摘 要
氨在工业和农业生产中的作用越来越大，因此氨的存储也受到越来越多的重视。通过对液氨储罐的危险特性分析，计算出液氨储罐的泄漏速率并建立了液氨储罐的池火灾、火球、蒸气云爆炸和中毒四种模型。根据这四种模型利用后果分析的一般程序，计算出液氨的燃烧速率、池火高度、液氨燃烧时的总热通量、热辐射强度为处距中心位置、蒸气云爆炸的伤害半径、火球的伤害半径和中毒扩散半径。通过液氨储罐的事故后果分析，检验液氨储罐是否给周围人员和环境带来危害。从而对液氨储罐进行人员、设备、环境和事故应急等方面进行加强，保障人员的生命安全和财产安全。
关键词：液氨储罐；事故模型；事故后果分析
Abstract
Ammonia plays more and more important role in industrial and agricultural production, so the storage of ammonia has been paid more and more attention. The risk characteristics of liquid ammonia storage tank through the analysis and calculate the liquid ammonia tank leak rate and the establishment of the liquid ammonia tank of pool fire, fireball, vapor cloud explosion and poisoning four models. According to the general procedure of the four models is analyzed by using the consequences, the calculated liquid ammonia combustion rate, pool fire height, liquid ammonia combustion when the total heat flux, thermal radiation intensity is away from the center position, the vapor cloud explosion damage radius, fireball damage radius and poisoning diffusion radius. The consequences of the accident analysis of the liquid ammonia tank, the liquid ammonia tank to test whether the surrounding personnel and environmental hazards. Thus of liquid ammonia storage tank for personnel, equipment, environment and accident emergency to strengthen, support personnel life safety and property safety.
Keywords: ammonia tank; model of accident; accident consequence analysis
目 录
摘 要 I
Abstract II
1 绪 论 1
1.1研究背景及意义 1
1.2国内外研究现状 1
1.3课题的主要内容 2
1.4课题的研究方案 3
2 液氨储罐的危险特性分析 4
2.1液氨 4
2.1.1液氨的物化性质 4
2.1.2液氨的生理毒性 4
2.1.3液氨的处理 4
2.1.4液氨的储存 6
2.2液氨储罐 6
2.2.1储罐的种类及特点 6
2.2.2液氨储罐系统组成 6
2.2.3液氨储罐的危险因素[9] 7
2.2.4人的不安全行为 7
2.2.5环境因素 8
2.2.6管理 8
3液氨储罐事故后果分析 9
3.1事故后果的分析程序 9
3.2后果分析所需参数 9
3.3液氨储罐案例分析 9
3.3.1液氨储罐泄漏速率的计算 11
3.3.1.1液氨以液体形式泄漏速率模拟计算 11
3.3.1.2液氨以气体形式泄漏速率模拟计算 12
3.3.1.3液氨两相泄漏模拟计算 13
3.3.2液氨储罐泄漏形成池火事故
计算 15
3.3.2.1液体燃烧速率 15
3.3.2.2池火高度 16
3.3.2.3液体燃烧时的总热通量 16
3.3.2.4热辐射强度为处距中心位置 17
3.3.3液氨储罐蒸气云爆炸事故分析 18
3.3.3.1 TNT当量法 18
3.3.4液氨储罐泄漏中毒事故分析 19
3.4事故后果的分析 20
4液氨储罐的安全防护措施 21
4.1人员方面防范措施 21
4.2 设备方面的防范措施 21
4.3 环境方面防范措施 21
4.4 事故应急方案 22
结 论 24
致 谢 25
参考文献 26
附录A
附录B
1 绪 论
1.1研究背景及意义
液氨的化学成分为NH3，主要用于生产硝酸、无机和有机化工产品、化学肥料以及冷冻、冶金、医药等工业原料，用途广泛。氨在进入人体后会阻碍三羧酸循环，降低细胞色素氧化酶的作用，致使脑氨增加，可产生神经毒作用。高浓度氨可引起组织溶解坏死。液氨在容器爆裂时会产生蒸气爆炸，爆炸后不燃烧会造成大面积的毒害区域。液氨是液态储存，如果瞬间泄漏后遇到延迟点火可能发生蒸气云爆炸，造成大量的财产损失和人员伤亡。因此，控制及预防液氨储罐泄漏、爆炸事故的发生，对于减少人员的伤亡、财产的损失以及维护社会的和谐稳定发展，都具有至关重要的实际现实意义，开展液氨储罐的安全评价工作也日益受到人们所重视。例如：1974年，发生在英国夫利克斯保罗化工厂的环己烷蒸气云爆炸事故，受伤89人、死亡28人、2450栋房屋损坏，直接经济损失达
