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；
爆炸评价模型及伤害半径计算
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（1）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：W TNT =式中W TNT ——蒸气云的TNT 当量，kg ； β——地面爆炸系数，取β=1.8；A ——蒸气云的TNT 当量系数，取值范围为0.02%～14.9%； W f ——蒸气云中燃料的总质量：kg ； Q f ——燃料的燃烧热，kJ/kg ；Q TNT ——TNT 的爆热，QTNT=4120～4690kJ/kg 。
（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一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。
若水煤气储罐因泄漏遇明火发生蒸气云爆炸（VCE ），设其贮量为70%时，则为2.81吨，则其TNT 当量计算为：取地面爆炸系数：β=1.8； 蒸气云爆炸TNT 当量系数，A=4%； 蒸气云爆炸燃烧时燃烧掉的总质量， Wf=2.81×1000=2810（kg ）；水煤气的爆热，以CO 30%、H 2 43%计（氢为1427700kJ/kg,一氧化碳为10193kJ/kg）：取Qf=616970kJ/kg；TNT的爆热，取QTNT=4500kJ/kg。
将以上数据代入公式，得W TNT死亡半径R1=13.6(W TNT/1000)=13.6×27.740.37=13.6×3.42=46.5(m)重伤半径R2，由下列方程式求解：△P2=0.137Z2-3+0.119 Z2-2+0.269 Z2-1-0.019 Z2=R2/(E/P0)1/3△P2=△P S/P0式中：△PS——引起人员重伤冲击波峰值，取44000Pa；P——环境压力（101300Pa）；E——爆炸总能量（J），E=WTNT ×QTNT。
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。
蒸气云爆炸伤害模型
液化石油气蒸气云爆炸伤害模型采用TNT 当量法估计蒸气云爆炸的严重度。
如果某次事故造成的破坏状况与xkgTNT 爆炸造成的破坏状况相当，则称此次爆炸的威力为xkgTNT 当量。
1）TNT 当量用TNT 当量来预测蒸气云爆炸严重程度的原理是：假定一定百分比的蒸气参与了爆炸，对形成冲击波有实际的贡献，并以TNT 当量来表示蒸气云爆炸的威力。
计算公式见式中的各参数单位及意义见表。
TNT ff TNT Q Q W W α8.1=式表3-2 参数对照表（1）该企业液化石油气为116t ，故TNT 当量计算如下： 因此，该危险源的爆炸事故的严重度相当于84325.64kgTNT 爆炸造成的破坏状况。
死亡半径R1：通过TNT 当量计算可知，液化石油气储罐发生蒸气云爆炸所造成的死亡半径如下：重伤半径R2：231020064.0)(R p E R Z ==，TNT TNT Q W E ×=，0p =101000pa 2R =169.7m轻伤半径R3：331030064.0)(R p E R Z ==，TNT TNT Q W E ×=，0p =101000pa 3R =225.6m财产损失半径R4=4.6×43.85/1.00024=201.71m依据蒸气云爆炸伤害模型，若液化石油气储罐发生蒸气云爆炸，死亡半径为70.17m ，重伤半径为169.7m ，轻伤半径为225.6m ，财产损失半径为201.71m 。
经现场调查，发生爆炸事故的伤害范围仅限于在厂区范围内，不会影响到厂外区域。
煤气柜蒸气云爆炸伤害模型该企业转炉煤气储量为23t ，故TNT 当量计算如下：因此，该危险源的爆炸事故的严重度相当于3136.14kgTNT 爆炸造成的破坏状况。
死亡半径通过TNT 当量计算可知，转炉煤气柜发生蒸气云爆炸所造成的死亡半径如下：重伤半径R2 231020192.0)(R p E R Z ==，TNT TNT Q W E ×=，0p =101000pa 轻伤半径R3：331030192.0)(R p E R Z ==，TNT TNT Q W E ×=，0p =101000pa财产损失半径R4=4.6×14.64/1.125=59.86m依据蒸气云爆炸伤害模型，若转炉煤气柜发生蒸气云爆炸，死亡半径为20.76m，重伤半径为56.65m，轻伤半径为101.34m，财产损失半径为59.86m。
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
天然气管线泄漏事故模拟计算
天然气管线泄漏事故模拟计算天然气管道破裂后，导致大量的天然气泄漏，如果立即遇到点火源，则在破裂处形成喷射火焰，其主要危害为热辐射；如果泄漏一段时间后，在遇到点火源，则会发生爆炸或闪燃，同时在泄漏口持续喷射燃烧。
如果泄漏的天然气在无限制的空气中扩散，则可能发生蒸气云爆炸。
天然气管线直径为1016mm ，运行压力为10MPa ，本次假设天然气管线发生破裂泄漏，裂口面积为0.025㎡，泄漏时间为30s 和60s ，分别通过泄漏模型、喷射火伤害模型和蒸气云爆炸模型，进行事故后果模拟计算。
