爆炸评价模型及伤害半径计算
爆炸评价模型及伤害半径计算讲解
0.15 玻璃破碎 被碎玻璃击伤
0.4 10%玻璃破碎
5.6-3 天然气蒸气云爆炸冲击波损害范围表
Cs NE （NE）1/3 损害半径R 设备损坏 人员伤害
m?J-
1/3） J J1/3 m
0.03
1
199.77 5.99 重创建筑物和 加工设备 1%死亡人员肺部伤害 >50%耳膜破裂 >50%被碎片击伤
2VR
.0103.26
278568.1
621
1000kg液氨气化成蒸气时可能发生中毒浓度的区
621m，即0.621公里，因此，其扩散时的可能发生中毒浓度的区域面
π×R2=3.14×0.6212=1.21（平方公里）
、水煤气泄漏事故的模拟计算
《工作场所有害因素职业接触限值》（GBZ2-2002）查得：水煤气（即
－可燃气体的燃烧热值；天然气高热值：39.86MJ／N m3；
－效率因子，一般取10％；
－经验常数，取决于损害等级。其具体取值情况见下表：
5.6-2 损害等级表
Cs/m?J-
1/3） 设备损害 人员伤害
0.03 重创建筑物的加工设备 1％死亡于肺部伤害；>50％耳
>50％被碎片击伤
0.06 损害建筑物外表可修复性
(5)
Es——水蒸气的爆破能量，kJ；
V——水蒸气的体积，m3；
Cs——干饱和水蒸气爆破能量系数，kJ／m3。
各种常用压力下的干饱和水蒸气容器爆破能量系数如表3所示。
3 常用压力下干饱和水蒸气容器爆破能量系数
1．2 介质全部为液体时的爆破能量
r——目标到火球中心的水平距离，m；
爆炸评价模型及伤害半径计算
爆炸评价模型及伤害半径计算爆炸评价模型及伤害半径计算1、蒸气云爆炸（VCE）模型分析计算（1）蒸气云爆炸（VCE ）模型当爆炸性气体储存在贮槽内，一旦泄漏，遇到延迟点火则可能发生蒸气云爆炸，如果遇不到火源，则将扩散并消失掉。
用TNT当量法来预测其爆炸严重度。
其原理是这样的：假定一定百分比的蒸气云参与了爆炸，对形成冲击波有实际贡献，并以TNT当量来表示蒸气云爆炸的威力。
其公式如下：B AWW NT = ------- --------QTNT式中WN——蒸气云的TNT当量，kg;B——地面爆炸系数，取B =1.8 ；A ――蒸气云的TNT当量系数，取值范围为0.02%〜14.9%;W f -------- 蒸气云中燃料的总质量：kg;Q f ――燃料的燃烧热，kJ/kg ;Q TNT――TNT的爆热，QTNT=412〜4690kJ/kg。
（2）水煤气储罐蒸气云爆炸（VCE分析计算由于合成氨生产装置使用的原料水煤气为一氧化碳与氢气混合物，具有低闪点、低沸点、爆炸极限较宽、点火能量低等特点，一旦泄漏，极具蒸气云爆炸概率。
若水煤气储罐因泄漏遇明火发生蒸气云爆炸（VCE,设其贮量为70%寸，则为2.81吨，则其TNT当量计算为：取地面爆炸系数：B =1.8 ;蒸气云爆炸TNT当量系数，A=4%蒸气云爆炸燃烧时燃烧掉的总质量，Wf=2.81 X 1000=2810 （kg）;水煤气的爆热，以CO30%"43%+ （氢为1427700kJ/kg, 一氧化碳为10193kJ/kg ）：取Q=616970kJ/kg ；TNT的爆热，取Q NT=4500kJ/kg。
将以上数据代入公式，得1.8X 0.04X 2810X 616970V T N T =4詔739(呦死亡半径R=13.6(W TN/1000) 0.37= 13.6 X 27.740.37=13.6 X 3.42=46.5(m)重伤半径R,由下列方程式求解:△P s/P。
事故爆炸伤害半径 (1)
生产装置重大泄漏事故原因分析及灾害后果模拟计算1、泄漏事故原因统计分析根据建国以来化工系统所发生的59起重大及典型泄漏事故的实际情况，从五方面对事故原因进行了分类，见表1。
表1 重大及典型泄漏事故原因分类（1）工艺技术工艺路线设计不合理，操作中关键参数控制要求不严格。
（2）设备、材料本身原因设备本身缺陷，材料及安装质量未达到标准要求；生产、制造过程中不按照有关规定进行；材料选择不符合标准。
（3）人为因素违章操作、误操作、缺少必要的安全生产和岗位技能知识；工作责任心不强。
（4）外来因素外来物体的打击、碰撞。
（5）其他因素不属于以上四种原因之一。
从以上统计可以看出，泄漏事故的发生主要是因为设备等产品的质量不过关，职工不按操作规程进行操作和安全生产意识不强等主要原因造成的。
针对这些原因，企业应加强产品质量的检查和验收，积极开展安全生产及岗位操作技能教育，真正做到岗前培训，持证上岗。
2、典型事故案例分析本节通过列举案例，分析类似事故，找出可能造成系统故障、物质损失和人员伤害的危险因素，防患于未然。
【案例一】1000m3气柜爆炸发生日期：1979年7月9日发生单元：河北省大城化肥厂经济损失：14万元（1）事故经过：7月9日中午12时许，全厂断电，造气停车。
当时造气工段1号炉正作吹风，2号炉作下吹，气柜存半水煤气400m3。
停车前作最后一次半水煤气分析成分合格。
此时发现1号煤气炉有倒气现象，为防止发生炉口爆炸，于下午2时左右，将气柜出口水封放空阀打开，将气柜内半水煤气放掉，下午4时气柜钟罩已落底。
这时操作工又将1号洗气塔放空阀打开，作进一步系统卸压，各工段均处于停车状态，各工段只留下1～2名工人值班，到下午6时55分气柜突然发生爆炸。
气柜周边撕裂，顶盖升至高空约40m，落至距气柜中心14m远处，将围墙砸塌10m多长。
气柜爆炸的同时，造气工段2号洗气塔顶盖亦被炸坏，打出33m。
没有造成人身伤亡。
