工业企业防火5火灾事故后果定量分析习题课

人群安全逃脱最小建议距离为7.5D
三、火球
(一) （二）
概念 最大火球直径
(三) （四）
火球持续时间 火球热辐射
（三）火球持续时间
美国化学工
程师协会化
工过程安全
火球持续时间td应用下式进行计算： 中心
0.45m1 3 m 30000 kg
td
2.6m1 6 m 30000 kg
式中：td —— 火球持续时间，s。
人员死亡
30min 玻璃破裂
1.6
长时间人员无不适 感觉
热强度是指热通量与热通量作
2.热强度准则
用时间的乘积
热强度准则以目标接受的热强度作为衡量目标
是否被破坏的参数。当目标接受的热强度等于或大 于目标被破坏的临界热强度时，目标被伤害破坏。
适用范围
作用于目标 的热辐射 时间非常短
BLEVE
目标
q"
R
Q td
4 L2
cos
表3-3 瞬态和火设灾备热破辐坏射的作临用界下热L人强员度伤R害T2 ZP H T 2
热辐射强度 伤害破坏 （kJ/m2）
伤害破坏
热辐射强 度
（kJ/m2）
点燃木材 人员死亡 人员重伤 人员轻伤
1030 592 392 172
人员三度烧伤
375
人员二度烧伤
250
人员一度烧伤
a gD
0.67
u 0.21
u*—无量纲风速，可以应用下式计算：
u
uw
gm D /
v
1
3
uw－1.6m高处测量得到的风速，m·s-1； ρv －可燃液体蒸气密度，kg·m-3。
二、池火
(一)
池火火焰高度
（二）
池火火焰倾斜角
(三)
液态烃池火的热辐射危险
（二）池火火焰倾斜角
AGA （ American Gas Association ， 美 国 煤 气 协会 ） 建议应用下式计算有风时池 火火焰倾斜角θ：
H D
42
m
a gD
0.61
H—池火火焰高度，m；
.
m '—' 单位液池面积质量燃烧速率，kg·m-2·s-1；
ρa—环境空气密度，kg·m-3； g—重力加速度，9.8kg·s-2；
D—等效液池直径，m。
2.Thomas经验公式：
(2)有风时湍流扩散火焰的平均可见火焰高度：
H D
55
m
有风条件下地面目标水平与垂直视角系数
其中a, b, A, B与C为中间变量
a H L
b R L
三、火球
习题3：计算200吨丁二烯储罐沸腾液体
扩展蒸气爆炸所形成火球的直径和持续时 间，并分别计算分析100 m、200 m和300 m距离处的热辐射通量。
三、火球
(一)
概念
（二）
最大火球直径
(三) （四）
R 0.27p0.32
式中：P－容器内可燃物质的储存压力，MPa；
(3) 热释放速率
q Q td
式中：Q —火球总热量，kJ；
D
L
HT
ZP
RT
θ 目标
(4)目标至火球中心距离
L RT2 ZP HT 2
RT —目标至火球中心水平距离，m；
D/2
ZP —火球中心高度，m；
HT —目标高度，m。
火球持续时间 火球热辐射
D
（二）最大火球直径
D 5.8m1 3
t 式中：D —最大火球直径，m；
m —火球消耗的可燃物质量，kg。
m=50%罐容量
m=70%罐容量
…
m=90%罐容量
（二）最大火球直径
D 5.8m1 3
式中：D —最大火球直径，m； m —火球消耗的可燃物质量，kg。
消防人员及紧急救灾人员最小安全建议 距离为2D
1. 最大火球直径D和火球持续时间td
D
5.8m1 3
1
5.8 (0.9 120000) 3
276.2m
因为可燃物的质量大于30000kg
td 2.6m1 6 2.6(0.9120000)1 6 18.01 s
2. 应用点源火球模型计算火球热辐射强度
q''
R
Q td
4 L2
cos
R 0.27P0.32
5D/6
1.点源模型
q
R
q
4L2
cos
R 0.27p0.32
q Q td
D HT
L RT2 ZP HT 2
L
θ
RT
目标
2.球形模型
. (1)火球热辐射通量 q ''
－大气透射系数
q EF
E－火球表面热辐射通量
F－视角系数
3.大气透射系数
大气透射系数由下式计算：
保守估计可 取1
1.皮肤裸露时的死亡概率单位：
.
Pr 36.38 2.56ln(t q''4/3)
2.有衣服保护时（20％皮肤裸露）的死亡概率单位：
.
Pr 37.23 2.56ln(t q''4/3)
3.有衣服保护时（20％皮肤裸露）的二度烧伤概 率单位：
.
