第二章 气云爆炸事故机理及模型

2.1 过程爆炸事故模式及致因分析
对蒸气云爆炸和沸腾液体扩展蒸气爆炸两种典型的重大爆炸灾害事故进行 案例统计与分析，根据近 40 年来国内外已经正式发布的不同的工厂、工艺过程 中所发生的重大气云爆炸事故数据，根据各事故致因的不同，经统计分析，归纳 提炼出的 UVCE、BLEVE 分为以下事故模式，见表 2.1，2.2。
管线接头损坏导致 LPG 泄漏，引发火灾，
腐蚀使液化石油气储罐 泄漏
1983，Nijmegen,铁路槽罐无安全阀，在暴露火焰 25 分钟后爆炸，产生直径 40 米的火球 1984.2.8，美国，大火包围了 946 升的液化石油气 贮罐的蒸气区，使的罐体金属强度下降、失效， 而发生了爆炸，碎片最远飞行距离 1345 英尺。 1986，加利福尼亚，LPG 储存场所，由于压力泄 放阀故障和太阳热辐射引发的火灾，从而导致 BLEVE，产生 90 米高的直径为 45 米的火球。 1984.11.19，墨西哥圣胡安.伊克斯华特佩克的一 座化工厂，由于瓦斯泄漏引起火灾导致一系列爆 炸，容纳 1500 立方米的液化气的 4 座球形贮罐及 其它小贮罐发生 BLEVE，产生巨大火球和 10-40 吨的碎片抛射到 900 米处，造成了 542 人死亡、 7000 人严重烧伤和 35 万人无家可归。 1973.5，亚利桑拿州柯英门的得克梭液化气供应 站，火灾引发 BLEVE，地面火球以最初的爆炸点 为中心向四周扩散了 150-200 英尺，火球有几百 英尺高、800-1000 英尺宽，1000 英尺外人员受到 伤害，造成 12 名消防人员死亡。 法国费赞一炼油厂液化石油气球形贮罐受 LPG 火焰烧烤，引发爆炸，造成 7 人死亡，100 多人 受伤。
升高，由于液体热膨胀 用，罐体产生龟裂，导致泄漏，使液体处于过热
作用，罐体产生龟裂， 状态，发生沸腾并迅速产生大量蒸气，导致罐体
导致泄漏，使液体处于 爆裂。
过热状态
外来撞击
1985，北美洲安大略湖
房屋火灾强烈的热辐射
压力泄放阀故障和太阳 热辐射
瓦斯泄漏引起火灾导致 一系列爆炸
阀门冻结，LPG 泄漏扩 散至马路，汽车引燃 LPG，火焰蔓延、烧烤 罐体
出口连接处疲劳失 效泄漏，形成气云 被引爆 法兰失效，泄漏形 成气云被引爆 卡车储罐失效，泄 漏形成气云被引爆 管线失效，泄漏形 成气云被引爆 排水阀开启，泄漏 形成气云被引爆
物质溢出形成气 云，被引爆
球罐泄漏，形成气 云被引爆
管线破裂泄漏，形 成气云被引爆
管线疲劳失效 工艺不稳定导致 过压和高温 泄压阀冻结 管线失效 温度过低，水凝固 导致阀门开启
1992.11.9，法国拉梅德，硫化催化裂化 装置回收丁烷和丙烷德管线破裂，形成 蒸气云被引燃，连续爆炸，损失 2.94 亿美元。
1988.11.9，印度马弗罗炼油厂贮罐区石 脑油管线破裂，泄漏形成气云被引爆， 爆炸冲击波波及 5000m2，导致 22 人死 亡，12 人重伤，15 人轻伤。 1984.7.23 美国伊利诺斯州罗姆维尔，单 乙醇胺脱硫塔环焊缝出现裂纹、扩大、 泄漏，形成蒸气云爆炸，损失 2.57 亿美 元。
满装
阀门磨损 管线超压破裂
聚乙烯
乙烯
精练厂 丁烷 石脑油
液化石油 气储存
气体输送
1975，比利时，压缩泵出口连接处疲劳 失效，导致乙烯外泄，在可敞空间大范 围形成气云，被引火源引爆，产生大范 围的建筑破坏，直接经济损失 2650 万 美元，死亡 6 人，受伤 13 人。 1973，日本，不稳定的工艺导致的过压 和高温，使得法兰失效，直接经济损失 1600 万美元，死亡 1 人。 1971，美国路易斯安那，泄压阀冻结， 卡车储罐失效，8000 磅乙烯泄漏形成气 云被引爆，产生 0.5 吨 TNT 的爆炸威力， 直接经济损失 260 万美元，受伤 8 人。 1966 年，西德，管线失效导致甲烷泄漏， 在离泄漏源 200 英尺处被引燃、爆炸， 爆炸当量是 2-3 吨 TNT，直接经济损失 480 万美元，死亡 3 人，重伤 83 人。 1972，巴西，温度过低，水凝固导致球 形罐低部的排水阀门开启，导致丁烷泄 漏，形成气云被引爆，直接经济损失 840 万美元，死亡 37 人，受伤 53 人。 1957，加拿大魁北克，球形储罐过载外 溢，导致直径 1200 英尺的气云，随后 储罐破裂，爆炸发生，直接经济损失 320 万美元，死亡 1 人。 