典型泄漏扩散事故影响与计算

一、非重气云扩散模型
解：1—作业允许平均浓度300mg/m3； 2—短期接触(15min)浓度450mg/m3； 3—爆炸浓度8300mg/m3。 瞬时扩散油气等浓度图：
二、重气云扩散模型
1、盒子模型 坍塌圆柱体的径向蔓延速度：
v f dr / dt g[( p a ) / a ]h
二、气体泄漏模型
2、 压声流速质量泄漏速率
M 2 Q YC g A ( ) RT 1
气体膨胀因子
1 1
1 1 Y ( ) 1 2
1 1
p p ( ) [1 ( ) p0 p
2
1 0
]
三、两相流泄漏模型
Gude两相流泄漏计算法（3步法）： 第一步：计算两相流的质量分数——蒸发的 液体占液体总量的比例。 第二步：计算两相流的平均密度。 第三步：计算两相流的质量泄漏速率：
三、毒物泄漏伤害计算方法
1、毒气伤害概率计算
Pr A B ln(C t )
4/3
Pr 43.14 3.0188 ln(tq
（3）一度烧伤几率为
)
Pr 39.83 3.0186 ln(tq
4/3
)
一、火灾辐射伤害计算方法
2、人身伤害半径计算
（1）稳态火灾 2 q 81830 W / m 导致死亡热通量： 1 q2 69522W / m 2 重伤热通量： q3 30548W / m 2 轻伤热通量：
饱和水爆炸 能量系数 容器内 饱和液 体所占 体积
一、物理爆炸
4、压力容器爆炸时的冲击波能量计算 超压准则：
p( R) p0 ( R / a)
目标与爆炸 中心的距离 基准目标 处的超压 炸药爆炸实 验的模拟比
一、物理爆炸
5、压力容器爆炸时碎片能量及飞行距离计算 （1）碎片能量计算
1 2 E mv 2
fM c H c q (r ) 2 4r
目标至火源 中心的距离
第五节 爆炸模型
一、物理爆炸 二、化学爆炸
一、物理爆炸
1、压缩气体与蒸汽容器的爆炸能量计算 （1）压缩气体容器的爆炸能量
容器气体 绝对压力 容器 体积
1
pV 0.1013 Eg [1 ( ) 1 p
气体等 熵指数
第二节 泄漏模型
一、液体泄漏模型 二、气体泄漏模型 三、两相流泄漏模型
一、液体泄漏模型
1、液体泄漏量计算
2( p p0 ) Q C d A 2 gh
泄露 速率 泄露 系数 泄露孔 面积 液体 密度 压差
裂口之上 液面高度
一、液体泄漏模型
2、液体出口速度计算
Q v Cd A 2( p p0 ) 2 gh
E [( H1 H 2 ) ( S1 S 2 )Tb ]W
爆炸 前液 化气 体的 大气压下饱 焓 和液体的焓 爆炸 前饱 和液 体的 大气压下饱 熵 和液体的熵 饱和液 体质量 介质在大气 压下的沸点
一、物理爆炸
3、液化气体和高温饱和水容器的爆炸能量 （2）饱和水容器爆炸能量
Ew CwV
液体常 压沸点
一、池火灾
3、火焰高度计算
L 42 D[
mf
0 gD
]
0.61
空气 密度
液池 直径
一、池火灾
4、火焰表面热辐射通量计算
辐射 系数
q0
0.25D m f fH e
2 2
0.25D DL
一、池火灾
5、目标接受热辐射强度计算
q ( x) q0V (1 0.058 ln x)
环境 压力
二、爆炸超压伤害计算方法
2、人身伤害半径计算
（3）轻伤半径
1 3
R2 Z (1000 E / pa )
无量纲 距离 爆源 总能量
环境 压力
二、爆炸超压伤害计算方法
3、财产损失半径计算
建筑物三级破 坏系数
K 3W R4 3175 2 1 6 [1 ( ) ] WTNT
13 TNT
第十二章 典型事故影响模型与计算 本章内容
概述 泄漏模型 扩散模型 火灾模型 爆炸模型 事故伤害的计算方法
第一节
概述
主要针对易燃易爆有毒危险物品， 虽然这类物品在加工、储存和运输等 过程中有严格的规范和要求，发生事 故的频率低，但一旦发生事故造成的 后果严重。因此，对火灾、爆炸、中 毒等重大事故危害后果的分析评价十 分重要。
