3.5 重大工业事故后果分析

液池 点燃?
评价火灾损失 池火 评价火灾损失 评价污染 接气体事件树 接气体事件树
可 燃 液 体 释 放
估计泄漏 时间和速率
喷射火 评价火灾损失 计算扩展 与蒸发 池火 评价火灾损失 评价污染 接气体事件树 接气体事件树
瞬时 泄漏?
形成 液池? 计算扩展 与蒸发 评价污染 接气体事件树
绝热膨胀
有 毒 液 体 释 放
响，应该采用不同的扩散模式 毒性气体的泄漏扩散分析较简单，因为不需要考虑起火。 主要的问题是根据蒸汽云密度选择适当的扩散模式
气 体 和 两 相 泄 漏 事 故 框 图
液体泄漏着火一般影响的面积较小，但挥发性液 体的蒸汽应按照气体事故进一步分析 常压液体泄漏后在地面形成液池，池内液体由于表 面风的作用而缓慢蒸发。如果点燃则形成池火，火焰的 热辐射会危及现场人员和设备。加压液化气体泄漏时将 发生闪蒸，剩下的液体形成液池。闪蒸的气体应按气体 事故进一步分析
重大事故后果分析关心的是易燃、易爆或有毒的 气体和液体，这些物质的泄漏不仅有害而且难以控制。
一种泄漏可能带来不同的后果，进行后果分析就需要
对每一种可能后果进行计算。采用系统分析的方法可 以避免对可能的后果造成遗漏 例如：易燃气体泄漏着火时才有危险性，如果泄 漏时立即被点燃，则不形成大的蒸汽云团。根据泄漏
液 体 泄 漏 事 故 框 图
泄漏设备及损坏尺寸
泄漏往往是事故的开始 物质泄漏可能引起火灾 或爆炸，也可能产生 毒气伤害。 泄漏原因： • 设备损坏、失灵； • 错误操作； • 安全阀的正常或不正 常动作。
十类典型设备： • 管道 • 挠性连接 • 过滤器 • 阀 • 压力容器/反应器 • 泵 • 压缩机 • 贮罐（常压条件） • 贮槽（加压或冷冻） • 放空燃烧管/排气管
泄漏设备及损坏尺寸——管道
包括： 管道，法兰，焊接，弯 管 典型损坏 1）法兰泄漏 2）管道泄漏 3）焊缝失效
裂口尺寸 20%管径 100%或20%管径 100%或20%管径
挠性连接器
挠性连接器
包括： 软管，波纹管，铰接器 典型损坏 1)破裂泄漏 2)接头泄漏 3)连接装置损坏
裂口尺寸 100%或20%管径 20%管径 100%管径
性质可形成喷射火或火球，它能迅速危及事故现场，
但很少能影响到厂区以外。如果泄漏后延迟点燃，则 气体形成云团飘向下风向，点燃后可能造成闪火或爆 炸，能引起大面积损害
瞬时 泄漏?
立即 引燃?
密度大 于空气?
延迟 引燃?
火球
是
重气扩散
是
否
是
可 燃 气 体 释 放
闪火或爆炸
否 是 否 是 否
否
是
绝热膨胀
闪火或爆炸
中性扩散
否
喷射火
重气扩散
是 否 是 否 是
闪火或爆炸
估计释放时间 计算释放速率
喷射扩散
闪火或爆炸
中性扩散
否
瞬时泄漏?
密度大于空气?
是 绝热膨胀
重气扩散 中性扩散
否 是
有 毒 气 体 释 放
是
否 喷射扩散 否
重气扩散 中性扩散
计算释放 速率和时间
瞬时 泄漏?
绝热膨胀
立即 引燃?
火球
形成 液池?
