池火灾计算
液体火灾(池火)事故后果评价
液体火灾事故后果（池火）分析（孙自涛整理）一、池火半径r 的计算池火半径(多用于罐区)r=(S/π)1/2 （单位m ）池火半径(多用在船舱或其他不规则形态)r=(3s/π) 1/2/2 式中：S 为防火堤内面积或其他不规则形面积。
π取3.14（以下略）二、池火燃烧速度（Mf ）计算1、可燃液体沸点高于周围环境温度时。
单位面积燃烧速度Mf 值计算公式为：（有些物质可查表）H T Tb Cp Hcdt dm Mf +-==)0(001.0式中: MF 为单位面积燃烧速度，（Kg/m 2s ）H C 为液体燃烧热；（J/Kg ）(也可查表) Cp 为定亚比热；(J/Kg.K) (可查表) T b 为物质沸点；（K ）(可查表) T 0为环境温度；（K ）(可查表) H 为物质气化热；（J/Kg ）(可查表)2、可燃液体沸点低于周围环境温度时。
单位面积燃烧速度Mf 值计算公式为：HHc dt dm Mf 001.0== 式中:各符号表示内容同上。
三、计算燃烧时间（即池火持续时间）SMfWt =式中: t 为池火持续时间 ， （s ）W 为液池液体的总质量，（Kg ）S 为液体的面积，m 2Mf 为液体单位面积燃烧速度，（Kg/m 2s ）四、计算燃烧火焰高度1、计算公式根据托马斯池火火焰高度经验公式，计算池火的火焰高度h ：h = 84r{Mf/[ρo （2gr ）0.5] }0.6式中: h 为池火火焰高度m;r 为液池半径或等效半径,（单位m ）p 0为周围空气密度。
（取1.29 Kg/m 3）g 为重力加速度，（9.8m/S 2）Mf 即dm/dt 为液体单位面积燃烧速度，（Kg/m 2s ）或使用池火焰高度的经验公式转换如下：61.00)]/([42gD m DLh f ρ⨯==式中：L 为火焰高度（m ），D 为液池直径（m ）， m f 为燃烧速率（kg/m 2s ），ρ0为空气密度（kg/m 3），g 为引力常数。
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：HT T c Hcdt dm O b p +-=)(001.0/式中：dm/dt ——单位表面积燃烧速度，)/(2s m kg ⋅；c H ——液体燃烧热；航煤为43070000kg 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：6.0210])2(/[84gr dtdm 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[2.29846.021=⨯⨯⨯= 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+⋅⋅+=dtdm 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：24XQt I cπ=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 。
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
池火灾计算
扩建项目储罐区储存有汽油，汽油主要危险在于泄漏后遇到点火源发生池火危险，因此，本报告对汽油罐组进行池火模拟。
(1)液池直径汽油储罐所在罐组的防火堤围成的面积面积约为s=126.5m x 67.5m=8538.8m i2,D=(4 X 8538.8/3.14严=104.3(m)(2)燃烧速度汽油的沸点一般高于发生池火时周围环境的温度，液体表面生单位面积的燃烧速度v为：0.001 Hev = ---------------C p(T b -T O) H式中，V ――单位表面积燃烧速度，kg/(m2 s)；8H e ――液体燃烧热；汽油为 4.7X 10 J/kg ；C p――液体的比定压热容；汽油为2220J/(kg K)；T b——液体的沸点；取汽油的最小沸点为313K ;T o --------- 环境温度；汽油储罐采用保冷措施后，取25C即298K ；H ――液体的汽化热；汽油为335k J/kg。