视角 系数 目标点到火焰 表面的距离
二、喷射火灾
1、火焰长度计算
燃烧热 泄漏气体 质量流量
( H c m) L 161.66
0.444
二、喷射火灾
2、目标接受热辐射强度计算
燃烧热 大气传输率
fH c m q 2 4x 1000
三、固体火灾
固体火灾模型：固体火灾指可燃固体为燃料的 火灾。固体模型用于模拟评价固体火灾事故后果 的严重度、危险等级和灾害影响范围。 目标接受辐射的强度： 辐射系数 燃烧速度 燃烧热

一、概述

一般情况下，对于泄漏物质密度与空气接近或经 很短时间的空气稀释后密度即与空气接近的情况， 可用烟羽扩散模型描述连续泄漏源泄漏物质的扩 散过程；可用烟团扩散模型描述瞬间泄漏源泄漏 物质的扩散过程。
一、概述

简化分析时，一般作如下假设：
（1）气云在平整、无障碍的地面上扩散； （2）气云不发生化学反应、相变反应、液滴沉降 等； （3）泄漏速度不随时间变化； （4）风向为水平方向，风速、风向不变； （5）气云与环境之间无热量交换。
E S Kc A
材料穿 透系数
碎片 动能
碎片穿透 方向面积
二、化学爆炸
1、凝固相爆炸
破坏力最强、破坏区域最大的冲击波破坏效应， 冲击波超压：
pa 0.137 Z 3 0.119 Z 2 0.269 Z 1 0.019
无量纲 距离
二、化学爆炸
2、蒸气云爆炸
蒸气云爆炸产生冲击波超压： 与无量纲 距离有关
q4 6730t
4 / 5
25400
一、火灾辐射伤害计算方法
4、间接财产损失计算
S ( N1 6000 N 2 3000 N 3 15) 20 / 6000
总死亡 人数
总重伤 人数
总轻伤 人数
二、爆炸超压伤害计算方法
1、冲击波超压伤害概率计算
Pr 2.47 1.43 ln ps
连续泄漏扩散模型：
Q y2 (z H)2 (z H)2 C(x, y, z,t, He ) exp( 2 ){exp[ ] epx [ ]} 2 2 v y z 2 y 2z 2 z
一、非重气云扩散模型
例：某石油库的5000m3汽油储罐，预 计如果发生事故，可能为大面积泄漏。 4500m3汽油在10min之内泄漏出来，并且 很快挥发，汽油密度为710Kg/m3。所处 地理位置属于亚热带季风气候，大气稳定 度由相关气象条件可得B，气温取25℃， 年最低风速2.2m/s，年最大风速18m/s。
转变点计算：随着空气的不断进入，重 气云团的密度不断减小，重气坍塌引起的 扩散将逐步让位于湍流引起的扩散。目前 常用ε准则，即 ε>临界值——重气坍塌扩散 ε<=临界值——环境湍流扩散
二、重气云扩散模型
2、平板模型
平板模型使用了如下假设： 1）重气云羽横截面为矩形，横风向半宽为 b(m)，垂直方向高度为h(m)。在泄漏源点，云羽 半宽为高度的两倍，即：bo＝2hO。 2）重气云羽横截面内，浓度、温度、密度等 参数均匀分布。 3）重气云羽的轴向蔓延速度等于风速。
碎片速度 碎片质量
一、物理爆炸
5、压力容器爆炸时碎片能量及飞行距离计算 （2）碎片飞行距离计算 1）碎片平抛时的初速度
R v0 2h / g
抛出的水平距离 碎片离地面的高度
2）碎片与地面成θ角抛出时的初速度
Rg v0 sin 2
一、物理爆炸
5、压力容器爆炸时碎片能量及飞行距离计算 （3）碎片穿透量计算
一、火灾辐射伤害计算方法
2、人身伤害半径计算
（2）瞬间火灾 导致死亡热通量： 重伤热通量： 轻伤热通量：
q1 (
e
16.164
t
)
0.75
e15.974 0.75 q2 ( ) t 14.851 e 0.75 q3 ( ) t
一、火灾辐射伤害计算方法
3、财产损失半径计算
根据目标接受的辐射通量，计算财产损失半径， 目标接受的辐射通量为：
p s e p a
A
环境 压力
二、化学爆炸
3、沸腾液体扩展蒸气爆炸
