燃气事故后果模拟分析

安全技术与环境工程系福建交通职业技术学院事故后果模拟分析校园地址：福建省福州市仓山区首山路80号邮政编码：350007主讲人：联系电话：[phone]Email：[e-mail]安全技术与环境工程系福建交通职业技术学院•火灾、爆炸、中毒是燃气企业主要的重大事故，经常造成严重的人员伤亡和巨大的财产损失，影响社会安定。•事故后果分析是一种对危险源预测和控制的有效方法，它通过估计重大事故发生后会有哪些不良的影响，以及这些不良影响所造成的伤亡、损害的严重性，来为人们提出防范措施提供依据。•对危险源进行事故后果模拟分析，确定其影响范围，采取有效的防范控制措施具有重大意义。在分析过程中运用了数学模型。通常一个复杂的问题或现象用数学模型来描述，往往是在一个系列的假设前提下按理想的情况建立的，有些模型经过小型试验的验证，有的则可能与实际情况有较大出入，但对辨识危险性来说是可参考的。这里重点介绍有关火灾、爆炸和中毒事故(热辐射、爆炸波、中毒)后果分析。安全技术与环境工程系福建交通职业技术学院第3页第一部分泄漏由于设备损坏或操作失误引起泄漏，大量易燃、易爆、有毒有害物质的释放，将会导致火灾、爆炸、中毒等重大事故发生。因此，事故后果分析由泄漏分析开始。安全技术与环境工程系福建交通职业技术学院1、泄漏的主要设备•根据各种设备泄漏情况分析，可将工厂(特别是化工厂)中易发生泄漏的设备归纳为以下10类：•①管道，它包括管道、法兰和接头；•②挠性连接器，它包括软管、波纹管和铰接器；•③过滤器•④阀门•⑤压力容器或反应器•⑥泵•⑦压缩机•⑧储罐•⑨加压或冷冻气体容器，它包括露天或埋地放置的储存器、压力容器或运输槽车等•⑩火炬燃烧装置或放散管等。安全技术与环境工程系福建交通职业技术学院2、造成泄漏的原因•从人－机系统来考虑造成各种泄漏事故的原因主要有4类。•(1)设计失误；•(2)设备原因；•(3)管理原因；•(4)认为失误。安全技术与环境工程系福建交通职业技术学院（1）设计失误•①基础设计错误，如地基下沉，造成容器底部产生裂缝，或设备变形、错位等；•②选材不当，如强度不够，耐腐蚀性差、规格不符等；•③布置不合理，如压缩机和输出管没有弹性连接，因振动而使管道破裂；•④选用机械不合适，如转速过高、耐温、耐压性能差等；•⑤选用计测仪器不合适；•⑥储罐、贮槽未加液位计，反应器(炉)未加溢流管或放散管等。安全技术与环境工程系福建交通职业技术学院（2）设备原因•①加工不符合要求，或未经检验擅自采用代用材料；•②加工质量差，特别是不具有操作证的焊工焊接质量差；•③施工和安装精度不高，如泵和电机不同轴、机械设备不平衡、管道连接不严密等；•④选用的标准定型产品质量不合格；•⑤对安装的设备没有按机械设备安装工程及验收规范)进行验收；•⑥设备长期使用后未按规定检修期进行检修，或检修质量差造成泄漏；•⑦计测仪表未定期校验，造成计量不准；•⑧阀门损坏或开关泄漏，又未及时更换；•⑨设备附件质量差，或长期使用后材料变质、腐蚀或破裂等。安全技术与环境工程系福建交通职业技术学院（3）管理原因•①没有制定完善的安全操作规程；•②对安全漠不关心，已发现的问题不及时解决；•③没有严格执行监督检查制度；•④指挥错误，甚至违章指挥；•⑤让未经培训的工人上岗，知识不足，不能判断错误；•⑥检修制度不严，没有及时检修已出现故障的设备，使设备带病运转。安全技术与环境工程系福建交通职业技术学院（4）人为失误•①误操作，违反操作规程；•②判断错误，如记错阀门位置而开错阀门；•③擅自脱岗；•④思想不集中；•⑤发现异常现象不知如何处理；安全技术与环境工程系福建交通职业技术学院3、泄漏后果•泄漏一旦出现，其后果不单与物质的数量、易燃性、毒性有关，而且与泄漏物质的相态、压力、温度等状态有关。泄漏物质的物性不同，其泄漏后果也不同。••（1）可燃气体泄漏；•（2）有毒气体扩散；•（3）液体泄漏。