氧气厂氩气氮气二氧化碳充装项目风险程度分析

氧气厂氩气氮气二氧化碳充装项目风险程度分析
1.1 作业条件危险性评价
氩气、氮气充装工段
(1)氩气、氮气充装工段发生事故的可能性大小：可能，但不经常，L值取3；
(2)氩气、氮气充装工段人员暴露在这种危险环境中的频繁程度：每天工作时间内暴露，E值取6；
(3) 氩气、氮气充装工段事故可能会造成的损失后果：较小，轻伤，C值取1。

氩气、氮气储罐区
(1)氩气储罐区发生事故的可能性大小：很不可能，可以设想，L值取0.5；
(2) 氩气储罐区人员暴露在这种危险环境中的频繁程度：每周一次，或偶然暴露，E值取3；
(3) 氩气储罐区事故可能会造成的损失后果：严重，躯干致残，C值取7。

各个岗位作业条件的评价结果
参照作业条件危险性分析表的危险等级划分，氩气、氮气充装工段、储罐区作业条件危险等级为I级，稍有危险，注意防止。

二氧化碳充装间
各个岗位作业条件的评价结果
参照作业条件危险性分析表的危险等级划分，二氧化碳充装工段作业条件危险等级为I级，稍有危险，注意防止；储罐区作业条件危险等级为Ⅱ级，一般危险，需要观察。

1.2 液体二氧化碳贮槽、氮气钢瓶事故后果模拟分析
本项目渉及到压力容器及压力管道等带压设备，主要压力容器设备为液氩（氮、二氧化碳）贮槽，氩（氮、二氧化碳）气钢瓶，介质分别为氩气、氮气、二氧化碳。

本项目压力容器及其连接的压力管道均存在物理性爆炸的可能性。

装有惰性气体的各种压力容器受压破裂发生气体外泄，从而产
生物理能量的突然释放而形成爆炸，是属于一种物理爆炸，即将高压气体的压缩潜能转化为动能，对周围介质起破坏作用，高压容器爆裂的主要原因是容器结构上的缺陷、机械撞击、疲劳断裂、表面腐蚀或外部火源加热等，这种爆炸产生的一次碎片具有相当大的杀伤力，会进而造成人身伤害和财产损失。

一台设备在物理爆炸时能够释放出的能量的大小，是该设备危险性大小的重要指标。

因此，定量计算设备的物理爆炸能量是评价其物理爆炸危险性重要的、也是基本的一步。

为了对物理爆炸的能量进行定量的衡量，一般是将其与标准TNT炸药的爆炸能量进行对比，即计算其TNT当量。

本项目的液氮、液氩贮槽最高工作压力0.785 MPa，汽化后气体在管道及钢瓶内的最高压力为11.0 MPa，二氧化碳贮槽最高工作压力2.16 MPa，充灌工作压力10.0MPa，从设备体积和工作压力来说，气体钢瓶、液氮、液氩贮槽发生物理性爆炸的危险性均小于液态二氧化碳贮槽。

以液态二氧化碳贮槽的物理爆炸破坏性最大，因此本节主要按15m3液态二氧化碳贮槽的物理性爆炸事故发展进程：泄漏、受限空间蒸气物理爆炸所具有的潜在危险程度及可能的事故后果进行了具体的模拟计算，给出了评价结果。

