燃气事故后果模拟分析

燃气事故后果模拟分析
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。
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• 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； •表1 液体泄漏系数 的取值
（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；
，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。
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• 喷射火灾 • 沸腾液体扩展蒸汽爆炸（BLEVE） • 未封闭蒸汽云爆炸（VCE）
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
• 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。
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
1010%%死死亡亡//110分秒钟
25.0
在无火焰，长时间辐射下木材燃烧的最小能量
1重00大%死损亡伤//11分0秒钟
12.5
有火焰时，木材燃烧，塑料熔化的最低能量
11%度死烧亡伤/1/1分0秒钟
4.0
20秒以上感觉疼痛
1.6
长期辐射，无不舒服感
•
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。
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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
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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
• 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。
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。
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（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
•
•
•（2）有毒气体泄漏
•
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。
•
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（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
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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。
灾、爆炸和中毒事故(热辐射、爆炸波、中毒)后果分析。
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•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。
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•第3页
• 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
。
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（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
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）
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•第二部分
•事故模型
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燃气事故后果模拟分析 •第13页
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。
• 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。
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• 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。
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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：
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冲击波超压对建筑物的破坏作用
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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
• 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。
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• A—泄漏口面积,m2； • —液体密度,kg/m3；
泄漏口形状 雷诺数（Re）
圆形（多边型） 三角形
长方形
• —液体储存压力,Pa； • —外界环境压力,Pa； • —重力加速度；9.8m/s2
＞100 ≤100
0.65 0.5
0.60 0.45
0.55 0.4
• h—泄漏口上方液体的高度；m。
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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。
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
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
• ⑩火炬燃烧装置或放散管等。
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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。
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（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；
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2020/11/21
燃气事故后果模拟分析
•
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
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。
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（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；
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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。
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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。
• （1）TNT当量计算
•
（5）
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