蒸汽云爆炸事故后果模拟分析法
爆炸评价模型及伤害半径计算讲解
0.15 玻璃破碎 被碎玻璃击伤
0.4 10%玻璃破碎
5.6-3 天然气蒸气云爆炸冲击波损害范围表
Cs NE （NE）1/3 损害半径R 设备损坏 人员伤害
m?J-
1/3） J J1/3 m
0.03
1
199.77 5.99 重创建筑物和 加工设备 1%死亡人员肺部伤害 >50%耳膜破裂 >50%被碎片击伤
2VR
.0103.26
278568.1
621
1000kg液氨气化成蒸气时可能发生中毒浓度的区
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
π×R2=3.14×0.6212=1.21（平方公里）
、水煤气泄漏事故的模拟计算
《工作场所有害因素职业接触限值》（GBZ2-2002）查得：水煤气（即
－可燃气体的燃烧热值；天然气高热值：39.86MJ／N m3；
－效率因子，一般取10％；
－经验常数，取决于损害等级。其具体取值情况见下表：
5.6-2 损害等级表
Cs/m?J-
1/3） 设备损害 人员伤害
0.03 重创建筑物的加工设备 1％死亡于肺部伤害；>50％耳
>50％被碎片击伤
0.06 损害建筑物外表可修复性
(5)
Es——水蒸气的爆破能量，kJ；
V——水蒸气的体积，m3；
Cs——干饱和水蒸气爆破能量系数，kJ／m3。
各种常用压力下的干饱和水蒸气容器爆破能量系数如表3所示。
3 常用压力下干饱和水蒸气容器爆破能量系数
1．2 介质全部为液体时的爆破能量
r——目标到火球中心的水平距离，m；
蒸汽云爆炸事故后果模拟分析法
蒸汽云爆炸事故后果模拟分析法Document number：NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT蒸汽云爆炸事故后果模拟分析法超压：1）TNT当量通常，以TNT当量法来预测蒸气云爆炸的威力。
如某次事故造成的破坏状况与kgTNT炸药爆炸所造成的破坏相当，则称此次爆炸的威力为kgTNT当量。
蒸气云爆炸的TNT当量W TNT计算式如下：W TNT=×α×W f×Q f/Q TNT式中，W TNT—蒸气云的TNT当量(kg)α—蒸气云的TNT当量系数，正己烷取α=；W f—蒸气云爆炸中烧掉的总质量(kg)Q f—物质的燃烧热值(kJ/kg)，正己烷的燃烧热值按×106J/kg，参与爆炸的正己烷按最大使用量792kg计算，则爆炸能量为×109J将爆炸能量换算成TNT当量q，一般取平均爆破能量为×106J/kg，因此W TNT= ×α×W f×Q f /q TNT+ =××792××106/×106=609kg2）危害半径为了估计爆炸所造成的人员伤亡情况，一种简单但较为合理的预测程序是将危险源周围划分为死亡区、重伤区、轻伤区和安全区。
死亡区内的人员如缺少防护，则被认为将无例外的蒙受重伤或死亡，其内径为0，外径为R ，表示外周围处人员因冲击波作用导致肺出血而死亡的概率为，它与爆炸量之间的关系为：= m重伤区的人员如缺少防护，则绝大多数将遭受严重伤害，极少数人可能死亡或受伤。
其内径就是死亡半径R1，外径记为R2，代表该处人员因冲击波作用耳膜破损的概率为，它要求的冲击波峰值超压为44000Pa。
∆按下式计算：冲击波超压P∆=++式中：P∆——冲击波超压，Pa；PZ——中间因子，等于；E——蒸气云爆炸能量值，J；P0——大气压，Pa，取101325得R2=轻伤区的人员如缺少防护，则绝大多数将遭受轻微伤害，少数人将受重伤或者平安无事。
蒸汽云爆炸的伤害模型
蒸汽云爆炸的伤害模型蒸汽云爆炸是由于以“预混云”形式扩散的蒸汽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汽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，形成预混蒸汽云。
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50～100m／s，形成爆燃。
对蒸汽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。
