASTM E 1623, 1.0 m × 1.0 m
（一）热量释放速率的氧消耗测量原理
Thornton规则表明为了确定释放的纯
热量,测量燃烧系统消耗的氧就可以了。 1984年，William. J. Parker在他的一 篇论文中给出了各种应用中利用氧消耗 计算热释放速率的方程。
（一）热量释放速率的氧消耗测量原理
氧消耗方法是最精确和最实用的根据火灾试验测
（三） 锥 型 量 热 仪
预习 第二章 火灾与爆炸事故后果定量计算 第二节 火灾事故后果定量计算 池火 喷射火 火球 闪火
量热量释放速率的方法。 氧消耗法测量热量释放速率广泛应用于世界上许 多实验室的实验室规模和全尺寸火灾测试。 这种消防测试科学和火灾模型基本数据的测量在 20世纪80年代以后才得以实现。
（一）热量释放速率的氧消耗测量原理
所谓耗氧量原理就是：材料完全燃烧时 消耗每一单位的氧气所释放的热量基本 上是相同的。
第二节 火灾与爆炸事故后果定量计算
a H /R b x/R
A a 2 b 1 2a b 1sin
2
B a 2 b 1 2a b 1sin
2
C 1 b 2 1 cos
池火——热辐射通量
（3）大气透射系数
1 0 . 058 ln x
事 故 案 例
1978年7月11日西班牙巴塞罗纳市附近海岸 高速公路上一辆容积43ｍ3充装28t液化石油 气汽车槽车发生爆炸，车体飞出140多米 远，16mm厚钢板碎片飞出300多米远，半 径为200m的地面上瞬时升起30多米高的烟 云。事故导致150余人死亡、120余人受 伤、100余辆汽车被烧毁、14栋建筑物烧毁 倒塌。
13
m 30000 kg m 30000 kg
式中：td—火球持续时间，s。
（二）火球热辐射
火球热辐射通量（点源模型）
Q R cos q 2 4 L
式中： τ—大气透射系数； χR—辐射分数； —热释放速率； Q L—目标至火球中心距离； θ—目标法线与目标和火球连线之间角度。
1 cos 1/ u
for for
u 1 u 1
4.热辐射通量 q
池火——热辐射通量
确定火焰热辐射通量的计算公式为
EF12 q
E —池火火焰表面的热辐射通量，kW/m2； —池火火焰对于距离池火中心某一距离x处目标的热辐射 q 通量，kW/m2 F12—目标的视角系数；
第二章
火灾与爆炸事故后果 定量计算
第一节 火灾热量释放速率
第二节 火灾事故后果定量计算
第三节 爆炸事故后果定量计算
第二节 火灾事故后果定量计算 池火 喷射火 火球 闪火
池火灾事故后果计算过程
池火灾事故后果计算过程1）池火灾事故后果计算过程（1）柴油泄漏量设定一个5000m3柴油罐底部DN200进油管管道破裂出现长50cm，宽1 cm的泄漏口，泄漏后10分钟切断泄漏源。
泄漏的液体在防火堤内形成液池，泄漏时工况设定情况见表9-4。
表9-4 油品连续泄漏工况柴油泄漏量用柏努利公式计算：Q = CdAρ [2(P-P0)/ ρ+2gh]1/2W = Q.t式中: Q－泄漏速率（kg/s）；W－泄漏量（kg）；t－油品泄漏时间（s），t=600 sCd－泄漏系数，长方形裂口取值0.55（按雷诺数Re＞100计）；A－泄漏口面积（m2）；A =0.005 m2ρ－泄漏液体密度（kg/ m3）；P－容器内介质压力（Pa）；P0 －大气压力（Pa）；g－重力加速度（9.8 m /s2）；h－泄漏口上液位高度（m），柴油罐液面安全高度15.9 m。
经计算Q = 42.23 kg/s、W = 25341 kg（10分钟泄漏量）（2）泄漏柴油总热辐射通量Q（w）柴油泄漏后在防火堤内形成液池，遇点火源燃烧而形成池火。
总热辐射通量Q（w）采用点源模型计算：Q = (л r2 + 2л rh) •m f •η•Hc/（ 72 m f 0。
61+ 1）式中: m f—单位表面积燃烧速度kg/m2 .s，柴油为 0.0137；Hc—柴油燃烧热，Hc = 43515kJ/kg；h—火焰高度h（m），按下式计算：h = 84 r{ m f /[ρO（2 g r）1/2]}0.6ρO—环境空气密度，ρO=1.293kg/ m3；g—重力加速度，9.8 m /S2 η—燃烧效率因子，取0.35；r —液池半径(m)， r =（4S/π）1/2S—液池面积，S=3442 m2；W—泄漏油品量kgρ－柴油密度，ρ=870kg/ m3；火灾持续时间：T= W/S.m f计算结果： Q（w）=1006347（kw）T=537s=9min（3）池火灾伤害半径火灾通过辐射热的方式影响周围环境，根据概率伤害模型计算，不同入射热辐射通量造成人员伤害或财产损失的情况表9-5。