安全技术与环境工程系福建交通职业技术学院（1）可燃气体泄漏•可燃气体泄漏后与空气混合达到燃烧极限时，遇到引火源就会发生燃烧或爆炸。泄漏后起火的时间不同，泄漏后果也不相同。•①立即起火。可燃气体从容器中往外泄出时即被点燃，发生扩散燃烧，产生喷射性火焰或形成火球，它能迅速地危及泄漏现场，但很少会影响到厂区的外部。•②滞后起火。可燃气体泄出后与空气混合形成可燃蒸气云团，并随风飘移，遇火源发生爆炸或爆轰，能引起较大范围的破坏。•••有毒气体泄漏后形成云团在空气中扩散，有毒气体的浓密云团将笼罩很大的空间，影响范围大。•（2）有毒气体泄漏安全技术与环境工程系福建交通职业技术学院（3）液体泄漏•一般情况下，泄漏的液体在空气中蒸发而生成气体，泄漏后果与液体的性质和贮存条件(温度、压力)有关。•①常温常压下液体泄漏。这种液体泄漏后聚集在防液堤内或地势低洼处形成液池，液体由于池表面风的对流而缓慢蒸发，若遇引火源就会发生池火灾。•②加压液化气体泄漏。一些液体泄漏时将瞬时蒸发，剩下的液体将形成一个液池，吸收周围的热量继续蒸发。液体瞬时蒸发的比例决定于物质的性质及环境温度。有些泄漏物可能在泄漏过程中全部蒸发。（液池+蒸汽云团）•③低温液体泄漏。这种液体泄漏时将形成液池，吸收周围热量蒸发，蒸发量低于加压液化气体的泄漏量，高于常温常压下液体的泄漏量。（沸腾液体扩展蒸汽云）安全技术与环境工程系福建交通职业技术学院第13页第二部分事故模型安全技术与环境工程系福建交通职业技术学院火灾模型•池火：池火灾是一种从容器或其他设备泄漏出去的易（可）燃物，在地面上或水面上形成油池，油池遇火源或高温而被引燃的火灾。•喷射火：加压的易燃性液体或气体从破裂的开口（如法兰）或管路喷射出，在泄露口被引燃的火灾，即喷射火灾。•闪火：泄漏的可燃液体、液体蒸发的蒸汽在空气中扩散，延迟遇到火源发生突然燃烧的现象。•火球：低温可燃液化气由于过热，容器内压力增大，使容器爆炸，内容物释放并被点燃，发生剧烈的燃烧，产生强大的火球，形成强烈的热辐射。安全技术与环境工程系福建交通职业技术学院爆炸模型•蒸气云爆（VCE）：泄漏出来的介质与空气所形成的混合气体中可燃物质的浓度在爆炸极限范围内，并遇到延迟点火的情况下所导致蒸汽云爆炸。（与闪火同为延迟点火类型）•沸腾液体扩散蒸气云爆炸（BLEVE）：当储罐在外部火焰的烘烤下突然破裂，使储罐内物质的压力平衡被破坏，造成介质急剧汽化，并随即被火焰点燃时发生沸腾液体扩展蒸汽爆炸。安全技术与环境工程系福建交通职业技术学院火灾损失•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，可使周围物体燃烧或变形，强烈的热辐射可能燃毁设备和造成人员伤亡等。•火灾损失估算建立在辐射通量与损失等级的相应关系基础上，表3为不同入射热辐射通量造成伤害或损失对应情况。•表3热辐射的不同入射通量所造成的损失入射通量（KW/m2）对设备的损害对人的损害37.5操作设备全部损坏1%死亡/10秒100%死亡/1分钟25.0在无火焰，长时间辐射下木材燃烧的最小能量重大损伤/10秒100%死亡/1分钟12.5有火焰时，木材燃烧，塑料熔化的最低能量1度烧伤/10秒1%死亡/1分钟4.020秒以上感觉疼痛1.6长期辐射，无不舒服感安全技术与环境工程系福建交通职业技术学院爆炸冲击波及其伤害、破坏作用•超压准则认为：只要冲击波超压达到一定值，便会对目标造成一定的伤害和破坏。•冲击波超压对人体的伤害：安全技术与环境工程系福建交通职业技术学院冲击波超压对建筑物的破坏作用安全技术与环境工程系福建交通职业技术学院以液化石油气储罐为例•长期以来液化石油气都是我国城镇燃气的主要气源之一，液化石油气是由多种烃类气体组成的混合物，主要成分是含有3个碳原子和4个碳原子的碳氢化合物，根据《石油化工企业设计防火规范》的规定，属于甲A类易燃易爆物质。液化石油气在常温常压下呈气态，但在加压和冷却时很容易变为液态，其体积仅为原来的1/200~1/300，一但泄漏将迅速降压气化，气态的液化石油气比空气重，比重约为空气的1.5~2.5倍，泄漏出来的液化石油气会在低洼处聚集，与空气形成爆炸性混合物。