700万美元[3]；1976年，发生在意大利的塞韦索工厂和曼福莱多尼亚工厂的大量毒物泄漏事故。塞韦索工厂的环己烷泄漏使30人受伤、22万人疏散；1984年，发生在墨西哥城液氨供应中心站的爆炸事故，约490人死亡、4000多人受伤、另有900多人失踪，120万人撤离家园，供应站内所有设施毁损殆尽。
事故的评价方法有多种，由于每种安全评价方法都具有各自不同的特征以及不同的适用范围。因此，对评价方法的选取就显得尤为重要，如果评价方法的选择不合适，得出的评价结论极有可能不切合实际，甚至会产生比较大的偏差。
对液氨储罐事故后果分析与研究，可预防液氨储罐事故的发生，减少危害。事故发生后，可定量定性分析其后果，减少对企业的财产损失，为企业事故应急预案的制定提供参考依据，给企业的安全生产提供一定的指导。
1.2国内外研究现状
安全评价也称安全性评价、危险性评价或风险评价。安全评价的最终目的是对评价系统内可能发生的事故的危险性进行定性或定量分析，评价分析出评价系统内发生危险的可能性及其严重程度，以此来寻求切合实际的方法最低限度的降低事故率、减少损失，从而使企业的安全投资效益达到最优化。同时，安全评价也是安全管理和科学决策化的基础条件，更是依靠现代科学技术预防减少事故发生、财产损失的具体表现。安全评价不仅是寻求安全的规律，也是寻求一种危险、危害的规律，更是寻求一种安全与危险相关联的规律。通过寻求这种规律，采取必要的安全防护措施，以便达到预期的安全目标。寻找及掌握这种规律是作为安全人员所必须的义务，更是一种职责。安全评价的基本原理主要包括：相关性原理；类推和概率推断评价原理；惯性原理等。
20世纪30年代的保险业最先运用安全评价技术 。上世纪60年代的后期，航空、航天、核工业等高技术领域的高速飞跃发展，系统安全评价技术也得到了快速发展，其中以概率风险评价(PRA)最具代表性。开发了许多不同的安全评价方法。譬如：故障树分析(FTA)、事件树分析(ETA)、危险可操作性研究(HAZOPS)及初步危险分析(PHA)等。20世纪70年代，世界各国都成立了专门的机构以加强对危险源的评价和控制工作。LPG等危险化学品综合评价在欧美一些发达国家开展了研究。1979年，英国帝国化学工业公司蒙德部运用道化学法第三版的同时，在此基础上加以扩展补充，重点增加了毒性指标，提出了ICI Mond评价法。
目前，美国凭借其领先的软、硬件开发和研制的优势，在工业安全管理及数据库技术应用方面一直处于先进
的地位；德国、意大利、日本等国也取得了较好的成果。在国内，安全工程领域已经与计算机技术紧密结合，如“国际劳工局安全信息(知识)数据库及软件系统”、“葛洲坝安全管理可视化系统”、“国家公共安全应急平台体系”等。概括起来，计算机技术在安全科学领域中的应用主要有：安全信息数据库管理、安全分析与决策。后者主要是利用计算机准确及高速度的科学计算功能，进行安全分析、事故诊断、安全决策等任务。如建筑火灾模拟软件FDS、统计分析软件SPSS、决策支持系统DSS、地理信息系统GIS等。
国外现有的安全评价方法，大量运用评价危险装置或单元发生事故的可能性和事故后果的严重度，具有普遍的通用性。然而，国内研究开发机械工厂安全性评价方法标准，化工厂危险程度分级，冶金工厂程度分级等方法，主要运用于同行业生产经营单位的安全评价，具有一定的局限性。
1.3课题的主要内容
1、分析液氨危险特性并对其储罐的危险、有害因素进行分析；
2、通过分析可以建立事故模型；
3、根据建立的事故模型对其事故的后果进行定性、定量分析和评价；
4、对液氨储罐提出合理的安全对策措施及建议。
1.4课题的研究方案
1、运用安全学原理的方法对液氨储罐的危险、有害因素分析与评价；
2、分析事故后果，划分独立功能单元，计算单元中有害物质存量，找出设备的典型故障，计算后果；
3、根据计算的后果，建立事故模型：泄漏、蒸气云爆炸、扩散等；
4、对液氨储罐提出合理的安全对策措施及建议。
2 液氨储罐的危险特性分析
2.1液氨
液氨广泛用于生产化学肥料，如硝酸、尿素等，也可用作医药和农药的原材料。因为液氨在气化后转变为气氨，能吸收大量的热，被誉为“冷冻剂”。同时液氨具有一定的杀菌作用，所以在家禽养殖业中，被用于杀菌和降温制冷作用。液氨还可用于制造火箭、导弹的推进剂，以及纺织品的丝光整理等场合。同时还因为其化学性能特殊，被很好的应用于半导体、冶金工业，以及化工行业。
?2.1.1液氨的物化性质
液氨又称无水氨，为无色、有刺激恶臭的有毒气体，分子式为NH3，分子量为17.03，相对密度为0.597，沸点为-33.33℃，燃点为651℃，爆炸极限为15.7％~27％。氨气易溶于水，其水溶液即为氨水[7]。氨气属可燃性气体，与空气混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸，与氟、氯等接触会发生剧烈的化学反应，若遇高热，容器内压增大，有开裂和爆炸
的危险。
2.1.2液氨的生理毒性
氨主要对上呼吸道有刺激和腐蚀作用，低浓度氨对人的粘膜有刺激作用，高浓度时可危及中枢神经系统，还可通过三叉神经末梢的反射作用而引起心脏停搏和呼吸停止。氨的刺激性是可靠的有害浓度报警信号。但由于嗅觉疲劳，长期接触后对低浓度的氨会难以察觉。轻度吸入氨中毒表现有鼻炎、咽炎、气管炎、支气管炎。患者有咽灼痛、咳嗽、咳痰或咯血、胸闷和胸骨后疼痛等。急性吸入氨中毒的发生多由意外事故如管道破裂、阀门爆裂等造成。急性氨中毒主要表现为呼吸道粘膜刺激和灼伤。其症状根据氨的浓度、吸入时间以及个人感受性等而轻重不同。严重吸入中毒可出现喉头水肿、声门狭窄以及呼吸道粘膜脱落，可造成气管阻塞，引起窒息。吸入高浓度可直接影响肺毛细血管通透性而引起肺水肿。