一、泄漏模型计算管道中气体泄漏质量流量与其流动状态有关，对于天然气管道，一般属于音速流动，其特征可用临界流（最大出口速度等于声速或亚临界流）来描述。
Perry 等人用如下的关系式作为临界流的判断准则：当式（1）成立时，气体流动属音速流动；当式（2）成立时，气体流动属亚音速流动。
1012+⎪⎭⎫⎝⎛+≤k k k P P （1）1012+⎪⎭⎫ ⎝⎛+>k k k P P （2）式中，P 0为环境大气压力(Pa)；P 为容器内压力(Pa)；k 为气体的绝热指数，即定压比热C P 和定容比热C v 之比。
气体呈音速流动时，其泄漏量为：1112-+⎪⎭⎫⎝⎛+=k k d k RT Mk APC Q （3）气体呈亚音速流动时，其泄漏量为：1112-+⎪⎭⎫⎝⎛+=k k d k RT Mk APYC Q （4）式中，Q 是气体泄漏速率（kg ／s ）；C d 为气体泄漏系数，当裂口形状为圆形时取1.00，三角时取0.95，长方形时取0.90；A 为裂口面积（m 2）；M 是气体相对分子质量；R 是普适气体常数（8.31436Jmol -1K -1）；T 是气体的储存温度（K ）；Y 为气体膨胀因子；按式（5）计算。
211121101021121⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=-+-k k kk kk k p p p p Y （5） 上述考虑的为理想气体的不可逆绝热扩散过程。
氯乙烯泄漏、蒸气云爆炸事故模型分析
中国氯碱China Chlor-AlkaliNo.2 Feb.,202138第2期2021年2月氯乙烯泄漏、蒸气云爆炸事故模型分析王伟，崔鹏，高燕军（陕西北元化工集团股份有限公司化工分公司，陕西榆林719319）摘要：通过对氯乙烯储罐发生泄漏和爆炸事故后果进行模拟分析，预测氯乙烯储罐可能发生的毒害、爆炸事故后果及影响区域，提出了建议改进的工程技术措施及安全管理措施。
关键词：氯乙烯；毒害后果；爆炸后果；建议措施中图分类号:TQ086文献标识码：B文章编号:1009-1785（2021）02-0038-04Analysis of vapor cloud explosion accident model for vinylchloride leakageWANG Wei,CUI Peng,GAO Yan-jun(Shaanxi Beiyuan Chemical Group Co.,Ltd.,Yulin719319,China)Abstract:Through the simulation analysis of leakage and explosion accident consequence of vinyl chloride storage tank,the possible toxicity,explosion accident consequence and affected area of vinyl chloride storage tank are predicted,and the improvement engineering technical measures and safety management measures are proposed.Key words：vinyl chloride;toxic consequence;explosion consequence;suggestion measure氯乙烯不仅是一种有毒物，而且还是易燃易爆物质，如果在工业生产或存储中因为管理不当或设备故障造成氯乙烯泄漏，可能造成中毒或火灾爆炸事故。
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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
=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；
P
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。
轻伤区的内径为重伤区的外径R2，外径R3，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∆——冲击波超压，Pa；
P
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R3= 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R3，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
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
29.187p 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)
()21/3341/613175TNT
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=。