计算扩展 与蒸发
过程或储槽 中的相态
气体
液体或两相
液体或两相
气体来自百度文库
释放情形
BLEVE 可燃气体 事件树 BLEVE 模型
其他情况 可燃液体 事件树 有毒液体 事件树 毒性气体 事件树
事件树 或模型
后果分析模式选择
BLEVE:沸腾液体膨胀性蒸汽爆炸（Boiling Liquid
Expanding Vapor Explosions）缩写为BLEVE 池火（POOL FIRE）：可燃性液体泄露后，流到地面 形成液池，或流到水面并覆盖水面，遇到引火源燃烧 而形成池火。 喷射火（JET FIRE) :气体从裂口喷出后立即燃烧，如 同火焰喷射器。 火球（FIRE BALL）：压力容器内液化气体过热使容 器爆炸，内容物泄露并被点燃，产生强大的火球。
后果分析
定量描述一个可能发生的事故将造成的人员伤亡、 财产损失和环境污染情况。 意义:
• 安全评价的组成部分； • 采取安全措施的依据； • 设置报警系统、压力释放系统、防火系统等； • 编制应急响应预案的依据。
一、后果分析一般程序 1．后果分析程序 重大事故后果分析主要包括以下步骤 (1)划分独立功能单元 (2)计算单元中有害物质存量 根据工艺流程和设备参数计算单元中有害物质的存 量，并记录物质的种类、相态、温度、压力、体积或质量 (3)找出设备的典型故障
泄漏的原因
（2）设备原因 加工不符合要求，或未经检验擅自采用代用材料； 加工质量差，特别是焊接质量差； 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； 选用的标准定型产品质量不合格； 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； 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； 计测仪表未定期校验，造成计量不准； 阀门损坏或开关泄漏，又未及时更换； 设备附件质量差，或长期使用后材料变质、腐蚀或破裂 等。
通用分类法 这种分类方法既按原理、作用又按结构划分， 是目前国际、国内最常用的分类方法。一般 分： 闸阀、截止阀、节流阀、仪表阀、柱塞阀、 隔膜阀、旋塞阀、球阀、蝶阀、止回阀、减 压阀安全阀、疏水阀、调节阀、底阀、过滤 器、排污阀等。
压力容器 及反应器
包括： 分离器，气体洗涤器，混合器，反应器，热交换器， 火加热器，塔，管道清洗发射/接受器，再沸器 典型损坏 裂口尺寸 1)容器破裂 全部破裂 2)容器泄漏 100%最大管径 3)人孔盖泄漏 20%开口直径 4)喷嘴损坏 100%管径 5)仪表管道破裂 100%或20%管径 6)内部爆炸 全部破裂
泄漏的原因
（3）管理原因 没有制定完善的安全操作规程； 对安全漠不关心，已发现的问题不及时解决； 没有严格执行监督检查制度； 指挥错误，甚至违章指挥； 让未经培训的工人上岗，知识不足，不能判断错误； 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。
泄漏的原因
放空燃烧管和排气管
包括： 所有放空燃烧管或排气 管 （歧管、洗气放空装置、 分离鼓应作为设备的一 部分考虑） 裂口尺寸 典型损坏 100%或20%管径 1)歧管或分离鼓泄漏
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 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； 选材不当，如强度不够，耐腐蚀性差、规格不符等； 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； 选用机械不合适，如转速过高、耐温、耐压性能差等； 选用计测仪器不合适； 储罐、贮槽未加液位计，反应器(炉)未加溢流管或放 散管等。
工艺流程、设备类型、设备的可能故障与泄漏位 置、泄漏口形状尺寸等
(3)现场情况与气象情况 设备布置、人员分布、资金密度、设备地理位置、 堤坝高度面积、常年主导风向、平均风速、大气稳定情 况、日照情况、地形情况、地面粗糙度、建筑、树木高 度等
后果分析模式选择
确定有害物质 存量和储存条件
有害特性
可燃
有毒
泄漏量的计算
液体泄漏
根据柏努利（Bernoulli）方程可以建立液体经小孔 泄 2P P0 2 gh 漏的速度计算公式：Q Cd A

Q—液体泄漏流量，kg/s； Cd—排放系数，通常取0.6~0.64 A—泄漏口面积，m2； ρ—泄漏液体密度，kg/m3； P—容器内介质压力，Pa； P0—环境压力，Pa； g—重力加速度，9.8m/s2； h—泄漏口上液位高度，m。
P h
P0
泄漏量的计算
排放系数Cd ：