（2）原因分析：①可燃性气体存在：虽然气柜已放空，气柜钟罩已落底，但钟罩球形顶部尚残存60多M3水煤气，洗气塔及煤气管道中也残存40多M3的可燃性气体；②空气的混半水煤气，在这100M3半水煤气中含有大量的CO与H2入：由于气柜出口水封放空阀与洗气塔放空阀均已打开，使系统与空气连通，当系统内有压力时，半水煤气自系统排向大气，但自9日中午起就连续下大雨，气温下降很快，容器管道内残存的半水煤气温度也明显下降，致使气柜形成负压，由放空阀将空气吸入气柜，酿成爆炸条件。
爆炸计算——精选推荐
爆炸计算液化⽓体与⾼温饱和⽔爆破事故后果模拟分析液化⽓体和⾼温饱和⽔⼀般在容器内以⽓液两态存在，当容器破裂发⽣爆炸时，除了⽓体的急剧膨胀做功外，还有过热液体激烈的蒸发过程。
在⼤多数情况下，这类容器内的饱和液体占有容器介质重量的绝⼤部分，它的爆破能量⽐饱和⽓体⼤得多，⼀般计算时不考虑⽓体膨胀做的功。
过热状态下液体其伤亡半径、财产损失半径计算如下：1、盛装过热液体容器爆破事故计算模型 1.1爆破能量的计算（1）过热状态下液体在容器破裂时释放出的爆破能量m T S S i i E b l ])()[(2121---= （1-1）式中：l E ——过热状态下液体的爆破能量，KJ1i ——爆破前液化⽓体的焓，KJ/Kg 2i ——在⼤⽓压⼒下饱和液体的焓，KJ/Kg1S ——爆破前饱和液体的熵，KJ/（Kg ·K ） 2S ——在⼤⽓压⼒下饱和液体的熵，KJ/（Kg ·K ） m ——饱和液体的质量，Kg T b ——介质在⼤⽓压⼒下的沸点，K（2）饱和⽔容器爆破能量V C E w w =式中：w E ——饱和⽔容器的爆破能量，KJV ——容器内饱和⽔所占容积，m 3w C ——饱和⽔爆破能量系数，KJ/m 3饱和⽔的爆破能量系数由压⼒决定，下表列出了常⽤压⼒下饱和⽔容器的爆破能量系数。
常⽤压⼒下饱和⽔容器的爆破能量系数表1-11.2将爆破能量换算成TNT 当量q爆破能量换算成TNT 当量q 。
因为1KgTNT 爆炸所放出的爆破能量为4320~4836KJ/Kg ，⼀般取平均爆破能量为4500KJ/Kg ，故其关系为：4500l TNT l Eq E q ==（1-2）1.3爆炸的模拟⽐实验数据表明，不同数量的炸药发⽣爆炸时，如果距离爆炸中⼼的距离R 之⽐与炸药量q 三次⽅根之⽐相等，则所产⽣的冲击波超压相同，⽤公式表⽰如下：α==310)(q qR R 则0p p ?=? （1-3）式中 R ——⽬标与爆炸中⼼的距离 R 0——⽬标与基准爆炸中⼼的距离 q 0——基准爆炸能量，TNT 当量q ——爆炸时产⽣冲击波所消耗的能量，TNT 当量，kg p ?——⽬标处的超压，MPa0p ?——基准⽬标处的超压，MPaα——炸药爆炸试验的模拟⽐根据式（1-3）拨破能量与1000KgTNT 爆炸的模拟⽐为：31313101.0)1000()(q q q q ===α（1-4）1.4 1000KgTNT 爆炸时死伤半径、财产损失半径的计算超压准则认为，只要冲击波超压达到⼀定值便会对⽬标造成⼀定的破坏或损伤。
TNT当量建模计算方法 Microsoft Office Word 文档
TNT 当量建模计算方法1、TNT 当量法的当量系数难以确定，可变性大（0.02%-15.9%）。
TNT 当量法关键模型：W TNT =aWQ/Q TNT (2-1)z = R/(W TNT )1/3(2-2)P i = (3.9/z 1.85) + (0.5/z) (2-3)W TNT ，kg ；a 为LPG 蒸气云当量系数（统计平均值为0.04，占统计的60%）；W 为蒸气云中LPG 质量，kg ；Q 为LPG 的燃烧热，J/kg; Q TNT 为TNT 的爆炸热,J/kg ； z 为R 处的爆炸特征长度；P i 为R 处的爆炸超压峰值。
由式（2-1）计算出对气云爆炸有贡献的爆炸物的当量，由式（2-2）可以确定目标R 处的爆炸特征距离，再由式（2-3）计算出目标R 处的爆炸超压峰值。
2、UVCE 灾害模拟评价模型根据上述对蒸气云爆炸模型的对比分析，本文将采用修正TNT 模型来对UVCE 进行灾害模拟与预测。
蒸气云爆炸主要因冲击波造成伤害，因而按超压-冲量准则确定人员伤亡区域及财产损失区域。
冲击波超压破坏准则[25]，见表2.5。
表2.5 冲击波超压破坏、伤害准则爆炸总能量：E=1.8aWQ (2-10)E 为LPG 的爆炸总能量，J ；式中1.8为地面爆炸系数爆炸伤害半径R ： R=C(NE)1/3(2-11)C 为爆炸实验常数，取值；0.03～0.4；N 为有限空间内爆炸发生系数，取10%爆炸冲击波正相最大超压ΔP [25]：ln(ΔP/P 0)=-0.9216-1.5058ln(R 、)+0.167 ln 2(R 、)-0.0320 ln 3(R 、) （2-12）R 、=D/(E/P 0)1/3(2-13)R 、无量纲距离；D 为目标到蒸气云中心距离，m ；P 0为大气压死亡半径指人在冲击波作用下头部撞击致死半径，由下式确定： R 1=(2-14)W P 为LPG 蒸气云的丙烷当量(kg)重伤半径指人在冲击波作用下耳鼓膜50%破裂半径，由下式确定：R 2=9.187W P 1/3（2-15）轻伤半径指人在冲击波作用下耳鼓膜1%破裂半径，由下式确定：R 3=17.87W P 1/3（2-16）财产损失半径指在冲击波作用下建筑物三级破坏半径，由下式确定：R 4=K III W TNT 1/3/(1+(3175/W TNT )2)1/6(2-17)K III 建筑物三级破坏系数； 若知道LPG 罐区的人员密度和财产密度，即可评价确定人员的伤亡数量和财产损失大小。
爆炸模型是用于发生爆炸时对人员和建筑物的伤害
爆炸模型是用于发生爆炸时对人员和建筑物的伤害、破坏作用进行模拟分析的数学模型。