通过查询可知汽油的燃烧速度为0.026 kg /(m2 s)(3)火焰高度火焰高度计算公式为：h =84r[ -]0'6G(2gr)2火焰高度；m ; 液池半径；m ；3周围空气密度，p °=1.293kg/m ;(标准状态)； -重力加速度，9.8m/s 2 ；式中，hrgh =84 52.15[ ----------- . ---------- ] —52.42 m1.293(2 9.8 52.15)2因此，汽油储罐发生池火事故时火焰高度为52.42m(4)热辐射通量当液池燃烧时放出的总热辐射通量为：2(二r 2二rh )v H c式中，Q ——总热辐射通量；W ；——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。
2 8(3.14 x52.15 +2X3.14 x 52.15 汉52.42 )汉0.026 x 0.24 汉 4.7 x 10 10Q 06 6.77 10 W72 汉0.026 . +1(5)计算目标入射热辐射强度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：4 二x2式中，I——入射通量；W/m2;Q——总热辐射通量；W ；t c ――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。
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 &。
液体火灾（池火）事故后果评价
液体火灾事故后果（池火）分析（孙自涛整理）一、池火半径r 的计算池火半径(多用于罐区)r=(S/π)1/2 （单位m ）池火半径(多用在船舱或其他不规则形态)r=(3s/π) 1/2/2 式中：S 为防火堤内面积或其他不规则形面积。
π取3.14（以下略）二、池火燃烧速度（Mf ）计算1、可燃液体沸点高于周围环境温度时。
单位面积燃烧速度Mf 值计算公式为：（有些物质可查表）H T Tb Cp Hcdt dm Mf +-==)0(001.0式中: MF 为单位面积燃烧速度，（Kg/m 2s ）H C 为液体燃烧热；（J/Kg ）(也可查表) Cp 为定亚比热；(J/Kg.K) (可查表) T b 为物质沸点；（K ）(可查表) T 0为环境温度；（K ）(可查表) H 为物质气化热；（J/Kg ）(可查表)2、可燃液体沸点低于周围环境温度时。
单位面积燃烧速度Mf 值计算公式为：HHc dt dm Mf 001.0== 式中:各符号表示内容同上。
三、计算燃烧时间（即池火持续时间）SMf Wt =式中: t 为池火持续时间 ， （s ）W 为液池液体的总质量，（Kg ）S 为液体的面积，m 2Mf 为液体单位面积燃烧速度，（Kg/m 2s ）四、计算燃烧火焰高度1、计算公式根据托马斯池火火焰高度经验公式，计算池火的火焰高度h ：h = 84r{Mf/[ρo （2gr ）0.5] }0.6式中: h 为池火火焰高度m;r 为液池半径或等效半径,（单位m ）p 0为周围空气密度。
（取1.29 Kg/m 3）g 为重力加速度，（9.8m/S 2）Mf 即dm/dt 为液体单位面积燃烧速度，（Kg/m 2s ）或使用池火焰高度的经验公式转换如下：61.00)]/([42gD m DLh f ρ⨯==式中：L 为火焰高度（m ），D 为液池直径（m ）， m f 为燃烧速率（kg/m 2s ），ρ0为空气密度（kg/m 3），g 为引力常数。
池火模拟评价
池火灾伤害模拟评价采用池火灾伤害数学模型分析法进一步确定影响程度，被评价的易燃液体罐体一旦破裂或操作失误外溢，液体将立即沿着地面扩散，将一直流到防火堤边，形成液池。
遇明火将形成池火。
（1）池火火焰高度计算0.612/840(2)dm dt h r gr ρ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦式中：h ——火焰高度，m ； r ——液池当量园半径r=（防火堤长度×宽度/3.14）0.5= m ；（按罐体占地各边长＋防火墙距离后所占面积，归圆后计算得当量半径）ρo——周围空气密度，ρo=1.293kg/m 3；（标准状态）； g ——重力加速度，9.8m/s 2；dm/dt ——燃烧速度，dm/dt= kg/m 2·s经计算，池火燃烧火焰高度h= m 。
（2）池火燃烧时放出的总热辐射通量0.62(2)/721c dm dm Q r rh H dtdt ππη⎡⎤⎛⎫=++⎢⎥ ⎪⎝⎭⎢⎥⎣⎦式中：Q——总热辐射通量，W；η——效率因子，可取0.13～0.35；h e——液体燃烧热，查物质系数和特性表，计算后得Q= kW。