• 实际流量与理想理论流量的比，用于补偿公式推导中忽 略了的摩擦损失、因惯性引起的截面收缩等因素。 • 影响因素： – 泄漏口形状 – 泄漏口位置 – 泄漏介质的状态 • 取值： – 薄壁（壁厚≤孔半径）小孔泄漏，其值约为0.62； – 厚壁（孔半径＜壁厚≤8倍孔半径）小孔或通过一短管 泄漏，其值约为0.81； – 通过修圆小孔排放，则排放系数为1.0。 – 保守估计，取1.0。
重大工业事故后果分析
重大事故：是指重大危险源在运行中突然发生重大泄 漏、火灾或爆炸，其中涉及一种或多种有害物质，并 给现场人员、公众或环境造成即刻的或延迟的严重危 害的事件
重大事故后果分析:是重大危险源评价和管理的一个 重要方面，目的是定量描述一个可能发生的事故将造 成的人员伤亡、财产损失和环境污染情况。根据分析 结果决策者可以采取适当措施，如设置报警系统、压 力释放系统、防火系统以及编制应急响应程序等，以 减少事故发生的可能性或降低事故的危害程度
1)容器损坏 2)连接泄漏
100% 100%或20%管径
加压或冷冻贮槽
包括： 加压贮罐或运输容器，冷冻贮罐或运输容器，地埋 或非地埋容器 典型损坏 裂口尺寸 1) 沸腾液体扩展蒸汽云 全部破裂（点燃） 爆炸（仅非地埋情况） 2)破裂 全部破裂 3)焊缝失效 100%或20%管径
放空燃烧管和排气管
人为失误 误操作，违反操作规程； 判断错误，如记错阀门位置而开错阀门； 擅自脱岗； 思想不集中； 发现异常现象不知如何处理。
泄漏的控制
• 无论气体泄漏还是液体泄漏，泄漏量的多少都是决定 泄漏后果严重程度的主要因素，而泄漏量又与泄漏时 间有关。因此，控制泄漏应该尽早地发现泄漏并且尽 快地阻止泄漏。 • 通过人员巡回检查可以发现较严重的泄漏；利用泄漏 检测仪器、气体泄漏检测系统可以发现各种泄漏。 • 利用停车或关闭遮断阀停止向泄漏处供应料可以控制 泄漏。一般来说，与监控系统连锁的自动停车速度快； 仪器报警后由人工停车速度较慢，大约需3-15分钟。
过滤器
包括： 滤器，滤网 典型损坏 1)滤体泄漏 2)管道泄漏
裂口尺寸 100%或20%管径 20%管径
阀门
包括： 球阀，闸阀，球型阀，塞阀，针阀，蝶阀，阻气阀， 泄压阀，紧急切断阀 典型损坏 裂口尺寸 1)阀室泄漏 100%或20%管径 2)阀盖泄漏 20%管径 3)阀杆损坏 20%管径
阀门的分类
冷冻液体泄漏也形成液池，液体吸收周围热量蒸发，蒸 发速度虽然比闪蒸慢，但一般比常压液体快 沸腾液体扩展蒸汽爆炸是一种比较特殊但后果极其 严重的事故。通常是装液化气体的容器受到外界火焰加 热，一方面使容器内压力升高，同时使容器强度下降。 一旦容器突然破裂，大量沸腾液体立即被点燃，形成巨 大火球，影响非常严重
泄漏量的计算
根据泄漏口形状取值
雷诺数Re
＞100 泄漏口形状 圆形（多边形） 0.65 三角形 0.60 长条形 0.55
≤100
0.50
0.45
0.40
– 其他问题：
• • • • 压力变化； 液位变化； 大气相通； 管道阻力。
P0 P h
通常按前述公式计算 的为初始流量，也是 最大流量。
雷诺数Re
(4)计算泄漏量 (5)计算后果 分析泄漏后可能造成的火灾、爆炸等后果，选择 合适的模型计算事故对生产现场内或现场外的影响 (6)整理结果 将计算结果整理成表格，并在单元平面图上划 出影响范围
2．后果分析需要的参数
(1)有害物质的参数
有害物质的相态、最大质量或体积、温度、 压力、密度，热力学性质如沸点、蒸发热、燃烧 热、比热容等，有害与毒性参数等 (2)设备的参数
估计泄漏 时间和速率
接气体事件树 计算扩展 与蒸发 评价污染 接气体事件树 接气体事件树
计算燃烧和爆炸的热量或压力，不仅仅用于评价人 员和设备的损失情况。燃烧和爆炸还会波及相邻的危险 源，产生多米诺效应，因此也要对相邻危险源进行泄漏 后果分析 气体泄漏分析的一个重要方面是计算蒸汽云的密
度，密度高于空气或低于空气，对其扩散有较大的影
是流体力学里面的一个参数，是流体流动中惯性力与粘 性力比值的量度。 表达式： Re＝Luρ/μ u为流体流动速度；L为流场的几何特征尺寸，如管道的直 径 ρ为流体的密度；μ为流体的粘度。 对于圆管内的流动，当Re＜2300时，流动总是层流；Re ＞4000时，流动一般为湍流；其间为过渡区，流动可能 是层流，也可能是湍流，取决于外界条件。
泵
包括： 离心泵，往复泵 典型损坏 1)泵壳损坏 2)密封泄漏
裂口尺寸
100%或20%管径 20%管径
压缩机
包括： 离心式压缩机，轴流式 压缩机，往复式压缩机 典型损坏 1)泵壳损坏 2)密封泄漏
裂口尺寸 100%或20%管径 20%管径
贮罐
包括： 所有常压贮罐 （管道连接和堤坝也应作为设备的一部分考虑） 典型损坏 裂口尺寸