1）介质为液化气体的压力容器在容器内一般以气液两态存在，当容器破裂发生爆炸时，除了气体的急剧膨胀做功外，还有液化气体激烈蒸发过程。
大多数情况下，这类容器内液化气体占有容器内介质质量的绝大部分，它的爆破能量比气相要大得多，所以气相的往往可以忽略不计。
液化气体在容器破裂时释放出的能量按下式计算：E=[(H1-H2)-(S1-S2)T1]W式中:E——液化气体的爆破能量，kJ；H1——在容器破裂前的压力或温度下饱和液体的焓，kJ／kg；H2——在大气压力下饱和液体的焓，kJ／kg；S1——在容器破裂前的压力或温度下饱和液体的熵，kJ／(kg.℃)；S2——在大气压力下饱和液体的熵，kJ／(kg.℃)；W——饱和液体的质量，kg；T1——介质在大气压力下的沸点，K。
2）将爆破能量换算成TNT当量q，则q=E/4500。
3）计算爆炸模拟比a，即a=（q/q0）1/3=（q/1000）1/3=0.1q1/3。
4）根据附表2.4-2和附表2.4-3取对人员重伤、死亡、建筑物伤害、破坏作用的超压△p。
5）根据△p的值在附表2.4-1中找出△p对应的标准距离R0（中间值插入法）。
6）求出造成重伤、死亡、建筑物破坏等伤害、破坏的，即R= R0a。
附表2.4-1 1000kg TNT爆炸时的冲击波超压附表2.4-2 冲击波超压对人体的伤害作用附表2.4-3 冲击波超压对建筑物的伤害作用现采用爆炸模型对辅助设施单元中的二氧化碳储罐子单元液体二氧化碳储罐发生物理爆炸后其爆炸冲击波的伤害半径进行事故模拟。
该项目设液体二氧化碳储罐3台，其中100m3卧罐2台，1000m3球罐1台，储存压力均为2.0MPa，储存温度为-20℃。
过热状态下液体在容器破裂时释放出的爆破能量按下式计算：E=[（H1-H2）-（S1-S2）T1]W由资料查得：H1＝660.44kJ/kg；H2＝723.14kJ/kgS1＝5.14kJ/kg.K；S2＝5.93kJ/kg.K二氧化碳的沸点为-78.5℃，即194.5 K；按0.8的充装系数，100m3储罐的液体量为80m3，储存条件下液体二氧化碳的密度为970.8kg/m3，则W＝970.8×80＝77664kg。
爆炸伤害模型
易燃、易爆、有毒重大危险源辨识评价技术的研究“ 八五”国家科技攻关课题研究背景火灾、爆炸是火炸药、石油、化工、采矿、交通运输等行业中发生频率高、损失大的两种重大事故类型。
对美国化工行业1978—1980三年中发生的1028起事故的统计结果如下面的图1所示。
火灾、爆炸事故危害巨大，研究其辨识评价技术对于加强火灾、爆炸重大危险源的辨识和管理，预防火灾、爆炸事故的发生，减轻火灾、爆炸事故可能造成的损失，具有十分重要的意义。
1: 爆炸 2: 火灾 3: 其它图 1 事故损失分布研究目的研究火灾、爆炸事故现象，探讨它们的发生、发展过程和伤害机理，建立它们的伤害模型，开发火灾、爆炸事故严重度预测软件。
研究成果(1) 系统地归纳和总结了火灾、爆炸的伤害机理和伤害准则。
(2) 推导了三种典型暴露条件下人在爆炸冲击波作用下肺伤害致死半径公式:0.472TNT 10.278W RR W TNT 204930274=.. R W TNT 305170251=.. 发现暴露条件对肺伤害致死半径有重要影响，最大半径比最小半径大50%。
(3) 推导了凝聚相炸药爆炸时人的肺伤害致死半径、身体撞击致死半径、头部撞击致死半径公式，发现肺伤害致死半径小于身体撞击致死半径，身体撞击致死半径小于头部撞击致死半径。
(4) 推导了爆炸火球热辐射致死半径、二度烧伤半径、一度烧伤半径公式，一度烧伤：R=1.598W 0.487二度烧伤：R=1.058W 0.487死 亡： R=0.861W 0.487发现爆炸火球热辐射伤害距离与火球温度无关。
(5) 气体燃料质量小于1×105kg 丙烷时，蒸气云爆炸火球热辐射致死半径小于冲击波作用下头部撞击致死半径；二度烧伤半径小于50%耳鼓膜破裂半径；一度烧伤半径小于1%耳鼓膜破裂半径。
(6) 爆源质量相同时，蒸气云爆炸冲击波伤害半径至少比凝聚相炸药爆炸冲击波伤害半径大一倍。
(7) 建立了室外池火灾、室内火灾、凝聚相炸药爆炸、蒸气云爆炸和沸腾液体扩展蒸气爆炸五种事故类型的伤害模型。
火灾、爆炸事故后果模拟计算
火灾、爆炸事故后果模拟计算在化工生产中，火灾、爆炸和中毒事故不但影响生产的正常运行，而且对人员有较大的身体危害，导致人员的伤亡。
本文运用地面火灾、蒸气云爆炸和中毒的三种数学模型，对年产2万吨顺酐装置的原料库来进行分析，分析各种事故对人员可能造成的危害，借以帮助企业在生产中采取相应的措施。
事故后果分析是危险源危险性分析的一个主要组成部分，其目的在于定量描述一个可能发生的重大事故对工厂、对厂内人员、厂外居民甚至对环境造成危害的严重程度。
一、苯储罐泄漏池火灾后果分析苯系易燃液体，在苯贮罐区苯泄漏后遇到点火源就会被点燃而着火燃烧。
由于贮罐区设有防火堤，苯泄漏后积聚在防火堤之内，它被点燃后的燃烧方式为池火。
模拟有关数据参数如下。
苯储罐区有两台800m3、两台500m3的苯储罐，苯储罐单罐直径10.5m，每两台罐为一组，贮罐区防火堤尺寸为33×16 m，模拟液池半径为18.3m；苯储罐单台最大贮存量600t，泄漏量为15%时，足以在防火堤内形成液池；周围环境温度设为25℃；（1）燃烧速度当液池中的可燃液体的沸点高于周围环境温度时，液体表面上单位面积的燃烧速度dm/dt为：………（公式F5-1）0.001H cdm/dt =C P（T b－T0）＋H式中dm/dt～单位表面积的燃烧速度，kg/m2.sH c～液体燃烧热，J/kg。
苯H c=41792344J/kg。
C P～液体的定压比热容，J/kg.K。
苯C P=1729 J/kg.K。