1997.6.27，北京东方化工厂，石脑油 A 罐满装外溢，在空中形成气云，被引爆， 引起一系列连锁燃烧、爆炸，直接经济 损失 50 万元，死亡 1 人，重伤 3 人， 轻伤 5 人。 1979.2.18 ，吉 林 市 400立 方 米 球 罐 突 然 破 裂 ，约 9吨 液 化 石 油 气 气 化 变 成 约 2250立 方 米 的 气 体 喷 出 ， 形 成 数 十万立方米的爆炸性混合气体，涉 及 距 离 达 90 -200米 ，致 使 多 处 发 生 明 火 和 爆 炸 ， 引 起 大 火 ， 当 场 死 亡 27 人，受伤59人。 1998.3.5 ，西 安 煤 气 公 司 液 化 气 管 理 所 400立 方 米 液 化 石 油 气 球 罐 发 生 泄漏爆炸，后引发二次爆炸，造成 44人伤亡。 1970.12.10，美 国 非 利 浦 石 油 公 司 30 年代建成的丙烷输送管线因泵加压 而破裂，泄漏的丙烷聚集在当地的 峡谷中（长2500m，宽450m）,被居 民住宅火源引爆，爆炸产生的火球 在300km外仍可见。
1976，波多黎，储罐超压导致 C5 碳氢 化合物泄漏到 10-25 英尺高，在离储罐 450 英尺处被点燃引爆，死亡 1 人，受 伤 2 人。 1976，美国德克萨斯州，管线失效，乙 烯泄漏到空中，随后发生蒸气云爆炸， 直接经济损失 1800 万美元，死 1 人， 受伤 15 人。
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南京工业大学硕士学位论文 化工过程爆炸灾害模拟评价及防灾决策支持系统研究
管线泄漏火灾 引发 BLEVE
高温导致超 压、开阀排泄 泄漏引爆
铁路槽车出轨
撞击导致管线破坏
寒冷气候使的气体运输 管线龟裂泄漏形成气云
罐内温度过高，压力升 高，安全阀故障，开排 泄阀，无法关闭此阀， LPG 泄漏引爆
1970.6.21，伊利诺斯洲伊斯兰城，每两装有 34000 加仑液化气车辆货车发生出轨事故，最初 3 个小 时内发生了 3 次 BLEVE，导致 64 人受伤。 1998.4.9，美国衣阿华州一农场，由于越野车撞坏 地面上 2 根丙烷管道，引发了丙烷罐大火并发生 BLEVE，造成 2 名消防人员死亡，7 人受伤，建 筑物被冲击波毁坏。
1997.12.9，印度尼西亚沙捞越宾图卢， 空分装置中的一铝制换热器有液氧漏 入，发生爆炸性燃烧，损失 2.75 亿美元。 1975，哈里发，储罐裂缝导致储罐失效， 665 磅氢气泄漏到空中，形成半径 30 英尺的气云，释放了相当于 20-40 磅 TNT 炸药能量，直接经济损失 275 万美 元。
1988.10.21，上海高桥石油化工公司炼 油厂，在对球罐开阀放水时，违反操作 规程没切换开关，致使液化气随水外溢 9.7 吨，扩展后遇明火引爆，造成 25 人 死亡，烧伤 17 人。 1996.7.26，墨西哥卡克图斯，液化石油 气泵入口法兰泄漏，形成蒸气云被引 燃，产生一系列爆炸，包括 BLEVE， 损失 1.39 亿美元。 1977.3.4，卡塔儿乌姆赛义德，大型精 丙烷储罐破裂，液态丙烷泄漏并漫过防 液堤，发生蒸气云爆炸，损失 1.67 亿美 元。
1989.12.24，美国埃克桑巴吨罗夫炼油厂，寒冷气 候使的丙烷和丁烷气体运输管线龟裂泄漏形成气 云，8 台贮罐被大火吞没，发生爆炸，近 10km 范 围内的房屋窗户被毁坏，造成 2 人死亡。 1972.3.30，巴西石油公司液化气球罐（1000m3）， 由于送入罐内的气体温度过高，导致压力升高， 加上安全阀故障，于是开排泄阀，无法关闭此阀， LPG 泄漏并引爆，导致 BLEVE，火柱高达 300 米，碎片飞散达方圆 3km，造成 37 人死亡，36 人受重伤，设备损失达 28 亿日元以上。
管线腐蚀泄漏，形 成气云被引爆
管线破裂泄漏，形 成气云被引爆
塔器裂缝泄漏，形 成气云被引爆
阀门开启放水， LPG 泄漏被引爆
法兰泄漏，形成气 云被引爆
储罐破裂泄漏，形 成气云被引爆 液氧漏入，发生爆 炸燃烧
储罐泄漏，形成气 云爆炸
储罐超压导致，泄 漏形成气云被引爆
管线失效泄漏，形 成气云被引爆
腐蚀损坏
1997 年 9 月 14 日印度 HPCL 炼油厂因
储罐腐蚀泄漏，形 成蒸气云被引爆
