爆炸评价模型及伤害半径计算讲解

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10193

kJ/kg）：取Q

f

=616970kJ/kg；

TNT的爆热，取Q

TNT

=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R

2

，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：

△P

S

——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=W

TNT ×Q

TNT

。

将以上数据代入方程式，解得：

△P2=0.4344

Z2=1.07

R2=1.07×（27739×4500×1000/101300）1/3

=1.07×107=115(m)

轻伤半径R

3

，由下列方程式求解：

△P3=0.137Z3-3+0.119 Z3-2+0.269 Z3-1-0.019 Z3=R3/(E/P0)1/3

△P3=△P S/P0

式中：△P

S

——引起人员轻伤冲击波峰值，取17000Pa。将以上数据代入方程式，解得：

△P

3=0.168， Z

3

=1.95

轻伤半径R

3

=209（m）

2、沸腾液体扩展蒸气爆炸（BLEVE）模型分析计算

（1）沸腾液体扩展蒸气爆炸（BLEVE）模型

液态存贮的易燃液化气体突然瞬间泄漏时，立即遇到火源就会发生剧烈的燃烧，产生巨大的火球，形成强烈的热辐射，此种现象称为沸腾液体扩展蒸气爆炸，简称BLEVE。

沸腾液体扩展蒸气爆炸的主要危险是强烈的热辐射，近场以外的压力效应不重要。其火球的特征可用国际劳工组织（ILO）建议的蒸气爆炸模型来估算。

火球半径的计算公式为：

R=2.9W1/3

式中R——火球半径，m；

W——火球中消耗的可燃物质量，kg。

对单罐储存，W取罐容量的50%；双罐储存；W取罐容量的70%；多罐储存，取W为罐容量的90%。

（2）液氨储罐沸腾液体扩展蒸气爆炸（BLEVE）模型分析计算

由于生产装置液氨贮罐区的液氨罐为多罐贮存，（共六只贮罐，其中三只50M3，三只100M3）最大库存量为250T。氨比重约0.6，取100M3罐，则由W=100×0.6×1000×90%=54000（kg）

代入式中，得到：

火球半径R=2.9(54000)1/3=109(m)

火球持续时间按下式计算:

t=0.45W1/3

式中:火球持续时间,单位为S.

将数据代入式中,得到:

t=0.45×(54000)1/3=17(s)

目标接收到热辐射通量的计算，按下式计算：

q(r)=q

R2r(1-0.058 Inr)/(R2+r2)3/2

式中：r——目标到火球中心的水平距离，m；

q

——火球表面的辐射通量，W/m2。对柱形罐取270kW/m2，球形罐取200kW/m2。

R——火球半径，m。R=109m。

有了热辐射q（r），即可求不同伤害、破坏时的热通量及其半径。下面求不同伤害时的热通量：

死亡可根据下式计算：

P r =-36.38+2.56 In(tq

1

4/3)

式中：P

r

=5

t——火球持续时间，取t=17s。

解得 q

1

=21985W/m2。

重伤可根据下式计算：

P

r =-43.143+3.0188 In(tq

2

4/3)

解得 q

2

=18693W/m2。轻伤可根据下式计算：

P

r =-39.83+3.0188 In(tq

3

4/3)

解得 q

3

=8207W/m2。

通过q

1、q

2

、q

3

可以求得对应的死亡半径R

1

、重伤半径R

2

及轻伤半径R

3

。（由

于此方程式难以手算解出，故省略）。

（3）小结

通过计算，如果贮存区液氨储罐发生扩展蒸气爆炸，火球半径为109m。将可能造成其他贮罐的连锁火灾和爆炸，造成灾难性的破坏。

3、液氨泄漏中毒事故的模拟计算

液氨贮存区最大贮存量为250T，假设有1T泄漏量，对蒸发成蒸气扩散造成的危害进行模拟计算。