? 低浓度的氨对眼和潮湿的皮肤能迅速产生刺激作用。潮湿的皮肤或眼睛接触高浓度的氨气能引起严重的化学烧伤。皮肤接触可引起严重疼痛和烧伤，并能发生咖啡样着色。被腐蚀部位呈胶状并发软，可发生深度组织破坏。高浓度蒸气对眼睛有强刺激性，可引起疼痛和烧伤，导致明显的炎症并可能发生水肿、上皮组织破坏、角膜混浊和虹膜发炎。轻度病例一般会缓解，严重病例可能会长期持续，
并发生持续性水肿、疤痕、永久性混浊、眼睛膨出、白内障、眼睑和眼球粘连及失明等并发症。多次或持续接触氨会导致结膜炎。
2.1.3液氨的处理
1、少量泄漏
? 撤退区域内所有人员。防止吸入蒸气，防止接触液体或气体。处置人员应使用呼吸器。禁止进入氨气可能汇集的局限空间，并加强通风。只能在保证安全的情况下堵漏。泄漏的容器应转移到安全地带，并且仅在确保安全的情况下才能打开阀门泄压。可用砂土、蛭石等惰性吸收材料收集和吸附泄漏物。收集的泄漏物应放在贴有相应标签的密闭容器中，以便废弃处理。
2、大量泄漏
? 疏散场所内所有未防护人员，并向上风向转移。泄漏处置人员应穿全身防护服，戴呼吸设备。消除附近火源。向当地政府和“119”及当地环保部门、公安交警部门报警，报警内容应包括：事故单位；事故发生的时间、地点、化学品名称和泄漏量、危险程度；有无人员伤亡以及报警人姓名、电话。禁止接触或跨越泄漏的液氨，防止泄漏物进入阴沟和排水道，增强通风。场所内禁止吸烟和明火。在保证安全的情况下，要堵漏或翻转泄漏的容器以避免液氨漏出。要喷雾状水，以抑制蒸气或改变蒸气云的流向，但禁止用水直接冲击泄漏的液氨或泄漏源。防止泄漏物进入水体、下水
道、地下室或密闭性空间。禁止进入氨气可能汇集的受限空间。清洗以后，在储存和再使用前要将所有的保护性服装和设备洗消。
3、火灾处理措施
?在贮存及运输使用过程中，如发生火灾应采取以下措施：
（1）报警：迅速向当地119消防、政府报警。报警内容应包括：事故单位；事故发生的时间、地点、化学品名称、危险程度；有无人员伤亡以及报警人姓名、电话。
（2）隔离、疏散、转移遇险人员到安全区域，建立500米左右警戒区，并在通往事故现场的主要干道上实行交通管制，除消防及应急处理人员外，其他人员禁止进入警戒区，并迅速撤离无关人员。
（3）消防人员进入火场前，应穿着防化服，佩戴正压式呼吸器。氨气易穿透衣物，且易溶于水，消防人员要注意对人体排汗量大的部位，如生殖器官、腋下、肛门等部位的防护。
（4）小火灾时用干粉或CO2灭火器，大火灾时用水幕、雾状水或常规泡沫。
（5）储罐火灾时，尽可能远距离灭火或使用遥控水枪或水炮扑救。
（6）切勿直接对泄漏口或安全阀门喷水，防止产生冻结。
（7）安全阀发出声响或变色时应尽快撤离，切勿在储罐两端停留。
2.1.4液氨的储存
氨作为一种重要的化工原料应用广泛，普遍存在于化工生产过程中，为了运输及储存的便利，通常将气态的氨气通过加压或冷却得到液态氨。
按照不同地区的气温和储存条件的变化，液氨的储存原则上可在-33~43℃内，以控制其相应气化压力确定工艺方案。一般采用压缩、低温或两者结合的方法，因此有三种储存工艺，即加压常温、加压低温和常压低温。国内通常将液氨的这三种储存工艺称为常温中压、降温低压和低温常压。
2.2液氨储罐
储罐的形状有圆形或球形。圆筒形储罐两端的封头有椭圆形、球形、锥形和平盖等形状。设计体积和工作压力较小，宜采用卧式圆筒罐。方形和矩形容器大多在设计很小体积时采用，因其承压能力较小且使用材料较多。而球形容器虽承压能力强且节省材料，但制造较难且安装内件不方便。立式圆筒形容器承受自然原因引起的应力破坏的能力较弱。
2.2.1储罐的种类及特点
1、卧式圆筒罐
卧式圆筒罐主要是由筒体，封头、人孔、支座、接管、安全阀、液位计、温度计及压力表等部件组成。圆筒体是一个平滑的曲面，应力分布均匀，承载能力较高，且易于制造，便于内件的设置和装拆。
2、球形罐
球形罐主要由壳体、人孔接管及拉杆等组成，其壳体由不同数量的瓣片组装焊接而成。球形罐受力均匀，在相同壁厚的条件下，球形壳体的承载能力最高，但制造比较
困难，工时成本高，对于大型球罐，由于运输等原因，要先在制造厂压好球瓣，然后运到现场组装，由于施工条件差，质量不易保证。
2.2.2液氨储罐系统组成
液氨储罐系统主要包括储罐、安全阀、气动放空阀、气氨压缩机系统、冷冻冰机、液氨输送系统。液氨储罐内闪蒸的气氨(包括来自氨冷却器的低压氨气)经压缩机加压返回氨冷冻系统。在合成氨装置停车期间液氨储罐的压力由冰机加压，再由节流膨胀阀减压降温送到液氨储罐，以维持储罐的正常压力。
2.2.3液氨储罐的危险因素[9]
液氨储罐为液化气体储罐，可能发生泄漏、爆炸、扩散及中毒。以下是对储罐的危险因素分析。
泄漏：当罐体发生破裂，裂纹快速扩展，导致储罐灾难性破坏，物料瞬时泄漏；罐体由于结构失效发生破裂，产生孔洞，孔洞不发生扩展，由于液氨的泄漏导致罐压降低，从而使液氨的沸点降低，部分液氨将闪蒸至罐内空间，增加了罐内空间的物质量，同时也增大并恢复了罐压。液氨的蒸发量决定了罐压恢复程度。随着液氨的泄漏，罐内的液氨不断蒸发至罐内空间，使得罐压反复振荡，并逐渐向增大的趋势发展，当某一时刻罐压超过储罐的许用压力时，孔洞裂纹将沿罐体扩展，进而导致储罐发生灾难性破坏，罐内物料全部瞬时泄漏。当泄漏的液氨蒸发到空气中可形成蒸气云，遇到火源将导致蒸气云爆炸。
爆炸：安全装置不齐、装设不当或失灵；环境温度突然升高，液氨储罐由于温度升高而超压；液氨储罐超装；从而导致储罐超压。内外介质腐蚀造成壁厚减薄，外壁受大气的腐蚀作用，内壁为氨的腐蚀；液氨引起的应力腐蚀是导致储罐爆炸的重要原因之一，温度升高有利于腐蚀裂纹的发展。发生严重塑型变形。
扩散：液氨储罐泄漏后，液氨流出罐体形成液池，由于液氨的蒸发，液池上方形成气云，气云进一步在大气中扩散，影响广大区域。