沸腾液体扩展蒸气爆炸的主要危险是火球产生 的强烈热辐射伤害。 1）火球半径
R 2.665W
0.327
火球中消耗的 可燃物质量
二、化学爆炸
3、沸腾液体扩展蒸气爆炸
2）火球持续时间
t 1.089W 0.327
3）火球抬高高度=火球直径 4）火球表面热辐射
一、非重气云扩散模型
高斯模型：
瞬间泄漏扩散模型：
C ( x, y, z , t , H e ) x ( x vt ) 2 y2 exp[ ] 3 2 2 2 x 2 y 2 2 x y z Q
( z H )2 ( z H )2 {exp[ ] epx [ ]} 2 2 2 z 2 z
] 10
3
一、物理爆炸
1、压缩气体与蒸汽容器的爆炸能量计算 （2）饱和蒸汽容器的爆炸能量
Es CsV
饱和蒸汽容器 爆炸能量系数 蒸汽 体积
一、物理爆炸
2、介质全部为液体时的爆炸能量计算
液体绝 对压力 容器体积 气压缩 系数
( p 1) V t EL 2
2
一、物理爆炸
3、液化气体和高温饱和水容器的爆炸能量 （1）液化气体容器爆炸能量
SEP WH a /( 4 R t )
2
火球表面 辐射能比
火球的有 效燃烧热
二、化学爆炸
3、沸腾液体扩展蒸气爆炸
5）视角系数
Hale Waihona Puke Baidu
F (R / r)
火球半径 6）大气热传递系数
2
目标到火球 中心的距离
0.09
a 2.02( pwr)
环境温度下空气 中的水蒸气压
目标到火球 表面的距离
第四节 火灾模型
一、池火灾 二、喷射火灾 三、固体火灾
一、池火灾
池火灾(PoolFire)模型：池火灾指可燃液 体作为燃料的火灾，比如罐区池火灾主要 是由于超载或雷击等原因导致LPG泄漏而形 成液池，遇到火源而引起池火灾。 PoolFire模型用于模拟评价与分析池火灾 的事故后果的严重度和危险等级、灾害影 响范围。
Q ACd 2 ( p pc )
第三节 扩散模型
一、概述 二、非重气云扩散模型 三、重气云扩散模型
一、概述
危险化学品泄漏后在空气中的扩散过程， 受泄漏物质密度、相变、沉降、泄漏类型、 泄漏方向、气象条件、地面条件等诸多因 素影响，因此，泄漏扩散分析极为复杂。 泄漏源的类型直接关系到扩散模型的选择。 简单扩散模型将泄漏模型分为瞬间泄漏和 连续泄漏两种模型。 根据气体密度与空气密度的相对大小，将 气云分为重气云、中性气云和轻气云。轻 气云和中性气云统称为非重气云。
一、池火灾
1、池直径计算
W S H min
最大液 池面积 最小液 层厚度
泄漏液 体质量
液体 密度
一、池火灾
2、燃烧速度计算 液体表面上单位面积的质量燃烧速度：
液体 燃烧热
dm 0.001H e mf dt c p (Tb T0 ) H vap
液体 比定压 热容 环境 温度 液体 汽化热
第六节 事故伤害的计算办法
一、火灾辐射伤害计算方法 二、爆炸超压伤害计算方法 三、毒物泄漏伤害计算方法
一、火灾辐射伤害计算方法
1、人身伤害概率计算
（1）皮肤裸露时的死亡几率为
Pr 36.38 2.56 ln(tq
人暴露在火灾热辐 射下持续的时间 （2）二度烧伤几率为
4/3
)
人体接触的辐 射强度
死亡 几率 冲击波超压与 环境的比值
二、爆炸超压伤害计算方法
2、人身伤害半径计算
（1）死亡半径 燃烧的 TNT当量
WTNT 0.37 R1 13.6( ) 1000
二、爆炸超压伤害计算方法
2、人身伤害半径计算
（2）重伤半径
1 3
R2 Z (1000 E / pa )
无量纲 距离 爆源 总能量
3、注意事项
（1）裂口不规则时，可用等效尺寸代替； （2）计算未考虑时间因素，计算值为最大值； （3）泄露系数如下表：
二、气体泄漏模型
1、临界流质量泄漏速率
M 2 Q C g A ( ) RT 1
泄露 系数 气体相对 分子质量 普适 气体 常数 气体 温度
1 1
气体等 熵指数