T b～液体的沸点，K b=353.1K。
T0～环境温度，环境温度为25℃，K。
= 298K。
H～液体的气化热，J/kg。
苯H=428325J/kg。
（25℃）计算：dm/dt=0.001×41792344/﹝1729（353.1－298）＋428325﹞=0.0798 kg/m2.s（2）火焰高度模拟液池为园池，半径为18.3m，其火焰高度可按下式计算：dm/dth=84r﹝﹞0.61………（公式F5-2）ρ0（2gr）1/2式中h～火焰高度，m；r～液池半径，m；取r=18.3mρ0～周围空气密度，kg/m3；取ρ0=1.185kg/m3（25℃）g～重力加速度，9.8m/s2；dm/dt～单位表面积的燃烧速度，己知0.0798kg/m2.s计算：h=84×18.3×{0.0798/[1.185×（2×9.8×18.3）1/2]}0.61=49.3m（3）热辐射通量当液池燃烧时放出的总热辐射通量为：Q=（兀r2＋2兀rh）dm/dt·η·H c/﹝72（dm/dt）0.6＋1﹞…（公式F5-3）Q～总热辐射通量，W；η～效率因子，可取0.13～0.35。
爆炸评价模型及伤害半径计算讲解
爆炸评价模型及伤害半径计算1、蒸气云爆炸（VCE）模型分析计算（1）蒸气云爆炸（VCE）模型当爆炸性气体储存在贮槽内，一旦泄漏，遇到延迟点火则可能发生蒸气云爆炸，如果遇不到火源，则将扩散并消失掉。
用TNT当量法来预测其爆炸严重度。
其原理是这样的：假定一定百分比的蒸气云参与了爆炸，对形成冲击波有实际贡献，并以TNT当量来表示蒸气云爆炸的威力。
其公式如下：βAWQ ff= W TNT QTNT式中W——蒸气云的TNT当量，kg；TNTβ——地面爆炸系数，取β=1.8；14.9%；当量系数，取值范围为0.02%～ A——蒸气云的TNT ； W——蒸气云中燃料的总质量：kg f——燃料的燃烧热， QkJ/kg；f 4690kJ/kg。
TNT Q——的爆热，QTNT=4120～TNT）分析计算2（）水煤气储罐蒸气云爆炸（VCE由于合成氨生产装置使用的原料水煤气为一氧化碳与氢气混合物，具有低闪点、低沸点、爆炸极限较宽、点火能量低等特点，一旦泄漏，极具蒸气云爆炸概率。
则（VCE），设其贮量为70%时，若水煤气储罐因泄漏遇明火发生蒸气云爆炸当量计算为：吨，则其为2.81TNT β=1.8；取地面爆炸系数：；A=4%蒸气云爆炸TNT当量系数，蒸气云爆炸燃烧时燃烧掉的总质量， Wf=2.81×1000=2810；）（kg10193H30%以水煤气的爆热，CO 、一氧化碳为1427700kJ/kg,（氢为计43% 2．Q=616970kJ/kg；kJ/kg）：取f =4500kJ/kg。
TNT的爆热，取Q TNT将以上数据代入公式，得616970×1.8×0.04×2810= =27739(kg)W TNT 45000.37 /1000)R=13.6(W死亡半径TNT10.37×27.74=13.6=13.6×3.42=46.5(m)重伤半径R，由下列方程式求解：2-3-2-1-0.019 =0.137Z+0.269 Z+0.119 Z △ P22221/3 )/(E/P Z=R022△P=△P/P 02S式中：△P——引起人员重伤冲击波峰值，取44000Pa；S P——环境压力（101300Pa）；0 E——爆炸总能量（J），E=W×Q。
火灾爆炸危害评估
火灾、爆炸危害评估一、蒸气云爆炸事故灾害严重度估算（可参考《爆破安全规程》GB6722-2003第六节中的有关公式和标准。
）蒸气云爆炸在石油化工企业是一种发生频率较高、而且后果十分严重的事故，其事故严重度一般通过下列参数进行估算：1、死亡区死亡区内的人员如缺少防护则被认为将无例外地蒙受严重伤害或死亡，其内径为零，外径为R 1。
其与爆炸物量间的关系为：0.37TN T 1/1000W 13.6R ）（ （1） 式中：W TNT ——爆源的TNT 当量，kg 。
（这个数据可以根据下式计算而得）其中，W TNT 的计算式一般为：W TNT ＝1.8aW f Q f /Q TNT式中：1.8——地面爆炸系数；a ——蒸气云当量系数，取a ＝0.04；W f ——蒸气云中可燃气体的质量，kg ；Q f ——可燃气体的爆炸热， kJ ／kg ；Q TNT ——TNT 的爆热，取Q TNT ＝4520kJ ／kg例1：制氧车间氢气站设有容积20m 3氢气罐一个，事故预测时按超压（10Mpa ）计算氢气量。
氢气储罐大规模破裂时，气体泄漏形成气云，达到爆炸极限时遇激发能源即可发生气体爆炸，对气体爆炸，按超压－冲量准则预测蒸气云爆炸事故后果。
1）蒸气云爆炸总能量蒸气云爆炸总能量由下式计算：E=1.8 aV f q f式中：1.8－地面爆炸系数；a －可燃气体蒸气云的当量系数，取0.04；V f ——事故发生时氢气量为V f =2000 Nm 3q f ——氢气燃烧热，Q f =12770 kJ/m 3。
经计算：E=1.8×0.04×2000×12770 = 1839 MJ2）蒸气云爆炸当量蒸气云TNT 当量由下式计算：W TNT = E/Q TNT式中：Q TNT —TNT 爆炸热，取Q TNT =4520 kJ/kg 。
W TNT =1839000/4520=407 kg3）爆炸冲击波超压伤害范围死亡半径按下式计算：R 1=13.6（W TNT /1000）0.37 =13.6（407/1000）0.37=10m2、重伤区重伤区的人员如缺少防护，则绝大多数人员将遭受严重伤害，极少数人可能死亡或受轻伤。
LNG加气站火灾爆炸 模型算法案例
本次评价我们对加气站蒸气云爆炸事故影响距离进行模式计算。
预测模式采用北京理工大学的“易燃、易爆重大危险源伤害模型”。