毒性：由于液氨储罐及其附件爆炸、泄漏，空气中的氨气浓度超过安全域值，可能导致人员中毒。人员进入液氨储罐时，内部氨气浓度没有达到安全范围。
储罐较易亏损的部位：
(1)储罐底部：排污阀及所连接排地沟管线至地沟，罐之间连接排污管线。
(2)储罐顶部：安全阀前阀，罐顶紧急放空阀及所连接管线，气氨管线及阀门。
(3)液氨分配管及阀门。
(4)泵房：液氨泵进出管线及阀门，机械密封，排空管线及放地沟管线，缓冲罐及放空管线。
2.2.4人的不安全行为
不正确的态度，缺乏知识或操作不熟练，身体状况不佳。没有按照要求操作，没按照规定时间操作
。操作错误，忽视安全，忽视警告。未经许可开动、关停机器。忽视警告标志、警告信号。酒后作业。在储罐区明火。不安全的装束，未穿安全鞋、未带安全帽。
2.2.5环境因素
罐周围不宜种植绿蓠或茂密的灌木丛。应结合当地气象条件，使液氨储存和装卸场所具有良好的自然通风条件。
液氨储存场所的选择，应全面考虑周边的自然环境和社会环境，使其符合安全生产有关标准规范的要求。在进行区域规划时，液氨储存场所应根据所在企业及相邻工厂或设施的特点和火灾危险性，结合地形、风向等条件，合理布置。液氨储罐与架空电力线的最近水平距离不应小于电杆（塔）高度的1。5倍。液氨常温储存应选用球罐或卧罐。
液氨储存和装卸场所应根据有关标准、规范设置防雷装置和设施。防雷措施包括防直击雷、防感应雷、防雷电波等措施。液氨储存、装卸场所的所有金属装置、设备、管道、储罐等都必须进行静电连接并接地。
2.2.6管理
1、运行人员必须按照规定，履行定时或不定时的巡检义务，发现异常情况要及时汇报、及时处理。
2、各班组长在岗期间必须对该区域的设备运行工况、防护设施的完好情况等全面了解。
3、巡检时必须2人为一组，把检查情况认真填写在现场记录本上并签字。
4、对该区域的作业项目，要严格按照相关规定进行监护。
5、严禁在该区域内拨打手机和携带液体打火机。
6、在区域内参观学习人员必须经相关部门许可，且有专人陪同。
7、严格执行化工安全生产的各项规章制度。
8、加强液氨储罐的安全管理，确保人员财产的安全，制定规章制度。
3液氨储罐事故后果分析
事故是指造成主管上不希望出现的结果意外发生的事件，其发生的后果可以为死亡，疾病，伤害，财产损失或其他损失共五类。
事故后果分析的目的是定量描述一个可能发生的事故将造成的人员伤亡、财产损失和环境污染情况。分析结果为企业或企业主管部门提供关于重大事故后果的信息，为企业决策者和设计者提供关于采取何种防护措施的信息，如防火系统、报警系统或减压系统等信息，以达到减轻事故影响的目的。另外，事故后果分析是安全评价的组成部分，也是编制应急响应预案的依据。
火灾、爆炸、中毒是常见的重大事故，可能造成严重的人员伤亡和巨大的财产损失，影响社会安定。
3.1 事故后果的分析程序
1、划分独立功能单元
划分原则：（1）包含重大危险源；（2）空间上相对独立；（3）泄漏物料与其他单元隔离，如有紧急切断阀
、有液位或压力控制的自动阀、有清晰明确信号遥控的阀、同一堤坝内的储罐应作为一个单元考虑。
2、计算单元中有害物质存量
根据工艺流程和设备参数计算单元中有害物质的存量，并记录物质的种类、相态、温度、压力、体积或质量等。对于连续的流动系统需要估算。
3、找出设备的典型故障
将设备划分为10类，分析可能存在的典型故障，每种设备只考虑少数几种状况。
4、计算泄漏量 分析故障可能造成瞬时的或连续的泄漏，计算泄漏量或泄漏流量。
5、计算后果 分析故障可能造成的火灾、爆炸等后果，选择合适的模型计算事故对生产现场内或现场外的影响。
6、整理结果 将计算结果整理成表格，并在单元平面图上划出影响范围。
3.2后果分析所需参数
1、有害物质的参数 包括有害物质的相态、最大质量或体积、温度、压力、密度，热力学性质如沸点、蒸发热、燃烧热、热容等，有害与毒性参数等。
2、设备的参数 设备类型、设备的可能故障与泄漏位置、泄漏口形状尺寸等。
3、现场情况与气象情况 设备布置、人员分布、资金密度，设备地理位置，堤坝高度面积，常年主导风向、平均风速、大气稳定情况、日照情况，地形情况，地面粗糙度、建筑、树木高度等。
3.3液氨储罐案例分析
沈阳某化工企业内，一卧式储罐：容积50 m3，如图3.2；储存温度：常温(-20℃~40℃)；储存压力：1.7MPa；液氨储量：25 t；防火堤内面积：60 m2。储罐向北200米处为住宅区，向西200米为马路，向东200米为马路，如图3.1。沈阳位于北纬41°43′，东经123°23′，属于温带季风气候，年平均气温6.2~9.7℃，受季风影响，降水集中在夏季，温差较大，四季分明。 冬寒时间较长，近六个月，降雪较少；夏季时间较短，多雨。春秋两季气温变化迅速，持续时间短；春季多风，秋季晴朗。夏季南风，冬季西北风，秋季东南风，春季东南风。
图3.1
3.3.1液氨储罐泄漏速率的计算
A-压力表口 B-气氨出口 C-液氨进口 D-安全阀 E-人孔 F-液氨进口 G-液氨出口 N-安全阀 H、J-液位计接口
图3.1 卧式液氨储罐
1、液氨以液体形式泄漏速率模拟计算
单位时间内液体泄漏量，即泄漏速度，可根据伯努利方程计算：
（3.1）
式中 —液体泄漏质量流量，kg/s；
—液体排放系数；
—泄漏口面积，m2；
—泄漏液体密度，kg/m3；
—容器内介质压力，Pa；
—环境压力，Pa；
—重力加速度，9.8m/s；
—泄漏口上液位高度，m。
常压下液体泄漏的
速度取决于裂口之上液位的高低；非常压下液体泄漏速度主要取决于设备内物质压力与环境压力之差。一般按上式计算得出的是初始流量，也是最大流量。
液体排放系数为实际流量与理想理论流量的比，用于补偿公式推导中忽略了的摩擦损失、因惯性引起的截面收缩等因素，如表3.1所示。