液化石油气爆炸极限范围为1.5%~9.5%，爆炸极限范围广，爆炸下限低，极易形成爆炸条件。所需爆炸能量小，最小点火能量约为0.31~0.38毫焦耳，极微小的火种，都足以引起液化石油气的燃烧或爆炸。液化石油气的储运设备为压力容器，有很大的火灾爆炸危险性，如果在工业生产或存储中因为管理不当或设备故障可能造成火灾爆炸事故，将对人民群众生命财产和社会公共安全安全构成极大的威胁，其安全可靠运行与否，已成为众所关注的问题，是燃气企业安全生产的重点控制对象，也是燃气行业监管部门的主要监控对象。安全技术与环境工程系福建交通职业技术学院•喷射火灾•沸腾液体扩展蒸汽爆炸（BLEVE）•未封闭蒸汽云爆炸（VCE）安全技术与环境工程系福建交通职业技术学院喷射火灾模型•从破裂的开口（如法兰）或管路喷射出易燃性液体或气体而被引燃的火灾，即喷射火灾。其燃烧时间取决于燃料的多少及燃料的泄漏率。这里所用的喷射火辐射热计算方法是一种包括气流在内的喷射扩散模型的扩展。把整个喷射火看成是由沿喷射中心线上的全部点热源组成，每个点热源的热辐射通量相等。•点热源模型的热辐射通量计算公式：•q=ηQ0Hc（1）•式中q—点热源热辐射通量，W；•η—效率因子，可取0.35；•Q0—泄漏速度，kg/s；•Hc—燃烧热，J/kg。安全技术与环境工程系福建交通职业技术学院•从理论上讲，喷射火的火焰长度等于从泄漏口到可燃混合气燃烧下限（LFL）的射流轴线长度。点热源数的划分可以是随意的，对危险评价分析一般取n=5。•射流轴线上某点热源i到距离该点x处一点的热辐射强度为：•（2）•式中：Ii—点热源I到目标点x处的入辐射强度，W/m2；•q—点热源的辐射通量，W；•R—辐射率，可取0.2；•x—点热源到目标点的距离，m。•某一目标点处的入射辐射强度等于喷射火的全部点热源对目标的热辐射强度的总和计算时一般选取的点热源数为五个。24xRqIi安全技术与环境工程系福建交通职业技术学院•为了简化计算,可以假设所有的辐射是由一个点源释放的,点源位于地面上,这样得出的结果偏保守。水平方向距离为x的地方接受到的总热辐射量为:•(3)••液体泄漏速度可用下式计算：•(4)•式中：—液体泄漏速度,kg/s；•—泄漏系数,无单位，其取值见表1；•A—泄漏口面积,m2；•—液体密度,kg/m3；•—液体储存压力,Pa；•—外界环境压力,Pa；•—重力加速度；9.8m/s2•h—泄漏口上方液体的高度；m。204xRHQIC2100)2)(2(ghPPACQd0QdCP0Pg雷诺数（Re）泄漏口形状圆形（多边型）三角形长方形＞1000.650.600.55≤1000.50.450.4表1液体泄漏系数的取值安全技术与环境工程系福建交通职业技术学院沸腾液体扩展蒸汽爆炸模型（BLEVE）•沸腾液体扩展蒸汽爆炸事故是当储罐在外部火焰的烘烤下突然破裂，使储罐内物质的压力平衡被破坏，造成介质急剧汽化，并随即被火焰点燃时发生剧烈的燃烧，产生巨大的火球，形成强烈的热辐射，造成人员伤亡和财产损失，此种现象称为沸腾液体扩展蒸汽爆炸。•沸腾液体扩展蒸汽爆炸是可以产生三种危害后果：冲击波超压、火球热辐射和抛射碎片，有时候也可能伴随延迟发生的蒸汽云爆炸或闪火等事故灾害，其中，爆炸火球的热辐射式最主要的伤害因素。本文采用国际劳工组织建议的BLEVE模型。安全技术与环境工程系福建交通职业技术学院安全技术与环境工程系福建交通职业技术学院安全技术与环境工程系福建交通职业技术学院蒸汽云爆炸模型（VCE）•未封闭蒸汽云爆炸是指泄漏出来的介质与空气所形成的混合气体中可燃物质的浓度在爆炸极限范围内，并遇到延迟点火的情况下所导致蒸汽云爆炸。对蒸汽云爆炸进行定量评价的方法主要有两种：TNT当量法和TNO模型法，本文采用TNT当量法计算蒸汽云爆炸产生的危害程度。•（1）TNT当量计算•（5）TNTffTNTQQWW