其计算方法及数学模型如下：（1）爆炸TNT当量W TNT=1.8λW f△H cf/△H TNT①式中：W f——蒸气云中可燃物质质量，kg；△H cf——可燃物质燃烧热，kJ/kg；△H TNT——TNT炸药的爆能，取4520kJ/kg；λ——蒸气云TNT当量系数，取值4%；1.8——地面爆炸修正系数。
（2）死亡区半径R1(m)R1=13.6（W TNT/1000）0.3 ②（3）重伤区半径R2(m)由下列方程组求解得到：△P S=0.137Z-3+0.119Z-2+0.269Z-1-0.019 （1）Z=R2/(E/P o)1/3（2）③△P S=P S/P o （3）E=W TNT×△H TNT（4）式中：△P S=冲击波超压峰值，当P S =44000pa时发生重伤伤害；P o——环境压力，取101325pa；E——爆源总能量，J；R2——重伤区半径，单位m，指受伤害人至爆源的水平距离；（4）轻伤区半径R3(m)求解公式与上述R2求解公式相同，仅将式③改为△P S=17000/P o （5）建筑物破坏半径R4(m)爆炸冲击波对建筑物的破坏与建筑物和爆源的距离有关。
按照英国建筑物的破坏等级分类标准，按破坏程度分5个等级采用下式计算：R4=K i W TNT1/3/[1+(3175/W TNT)2]1/6④式中：K i——按破坏程度不同取的常数，建筑物全部破坏时取常数K i=3.8；（6）财产损失半径R5(m)采用英国分类中2级破坏等级取常数K i=5.6，仍用上述④式计算。
对本项目加气站风险危害程度进行定量计算及评价，加气站内爆源包括天然气压缩机、储气井，容量分别为800Nm3/h、16Nm3/h。
按照上述模式进行计算结果见表9-15。
表9-15 加气站蒸气云爆炸损伤距离预测结果从上述计算结果来看，本项目加气站的各关键设施一旦发生蒸气云爆炸，天然气储气井危害最严重，其造成的死亡区半径14.6m、重伤区半径42m、轻伤区半径74m、建筑物破坏半径29.3m、财产损失半径43.1m。
爆炸评价模型及伤害半径计算
爆炸评价模型及伤害半径计算1、蒸气云爆炸（VCE ）模型分析计算（1）蒸气云爆炸（VCE ）模型当爆炸性气体储存在贮槽内，一旦泄漏，遇到延迟点火则可能发生蒸气云爆炸，如果遇不到火源，则将扩散并消失掉。
用TNT 当量法来预测其爆炸严重度。
其原理是这样的：假定一定百分比的蒸气云参与了爆炸，对形成冲击波有实际贡献，并以TNT 当量来表示蒸气云爆炸的威力。
其公式如下：W TNT =式中W TNT ——蒸气云的TNT 当量，kg ；β——地面爆炸系数，取β=；A ——蒸气云的TNT 当量系数，取值范围为%～%；W f ——蒸气云中燃料的总质量：kg ；Q f ——燃料的燃烧热，kJ/kg ；Q TNT ——TNT 的爆热，QTNT=4120～4690kJ/kg 。
（2）水煤气储罐蒸气云爆炸（VCE）分析计算由于合成氨生产装置使用的原料水煤气为一氧化碳与氢气混合物，具有低闪点、低沸点、爆炸极限较宽、点火能量低等特点，一旦泄漏，极具蒸气云爆炸概率。
若水煤气储罐因泄漏遇明火发生蒸气云爆炸（VCE），设其贮量为70%时，则为吨，则其TNT当量计算为：取地面爆炸系数：β=；蒸气云爆炸TNT当量系数，A=4%；蒸气云爆炸燃烧时燃烧掉的总质量，Wf=×1000=2810（kg）；水煤气的爆热，以CO 30%、H2 43%计（氢为1427700kJ/kg,一氧化碳为10193 kJ/kg）：取Q f=616970kJ/kg；TNT的爆热，取Q TNT=4500kJ/kg。
将以上数据代入公式，得W TNT死亡半径R1=(W TNT/1000)=×重伤半径R2，由下列方程式求解：△P2=+ Z2-2+Z2=R2/(E/P0)1/3△P2=△P S/P0式中：△P S——引起人员重伤冲击波峰值，取44000Pa； P0——环境压力（101300Pa）；E——爆炸总能量（J），E=W TNT×Q TNT。
一个氧气瓶爆炸半径计算
4.2物理爆炸事故后果模拟4.2.1模拟计算本项目选取氧气瓶作为预测评价单元。
20℃时，氧气气瓶的爆炸极限压力为1.9MPa ，气瓶容积为40L ； 计算发生爆炸事故时的危害程度，计算公式如下：①当压力容器中的介质为压缩气体时，其以气态形式存在而发生物理爆炸的能量为：式中：Eg －气体的爆破能量，kJ ； p —容器内气体的绝对压力，MPa ； V —容器的容积，m 3；k —气体的绝热指数，及气体的定压比热与定容比热之比。
②将能量Eg 换算成TNT 当量q ： q = Eg / q TNT = Eg / 4500 ③求出爆炸的模拟比α α＝（q /1000）1/3④求出在1000kgTNT 爆炸试验中的相当距离R 0 R 0＝R ／α⑤根据R 0值找出距离为R 0处的超压△P 0，此即所求距离为R 处的超31101013.011⨯⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛--=-k k gP k PV E压。
根据超压△P0找出爆炸对人员和建筑物的伤害和破坏作用。
根据公式事故后果模拟计算结果见表4-1所示。
表4-1 事故后果模拟计算表4.2.2事故后果分析⑴爆炸的伤害分区爆炸的伤害分区即为人员的伤害区域。
为了估计爆炸所造成的人员伤亡情况，本项目的爆炸伤害分区情况见表4-2所示。
表4-2 爆炸伤害分区表⑵建筑物及设施的破坏分区爆炸能不同程度的破坏周围的建筑物和设施等，造成直接经济损失。
根据爆炸破坏模型，可估计建筑物的不同破坏程度，据此可将爆炸源周围划分为几个不同的区域。
本项目爆炸建筑物破坏情况见表4-3所示。