排放系数的影响因素：泄漏口位置；泄漏口形状；泄漏介质的状态等。
排放系数的取值：厚壁（孔半径<壁厚8倍孔半径）小孔或通过一短管泄漏，取值为0.81；薄壁（壁厚孔半径）小孔泄漏，取值为0.62；通过修圆小孔排放，则排放系数为1.0；保守估计，取1.0。
表3.1液体泄漏系数
雷诺数
泄漏口形状
圆形（多边形） 三角形 长条形
>100 0.65 0.60 0.55
≤100 0.50 0.45 0.40
该液氨储罐底部为排污口，排污管公称尺寸。假设排污管泄露，则泄漏面积A=2.55。取1.0，液氨密度=595kg/m3，环境压力=0.1MPa。
当液面高度为h时对应的液氨的体积，已知储罐的总体积V=50m3，储罐内液氨的重量25t，筒体长度=5.05m，储罐的内半径r=1.6m，封头的直边高度=0.05m，椭圆封头的内高度=0.8m，则根据
（3.2）
其中L=+2
式中 Vh——对应h高度储罐的体积，m3；
V——储罐的总体积，m3；
——封头的直边高度，m；
——封头的内高度，m；
——筒体长度，m；
r——储罐的内半径，m；
可计算出h=2.4m。
按液体泄漏
=1.02.55595
=111（kg/s）。
2、液氨以气体形式泄漏速率模拟计算
气体从设备的裂口泄漏时，其泄漏速率与空气的流动状态有关，因此，首先要判断泄漏时气体流动属于亚声速流动还是声速流动，前者称为次临界流，后者称为临界流。
当式（3.2）成立时，气体流动属于亚声速流动
（3.3）
当有时（3.3）成立时，气体流动必属于声速流动
（3.4）
式中，为比热容比，即比定压热容与比定热容之比。
气体符合理想气体状态方程，则根据伯努利方程可推导出气体泄漏公式（3.5）
（3.5）
式中 ——排放系数，通常取1.0；
——等熵指数，是比定压热容与比定容热容的比值；
——气体的分子量，kg/mol；
——摩尔气体常数，8.314J/(mol·K)；
——容器内气体温度，K。
（1）气体流动的阻塞
气体内部压力增大，气体泄漏流速加快；一般情况，泄漏气体的运动速度只能达到声速。
（2）临界压力
泄漏气体的运动速度达到声速时的压力。
（3.6）
声速流：压力高于临界压力。
（3.7）
亚声速流：压力低于临界压力。用式（3.4）计算。
该液氨储罐按声速流计算，则
=1.01.71062.5510-3
=7.47（m3/s）
3.3.1.3液氨两相泄漏模拟计算
当设备中液体是过热液体，即液体沸点低于周围环境温度时，液体从裂口喷出后部分液体闪蒸，气化热来自液体本身，剩余液体将降温至其常压沸点。这种情况下，泄漏时直接蒸发的液体所占分数，即闪蒸液体分数F为：
（3.8）
式中 Fv ——闪蒸液体分数（Fv大于0.2，不形成液池；Fv小于0.2时，可以 假定带走液体与Fv成线性关系；Fv=0，无液体被带走；Fv=0.1，50％液体被带走。）
Cp——液体比定压热容，J/（kg·K）；
T—— 液体温度，K；
Tb—— 液体常压沸点，K；
Hv—— 常压沸点下的气化热，J/kg。
如果容器中的过热液体泄漏前通过较长的管道（L/D>12）就会产生两相泄漏。可用下述简化方法计算。
假设系统中出口临界压力和上游压力比为0.55，则
（3.9）
泄漏两相中蒸发液体分数Fv按式（3.9）计算：
（3.10）
两相流中气相和液相混合物的平均密度：
（3.11）
则两相流排放泄漏流量为：
（3.12）
——两相流泄漏系数，一般取0.8。
该液氨的两相流泄漏
Pc =0.55p=0.551.7106=935000（Pa)
==0.23
两相流中气相和液相混合物的平均密度为
==23.11（kg/m3）
则两相流排放泄漏量为
=
=12.13（kg/s）。
3.3.2液氨储罐泄漏形成池火事故计算
可燃性液体泄漏后流到地面形成液池，或流到水面并覆盖水面，遇到点火源而形成池火。如泄漏到地面上、堤坝内液体的燃烧；敞开的容器内液体的燃烧；水面上液体燃烧等。
池火模型一般按圆形液面计算，所以其他形状的液池应换算为等面积的圆池。无边界阻挡的连续泄漏，随着液池面积扩大燃烧速度加快，当燃烧速度等于泄漏速度时，液池直径达到最大。最大直径可按式（3.13）计算：
(3.13)
式中 —液池直径，m；
—液体泄漏质量流量，kg/s；
—液体单位面积燃烧速率，kg/(㎡·s)。
3.3.2.1液体燃烧速率
不考虑液池大小对燃烧速率的影响时，常采用式（3.13）和式（3.14）计算液体单位面积燃烧速率。
当液池中可燃物沸点高于环境温度时：
（3.14）
液体沸点低于环境温度时：
（3.15）
式中 —液体单位面积燃烧速率，kg/(m2·s)；
—常数，0.001kg/(m2·s)；
—液体燃烧热，J/kg；
—液体在常压沸点下的蒸发热，J/kg；
—液体的比定压热容，J/(kg·K)；
—液体的沸点，K；
—环境温度，K。
此液氨储罐的液氨的燃烧热为18.6J/kg，液氨的等压比热为2159.97J/（kg·K），液氨的蒸发热为1371.18kJ/kg，液氨的沸点为﹣33.4℃，环境温度为30℃。则液氨的燃烧速率
==0.014[kg/(㎡·s]
3.3.2.2池火高度
池火高度采用无风时计算，则
(3.16)
式中 mf —液体单位面积燃烧速度，kg/(㎡·s)；
—空气密度，；
D—液池直径，m；
g—重力加速度，9.8。
该液氨储罐池火高度H==48.13（m）。
3.3.2.3液体燃烧时的总热通量
（3.17）
式中 ——总热通量，W；
——液池半径，m；
——效率因子，一般可取0.35；
——火焰高度，m。
——液体燃烧热，J/kg。
其中r=3.4m，H=48.13m，=18.6J/kg，=0.35，mf =0.014kg/(㎡·s)，
则==1.53W
