蒸汽云爆炸后果分析
LNG沸腾液体扩散蒸气云爆炸火球事故后果分析
★石油化工安全环保技术★2013年第29卷第1期P E TR O cH E M I c A L s A FE T Y A N D E N V I R O N M E N T A L PR O T E cT l0N T E c H N O L O G Y‘葫咎LN G沸腾液体扩散蒸气云爆炸火球事故后果分析辛颖，(延安职业技术学院，王岩陕西延安716000)摘要：作为当今世界增长最快的清洁能源，液化天然气(L N G)在储存过程中一旦发生泄漏，将会导致重大事故。
采用沸腾液体扩散蒸气云爆炸(B L EV E)火球模型，模拟分析100m3液化天然气储罐发生沸腾液体扩散蒸气云爆炸的事故后果，定量计算事故的伤害半径、财产损失半径、伤亡人数，为事故预防提供依据。
关键词：液化天然气沸腾液体扩散蒸气云爆炸火球热辐射模型B L EV E事故分析伤亡人数液化天然气(L N G)的主要成分为甲烷(96％)，属于甲类火灾危险性，液态时密度为437．70k∥m3，气态时密度为o．965k∥N m3，液化天然气L N G是将常温条件下不能加压液化的天然气进行预处理，脱除重质烃、硫化物、二氧化碳和水等杂质后，在常压下将天然气深冷到一162℃，实现液化，它是以液态形式存在的天然气，其体积可缩小到气态时的1／600，大大促进了天然气市场的发展。
液化天然气广泛应用于天然气输配的调峰储存，提高了城市燃气和电厂供气的稳定性。
但是，由于天然气具有易燃易爆的特点，此外，L N G还具有沸腾翻滚、低温冻伤、低温麻醉、窒息、冷爆炸等危险，确保天然气的使用安全必须放到重要的位置。
L N G储罐是连接上游生产和下游用户的重要设备，对于液化工厂或接收站来讲，大型储罐占据着很高的投资比例。
L N G大都加压储存在绝热储罐中，任何形式的热量(包括高温照射、外部火源灼烧等)都可以导致储罐内一定量的LN G产生气化，由液体变为气体。
当容器内部压力过高，储罐内压力平衡遭到破坏，超过容器本身强度或者容器本身存在缺陷(如机械碰撞、制造缺陷、腐蚀等)，则很易造成绝热储罐破裂，储罐内部所盛装的LN G会产生瞬态泄漏。
某CNG储备事故后果分析
某CNG储备事故后果分析一、CNG储配站常用的事故后果模拟分析方法有：蒸汽云爆炸模型(TNT当量法，TNO当量法),APIpub581定量后果评价模型，喷射火模型，闪火模型。
爆源的TNT当量计算二、TNT当量计算公式：Wtnt=1.8AWfQf/Qtnt式中 1.8———地面爆炸系数A———蒸气云当量系数,取0.04Wf———蒸气云中燃料总质量,kg（D燃气有限责任公司CNG储配站储气容积为1800×0.7174=1291kg）Qf———燃料的燃烧热,天然气燃烧热,取5×10^4kJ/kgQtnt———TNT爆炸热,取4520kJ/kgWtnt———蒸气云中的TNT当量,kg实例中计算出Wtnt=1.8×0.04×1291×5×10^4/4520=1028.2kg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)。
天然气储罐的TNT当量：（1）蒸汽云爆炸时的死亡半径根据易R1=13.6（Wtnt/1000）^0.37实例中计算出R1=13.6（1028.2/1000）^0.37=13.7m R=13.6×(1.8×0.04×WTNT／1 000)0.37根据最大可能危险原则计算：(2)重伤区半径重伤区半径R2指人员因在冲击波作用下耳膜破裂的概率为0.5的半径,它要求的冲击波峰值超压为44000Pa。