泄漏模拟
1．介质自由泄漏速率
加压容器发生气态泄漏通常以射流方式发生。

对于气体泄漏一般计算初始最大的气体泄漏速率。

气体从裂口泄漏的速率可能达到声速，即出现“塞流”的临界状态，此时气体泄漏速率最大。

目前国际上流行的气体泄漏速率模型是R.H.Perry 模型：计算气体泄漏速率之前，先判断泄漏时气体流动属于声速还是亚声速流动，前者称为临界流，后者称为次临界流。

当()()1a 21≥γ－γγ＋⎪⎭⎫ ⎝⎛P P 时，气体流动属于声速流动，假定气体泄漏过程为理想气体的不可逆绝热扩散过程，气体泄漏速率计算式如下：
11g 0g 12p A Q γ－γ＋γγρδ⎪⎭⎫ ⎝⎛+=
随着泄漏的进行，储存压力下降，当()()1a 21γ－γγ＋＜⎪⎭⎫ ⎝⎛P P 时，气体流动属压声速流动（流体出口速率小于声速），气体泄漏速率计算如下： ()21a 2a g 0g P P P P 12p A Q ⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛=γγ＋γ－γ－γρδ
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g 48.01kg/m 238.148314102.1601.448314=⨯⨯⨯==T MP ρ
式中：
Q 为气体泄漏速率（kg/s ）；
P 为容器内介质压力（2.16×106
Pa ）；
P a 为泄漏处压力（Pa ）；
γ为热容比（等于泄漏物质的定压比热容与定容比热容的比值，查得γ=C p /C v =1.30）；
δg 为气体泄漏系数，当裂口形状为圆形时取1.00，三角形时取0.95，长方形时取0.90；
A 0为裂口面积（m 2）；
ρg 为储罐中气体密度（kg/m 3）；
M 为气体相对分子质量（M=m/n ）；
T 为容器内介质温度（-35℃，238.14K ）。

假设15m 3液态二氧化碳贮槽上有一个直径为2mm 的圆形泄漏孔，则：
()()()()82.12130.121130.130.11a =⎪⎭
⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛=－γ－γ＋γ＋P P 泄漏处压力P a =2.16×106÷1.82=1.187×106 Pa
外界压力低于1.187×106 Pa 时将导致塞流。

贮槽外界压力为大气压1.013×105 Pa ，所以认为塞流发生，采用下式计算泄漏速率：
11g 0g 12p A Q γ－γ＋γγρδ⎪⎭⎫ ⎝⎛+=
又()262201014.34
0.0023.144d A m -⨯=⨯==π 气体泄漏系数δg 取1.00，则
1
1.3011.306611g 0g 11.3021.3048.0110
2.161014.30.112p A Q －＋γ－γ＋γγρδ⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛+=-
21g/s 0.021kg/s ==
2． 后果分析
受限空间蒸气物理爆炸模拟
液态二氧化碳贮槽、氮气钢瓶物理爆炸可形成冲击波，该冲击波对距爆炸点一定距离内的人体会造成死亡或其他伤害。

评价组分别对液态二氧化碳贮槽、氮气钢瓶定量计算了以爆炸设备为中心，该冲击波可造成人员死亡以及重伤的平面范围（危险性区域）。

液态二氧化碳贮槽爆裂计算
液化气体和高温饱和水一般在容器内以气液两态存在，当容器破裂发生爆炸时，除了气体的急剧膨胀做功外，还有过热液体激烈的蒸发过程。

在大多数情况下，这类容器内的饱和液体占有容器介质重量的绝大部分，它的爆破能量比饱和气体大得多，一般计算时考虑气体膨胀做的功。

过热状态下液体在容器破裂时释放出爆破能量可按下式计算：
[]
W T S S H H E 12121)()(---= 式中，E ——过热状态液体的爆破能量，kJ ；
H 1——爆炸前饱和液体的焓，kJ/kg ；
H 2——在大气压力下饱和液体的焓，kJ/kg ；
S 1——爆炸前饱和液体的熵，kJ/(kg ·℃)；
S2——在大气压力下饱和液体的熵，KJ/(kg·℃)；
T1——介质在大气压力下的沸点，℃；
W——饱和液体的质量，kg。

经查《化学化工物性数据手册·无机卷》（化学工业出版社）中液态二氧化碳的热力学性质：
H1/16℃=215.6 kJ/kg
H2/24℃=198 kJ/kg
S1/15℃=4.955 kJ/(kg·℃)
S2/25℃=4.850 kJ/(kg·℃)
T1=78.3℃
W=100×1.53×0.9=137.7×103kg(充装量按90%计算) E=[(H1-H2)-(S1-S2)T1]W
=[(215.6-198)-(4.955-4.850)×78.3] ×（137.7×103）
=1.29×106 kJ
相当于TNT的质量为q=E/q TNT=1.29×106 /4500=281.67kg。