3.3.2.4热辐射强度为处距中心位置
（3.18）
式中 I—热辐射强度，；
—空气导热系数，没有具体数值时，可取1。
不同的热辐射强度会造成不同的破坏程度，如表3.2所示
表3.2 不同热辐射强度造成的伤害和损失
热辐射通量/（） 对设备的损坏 对人的伤害
37.5 操作设备全部损坏 1%死亡/10s 100%死亡/1min
25 在无火焰、长时间辐射下，木材燃烧的最小能量 重大烧伤/10s 100%死亡/1min
12.5 有火焰时，木材燃烧、塑料熔化的最低能量 一度烧伤/10s 1%死亡/1min
4.0 — 20s以上感觉疼痛
1.6 — 长期辐射无不舒服感
将=1、=1.53W代入式（3.18）得出：
死亡区（辐射热强度I>37.5）半径：
=5.7m
重伤区（辐射热强度I>25）半径：
=6.9m
轻伤区（辐射热强度I>12.5）半径：
=9.8m
感觉区（辐射热强度I>4）半径：
=17.4m
综上所述，池火灾的伤害破坏范围见表3.3。
表3.3 池火灾的伤害破坏范围
名称 伤害破坏范围（m） 名称 伤害破坏范围(m)
死亡半径 5.7 轻伤半径 9.8
重伤半径 6.9 感觉半径 17.4
液氨储罐泄漏形成火球事故计算
当压力容器受外界热量的作用使槽壁强度下降并突然破坏，储存的过热液体或液化气体突然释放并被点燃，形成巨大火球。火球也称为沸腾液体扩展蒸气爆炸。火球的危害主要是热辐射而不是爆炸冲击波，强烈的热辐射可能造成严重的人员伤亡和财产损失。
火球直径 ： （3.14）
火球
持续时间： （3.15）
式中 W—火球中消耗的可燃物的质量，kg。
对于单罐储存，W取罐容量的50%；将W=12.5t代入式（3.14），式（3.15）得出：D=134.6m；t=10.4s。
热辐射伤害概率模型
热辐射伤害也常用概率模型描述。概率与伤害百分率的关系：
（3.16）
式中 D—伤害百分率；
Pr—伤害概率。
当Pr=5时，伤害百分率为50％。
二度烧伤概率：
（3.18）
一度烧伤概率：
（3.19）
有衣服保护时的死亡概率：
（3.20）
财产损失热通量：
（3.21）
式中 Pr—伤害概率单位；
t—火球持续时间，s。
根据式（3.20）：
40770.58W/m2
伤害半径按50％伤害率计算。Pr=5时，代入火球持续时间，计算热辐射通量q：
（3.21）
其中取0.3，=18.6J/kg，W=125000kg，得：
死亡半径=x=297m。
根据式（3.18）和式（3.19）分别计算出=27002.8W/m2，=11865.01W/m2
根据式（3.21）计算出一度烧伤半径=534m，二度烧伤半径=365m。
根据式（3.21）计算出=26378.39W/m2，财产损失半径=321m。
综上所述，火球的伤害破坏范围见表3.4。
表3.4火球的伤害破坏范围
名称 伤害破坏范围（m） 名称 伤害破坏范围(m)
死亡半径 297 二度烧伤半径 365
一度烧伤半径 534 财产损失半径 321
3.3.3液氨储罐蒸气云爆炸事故分析
1、TNT当量法
将参与爆炸的可燃气体释放的能量折合为能释放相同能量的TNT炸药的量，这样，就可以利用有关TNT爆炸效应的实验数据预测蒸气云爆炸效应。
（3.19）
式中 ——蒸气云的TNT当量，kg；
——蒸气云爆炸的效率因子，表明参与爆炸的可燃气体的分数，一般取
0.03或0.04；
——常数，地面爆炸时取1.8；
——蒸气云中燃料的总质量，kg；
——蒸气的燃烧热，MJ/kg；
——TNT的爆热，一般取4.52MJ/kg。
（1）、TNT的当量计算
==7407.08kg
（2）、根据伤害的超压计算伤害半径
死亡半径按超压90kPa计算；重伤半径按44kPa计算；轻伤半径按17kPa计算；财产损失半径按13.8kPa计算。根据公式（3.13）
[] （3.20）
式中 x —距离，m；
—超压，psi，1psi=6.9kPa。
可以得出死亡半径=52m，重伤半径=76.98m，轻伤半径=138.1m，财产损失半径=158.5m。
综上所述，蒸气云爆炸的伤害破坏范围见表3.4。
表3.4蒸气云爆炸的伤害破
坏范围
名称 伤害破坏范围（m） 名称 伤害破坏范围(m)
死亡半径 52 轻伤半径 138.1
重伤半径 76.98 财产损失半径 158.5
3.3.4液氨储罐泄漏中毒事故分析
液化介质在容器破裂时会发生蒸气爆炸。当液化介质为有毒物质时，爆炸后若为不完全燃烧，便会造成大面积的毒害区域。
液氨的质量为W=25000kg，储罐破裂前罐内的温度为t=25℃，液氨的比定压热容=7.94J/（kg·℃），当储罐破裂时，全部液体降温至标准沸点t0=-33.4℃，则放出热量为，其中
（3.21）
根据公式（3.14）得出=11592.4kJ。这些热量全部用于储罐内液体的蒸发，且汽化热为=1371.18?kJ/kg，则蒸发量为G，其中
（3.22）
根据公式（3.15）得出==8.45kJ。液氨的相对分子质量为=17，则在沸点下蒸气的体积为，其中
（3.23）
根据公式（3.16）得出=9770m3。
氨吸入5到10分钟致死的体积分数0.5％，其危险浓度下的有毒空气体积为V ，则==1954000m3。假设这些有毒空气以半球形向地面扩散，则可以求出该有毒气体扩散的半径为，其中
（3.24）
式中 ——有毒气体扩散半径，m；
——有毒介质在空气中的危险体积分数，％。
根据公式（3.17）得出=123.12m。
3.4 本章小结
通过对液氨储罐的泄漏、池火灾、蒸气云爆炸、火球和中毒事故模型的分析，可得出以下结论：
1、液氨储罐发生泄漏时，液氨在不同状态下的泄漏量。以液相泄漏时，泄露=111kg/s，以气相泄露时，泄漏量=7.47m3/s，以气液两相泄漏时，泄漏量=12.13kg/s。