应用超压准则,冲击波超压ΔP可按公式计算: ΔP=0.137Z＾-3+0.119Z^-2+0.269Z^-1-0.019Z=R2（Po/E）^1/3ΔP=ΔPs/PoE=WtntQtnt式中 R2———目标到爆源的水平距离,即重伤区半径,mPo———环境压力,取1.013×10^5PaΔPs———引起人员重伤冲击峰值，取44000PaE———爆炸总能量J实例中计算出E=4520×1028.2=4647464kJ，ΔP=44000/101300=0.4344，Z=1.07……，R2=（4647464×1000/101300）^1/3×1.07=38.3m(3)轻伤区半径轻伤区半径R3指人员在冲击波作用下耳膜破裂的概率为0.01的半径,它要求的冲击波峰值超压为17000Pa,具体计算仍然按照公式ΔP=0.137Z＾-3+0.119Z^-2+0.269Z^-1-0.019Z=R3（Po/E）^1/3ΔP=ΔPs/Po计算。
LNG储罐全部泄漏引起蒸汽云爆炸后果定量分析_葛鹏
① 腰 轮 流 量 计 的 型 号 应 与 现 场 流 程、油 品 排 量 工业务素质，尽量减小人为误差。
相 匹 配 ，工 作 流 量 为 最 大 值 的 １／３～２／３ 范 围 内 。 腰 轮流量计及其辅助 设 备 的 配 置 应 符 合 规 程 要 求，如
［参 考 文 献 ］
有不合理处，应尽 快 整 改。 ② 日 常 使 用 中 要 严 格 按 ［１］ 马德勇．联合站油量计量误差原因分析［Ｊ］．油
在静风条件lng泄漏成半球形由断口处向周围扩散达到爆炸下限的混合气体的扩散半lng泄漏成半球形由断口处向周围扩散达到爆炸上限的混合气体的扩散半32lng储罐全部泄漏引起蒸汽云爆炸区域分析lng储罐漏达到爆炸上下限的爆炸半径为纵坐标绘制储罐泄漏引起蒸汽云爆炸的半径曲线及爆炸区域在不同液位下储罐内lng全部泄漏达到爆炸极限的扩散半径随着储罐液位的增加储罐泄漏达到爆炸极限的扩散半径随之增大wfqfwtnt18qtnt在公式556mj452mjlng储罐在绘制储罐全部泄漏引起蒸汽云爆炸的扩散半33径及爆炸区域计算出福建lng储罐泄漏由断口以球形方式向外扩散并达到爆内蒙古石油化工2014年第11期78引起蒸汽云爆炸的tnt当量kg见表4不同液位下储罐全部泄漏引起蒸汽云爆炸的tntkgh15mh210mh315mh420mh525mh630m如图以储罐的液位取点为横坐标lng储罐内lng全部泄漏引起蒸汽云爆炸的伤亡半径为纵坐标绘制蒸汽云爆炸冲击波超压的伤亡半径曲线见图
３
槡 Ｒ
Ｒ０
＝
ｑ ｑ０
＝α
则
பைடு நூலகம்
Δｐ＝Δｐ０
（１３）
式中，Ｒ 为目标与爆 炸 中 心 距 离，ｍ；Ｒ０ 为 目 标
与基准爆炸中 心 的 相 当 距 离，ｍ；ｑ０ 为 基 准 炸 药 量，
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。
基于天然气管线泄漏蒸汽云爆炸危害分析_王小完
第28卷第3期灾害学JOURNAL OF CATASTROPHOLOGYVol.28No.3基于天然气管线泄漏蒸汽云爆炸危害分析①王小完，马骥，骆正山（西安建筑科技大学，陕西西安710055）摘要：基于历史数据和试验建立和改进相应的数学模型，初步建立了定量分析研究天然气管线泄漏蒸汽云爆炸和毒气危害后果计算方法，为天然气管线风险评估、风险管理、管线维护以及蒸汽云爆炸和毒气危害发生后的危害后果评估提供决策支持。
关键词：天然气；长输管线；蒸汽云爆炸；毒气危害；后果中图分类号：TU996.9；X43文献标志码：A文章编号：1000－811X（2013）03－0016－05陆上长输天然气管线泄漏，因泄漏量大，持续泄漏与空气混合形成蒸汽云，蒸汽云在密闭空间或无风低洼地带聚集，遇火源会发生闪爆引发爆炸灾害，造成恶性事故。
因此，研究天然气泄漏蒸汽云爆炸危害对保护人民的财产、生命安全，或在蒸汽云爆炸危害发生后对其危害后果进行预测评估具有重要意义。
国内外研究人员在该领域进行了一系列的研究，但主要集中在对密闭容器内的可燃气体的燃烧、爆炸过程分析，如杨国刚在密闭钢管内对可燃气体爆炸的实验研究与数值模拟［1］；陈长坤等基于粗糙集的城市燃气管道破坏灾害演化诱发机制分［2］；析林伯泉等研究了方形钢管中障碍物对气体燃烧的加速作用［3－4］；付小方等对高压天然气管线的危险区域进行了分析［5］；梁瑞等对天然气管线泄漏混合气体爆炸后果评价进行了探讨［6］。