Pr 43.14 3.0188ln(t q''4/3)
4.有衣服保护时（20％皮肤裸露）的一度烧伤概率单位：
.
Pr 39.83 3.0188ln(t q''4/3)
1.6kW·m-2
热辐射伤害方程不适合于当热辐 射通量小于1.6kW·m-2
表 3-4伤亡百分率与伤害概率单位换算表
伤亡百分率P/％ 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
.
q''
人员伤害
设备破坏
37.5
1min100％人员死亡； 10s1％人员死亡
设备严重损坏
25.0
1min100％人员死亡； 无火焰长时间热辐射点燃木材
10s1％人员重伤
的最小能量，设备钢结构变形
12.5
1min1％人员死亡； 有火焰时点燃木材的最小能量， 10s人员一度烧伤 塑料熔化的最小能量
20s 以 上 人 员 感 觉 疼 4.0 痛 ， 可 能 烧 伤 ， 无
Q Q td
L
q'' 0.27P0.32
mHc RT
3
4 R2 r 2 2
T
RT2 ZP HT 2
0.27
0.40.32
0.9120000 46.51000
4 (R2 138.12 ) T
(R2
RT 138.12
)
1 2
T
Excel
表1 液化石油气储罐区BLEVE事故后形成火球的 伤害破坏范围计算结果
（1）池火火焰表面平均热辐射通量：
.
E
0.25 D2 0.25 D2
m'' Hc
DL
－燃烧效率因子，通常取0.13-0.35；
H－c 可燃液体燃烧热。 考虑黑烟、一氧化碳和水蒸气等因素对热辐射的影 响，火焰表面热辐射通量E可表示为：
E
E
e0.12D
max
Es
(1 e0.12D )
Emax － 火 焰 可 见 部 分 的 最 大 辐 射 通 量 ， 取 140kW·m-2；Es－火焰黑烟部分的最大热辐射通量， 取20kW·m-2；D－当量液池直径，m。
cos
1
1 u
for u 1 for u 1
池火
(一) （二）
(三)
池火火焰高度 池火火焰倾斜角 液态烃池火的热辐射危险
液态烃池火的热辐射危险
Shokri与Beyler模型：
q" EF12
E－池火火焰热辐射通量， kW·m-2； F12—视角系数
（1）池火火焰热辐射通量：
池火火焰向外界目标辐射的有效热通量E可 借助于有效液池直径D：
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
2.674 2.946 3.119 3.249 3.355 3.445 3.524 3.595 3.659
3.718 3.774 3.825 3.874 3.919 3.964 4.006 4.046 4.085 4.122
4.158 4.194 4.228 4.261 4.294 4.326 4.357 4.387 4.417 4.447
火灾事故后果定量计算习题
一、易燃物料泄放事件树分析
压力容器 释放
立即被点燃
未被点燃
大量涌出
小开口释放
排放系统 收集
闪蒸、积聚 或分散
火球
喷射火
有控制燃烧
延迟点燃
蒸气云火灾 图3-1 易燃物料释放事件树分析
池火
二、池火
(一)
池火火焰高度
（二）
池火火焰倾斜角
(三)
液态烃池火的热辐射危险
习题1 一甲苯储罐泄漏，在防火堤内形成直径为
三、火球
(一) （二）
概念 最大火球直径
(三) （四）
火球持续时间 火球热辐射
1.点源模型
(1)火球热辐射通量:
q
R
q
4L2
cos
D
HT ZP
L RT
－大气透射系数
R－辐射分数
q －热量释放速率
L－目标与火球中心的 距离
－目标法线与目标和
火球连线之间的夹角
θ 目标
1.点源模型
(2)辐射分数
125
人员感觉疼痛
65
3.热通量－热强度准则
q
热通量 目
伤害破坏区
标
破
安
坏
全 区
热强度 qcr
qcr
q
图3-5 热通量-热强度伤害破坏准则示意图
某液化石油气储罐区有5个LPG储罐，其中存储LPG(丙烷、
丁烷)量最多的储罐为120t，储罐每个容量为50m3。防护堤所 围 面 积 为 500m3 ， LPG 的 燃 烧 热 为 46.5MJ/kg ， 存 储 压 力 为 0.4MPa，试确定事故影响范围。
1.热通量 准则
3.热通量－热 强度准则
2.热强度 准则
1.热通量准则
热通量准则以目标接受的热通量作为衡量目标 是否被破坏的参数。当目标接受的热通量等于或大 于目标被破坏的临界热通量时，目标被伤害破坏。
适用范围
作用时间比目 标达到
热平衡所需 的时间长
池火
表3-1稳态火灾作用下人员伤害和设备破坏的 热通量准则
RT/m
q''
RT/m
q''
RT/m
q''
250 864.21
550
242.90
850
107.2
300 670.72
600
207.04
900
96.02
350 529.17
650
178.40
950
86.48
400 425.12
700
155.21 1000
78.29
450
347.48
750
136.19 1050
（2）视角系数 目标物所能接受的发热体辐射通量的分 数，大小取决于热量发射体和目标物的 形状、距离和相对角度。
F12,max F12,H 2 F12,V 2
F12,H－目标水平方向的视角系数； F12,V－目标垂直方向的视角系数。
无风条件下地面目标视角系数F12
S 2R D
R—火焰中心与目标之间的水平距离； H—火焰的高度 D—火焰的直径
E 58(100.00823D )
（2）视角系数
S 2R D
R—火焰中心与目标之间的水平距离； H—火焰的高度 D—火焰的直径
（三）液态烃池火的热辐射危险
3.Mudan计算法：
Mudan提出估算池火热辐射通量q 的计算公式：
.