发生蒸汽云爆炸现象最起码应具备以下几个条件：①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；②延缓了点火的过程；③充分预混了的气液两相物质与空气的混合物；④一定量的油品泄漏。
（2）爆源的TNT当量计算TNT当量计算公式：WTNT=WQf／QTNT式中：WTNT——易燃液体的TNT当量(kgTNT)；Wf——易燃液体的质量(kg)；Qf——易燃液体的燃烧热(MJ／kg)；QTNT--TNT的爆热，取4.52MJ／kg；TNT爆热为4.52MJ／kg，由于本项目中易燃物较多，根据相关原则取最大的易燃液体的燃烧热(MJ／kg)，故取溶剂油作为计算样本。
溶剂油燃烧热值为43.69MJ／kg。
l节油罐车溶剂油的TNT当量：W溶TNT=43.69×790×0.8×60／4.52=3.67×105 kgTNT（3）自由蒸汽云爆炸时的死亡半径根据易燃液体的TNT当量，并且考虑参与了爆炸，对形成冲击波有实际贡献的蒸汽云的量，结合油库区及周边布置情况分析，采取地面爆炸系数1.8，蒸汽云的TNT当量系数0.0 4，运用范登伯(VandenBerg)和兰诺伊(Lannoy)方程计算蒸汽云爆炸时死亡半径为：R=13.6×(1.8×0.04×WTNT／1000)0.37根据最大可能危险原则计算（石油副产品取溶剂油为样本）1节溶剂油罐车爆炸时的死亡半径为：R溶=13.6×(1.8×0.04×3.67×105／1000) 0.37=45.4m根据公司接卸设备能力，该专用线每次可接卸10个危险品罐车。
蒸汽云爆炸事故后果模拟分析法
蒸汽云爆炸事故后果模拟分析法超压：1）TNT当量通常，以TNT当量法来预测蒸气云爆炸的威力。
如某次事故造成的破坏状况与kgTNT炸药爆炸所造成的破坏相当，则称此次爆炸的威力为kgTNT当量。
蒸气云爆炸的TNT当量W TNT计算式如下：W TNT=1.8×α×W f×Q f/Q TNT式中，W TNT—蒸气云的TNT当量(kg)α—蒸气云的TNT当量系数，正己烷取α=0.04；W f—蒸气云爆炸中烧掉的总质量(kg)Q f—物质的燃烧热值(kJ/kg)，正己烷的燃烧热值按48.27×106J/kg，参与爆炸的正己烷按最大使用量792kg 计算，则爆炸能量为38.23×109J将爆炸能量换算成TNT当量q，一般取平均爆破能量为4.52×106J/kg，因此W TNT= 1.8×α×W f×Q f /q TNT+ =1.8×0.04×792×48.27×106/4.52×106=609kg2）危害半径为了估计爆炸所造成的人员伤亡情况，一种简单但较为合理的预测程序是将危险源周围划分为死亡区、重伤区、轻伤区和安全区。
死亡区内的人员如缺少防护，则被认为将无例外的蒙受重伤或死亡，其内径为0，外径为R ，表示外周围处人员因冲击波作用导致肺出血而死亡的概率为0.5，它与爆炸量之间的关系为：= 11.3 m重伤区的人员如缺少防护，则绝大多数将遭受严重伤害，极少数人可能死亡或受伤。
其内径就是死亡半径R1，外径记为R2，代表该处人员因冲击波作用耳∆按下膜破损的概率为0.5，它要求的冲击波峰值超压为44000Pa。
冲击波超压P式计算：P∆=0.137Z-3+0.119Z-2+0.269Z-1-0.019式中：P∆——冲击波超压，Pa；Z——中间因子，等于0.996；E——蒸气云爆炸能量值，J；P0——大气压，Pa，取101325得R2=32.7m轻伤区的人员如缺少防护，则绝大多数将遭受轻微伤害，少数人将受重伤或者平安无事。
穿越管道发生蒸汽云爆炸时的模型分析
炸只需要 ０ － ２ ８ ｍＪ的点火能量作 用即可 ，它所 产生的冲击 能
量会直接 对建筑物 构筑物和人体 造成不 同程 度的危害 ，强度
与 ＣＨ４气 体混 合物 的空间体 积有关 ，可 以采 用 以下 公式 进 行计算 ；
Ｌ ｈ＝Ｖ・ Ｈ． ４ ２７
１ ０ Ｋｐ ａ时 ，受 压面 的 门窗玻 璃大 部分 破碎 ；１ ５ ～ ２ ０ Ｋｐ ａ时 窗框损坏 ；２ ０ － ３ ０ Ｋ ｐ ａ时 ， 墙体 出现裂缝 ， 人体有轻微损伤 ：