上述研究主要集中在固体障碍物对火焰的加速以及超压生成的影响等方面。
本文通过建立数学模型，研究天然气管线泄漏形成的蒸汽云爆炸危害机理和破坏规律，对其造成的危害范围及危害后果进行定量研究，对蒸汽云爆炸危害的预防以及爆炸发生后造成的后果进行较为准确的评估提供指导。
1天然气管线泄漏扩散陆上天然气管线泄漏后，根据泄漏模式以及空间位置、大气条件形成蒸汽云发生爆炸，造成相应的危害。
1.1气体扩散模型天然气管线瞬时泄漏，扩散使泄漏孔处气体浓度减小，降低爆炸危险；同时扩散使毒害气体向外扩散，使危害范围扩大。
轻烃储罐的蒸气云爆炸伤害风险分析
瓦 管 不 同 程 度 破 坏 ， 墙 木 结 隔
构 要 加 固
６
Ｏ１ ．
＋ ｏ 。
房 屋 基 本 无 破 坏
注 ：在 灾 害 评估 中 ， 以标 号 ① 计 算 半 径 作 为 财 产 损 失 半 径
各 区外径 由下 式确 定 ：
蒸气 云爆 炸 数学模 型 采用 的是 传 统 的 Ｔ ＮＴ 当 量 系数 法 ，该 模 型是将 事故 性爆 炸产 生的爆 炸能量 同一 定 当量 的 Ｔ ＮＴ 联 系起 来 ，来 估算 蒸 气 云爆 炸
维普资讯
油气 田地 面 工程 第 ２ 卷 第 ７期 （ ０ ６ ７ ５ ２０． ）
３ ３
轻烃储罐的蒸气云爆炸伤害风险分析
吴晓 玲 杨伟 （ 大庆油田 工程有限公司）
１ ．蒸 气 云 爆 炸 机 理
（ ； ｍ） Ｅ为 爆源 总能量 （ ） Ｐ Ｊ ； 。为环 境 压力 （ ａ 。 Ｐ ） 当 △ 为 引 起 人 员 重 伤 冲 击 波 峰 值 时 ，取 Ｐ ４ ００ ａ ４ ０ Ｐ ；当 △ 为 引 起 人 员 轻 伤 冲 击 波 峰 值 时 ， Ｐ
漏 。泄 漏后轻 烃 在 短 时 间 内 （ 能 是 几 秒 到几 十 可
式 中 １ ８为 地 面 爆 炸 系数 ； Ｎ ． ｗ丁ｒ为 蒸 气 云 的 ＴＮＴ 当量 （ ｇ ；ａ为 蒸 气 云 的 Ｔ ｋ） ＮＴ 当 量 系 数
（ ４ ） 取 ；Ｑ丁ｒ 为 Ｔ Ｎ ＮＴ 的 爆 热 ， 可 取 ４ １ ． ２～ ４ ６ ＭＪ ｋ ￣ ，为燃 料的燃 烧 热 （ ／ ｇ ； ．９ ／ ｇ Ｑ ＭＪ ｋ ） Ｗ，为 蒸气 云 中燃料 的总 质量 （ ｇ 。 ｋ ） 蒸气 云爆 炸 冲击波 对人 员伤 害程度 及对 建筑 物 的 破坏程 度一 般用 损 害 （ 失） 半径 来描述 。 损 （ ）对 人员 的伤 害 。爆 炸 冲击波 所引起 的人 员 １ 伤 害范 围 主要分 为死 亡 区、重 伤区 、轻伤 区和安 全
蒸汽云爆炸后果分析
1、蒸气云爆炸后果单罐液化天然气泄漏后引发蒸气云爆炸，其后果可以采用TNT 当量法和超压准则来预测，方法如下：（1）蒸气云爆炸的TNT当量W TNT = a WQ/Q TNT式中：W TNT—天然气蒸气云的TNT当量，kg；a—天然气蒸气云的TNT当量系数（统计平均值为0.03）；W—天然气蒸气云中可燃气体质量，kg；Q—天然气的高热值，kJ/kg，取56061.88 kJ/kg；Q TNT—TNT的爆炸热，取4500kJ/kg。
如果储罐内的液化天然气全部泄漏，则：W= k ρVk—单罐充装系数，取85%；ρ—泄漏前储罐内液化天然气的密度，kJ/m3，取432.97kg/m3；V—储罐体积，为150m3。
得W=0.85×432.97×150=55203.7kg；W TNT = a WQ/Q TNT=0.03×55203.7×56061.88/4500=20632.15 （kg，TNT）（2）蒸气云爆炸的伤害分区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，外径记为R1，表示外圆周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：R1 = 13.6（W TNT/1000）0.37= 13.6（20632.15/1000）0.37=41.68≈42m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。