池火灾模型
池火灾模型1)池火灾事故后果计算过程(1)柴油泄漏量3设定一个5000m柴油罐底部DN200进油管管道破裂出现长50cm，宽1 cm的泄漏口，泄漏后10分钟切断泄漏源。
泄漏的液体在防火堤内形成液池，泄漏时工况设定情况见表9-4。
表9-4 油品连续泄漏工况介质温度介质压力介质密度泄口面积泄漏时间泄漏源备注 032( C) (Mpa) (kg/m) (m) (min)按10分钟后切断柴油罐常温常压 870 0.005 10泄漏源计柴油泄漏量用柏努利公式计算:1/2Q = CdAρ [2(P-P0)/ ρ+2gh] W = Q.t式中: Q,泄漏速率(kg/s);W,泄漏量(kg);t,油品泄漏时间(s)，t=600 sC,泄漏系数，长方形裂口取值0.55(按雷诺数Re,100计); d2 2A,泄漏口面积(m);A =0.005m3ρ,泄漏液体密度(kg/ m);P,容器内介质压力(Pa);P,大气压力(Pa); 02g,重力加速度(9.8 m /s);h,泄漏口上液位高度(m)，柴油罐液面安全高度15.9 m。
经计算Q = 42.23 kg/s、W = 25341 kg(10分钟泄漏量) (2)泄漏柴油总热辐射通量Q(w) 柴油泄漏后在防火堤内形成液池，遇点火源燃烧而形成池火。
总热辐射通量Q(w)采用点源模型计算:2 0。
61 Q = (л r+ 2л rh)m ηHc/( 72 m + 1) •f ••f2 式中: m —单位表面积燃烧速度kg/m.s，柴油为 0.0137; fHc—柴油燃烧热，Hc = 43515kJ/kg;h—火焰高度h(m)，按下式计算:1/20.6 h = 84 r{ m /[ρ(2 g r)]} fO3ρ—环境空气密度，ρ=1.293kg/ m; OO2 g—重力加速度，9.8 m /Sη—燃烧效率因子，取0.35;1/2r —液池半径(m)，r =(4S/π)2S—液池面积，S=3442 m;W—泄漏油品量kg3ρ,柴油密度，ρ=870kg/ m;火灾持续时间:T= W/S.m f计算结果: Q(w)=1006347(kw)T=537s=9min)池火灾伤害半径 (3火灾通过辐射热的方式影响周围环境，根据概率伤害模型计算，不同入射热辐射通量造成人员伤害或财产损失的情况表9-5。
火灾爆炸危害评估
火灾、爆炸危害评估一、蒸气云爆炸事故灾害严重度估算（可参考《爆破安全规程》GB6722-2003第六节中的有关公式和标准。
）蒸气云爆炸在石油化工企业是一种发生频率较高、而且后果十分严重的事故，其事故严重度一般通过下列参数进行估算：1、死亡区死亡区内的人员如缺少防护则被认为将无例外地蒙受严重伤害或死亡，其内径为零，外径为R 1。
其与爆炸物量间的关系为：0.37TN T 1/1000W 13.6R ）（ （1） 式中：W TNT ——爆源的TNT 当量，kg 。
（这个数据可以根据下式计算而得）其中，W TNT 的计算式一般为：W TNT ＝1.8aW f Q f /Q TNT式中：1.8——地面爆炸系数；a ——蒸气云当量系数，取a ＝0.04；W f ——蒸气云中可燃气体的质量，kg ；Q f ——可燃气体的爆炸热， kJ ／kg ；Q TNT ——TNT 的爆热，取Q TNT ＝4520kJ ／kg例1：制氧车间氢气站设有容积20m 3氢气罐一个，事故预测时按超压（10Mpa ）计算氢气量。
氢气储罐大规模破裂时，气体泄漏形成气云，达到爆炸极限时遇激发能源即可发生气体爆炸，对气体爆炸，按超压－冲量准则预测蒸气云爆炸事故后果。
1）蒸气云爆炸总能量蒸气云爆炸总能量由下式计算：E=1.8 aV f q f式中：1.8－地面爆炸系数；a －可燃气体蒸气云的当量系数，取0.04；V f ——事故发生时氢气量为V f =2000 Nm 3q f ——氢气燃烧热，Q f =12770 kJ/m 3。
经计算：E=1.8×0.04×2000×12770 = 1839 MJ2）蒸气云爆炸当量蒸气云TNT 当量由下式计算：W TNT = E/Q TNT式中：Q TNT —TNT 爆炸热，取Q TNT =4520 kJ/kg 。
W TNT =1839000/4520=407 kg3）爆炸冲击波超压伤害范围死亡半径按下式计算：R 1=13.6（W TNT /1000）0.37 =13.6（407/1000）0.37=10m2、重伤区重伤区的人员如缺少防护，则绝大多数人员将遭受严重伤害，极少数人可能死亡或受轻伤。