几种安全评价常用数学模型

蒸气云爆炸的冲击波超压模型

泄漏物扩散到广阔的区域，形成弥漫相当大空间的云状可燃性气体混合物，一段延滞时间后，可燃蒸气云被点燃，由于存在某些特殊原因和条件，火焰加速传播，产生危险的爆炸冲击波超压，发生蒸气云爆炸。

蒸气云爆炸通常采用传统的TNT当量系数法计算，将事故性爆炸产生的爆炸能量同一定当量的TNT联系起来。在TNT当量系数法中，当量的TNT质量与云团中燃料的总质量有关。

凝聚相含能材料的爆炸冲击波超压Δp可按下式计算：

Δp s=

()

()⎪⎩

⎪

⎨

⎧

<

∆

<

-

+

+

>

∆

+

-

-

-

-

10

1

019

.0

269

.0

119

.0

137

.0

5

1567

.0

1

1

2

3

3

p

Z

Z

Z

p

Z

Δp s=

p

p

∆

Z=

3/1

⎪⎪

⎭

⎫

⎝

⎛

p

E

R

E=1.8αWQ C

式中，Z为无量纲距离；Δp为目标处的超压值，Pa；p0为环境压力，101325Pa；R为目标到爆源的水平距离，m；E为爆源总能量，J；1.8为地面爆炸系数；α为蒸气云当量系数，一般取0.04；W为含

能材料的质量，kg；Q C为爆炸物的爆热，J/kg。

池火灾模型

R．Merrifield和T.A Roberts给出由可燃液体引起的池火灾，热辐射是其主要危害。热辐射对人体的伤害主要是通过不同热辐射通量对人体所受的不同伤害程度来表示。下表给出了不同热辐射值对人体的伤害和周围设施的破坏情况。

不同热辐射值对人体的伤害和周围设施的破坏情况表热辐射

通量

/

（Kw/M2）

人体伤害类别周围设施破坏类别

37.5 在1min内100%的人死亡，

10s内1%的人死亡

对周围设备造成损坏

25.0 1min内100%的人死亡，

10s内严重烧伤

没有引火，无限制长期暴露点燃木材的最小能量

12.5 1min内10%的人死亡，10s

内1度烧伤

木材被引燃，塑料管熔化的最小能量

4.0 超过20s引起疼痛，但不

会起水泡

1.6 长期接触不会有不适感

下面讨论池火灾火焰的几何尺寸及辐射参数的计算过程。

（1）池直径的计算当危险单元为油罐时，可根据防护堤所围池面积S（m2）计算池直径D（m）：

D=

S4

当危险单元为输油管道且无防护堤时，假定泄漏的液体无蒸发、并已充分蔓延、地面无渗透，则根据泄漏的液体量W （kg ）和地面性质，按下式计算最大可能的池面积S ： S=ρ

min H W 式中，H min 为最小油层厚度（与地面性质和状态有关，见下表）；

ρ为油的密度，kg/m 3。

知道S 后，按上面所给出的公式计算池的直径D 。

(2)确定火焰高度 Thomas 给出的计算池火焰高度的经验公式在文献中被广泛使用：

h=D L =4261.00⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛gD m f ρ

式中，L 为火焰高度，m ；D 为池直径，m ；m f 为燃烧速率，kg/（m 2·s ）；

ρ0为空气kg/m 3；g 为重力加速度，9.8m/s 2。

（3）火焰表面热通量的计算 假定能量由圆柱形火焰侧面和顶部向周围均匀辐射，则可以用下式计算火焰表面的热通量：

q 0=DL D f m H D f f πππ+∆2225.025.0

式中，q 0为火焰表面的热通量，Kw/m 2；ΔH f 为燃烧热，Kj/kg ；f

为热辐射系数，可取为0.15；m f 为燃烧速率，kg/（m 2·s ）；

其他符号同前。

（4）目标接收到的热能量的计算 目标接收到的热通量q （r ）的计算公式为：

q （r ）=q 0（1-0.058lnr ）V

式中，q （r ）为目标接收到的热通量，kW/m 2；q 0为计算的火焰表

面的热能量，kW/m 2；r 为目标到油区中心的水平距离，m ；V 为视角系数，按Rai & Kalelkar(1974)提出的方法计算。

（5）视角系数的计算 视角系数V 与目标到火焰垂直轴的距离与火焰半径之比s 、火焰高度与直径之比h 有关。 V=22H V V V +

B A V H -=π

()()()()()

5.025.0111111tan 1-⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡+--+⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-b s b s b s b A ()

()s K J h s s h V V -+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-=-5.0211tan π ()()()()()5.015.021111tan 1⎥⎦⎤⎢⎣⎡+--+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣

⎡-=-s a s a a a J ()()5

.0111tan ⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-=-s s K ()

s s h a 2122++=

()s

s b 212

+= 式中，A 、B 、J 、K 、V H 、V V 是为了描述方便而引入的中间变量；π为圆周率。

沸腾液体扩散蒸气云爆炸火球（BLEVE 火球）热辐射模型

加压存储的可燃液化气体，由于容器遇外火灼烧使器壁的强度下降，或者由于机械碰撞、制造上的缺陷及腐蚀等使内部压力过高时造成容器破裂，所盛液体瞬态泄漏，并在环境温度高于其沸点时急剧气化，如果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，造成人员的伤亡和财产损失，此种现象称为沸腾液体扩展蒸气爆炸，简称BLEVE （boiling liquid expanding vapor explosions ）。BLEVE 是石油、化工和交通运输行业常见的重要事故类型。

BLEVE 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，有时也可能伴随延迟发生的蒸气云爆炸或闪火等事故灾害。BLEVE 过程虽然有碎片和冲击波产生，但近场以外的冲击波压力效应不重要，爆炸也通常只产生几块

较大的抛射碎片，故爆炸火球的热辐射是最主要的伤害因素。本