表4-3建筑物破坏情况表死亡半径R=13.6（W TNT/1000）0.37=13.6（0.021/1000）0.37=0.25m。
爆炸评价模型及伤害半径计算
爆炸评价模型及伤害半径计算1、蒸气云爆炸（VCE ）模型分析计算（1）蒸气云爆炸（VCE ）模型当爆炸性气体储存在贮槽内，一旦泄漏，遇到延迟点火则可能发生蒸气云爆炸，如果遇不到火源，则将扩散并消失掉。
用TNT 当量法来预测其爆炸严重度。
其原理是这样的：假定一定百分比的蒸气云参与了爆炸，对形成冲击波有实际贡献，并以TNT 当量来表示蒸气云爆炸的威力。
其公式如下：W TNT式中W TNT ——蒸气云的TNT 当量，kg ； β——地面爆炸系数，取β=；A ——蒸气云的TNT 当量系数，取值范围为%～%； W f ——蒸气云中燃料的总质量：kg ； Q f ——燃料的燃烧热，kJ/kg ；Q TNT ——TNT 的爆热，QTNT=4120～4690kJ/kg 。
（2）水煤气储罐蒸气云爆炸（VCE ）分析计算由于合成氨生产装置使用的原料水煤气为一氧化碳与氢气混合物，具有低闪点、低沸点、爆炸极限较宽、点火能量低等特点，一旦泄漏，极具蒸气云爆炸概率。
若水煤气储罐因泄漏遇明火发生蒸气云爆炸（VCE ），设其贮量为70%时，则为吨，则其TNT 当量计算为：取地面爆炸系数：β=；蒸气云爆炸TNT 当量系数，A=4%； 蒸气云爆炸燃烧时燃烧掉的总质量， Wf=×1000=2810（kg ）；水煤气的爆热，以CO 30%、H 2 43%计（氢为1427700kJ/kg,一氧化碳为10193kJ/kg）：取Q f=616970kJ/kg；TNT的爆热，取Q TNT=4500kJ/kg。
将以上数据代入公式，得W TNT ==27739(kg)死亡半径R1=(W TNT/1000)=×重伤半径R2，由下列方程式求解：△P2=+ Z2-2+Z2=R2/(E/P0)1/3△P2=△P S/P0式中：△P S——引起人员重伤冲击波峰值，取44000Pa；P0——环境压力（101300Pa）；E——爆炸总能量（J），E=W TNT×Q TNT。
爆炸评价模型和伤害半径计算
爆炸评价模型及伤害半径计算1、蒸气云爆炸（VCE ）模型分析计算（1）蒸气云爆炸（VCE ）模型当爆炸性气体储存在贮槽内，一旦泄漏，遇到延迟点火则可能发生蒸气云爆炸，如果遇不到火源，则将扩散并消失掉。
用TNT 当量法来预测其爆炸严重度。
其原理是这样的：假定一定百分比的蒸气云参与了爆炸，对形成冲击波有实际贡献，并以TNT 当量来表示蒸气云爆炸的威力。
其公式如下：W TNT =式中W TNT ——蒸气云的TNT 当量，kg ； β——地面爆炸系数，取β=1.8；A ——蒸气云的TNT 当量系数，取值范围为0.02%～14.9%； W f ——蒸气云中燃料的总质量：kg ； Q f ——燃料的燃烧热，kJ/kg ；Q TNT ——TNT 的爆热，QTNT=4120～4690kJ/kg 。
（2）水煤气储罐蒸气云爆炸（VCE ）分析计算由于合成氨生产装置使用的原料水煤气为一氧化碳与氢气混合物，具有低闪点、低沸点、爆炸极限较宽、点火能量低等特点，一旦泄漏，极具蒸气云爆炸概率。
若水煤气储罐因泄漏遇明火发生蒸气云爆炸（VCE ），设其贮量为70%时，则为2.81吨，则其TNT 当量计算为：取地面爆炸系数：β=1.8； 蒸气云爆炸TNT 当量系数，A=4%； 蒸气云爆炸燃烧时燃烧掉的总质量， Wf=2.81×1000=2810（kg ）；水煤气的爆热，以CO 30%、H 2 43%计（氢为1427700kJ/kg,一氧化碳为10193kJ/kg ）：取Q f =616970kJ/kg ；TNT 的爆热，取Q TNT =4500kJ/kg 。
将以上数据代入公式，得W TNT 死亡半径R 1=13.6(W TNT /1000)=13.6×27.740.37 =13.6×3.42=46.5(m)重伤半径R 2，由下列方程式求解：△P 2=0.137Z 2-3+0.119 Z 2-2+0.269 Z 2-1-0.019 Z 2=R 2/(E/P 0)1/3 △P 2=△P S /P 0式中：△P S ——引起人员重伤冲击波峰值，取44000Pa ； P 0——环境压力（101300Pa ）； E ——爆炸总能量（J ），E=W TNT ×Q TNT 。
爆炸评价与衡量模型及伤害半径计算
爆炸评价模型及伤害半径计算1、蒸气云爆炸（VCE ）模型分析计算（1）蒸气云爆炸（VCE ）模型当爆炸性气体储存在贮槽内，一旦泄漏，遇到延迟点火则可能发生蒸气云爆炸，如果遇不到火源，则将扩散并消失掉。
用TNT 当量法来预测其爆炸严重度。
其原理是这样的：假定一定百分比的蒸气云参与了爆炸，对形成冲击波有实际贡献，并以TNT 当量来表示蒸气云爆炸的威力。
其公式如下：W TNT =式中W TNT ——蒸气云的TNT 当量，kg ； β——地面爆炸系数，取β=1.8；A ——蒸气云的TNT 当量系数，取值范围为0.02%～14.9%； W f ——蒸气云中燃料的总质量：kg ； Q f ——燃料的燃烧热，kJ/kg ；Q TNT ——TNT 的爆热，QTNT=4120～4690kJ/kg 。
（2）水煤气储罐蒸气云爆炸（VCE ）分析计算由于合成氨生产装置使用的原料水煤气为一氧化碳与氢气混合物，具有低闪点、低沸点、爆炸极限较宽、点火能量低等特点，一旦泄漏，极具蒸气云爆炸概率。