其内径即为死亡半径R1，外径记为R2，代表该处人员因冲击波作用耳膜破裂的概率为0.5，它要求的冲击波峰值超压为44000Pa。
冲击波超压ΔP按下式计算：ΔP= 0.137 Z-3 + 0.119 Z-2 + 0.269 Z-1 - 0.019ΔP= 44000/P0 = 44000/101325 = 0.434式中：Z= R2/（E/P0）1/3ΔP—冲击波超压，Pa;Z—中间因子；E—蒸气云爆炸能量值，J；E=aWQ=0.03×55203.7×56061.88=92844696.15kJ =92844696150J P0—大气压，取101325Pa；得R2=105.83m≈106m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。
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1、蒸气云爆炸后果
单罐液化天然气泄漏后引发蒸气云爆炸，其后果可以采用TNT 当量法和超压准则来预测，方法如下：
（1）蒸气云爆炸的TNT当量
W TNT = a WQ/Q TNT
式中：W TNT—天然气蒸气云的TNT当量，kg；
a—天然气蒸气云的TNT当量系数（统计平均值为0.03）；
W—天然气蒸气云中可燃气体质量，kg；
Q—天然气的高热值，kJ/kg，取56061.88 kJ/kg；
Q TNT—TNT的爆炸热，取4500kJ/kg。
如果储罐内的液化天然气全部泄漏，则：
W= k ρV
k—单罐充装系数，取85%；
ρ—泄漏前储罐内液化天然气的密度，kJ/m3，
取432.97kg/m3；
V—储罐体积，为150m3。
得W=0.85×432.97×150=55203.7kg；
W TNT = a WQ/Q TNT=0.03×55203.7×56061.88/4500
=20632.15 （kg，TNT）
（2）蒸气云爆炸的伤害分区
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，外径记为R1，表示外圆周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：
R1 = 13.6（W TNT/1000）0.37= 13.6（20632.15/1000）0.37
=41.68≈42m
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。
其内径即为死亡半径R1，外径记为R2，代表该处人员因冲击波作用耳膜破裂的概率为0.5，它要求的冲击波峰值超压为44000Pa。
冲击波超压ΔP按下式计算：
ΔP= 0.137 Z-3 + 0.119 Z-2 + 0.269 Z-1 - 0.019
ΔP= 44000/P0 = 44000/101325 = 0.434
式中：Z= R2/（E/P0）1/3
ΔP—冲击波超压，Pa;
Z—中间因子；
E—蒸气云爆炸能量值，J；
E=aWQ=0.03×55203.7×56061.88=92844696.15kJ =92844696150J P0—大气压，取101325Pa；
得R2=105.83m≈106m
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，外径为R3，表示外边界处耳膜因冲击波作用破裂的概率为0.01，它要求的冲击波峰值超压为17000Pa。
冲击波超压ΔP按下式计算：
ΔP= 0.137 Z-3 + 0.119 Z-2 + 0.269 Z-1 - 0.019
ΔP= 17000/P0 = 17000/101325 = 0.168
式中：Z= R3/（E/P0）1/3
得R3=189.93m≈190m
财产：
R=125.67m
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，外径为无穷大。