q'' EF12
q —池火火焰对于距离池火中心L处的目标的热辐 射通量，kW·m-2； E—池火火焰表面平均热辐射通量，kW·m-2； F12—视角系数； τ—大气透射系数。
1w c
w －水蒸气吸收系数；
c －二氧化碳吸收系数；
w －水蒸气发射率；
Ta－环境温度，K； Ts－辐射源表面温度，K；
c －二氧化碳发射率。
w w(Ta / Ts )0.45
c c (Ta / Ts )0.65
四、热辐射危险性
（一）热辐射破坏准则与伤害模型 （二）热辐射伤害概率模型
（一）热辐射破坏准则与伤害模型
12 m的液池，请计算无风条件下距离池火中心30 m处地面目标接受的火焰热辐射通量。已知甲苯 的燃烧热为40500 kJ/kg，单位面积燃烧速度为 0.1126 kg/m2·s，20 ℃时空气密度为1.2 kg/m3。
二、池火
(一)
池火火焰高度
（二）
池火火焰倾斜角
(三)
液态烃池火的热辐射危险
1.Heskestad方程
172
人员一度 烧伤
125
RT/m 432 663
785
人员感觉 疼痛
65
1100
图1 火球伤害破坏区示意图
习题5：某罐区有2个丁二烯储罐，储量均
为 50 t，若该罐区内储罐破裂导致丁二烯 大量泄漏，并立即遇到点火源被点燃，已 知丁二烯的燃烧热为50409 kJ/kg，试估算 该种事故造成50%人员伤亡的范围。
71.19
500 288.51
800
120.42 1100
65.02
表2 液化石油气储罐区沸腾液体扩展蒸气爆炸事故 伤害破坏范围计算结果
伤害破坏 q'' /kJ·m-2
人员死亡 592 人员重伤 392
人员轻伤 250
RT/m 328 421
542
伤害破坏
人员三度 烧伤
q''/kJ·m-2
375
人员二度 烧伤
五、热辐射危险性
（一）热辐射破坏准则与伤害模型 （二）热辐射伤害概率模型
（二）热辐射伤害概率模型
热辐射伤害概率模型是热通量－热辐射作用时间 准则的一个具体应用，该模型认为热辐射对人员的 伤害程度取决于热辐射通量的大小和热辐射的作用 时间。
1984年，C.M.Pietersen在K.Buettner经验 公式的基础上，提出了热辐射伤害方程。
Heskestad对大量包括池火和浮力射流在内的
实验数据进行了关联，得到了火焰高度的计算公
式：
• 2/5
H 0.235 q 1.02
D
D
H－火焰高度，m；
•
q
－火焰热量释放速率，kW；
D－当量液池直径，m。
非圆形液池
D (4S / )1/2
2.Thomas经验公式：
(1)无风时湍流扩散火焰的平均可见火焰高度：
防护堤所围面积为500m5858091200002762262609120000180109120000465100002704液化石油气储罐区bleve事故后形成火球的伤害破坏范围计算结果650211001204280028851500711910501361975034748450782910001552170042512400864895017840650529173509602900207046006707230010728502429055086421250液化石油气储罐区沸腾液体扩展蒸气爆炸事故伤害破坏范围计算结果785125人员一度烧伤542250人员轻伤663172人员二度烧伤421392人员重伤432375人员三度烧伤328592人员死亡kjm2伤害破坏kjm2伤害破坏110065人员感觉疼痛火球伤害破坏区示意图一热辐射破坏准则与伤害模型二热辐射伤害概率模型二热辐射伤害概率模型热辐射伤害概率模型是热通量热辐射作用时间准则的一个具体应用该模型认为热辐射对人员的伤害程度取决于热辐射通量的大小和热辐射的作用时间