４ ０ ～ ５ ０ Ｋｐ ａ时 ，墙体出现大裂缝 ，屋瓦掉下 ，对人体会损伤 听觉或骨折 ；６ ０ － ７ ０ Ｋｐ ａ时 ，建筑厂房等柱 折断 ，房梁松动 ， 对人体 内脏器官岁上严重或致死 ；２ ０ ０ ～ ３ ０ ０ Ｋ ｐ ａ时 ，大型钢 结构破坏 ，人会死亡 。 根据 Ｒ ０值 在 表 １～表 ３中找 出 巨 离为 Ｒ ０ 处 的超 压 Ａ Ｐ ０ ， 此 即所 求 距离 为 Ｒ处 的 超压 。根 据 表 １～表 ３所 示 ，人 员 死 亡 半 径 为 Ｒ＝ ２ ０×０ ． ７ ６ ８ ＝１ ５ ３ ６ ｍ；人 员 重 伤 半 径 为 Ｒ＝ ３ ０ Ｘ ０ ． ７ ６ ８ ＝ ２ ３ ． ０ ４ ｍ ： 人 员 轻 伤 半 径 为 Ｒ＝ ５ ５ Ｘ ０ ． ７ ６ ８ ＝ ４ ２ ． ２ ４ ｍ；事故 后 果模拟 分析 结 果如表 ４所
‘ ｃ ≥ １ ＝ ５ ９ ５ ２ ５ ‘
， ＝
管道内工作温度为常温 ，故气体温度为 ２ ９ ８ ． １ ５ Ｋ：
（ 南）
詈 （ ）
式中：ｐ Ｏ一环境压力 ，单位为 Ｐ ａ；
ｐ 一 容器内介 ｒ一 热 容比
化学爆炸冲击波能量计算
介 质泄 漏于 空气 中的 主要 原因 是在输 送 ＣＨ 的管 阀连 接处 和运行 过程 中的误 操作 以及管道 破损等 事故 因素 。ＣＨ
蒸汽云爆炸事故后果计算模式
蒸汽云爆炸事故后果计算模式伤害分类Z（未知数）方程式?P S =0.137Z -3+0.119Z -2+0.269Z -1-0.019方程结果?P S =冲击波峰值÷环境压力P O 造成不同伤害所需的冲击波峰值（KPa)重伤 1.0890.4344403970.43435340644轻伤 1.9570.1678058270.16781836117死亡半径计算公式R 0.5=13.6×(W TNT /1000)0.37重伤半径计算公式R d0.5=Z/(P O /W ?H C )1/3轻伤半径计算公式R d0.01=Z/(P O /W ?H C )1/3财产损失区半径计算公式R ＝K ⅡW TNT 1/3/[1+(3175/W TNT )2]1/6K Ⅱ为二级破坏系数，取值5.6。
蒸气云爆炸的TNT 当量数W TNT环境压力P O（KPa)101.3101.3R0.5 ＝13.6（W TNT/1000）0.37＝13.6（158.0/1000）0.37＝6.87 m（△Ps＝0.137Z-3+0.119Z-2+0.269Z-1－0.019△Ps＝44/P＝44/101.3＝0.43435Z ＝R d0.5（P o /WH C ）1/3式P o 为环境压力，取101.3kPa 。
将P o 代入，用试插法求解可得重R d0.5＝20.8 m（△Ps ＝0.137Z -3+0.119Z -2+0.269Z -1－0.019△Ps ＝17/P 0＝0.16782Z ＝R d0.01（P o /WH C ）1/3用:轻R d0.01＝37.5 m（对R ＝K ⅡW TNT 1/3/[1+(3175/W TNT )2]1/6式K Ⅱ为二级破坏系数，取值5.6。
将K Ⅱ代入可得：R ＝5.6×158.01/3/[1+(3175/158.0)2]1/6＝11.1 m受限空间蒸气云爆炸事故后果模拟分析过程1）爆炸能量计算甲醇储罐的单罐容量为50m 3。
蒸气云爆炸事故后果分析
二、蒸气云爆炸事故后果分析根据荷兰应用科研院TNO(1979)建议,可按下式预测蒸气云爆炸的冲击波损害半径：R=C s(N·E)1/3式中:R—损害半径，m；E—爆炸能量，kJ。
可按下式取：E=VH cV—参与反应的可燃气体的体积m3；H c—可燃气体的高燃烧热值，N—效率因子，其值与燃料浓度持续展开所造成损耗的比例和燃料燃烧所得机械能的数量有关，一般取N=10%C s—经验常数，取决于损害等级,其取值情况见下表表7-14 损害等级表该公司煤气管道布防在整个炼钢、炼铁生产区，现以管径最长，敷设距离最长的一段管道（管径Ф=2000mm，长度L=1000m,转炉煤气管道，起自风机房，终至5万m3转炉煤气柜）发生煤气爆炸事故进行模拟分析。
该段高炉煤气管道的容量约为：3.14×12×1000=3140m3按转炉煤气的H c=8790kJ/m3。