2、发生池火灾时，在离池火中心5.7m内会造成人员死亡，6.9m内造成重伤，9.8m内造成轻伤，17.4m内能感觉到火灾。
3、发生蒸气云爆炸时，离爆炸中心52m内会造成人员死亡，76.98m内造成重伤，138.1m内造成轻伤，158.5m内造成财产损失。
4、发生火球事故时，离火球中心297m内会造成人员死亡，534m内造成一度烧伤，365m内造成二度烧伤，321m内造成财产损失。
5、液氨储罐破裂时，氨气的扩散半径是123.12m。
本案例的液氨储罐距离最近的住宅区有200m，距离最近的马路有2000m，，所以周围的人员和环境不会受到池火灾、蒸气云、火球和中毒的影响。
4液氨储罐的安全防护措施
氨在工农业中的用处越来越广泛，加强液氨储存环节的安全生产技术管理，进一步规范液氨储存的安全生产行为，保障人身和财产安全，防止发生人员伤亡和财产损失，制定液氨储罐的安全防护措施。
4.1人员方面防范措施
1、对液氨储罐操作人员进行安全教育，包括安全生产思想教育、安
全生产知识教育和安全管理理论及方法教育，通过对理论知识、典型经验和经典事故案例的分析教育，使人们了解安全生产的重要性，提高安全生产的意识。
2、建立完善的安全生产责任制度和安全操作规程，所有操作人员必须持证上岗，严防储罐出现异常情况。
3、制定严格、完善的事故应急预案，以应对储罐泄漏等突发事故。真实记录氨罐压力及其变化趋势，要求运行和维护人员对该区域认真巡检，发现问题要及时汇报和处理。
4.2 设备方面的防范措施
1、储罐在使用过程中要防止由于腐蚀等原因造成器壁变薄、耐压强度降低。因此，容器要定期进行检测、维修、进行耐压试验，确保容器的耐压强度。
2、液氨储罐上的安全附件要按照规定，每年进行质检，确保其质量完好。
3、在液氨储罐储罐区不同方位，配置可燃气体报警仪、液位监测系统；当液氨储罐气发生泄漏时，浓度超过高限值，报警控制器自动提供声光报警，提示值班人员及时采取措施。
4、液氨储罐的设计、检测、维护保养到位，比如液位计、压力表和安全阀等安全附件。
5、夏季或气温高时，液氨储罐需按要求设置遮阳棚、固定式冷却喷淋水等预防性设施，防止储罐超压泄漏。?
6、?时刻查看防雷、防静电设施，避免接地失效导致储罐遭受电击。?
7、?确保生产工艺报警、联锁、紧急泄压、可燃有毒气体报警仪等装置，防止储罐发生超压泄漏事故。?
4.3 环境方面防范措施
1、点火源是引发火灾等重大事故的起因之一，因此在储罐附近应消除和控制点火源：严禁明火，同时注意防止静电；进行液氨装卸的车辆必须熄火；在储罐附近应采用防爆电器设备；工作人员不得穿带铁钉的鞋，以防止静电和火花的产生；储罐区内的电气设备应采用防爆设备。
2、储罐应采取可靠的防雷和防静电措施，实行储罐接地且接地点不应少于2处。大型储罐内应设金属柱或栏杆，以便分离储罐内的电场。
3、为防止池火灾发生，因液池面积的扩大而导致火灾危害的扩大，应根据储罐的容积以及相关参数来设计防火堤的形状、面积、以及高度，进而减小池火灾危害进一步扩大的可能性，提高安全保障。
4、对液氨储罐的选址应以减少形成局限化空间为根据，避免为UVCE的发生创造条件，储罐布局时除了满足防火防爆间距要求外，还应在选址避开山谷等低洼地段，此处地段有利于蒸气云的形成。
5、设计储罐与周围办公、住宅等建筑物距离时，应注意储罐最大储量爆炸时，产生的冲击波以及火灾热辐射破坏
半径的大小，以减小突发事故对外围人员、建筑物造成的伤害和破坏。必要时可在建筑物与储罐之间建立防火墙，用于减弱事故发生时火灾热辐射以及爆炸冲击波的影响。
4.4 事故应急方案
1、严格控制液氨储罐压力在规定范围内；液氨倒槽操作，必须严格遵守操作规程；液氨存储量不得超过储罐容积的85%，正常生产时液氨储罐应控制在较低的液位，一般控制在安全充装量的30%以内，避免氨在储存过程中因环境温度上升膨胀、升压而导致储罐发生超压危险。
?2、液氨充装时应做到以下几点：
? （1）装氨人员应经过专业的安全教育培训合格后方可上岗，应熟悉所装容器的性能、特征、操作法、附件结构、工作原理和液氨的危险特性和应急处置措施。
? （2）充装前应验证罐体检验证、罐车使用证、驾驶证、押运员证、准运证是否齐全有效等证件的有效性，安全附件应齐全灵敏、检验合格；充装前槽车内的压力不小于0.05?MPa；应检验装氨连接管道性能的完好。
? （3）装氨人员应严格执行液氨储罐操作规程，充装时应注意充装量不超过贮槽容积的85%。
? （4）装氨人员必须佩戴防毒面具和防护手套等作业；现场应配备消防、气防器材；充装场，并加强巡检槽车压力，管道法兰是否存在跑冒滴漏等，槽车气相应回收至系统，不得随意排放，如有泄漏等异常情况立即停止充装，并采取有效措施，预防突发事故发生。
? （5）日常应对装氨设施、措施、程序进行巡检，做好检查、充装记录。
结 论
通过对液氨储罐事故后果的分析与评价，得出以下结论：
1、液氨储罐发生泄漏、池火灾、蒸气云爆炸和中毒四种事故模型；
2、对建立的液氨储罐泄漏模型分析，得出液氨不同状态的泄漏量。以液相泄漏时，泄露=111kg/s，以气相泄露时，泄漏量=7.47m3/s，以气液两相泄漏时，泄漏量=12.13kg/s。
3、对建立的液氨储罐池火灾模型分析，得出在离池火中心5.7m内会造成人员死
亡，6.9m内造成重伤，9.8m内造成轻伤，17.4m内能感觉到火灾；
4、对建立的液氨储罐蒸气云爆炸模型分析，得出离爆炸中心52m内会造成人员
死亡，76.98m内造成重伤，138.1m内造成轻伤，158.5m内造成财产损失；
5、对建立的液氨储罐火球事故模型分析，得出离火球中心297m内会造成人员死亡，534m内造成一度烧伤，365m内造成二度烧伤，321m内造成财产损失。
6、对建立的液氨储罐中毒模型分析，得出液氨储罐破裂时，氨气的扩散半径是
123.12m；