（3）目标入射热辐射强度距离池中心某一距离（x）处的人射热辐射强度为：I=Qt c/4πx2式中：I——热辐射强度，W/ m2; Q——总热辐射通量，W；t c——热传导系数，取值为1； x——目标点到液池中心距离，m。
图1 不同距离下热辐射强度模拟曲线火灾损失：火灾通过热辐射方式影响周围环境。
当火灾产生的热辐射强度足够大时，可使周围的物体燃烧或变形，强烈的热辐射可能烧毁设备甚至造成人员伤亡等。
火灾损失估算建立在热辐射强度与损失等级的相应关系上，池火灾伤害数学模型分析法介绍了不同热辐射强度造成伤害和损失的关系，其关系见表2。
表2 热辐射的不同入射通量所造成的危害根据前面计算所得I值，对照表2，可得出如下结论：由厂区平面图可知，如果储罐在最大储量下发生事故，处在西面和各西南角约10m处的XX、和XX区影响最大；30.3m内少量临时作业人员在1min内不及时撤离，将可能造成伤亡；东35m处为甲类BOI车间和北26m处有毒物仓库影响最小。
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。
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扩建项目储罐区储存有汽油，汽油主要危险在于泄漏后遇到点火源发生池火危险，因此，本报告对汽油罐组进行池火模拟。
（1）液池直径
汽油储罐所在罐组的防火堤围成的面积面积约为s=126.5m ×67.5m=8538.8m 2，
D=(4×8538.8/3.14)1/2 =104.3(m) （2）燃烧速度
汽油的沸点一般高于发生池火时周围环境的温度，液体表面生单位面积的燃烧速度v 为：
H
T T c Hc
v O b p +-=
)(001.0
式中，v ——单位表面积燃烧速度，)/(2s m kg ⋅； c H ——液体燃烧热；汽油为4.7×108
kg J /； p c ——液体的比定压热容；汽油为2220)/(K kg J ⋅； b T ——液体的沸点；取汽油的最小沸点为313K ； o T ——环境温度；汽油储罐采用保冷措施后，取25℃即298
K ；
H ——液体的汽化热；汽油为335k kg J /。
通过查询可知汽油的燃烧速度为)/(026.02s m kg ⋅ （3）火焰高度 火焰高度计算公式为：
6.02
1
0])
2([
84gr v
r h ρ=
式中，h ——火焰高度；m ； r ——液池半径；m ；
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 ；
v ——燃烧速度，)/(2s m kg ⋅。
m h 52.42])52.158.92(293.10.026[15.25846
.02
1
=⨯⨯⨯= 因此，汽油储罐发生池火事故时火焰高度为m 52.42。
（4）热辐射通量
当液池燃烧时放出的总热辐射通量为：
1
72)2(6.02++=v H v rh r Q c
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。
W Q 10
6
.082106.771
026.07210.7424.0026.0)52.4252.1514.3215.2514.3(⨯=+⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯+⨯=
（5）计算目标入射热辐射强度
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 18.7010
5.3714.34110
6.7743
10=⨯⨯⨯⨯⨯==π 当2
/25m kW I =
时，85.96X m ===
当2
/5.12m kW I =时，121.56X m ===
当2
/0.4m kW I =时，214.89X m ===
当2
/6.1m kW I =时，339.77X m === 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附表4-7。
（6）火灾计算结果统计
根据上述计算结果可知，扩建项目汽油储罐在发生池火灾的情况下，距苯储罐70.18m 范围内的人员死亡率为1%，且该范围内所有设备将被破坏；在距汽油储罐70.18m ～85.96m 范围内的人员将被严重烧伤；在距苯储罐85.96m ～121.56m 范围内的人员将被1度烧伤。