E=VH c=3140×8700=2.73×107kJ蒸气云爆炸的冲击波损害半径计算结果如下：(1)R=C s(N·E)1/3=0.03(0.1×2.73×107)1/3=4.17m(2)R=C s(N·E)1/3=0.06(0.1×2.73×107)1/3=8.34m(3)R=C s(N·E)1/3=0.15(0.1×2.73×107)1/3=20.85m(4)R=C s(N·E)1/3=0.4(0.1×2.73×107)1/3=55.6m由此可知，当管径Ф=2000mm，长度L=1000m,转炉煤气管道泄漏，发生蒸气云爆炸的冲击波伤害、破坏情况见下表表7-16蒸气云爆炸的冲击波伤害、破坏半径表司敷设最长、管径最大的一段高炉煤气管道进行评价,可知，此段煤气管道一旦发生蒸气云爆炸，对周围20.85m范围内人员均会造成不同程度的伤害。
LPG储罐的蒸气云爆炸后果模拟
L PG储罐的蒸气云爆炸后果模拟Ξ黄 斌,刘 扬,傅 程,辛 颖(1.大庆石油学院提高油气采收率教育部重点实验室;2.大庆石油学院石油工程学院) 摘 要:液化石油气是一种常见的危险化学品,对其储罐发生事故的后果进行分析,对预防控制事故和保证安全生产都具有重要的意义。
本文在分析液化石油气的危险特性和发生蒸气云爆炸事故特点的基础上,用两种常用的蒸气云爆炸后果模拟方法TN T当量法和TNO多能法对液化石油气储罐发生蒸气云爆炸的后果进行计算,分别得到死亡、重伤、轻伤和财产损失半径。
对两种方法的计算过程和结果进行了分析和讨论,并给出了罐区设计时的建议。
关键词:蒸气云爆炸;L PG;TN T当量法;TNO多能法;伤害半径 液化石油气(L PG)是十大危险化学品之一,具有易燃易爆的特性。
由于常温常压下密度较小,为了便于储存和运输,通常加压液化后储存在球形储罐内。
L PG储罐一旦由于操作或腐蚀等原因发生破损,将导致L PG泄漏,泄漏后在空间扩散形成蒸气云团,遇火产生蒸气云爆炸(V CE),引起爆炸冲击波、热辐射等将对周围的人员和设施造成伤害和破坏。
对L PG储罐发生爆炸事故的后果进行计算和分析,对于了解事故的危害性,预防和控制事故都具有重要的意义[1]。
1 液化石油气火灾爆炸特性及蒸气云爆炸特点1.1 L PG的火灾爆炸特性[2-5]液化石油气(L PG)主要成分是丙烷、丁烷,还有少量的丙烯、丁烯、甲烷等,产地和处理工艺不同时具体组成不同。
液化石油气的主要危险性在于它具有易燃、易爆特性,由此引发的事故发生频率也较高。
当液化石油气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(V CE);同时,某个储罐的火灾、爆炸事故会影响到同罐区内其他储罐,在外部火焰的烘烤下突然破裂,压力平衡破坏,L PG急剧气化,并随即被火焰点燃会产生爆炸沸腾液体扩展蒸气爆炸(BL EV E);或受到烘烤时储罐压力增大,超过承压爆炸,L PG释放并被点燃时,则产生火球火灾。
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蒸汽云爆炸事故后果模拟分析法
超压： 1）TNT 当量
通常，以TNT 当量法来预测蒸气云爆炸的威力。
如某次事故造成的破坏状况与kgTNT 炸药爆炸所造成的破坏相当，则称此次爆炸的威力为kgTNT 当量。
蒸气云爆炸的TNT 当量W TNT 计算式如下： W TNT =×α×W f ×Q f /Q TNT
式中，W TNT —蒸气云的TNT 当量(kg) α—蒸气云的TNT 当量系数，正己烷取α=； W f —蒸气云爆炸中烧掉的总质量(kg) Q f —物质的燃烧热值(kJ/kg)，
正己烷的燃烧热值按×106J/kg ，参与爆炸的正己烷按最大使用量792kg 计算，则爆炸能量为×109J
将爆炸能量换算成TNT 当量q ，一般取平均爆破能量为×106J/kg ，因此
W TNT = ×α×W f ×Q f /q TNT + =××792××106/×106
=609kg 2）危害半径
为了估计爆炸所造成的人员伤亡情况，一种简单但较为合理的预测程序是将危险源周围划分为死亡区、重伤区、轻伤区和安全区。
