池火灾 蒸汽云爆炸模型

2、火灾、爆炸事故后果模拟分析

罐区所储存物料中，丙酮的闪点最低，燃爆概率较其它物料高，因此在本评价中选取100m 3丙酮储罐进行火灾、爆炸事故后果模拟分析。

1）丙酮泄漏后造成火灾、爆炸所需要的时间

丙酮易燃，如果发生泄漏，其蒸气极易与空气形成爆炸性混合物，在存在引火源的条件下，引起燃烧爆炸事故。

丙酮液体泄漏可根据流体力学中的柏努力方程计算泄漏量。当裂口不规则时，可采取等效尺寸代替；当泄漏过程中压力变化时，则往往采用如下经验公式：

gh

P P A C Q d 2)

(20+-=ρ

ρ

式中：

Q ：液体泄漏速率，㎏/s ；

C d ：液体泄漏系数，选择情况参照表5.7，取0.50； A ：裂口面积，1/4×（0.05×20%）2×3.14=0.0000785m 2； ρ：泄漏液体密度，㎏/m 3，丙酮密度取800㎏/m 3； p-p 0:0Pa ；(设备内为常压) g ：重力加速度，9.8m/s 2； h ：裂口之上液位高度，3.0m 。

泄漏系数C d 的取值通常可从标准化学工程手册中查到。下表为常用的液体泄漏系数数据。

附表4.15 液体泄漏系数Cd

丙酮储罐的泄漏主要因为管道法兰、阀门密封面的破损等原因造成的。

储存过程中由于法兰、阀门密封面的破损，裂口尺寸取管径的20％，设事故管道的直径为DN50。

通过计算可知，丙酮储罐接管管径破损20%时的泄漏速率为Q=241g/s。

丙醇的爆炸下限为2.5％，分子量为58.09，储罐泄漏时，假设泄漏时泄漏的液体全部蒸发为气体，以泄漏点周围1m3区域范围内形成可燃性混合气体计，系统中的丙醇蒸气体积分数及质量浓度比在20℃时的换算公式：

Y=L×M/2.4

=2.5×58.09/2.4

=60.51g/m3

因此，当泄漏点1m3区域范围泄漏出来的可燃物质丙酮达到60.51g时，就会达到混合性爆炸气体的爆炸下限。

所以，泄漏出来的丙酮液体气化后0.251秒钟内可在泄漏点1m3范围内形成爆炸性混合气体。

以下是不同管径破损20％时，在泄漏点1m3范围内形成爆炸性混合气体所需要的时间，其它易燃液体泄漏后形成爆炸性气体所需时间可参照丙酮。

附表4.16 丙酮储罐接管不同管径破损泄漏后形成爆炸性气体所需时间

2)丙酮泄漏后出现火灾、爆炸事故造成的伤害范围 （1）池火灾

罐区内丙酮储罐泄漏后丙酮流到地面形成液池，遇火源燃烧形成池火。假设丙酮泄漏后，控制措施完全失效，其泄漏的时间足够长，防火堤内全部充满液体。其液池的当量半径r 可由下式计算。

2

1

)(

π

S

r =

S —防火堤有效面积（防火堤面积与储罐占地面积之差）

，m 2；

r —液池半径，m ；

其防火堤的参数见下表。

附表4.17 丙酮储罐的防火堤参数

①火焰高度

设液池为一半径为r ＝13.79m 的圆池子，其火焰高度按下式计算：

()6

.02102/84⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎣⎡=gr d

d r h t m ρ

式中：

—火焰高度，m ；

r —液池半径，m ；

0ρ—周围空气密度，kg/m

3

，1.293kg/m 3；

g

—重力加速度，9.8kg/s 2

dt

dm /—燃烧速率，kg/（m 2·s ），查有表丙酮的燃烧速率

h

为0.018kg/（m 2·s ）（注：以重油燃烧速率为参考）

经过计算得h ＝16.6m ②热辐射通量

液池燃烧时，火焰放出的总热辐射通量：

()1

72261

.02

0+⎪

⎭

⎫ ⎝⎛+=

dt dm H

dt

dm rh

r

q C

ηππ

式中：

0q —总热辐射通量，W/m

2

；

η—效率因子，可取0.13～0.35，取η＝0.15；

Hc —液体的燃烧热，丙酮的燃烧热

3.079x107J/kg ；

经计算得丙酮泄漏后总热辐射通量为：q 0=1.83×107W ③目标入射热辐射强度

假设全部辐射热量由液池中心点的小球面辐射出来，则在距离池中心某一距离（X ）m 处的入射热辐射强度为：

()(

)

2

04.x t q x q c

π=

式中：

)(x q —目标接受到的热通量，W/㎡；

0q —火焰表面总热辐射通量，W ；

c t —热传导系数，在无相对理想的数据时，可取值为

1；

x —目标点到液池中心的距离，m ；

经计算知目标接受到的热通量为：

q(x)＝0.145689×107X -2（W ／m 2）＝1456.89X -2（kW ／m 2）

根据热辐射强度，确定不同的距离情况下的热辐射强度分布情况，具体见下表。

附表4.18 不同距离情况下的热辐射强度分布表

④火灾损失

火灾通过辐射热的方式影响周围环境。当火灾产生的热辐射强度足够大时，可使周围的物体燃烧或变形,强烈的热辐射可能烧毁设备甚至造成人员伤亡。

根据上式热辐射强度公式，则得：X=[0

q t c /(4π

)(x q )]

0.5

,将上表

中的数值)(x q （37.5、25、12.5、4、1.6）代入上式中，结果如下表。

附表4.19 丙酮储罐池火灾所造成的伤害与对应的安全距离一览表

从表中可看出，在较小辐射等级时，致人重伤需要一定的时间，