腐蚀使该厂一个 液化石油气储罐 泄漏
炼油厂
腐蚀使该厂一个液化石油气储罐泄漏， 从而引发一系列事故并逐渐演变成一 场灾难，导致 60 人死亡，造成 1.5 亿美 元财产损失，威胁附近城市 200 万居民
的安全。
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南京工业大学硕士学位论文 化工过程爆炸灾害模拟评价及防灾决策支持系统研究
管线破裂
塔器环焊缝出现 裂纹并扩大 违反操作规程，没 切换开关 LPG 泵入口法兰 泄漏 储罐破裂，液态丙 烷泄漏漫过防液 堤 换热器液氧漏入 储罐裂缝导致储 罐失效、泄漏
储罐超压
管线失效
气体加工 工厂
乙醛、酒 精制造
ห้องสมุดไป่ตู้
1988.5.5，美国路易斯安娜州诺科，硫 化催化裂化装置高架管线弯头腐蚀损 坏，C3 泄漏，形成蒸气云爆炸，损失 3.14 亿美元。 1992.11.9，法国普罗旺斯炼油厂，由于 液化石油气管路泄漏，形成的蒸气云被 引燃而发生保证，造成 6 人死亡，11 人受伤。
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南京工业大学硕士学位论文 化工过程爆炸灾害模拟评价及防灾决策支持系统研究
事故模式 过热引发爆炸 槽罐破裂导致 爆炸 撞击失效引发 爆炸
火灾烧烤罐 体，蒸气区罐 体局部受热破 裂，引发 BLEVE
储罐泄漏火灾 引发 BLEVE
表 2.2 沸腾液体扩展蒸气爆炸事故模式统计分析
Table 2.2 Statistic and analysis of accident modes for BLEVE
法国费赞一石油精制厂，取样阀冻结泄漏早晨可 燃气泄漏，火灾烧烤球罐底部支柱弯曲，球罐倾 斜，罐底破裂，后发生爆炸，产生巨大的火球。
日本一液化石油气储存地，由于槽车与圆筒形贮 罐间的软管线接头由于槽车移动损坏，导致 LPG 泄漏，引发火灾，罐体压力上升，安全阀动作， 火势增大，贮罐内 LPG 受热处于过热状态，瞬时 气化，发生爆炸。
表 2.1 蒸气云爆炸事故模式统计分析
Table 2.1 Statistic and analysis of accident modes for UVCE
事故模式
事故致因
工厂/工 艺类型
事故案例数据
1989.10.23，美国得克萨斯州帕萨迪纳，
球阀泄漏，形成蒸 气云被引爆
维修程序错误
维修程序错误，乙烯和异丁烯球阀泄 漏，形成蒸气云被引爆，损失 8.12 亿美
1997 年 9 月 14 日印度 HPCL 炼油厂因腐蚀使该 厂一个液化石油气储罐泄漏，从而引发一系列事 故并逐渐演变成一场灾难，导致 60 人死亡，造成 1.5 亿美元财产损失，威胁附近城市 200 万居民的 安全。
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南京工业大学硕士学位论文 化工过程爆炸灾害模拟评价及防灾决策支持系统研究
槽罐火灾引发 BLEVE
元。
1974.6.1，英国费利克斯博洛，环氧乙
管线损坏泄漏，形 反应器旁路大口 石油化工 烷反应器旁路大口径管线损坏、泄漏，
成蒸气云被引爆 径管线损坏
形成蒸气云被引燃、爆炸，损失 1.7 亿
美元。
储气室泄漏，形成 蒸气云被引爆
储气室故障泄漏
1987.11.14，美国得克萨斯州潘帕，高 压进气储气室故障、泄漏，形成蒸气云 被引燃、爆炸，损失 2.69 亿美元。
南京工业大学硕士学位论文 化工过程爆炸灾害模拟评价及防灾决策支持系统研究
2 气云爆炸事故机理及模型
爆炸是化工过程中的重大灾难性事故之一，化工过程常发生的爆炸灾害形式 包括反应失控引起的装置爆炸、蒸气云爆炸和沸腾液体扩展蒸气云爆炸等事故模 式。化工过程爆炸的事故共同特点是参与的爆炸物质量一般都较大，导致的危害 和损失巨大。本章将重点研究探讨蒸气云爆炸和沸腾液体扩展蒸气云爆炸两种事 故形式。
事故致因
事故案例数据
火焰烧烤
1980，加拿大米西索加，装有丙烷的铁路槽车受 火焰烧烤爆炸，导致 23 节车厢出轨，其中 3 节装 有丙烷。
外来火焰加热导致罐钢 1984.6.13，Salmon Arm,卡车罐由于外来火焰加热
材强度下降
导致罐钢材强度下降而爆裂，引发爆炸。
太阳热辐射，罐内温度 太阳热辐射，罐内温度升高，由于液体热膨胀作