死亡区内的人员如缺少防护，则被认为将无例外的蒙受重伤或死亡，其内径为0，外径为R ，表示外周围处人员因冲击波作用导致肺出血而死亡的概率为，它与爆炸量之间的关系为：
= m
重伤区的人员如缺少防护，则绝大多数将遭受严重伤害，极少数人可能死亡或受伤。
其内径就是死亡半径R 1，外径记为R 2，代表该处
0.37
0.37
1420.4313.613.610001000TNT W R ⎛⎫
⎛⎫== ⎪
⎪⎝⎭
⎝⎭
人员因冲击波作用耳膜破损的概率为，它要求的冲击波峰值超压为44000Pa 。
冲击波超压P ∆按下式计算：
P ∆=++式中：
P ∆——冲击波超压，Pa ； Z ——中间因子，等于； E ——蒸气云爆炸能量值，J ； P0——大气压，Pa ，取101325 得R 2=
轻伤区的人员如缺少防护，则绝大多数将遭受轻微伤害，少数人将受重伤或者平安无事。
轻伤区的内径为重伤区的外径R 2，外径R 3，表示外边界处耳膜因冲击波作用破裂的概率为，它要求的冲击波峰值
超压为17000Pa 。
冲击波超压P ∆按下式计算： P ∆=++P ∆——冲击波超压，Pa ； Z ——中间因子，等于； E ——蒸气云爆炸能量值，J ； P0——大气压，Pa ，取101325
得R 3= m
安全区内人员即使无防护，绝大多数也不会受伤，安全区内径为轻伤区的外径R 3，外径无穷大。
财产损失半径，指在冲击波的作用下建筑物发生三级破坏的半径，单位为m 。
按照英国建筑物破坏等级的划分标准规定，建筑物的三级破坏是指房屋不能居住、屋基部分或全部破坏、外墙1 ~ 2面部分破损，承重墙破损严重。
财产损失半径可由下式确定。
式中：
K ——取值为5. 6
6
/121/3TNT 431751⎥⎥⎦
⎤⎢⎢⎣
⎡⎥
⎦⎤⎢⎣⎡+=
TNT W KW R 0440********.434
101325P P ∆===2
1
3
0R Z E P =⎛⎫ ⎪
⎝⎭
01700017000
0.168101325P P ∆===313
0R Z E P =⎛⎫ ⎪⎝⎭
正常泄露 ：
从原料危险性及最大储存使用量两方面综合考虑，选取甲醇的存储为研究对象进行蒸汽云爆炸事故后果模拟分析。
为充分考虑事故的影响，通常应按最不利情况对易燃液体汽化后产生的蒸汽云爆炸事故的影响范围、危害程度等进行预测评价。
在此假设易燃液体全部泄露并且汽化后参与爆炸，仓库储存的全部甲醇泄漏量为8640kg ，单桶甲醇的泄漏量为158kg 。
本次定量评价采用TNT 模型,如下：
TNT C
TNT
Q aWH W =
(9-1)
p p
c
WH W Q α=
(9-2)
式中：W TNT ——蒸气云的TNT 当量，kg ；
Wp ——可燃气体蒸气云的丙烷当量，kg ；
a ——蒸气云爆炸的效率因子，表明参与爆炸的可燃气体的分
数，取值；
W ——蒸气云中燃料的总质量，kg ； Hc ——蒸汽的燃烧热，J/kg ； Q TNT ——TNT 的爆炸热 MJ/kg)。
Qp ——丙烷的爆炸热 MJ/kg)。
死亡半径R 1可由下式确定(死亡半径指人在冲击波作用下头部撞击致死半径，m)：
W R p
98.1447
.01= (9-3)
重伤半径R 2 可由下式确定(重伤半径指人在冲击波作用下耳鼓膜50%的破裂的半径，m)：
1/3
2
9.187p
W R = (9-4)
轻伤半径R 3 可由下式确定(轻伤半径指人在冲击波下耳鼓膜1％破裂的半径，m)：
W R p 87.173/13= (9-5)
财产损失半径R 4由下式确定(财产损失半径指在冲击波作用下建筑物三级破坏半径，m)
()21/3
341/6
13175TNT
TNT K W R W ⎡⎤
⎢⎥
+⎢⎥
⎣
⎦
=
(9-6)
式中：K3——建筑物三级破坏系数，取
在发生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、设备等的伤害或破坏作用。
仓库中储存的全部甲醇泄露并形成蒸汽云爆炸的预测结果：TNT 当量：W TNT =1737 kg;死亡半径：R l =；重伤半径：R 2=；轻伤半径：R 3=；财产损失半径：R 4=。
表9-31 甲醇最大储量蒸汽云爆炸危害半径。