若水煤气储罐因泄漏遇明火发生蒸气云爆炸（VCE ），设其贮量为70%时，则为2.81吨，则其TNT 当量计算为：取地面爆炸系数：β=1.8； 蒸气云爆炸TNT 当量系数，A=4%； 蒸气云爆炸燃烧时燃烧掉的总质量， Wf=2.81×1000=2810（kg ）；水煤气的爆热，以CO 30%、H 2 43%计（氢为1427700kJ/kg,一氧化碳为10193kJ/kg ）：取Q f =616970kJ/kg ；TNT 的爆热，取Q TNT =4500kJ/kg 。
将以上数据代入公式，得W TNT 死亡半径R 1=13.6(W TNT /1000)=13.6×27.740.37 =13.6×3.42=46.5(m)重伤半径R 2，由下列方程式求解：△P 2=0.137Z 2-3+0.119 Z 2-2+0.269 Z 2-1-0.019 Z 2=R 2/(E/P 0)1/3 △P 2=△P S /P 0式中：△P S ——引起人员重伤冲击波峰值，取44000Pa ； P 0——环境压力（101300Pa ）； E ——爆炸总能量（J ），E=W TNT ×Q TNT 。
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爆炸评价模型及伤害半径计算1、蒸气云爆炸（VCE ）模型分析计算（1）蒸气云爆炸（VCE ）模型当爆炸性气体储存在贮槽内，一旦泄漏，遇到延迟点火则可能发生蒸气云爆炸，如果遇不到火源，则将扩散并消失掉。
用TNT 当量法来预测其爆炸严重度。
其原理是这样的：假定一定百分比的蒸气云参与了爆炸，对形成冲击波有实际贡献，并以TNT 当量来表示蒸气云爆炸的威力。
其公式如下：W TNT =式中W TNT ——蒸气云的TNT 当量，kg ； β——地面爆炸系数，取β=1.8；A ——蒸气云的TNT 当量系数，取值范围为0.02%～14.9%； W f ——蒸气云中燃料的总质量：kg ； Q f ——燃料的燃烧热，kJ/kg ；Q TNT ——TNT 的爆热，QTNT=4120～4690kJ/kg 。
（2）水煤气储罐蒸气云爆炸（VCE ）分析计算由于合成氨生产装置使用的原料水煤气为一氧化碳与氢气混合物，具有低闪点、低沸点、爆炸极限较宽、点火能量低等特点，一旦泄漏，极具蒸气云爆炸概率。
若水煤气储罐因泄漏遇明火发生蒸气云爆炸（VCE ），设其贮量为70%时，则为2.81吨，则其TNT 当量计算为：取地面爆炸系数：β=1.8； 蒸气云爆炸TNT 当量系数，A=4%； 蒸气云爆炸燃烧时燃烧掉的总质量， Wf=2.81×1000=2810（kg ）；水煤气的爆热，以CO 30%、H 2 43%计（氢为1427700kJ/kg,一氧化碳为10193kJ/kg）：取Qf=616970kJ/kg；TNT的爆热，取QTNT=4500kJ/kg。
将以上数据代入公式，得W TNT死亡半径R1=13.6(W TNT/1000)=13.6×27.740.37=13.6×3.42=46.5(m)重伤半径R2，由下列方程式求解：△P2=0.137Z2-3+0.119 Z2-2+0.269 Z2-1-0.019 Z2=R2/(E/P0)1/3△P2=△P S/P0式中：△PS——引起人员重伤冲击波峰值，取44000Pa；P——环境压力（101300Pa）；E——爆炸总能量（J），E=WTNT ×QTNT。
将以上数据代入方程式，解得：△P2=0.4344Z2=1.07R2=1.07×（27739×4500×1000/101300）1/3=1.07×107=115(m)轻伤半径R3，由下列方程式求解：△P3=0.137Z3-3+0.119 Z3-2+0.269 Z3-1-0.019 Z3=R3/(E/P0)1/3△P3=△P S/P0式中：△PS——引起人员轻伤冲击波峰值，取17000Pa。
将以上数据代入方程式，解得：△P3=0.168， Z3=1.95轻伤半径R3=209（m）2、沸腾液体扩展蒸气爆炸（BLEVE）模型分析计算（1）沸腾液体扩展蒸气爆炸（BLEVE）模型液态存贮的易燃液化气体突然瞬间泄漏时，立即遇到火源就会发生剧烈的燃烧，产生巨大的火球，形成强烈的热辐射，此种现象称为沸腾液体扩展蒸气爆炸，简称BLEVE。
沸腾液体扩展蒸气爆炸的主要危险是强烈的热辐射，近场以外的压力效应不重要。
其火球的特征可用国际劳工组织（ILO）建议的蒸气爆炸模型来估算。
火球半径的计算公式为：R=2.9W1/3式中R——火球半径，m；W——火球中消耗的可燃物质量，kg。
对单罐储存，W取罐容量的50%；双罐储存；W取罐容量的70%；多罐储存，取W为罐容量的90%。
（2）液氨储罐沸腾液体扩展蒸气爆炸（BLEVE）模型分析计算由于生产装置液氨贮罐区的液氨罐为多罐贮存，（共六只贮罐，其中三只50M3，三只100M3）最大库存量为250T。
氨比重约0.6，取100M3罐，则由W=100×0.6×1000×90%=54000（kg）代入式中，得到：火球半径R=2.9(54000)1/3=109(m)火球持续时间按下式计算:t=0.45W1/3式中:火球持续时间,单位为S.将数据代入式中,得到:t=0.45×(54000)1/3=17(s)目标接收到热辐射通量的计算，按下式计算：q(r)=qR2r(1-0.058 Inr)/(R2+r2)3/2式中：r——目标到火球中心的水平距离，m；q——火球表面的辐射通量，W/m2。
对柱形罐取270kW/m2，球形罐取200kW/m2。
R——火球半径，m。
R=109m。
有了热辐射q（r），即可求不同伤害、破坏时的热通量及其半径。
下面求不同伤害时的热通量：死亡可根据下式计算：P r =-36.38+2.56 In(tq14/3)式中：Pr=5t——火球持续时间，取t=17s。
解得 q1=21985W/m2。
重伤可根据下式计算：Pr =-43.143+3.0188 In(tq24/3)解得 q2=18693W/m2。