7、本案例的液氨储罐距离最近的住宅区有200m，距离最近的马路有200m，，所以周围的人员和环境不会受
到池火灾、蒸气云、火球和中毒的影响。
8、通过对液氨储罐事故后果的分析与评价，合理的对储罐进行防护和维护是很重要的，加强对事故的应急措施训练，减少人员的伤亡和财产的损失。
致 谢
特别感谢孙康波老师，让我的论文从开题到截稿都得到了精心指导，使我能够顺利的完成学士学位论文。在做毕业设计的这段时间，孙老师每周不仅在毕业设计内容上给予悉心指导，还在日后的择业、生活等方面提供了很多建议，在此我特别感谢孙老师。同样也感谢在论文写作过程中给予帮助的其他老师和同学，在你们的帮助下，让我高质量的完成了论文的写作。没有你们的帮助，本论文不可能按时完成。
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附录A英文原文
附录B汉语翻译
安全性模糊综合评价方法研究
摘要
煤矿安全管理是一个复杂的系统，因为煤矿工程是复杂多变的。本文探讨了适合于煤矿安全管理的安全评价方法，并探讨了模糊综合评价的重要性。四百万吨死亡率等指标，每千人重伤率、轻伤率每千人、休息日每人作为评价基础上，提出了一种新的权值矩阵计算方法。对模糊综合评价方法进行了实例研究，结果表明，新的权重矩阵计算方法确定的权重分布合理，矿山安全管理水平的分级程度与煤矿实际情况相一致。
关键词：模糊综合评价方法，采矿工程，安全管理，会员资格
气体在多孔介质中的流动和固体变形之间的耦合也因其在多物理场分析领域的重要性受到相当的重视，煤矿开采过程中，污染物的传输和安全管理（赵等人，1994，b,2004；赵，杨军，1995；杨军，张，1996，1999；吴等人，1998，Ville，1998；Sun和西安，1998，1999；Sun，2002，2005；Sun和Wan，2004）。煤矿安全管理是一个复杂的系统，由于煤矿开采工程是复杂多变的（Sun和玉，1988；1990，1991；Sun，Sun，西安，1998，杨，1998，杨军，张，1999，2002，2005，Sun，saghafi等人，2006）。这将有助于提高企业的安全管理和安全管理水平，如果可以通过各种工业事故，即提高煤矿安全管理水平进行评价，根据评价，我们可以确定该矿是管理最好、哪一个是最差的，同时，找出最佳和最差之间的程度。评价还可为管理部门提供基础数据，以检验管理水平，并提供最佳的奖励。
目前，死亡率引入一般评价煤矿安全管理水平。但这种单一指标不能对安全管理水平进行理解评价。在中国南方的一个小规模煤矿，由于煤炭生产量低，安全条件复杂，难以反映安全管理水平。在比例上很难评估和安排。有时煤矿安全管理的实际情况也不能反映出来。一般而言，在煤矿安全生产中，存在着不确定的不确定性管理，即在管理层中，最好和最坏的边界之间没有明显的界限。由于上述原因，对煤矿安全管理工作进行了准确的评价是很困难的。因此，本文针对煤矿安全管理的模糊数学理论，提出了一种新的评价方法。
隶属函数构造
安全指标选择：事故不仅是矿井安全的指标，也是煤矿安全管理水平的重要反映。事故是否发生，事故发生率，事故的性质和严重性是评价的主要因素。一般来说，事故率如果安全措施的完善和安全规则降低声音以及更安全规则应该绝对严格地执行。由此可见，事故发生的事故是否与安全管理水平相对应，因此事故发生率是
安全管理的一个功能。在这项研究中，四个指标（即，每万吨的死亡率，严重受伤率每千人，每人休息日）的轻微受伤率被选作评价。当然，其他安全指标也可以考虑，如机电设施事故或事故的经济损失等，但在这里，煤矿安全管理综合评价方法，仅考虑事故率。
模糊综合评价法导论：模糊综合评价法是将矿井安全指标集（y）转化为隶属函数的模糊评价因子集的过程。然后，在评价空间上完成了模糊综合评价，并对评价指标向量进行了评价。指标向量的分量值可以用来评价煤矿安全管理水平和分类的程度。
在评价空间S=（X，U，R），应该X = { X1，X2，…，Xn}是评价对象集；U = { U1，U2，…，Um}是模糊评价因素集；模糊评价矩阵R是从X到U,R元素是由R的隶属度函数确定的模糊关系；μR（U，X）。μR（Ui，Xj）对应的相关元素（Ui，Xj）（i = 1,2，…，m；j = 1，2，…，n）给出，即，
公式1表明rij（0≤rij≤1）是因子ui从xj的反射和rij定义为在点模糊集的隶属度（，xj）。
假定
ai是安全指标uj权重值。从公式2不同的重要性程度分布的所有安全指标可以看出，这样的分布是关键的模糊综合评价模型。然而，在以往文献中，通过对权重矩阵的确定方法进行了专家评估和权重确定，显然，这种方法不能客观反映评价因子的权重区间分布问题。因此，本文讨论了上述问题，提出了一种新的计算方法。
根据模糊关系的组成，可以得到一个模糊综合评价模型，即：
其中
采用加权平均法进行模糊关系的计算，用普通逻辑实数平方法进行乘法运算，并将其定义为：
模糊集是评价结果，每一元素bi对应于一个评估矿。矿山安全管理的层次可以根据要素的价值确定。
假定
其中，B转换为0≤b*j≤100，j = 1，2，…，n）。
根据上述公式结合综合评价的规则，对矿山安全管理水平评价结果分为五组：
1、矿山安全管理是最好的[ 90，100 ]；
2、矿山安全管理较好的[ 80，90 ]；
3、矿山安全管理一般的[ 70，80 ]；
4、矿山安全管理差的[ 60，70 ]；
5、矿山安全管理最差的[ 0，60 ]。
隶属函数的含义和构建：按意外率构造隶属函数，根据四个指标构建隶属函数，包括：百万吨死亡率，每千人重伤率，每千人的轻微伤害率和其他人的休息日。结合分类的时间间隔，也可表示如下；
每百万吨的规划死亡率为100，较低的更好。在我的计划中，假设Xaj是实际死亡率的百分比，所以：