轻伤可根据下式计算：Pr =-39.83+3.0188 In(tq34/3)解得 q3=8207W/m2。
通过q1、q2、q3可以求得对应的死亡半径R1、重伤半径R2及轻伤半径R3。
（由于此方程式难以手算解出，故省略）。
（3）小结通过计算，如果贮存区液氨储罐发生扩展蒸气爆炸，火球半径为109m。
将可能造成其他贮罐的连锁火灾和爆炸，造成灾难性的破坏。
3、液氨泄漏中毒事故的模拟计算液氨贮存区最大贮存量为250T，假设有1T泄漏量，对蒸发成蒸气扩散造成的危害进行模拟计算。
（1）液态气体蒸气体积膨胀计算在标准状态下（0℃，1013Mpa ），1摩尔气体占有22.4升体积。
根据液态气体的相对密度，由下式可计算出它们气化后膨胀的体积：4.22100000⨯⨯⨯=MD V VV ——膨胀后的体积（升） V 0——液态气体的体积（升） D 0——液态气体的相对密度（水=1） M ——液态气体的的分子量将液氨有关数据代入上式，由D 0=0.597，M=17.03得到4.22100000⨯⨯⨯=M D V V007854.22100003.17597.0V V =⨯⨯⨯=即液态氨若发生泄漏迅速气化，其膨胀体积为原液态体积的785倍。
（2）液态气体扩散半径模拟计算液态气体泄漏后在高温下迅速气化并扩散，在一定泄漏量范围内，且液态气体比重大于空气，沿地面能扩散到相当远的地方，可模拟为半椭圆形，其短轴与长轴之比将随着扩散半径的增大而减少，可由下式计算：332κρπ⨯⨯⨯=VR式中：V ——液态气体膨胀后体积；ρ——液态气体在空气中的浓度； κ——椭圆形短轴与长轴之比，即K=h/R 。
根据我国《工作场所有害因素职业接触限值》（GBZ2-2002）查得：液氨在工作场所空气中时间加权平均容许浓度20mg/m 3；短时间接触容许浓度30mg/m 3，其在空气中体积浓度换算为：ρ=26.3×10-6和ρ=39.5×10-6。
假设泄漏液氨的量为1000kg ，其可能发生中毒事故的浓度区域半径计算如下：取液氨体积V 0=1/0.597=1.68m 3 ρ=26.3×10-6 K=0.10 计算：332κρπ⨯⨯⨯=VR 3610.0103.263278568.1⨯⨯⨯⨯⨯=-π m 621=从计算结果可知：当泄漏1000kg 液氨气化成蒸气时可能发生中毒浓度的区域半径为621m ，即0.621公里，因此，其扩散时的可能发生中毒浓度的区域面积：S=π×R 2=3.14×0.6212=1.21（平方公里）4、水煤气泄漏事故的模拟计算根据我国《工作场所有害因素职业接触限值》（GBZ2-2002）查得：水煤气（即一氧化碳）时间加权平均容许浓度20mg/m 3；短时间接触容许浓度30mg/m 3。
经换算，分别为ρ=16×10-6和ρ=24×10-6。
水煤气贮罐总容积5000M3，设若泄漏量为100M3，取ρ=16×10-6，K=0.1则计算如下：332κρπ⨯⨯⨯=VR 3610.0101632100⨯⨯⨯⨯=-π =310（M ）S=π×R 2=3.14×310=301754M 25、天然气泄漏形成喷射火模型分析该项目设计有容积为2m3、工作压力为25MPa 的天然气储气瓶组。
当设备损坏、法兰垫片撕裂或接管破裂等条件下，天然气就会在破裂处形成射流，在高速气流摩擦形成的静电火花或其他点火源存在的条件下，就会在裂口处引燃形成喷射火。
火灾通过热辐射方式影响周围环境，当热辐射强度足够大时，可使周围物体燃烧变形，强烈的热辐射可能烧毁设备并造成人员伤亡。
喷射火模拟事故模拟是通过定量的计算，估算出热辐射的不同入射通量所造成的损失程度。
（1）气体泄漏量的计算假定天然气储气瓶组或管道泄漏，裂口为直径10mm 的圆口： P0＝0.1013×106Pa ；P ＝25×106Pa ；κ=1.314（天然气的绝热指数） 则：101314.1314.1101254.01314.1212004.0251013.0---⎪⎭⎫ ⎝⎛+≤=⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎭⎫ ⎝⎛+==κκκκκκP P P P故气体流动属于音速流动。
其泄漏量为：110)12(-++=κκκκρRT M A C Q d式中：Cd ＝1.00；M ＝CNG 的分子量，16；R ＝8.314J/mol∙K ；T ＝293K （20℃）；ρ＝193.5kg/m3， A 为裂口面积，D 为储气瓶裂口直径。
A ＝πD2/4＝0.0000785（m2） 计算得： Q0＝8.2×10-4kg/s （2）喷射火热辐射通量这里所用的喷射火辐射热计算方法是一种包括气流效应在内的喷射火扩散模式的扩展。
把整个喷射火看成是沿喷射中心线上的几个热源点组成，每个点热源的热辐射通量相等。
点热源的热辐射通量按下式计算CH Q q 0η=式中：q―点热源热辐射量，W η―效率因子，可取0.35 Q0―泄漏速度，kg /s Hc―燃烧热，J/kg天然气高热值：Hc ＝55800kJ/kg ，则： q ＝0.35×8.2×10-4×55800＝16kW射流轴线上某点热源I 到距离该处一点的热源辐射强度为：24x qRI i π=式中： Ii―点热源i 到目标点x 处的热辐射强度，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某一点处的入射流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：∑==NI iI I 1式中：N―计算时选取的点热源系数，一般取n ＝5。
根据喷射火全部点热源在距火焰x m 的某点总入射热辐射通量的大小，查热辐射的不同入射能量所造成的损失。