蒸汽云爆炸事故后果模拟分析法

蒸汽云爆炸事故后果模拟分析法Document number：NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT蒸汽云爆炸事故后果模拟分析法超压：1）TNT当量通常，以TNT当量法来预测蒸气云爆炸的威力。

如某次事故造成的破坏状况与kgTNT炸药爆炸所造成的破坏相当，则称此次爆炸的威力为kgTNT当量。

蒸气云爆炸的TNT当量W TNT计算式如下：W TNT=×α×W f×Q f/Q TNT式中，W TNT—蒸气云的TNT当量(kg)α—蒸气云的TNT当量系数，正己烷取α=；W f—蒸气云爆炸中烧掉的总质量(kg)Q f—物质的燃烧热值(kJ/kg)，正己烷的燃烧热值按×106J/kg，参与爆炸的正己烷按最大使用量792kg计算，则爆炸能量为×109J将爆炸能量换算成TNT当量q，一般取平均爆破能量为×106J/kg，因此W TNT= ×α×W f×Q f /q TNT+ =××792××106/×106=609kg2）危害半径为了估计爆炸所造成的人员伤亡情况，一种简单但较为合理的预测程序是将危险源周围划分为死亡区、重伤区、轻伤区和安全区。

死亡区内的人员如缺少防护，则被认为将无例外的蒙受重伤或死亡，其内径为0，外径为R ，表示外周围处人员因冲击波作用导致肺出血而死亡的概率为，它与爆炸量之间的关系为：= m重伤区的人员如缺少防护，则绝大多数将遭受严重伤害，极少数人可能死亡或受伤。

其内径就是死亡半径R1，外径记为R2，代表该处人员因冲击波作用耳膜破损的概率为，它要求的冲击波峰值超压为44000Pa。

∆按下式计算：冲击波超压P∆=++式中：P∆——冲击波超压，Pa；PZ——中间因子，等于；E——蒸气云爆炸能量值，J；P0——大气压，Pa，取101325得R2=轻伤区的人员如缺少防护，则绝大多数将遭受轻微伤害，少数人将受重伤或者平安无事。

蒸汽云爆炸的伤害模型蒸汽云爆炸是由于以“预混云”形式扩散的蒸汽云遇火后在某一有限空间发生爆炸而导致的。

泄漏的油品如果没有发生沸腾液体膨胀蒸汽云爆炸现象或立即引发大火，溶剂油或燃料油等物质的低沸点组分就会与空气充分混合，在一定的范围聚集起来，形成预混蒸汽云。

如果在稍后的某一时刻遇火点燃，由于气液两相物质已经与空气充分混合均匀，一经点燃其过程极为剧烈，火焰前沿速度可达50～100m／s，形成爆燃。

对蒸汽云覆盖范围内的建筑物及设备产生冲击波破坏，危及人们的生命安全。

发生蒸汽云爆炸现象最起码应具备以下几个条件：①周围环境如树木、房屋及其它建筑物等形成具有一定限制性空间；②延缓了点火的过程；③充分预混了的气液两相物质与空气的混合物；④一定量的油品泄漏。

（2）爆源的TNT当量计算TNT当量计算公式：WTNT=WQf／QTNT式中：WTNT——易燃液体的TNT当量(kgTNT)；Wf——易燃液体的质量(kg)；Qf——易燃液体的燃烧热(MJ／kg)；QTNT--TNT的爆热，取4.52MJ／kg；TNT爆热为4.52MJ／kg，由于本项目中易燃物较多，根据相关原则取最大的易燃液体的燃烧热(MJ／kg)，故取溶剂油作为计算样本。

溶剂油燃烧热值为43.69MJ／kg。

l节油罐车溶剂油的TNT当量：W溶TNT=43.69×790×0.8×60／4.52=3.67×105 kgTNT（3）自由蒸汽云爆炸时的死亡半径根据易燃液体的TNT当量，并且考虑参与了爆炸，对形成冲击波有实际贡献的蒸汽云的量，结合油库区及周边布置情况分析，采取地面爆炸系数1.8，蒸汽云的TNT当量系数0.0 4，运用范登伯(VandenBerg)和兰诺伊(Lannoy)方程计算蒸汽云爆炸时死亡半径为：R=13.6×(1.8×0.04×WTNT／1000)0.37根据最大可能危险原则计算（石油副产品取溶剂油为样本）1节溶剂油罐车爆炸时的死亡半径为：R溶=13.6×(1.8×0.04×3.67×105／1000) 0.37=45.4m根据公司接卸设备能力，该专用线每次可接卸10个危险品罐车。

蒸汽云爆炸事故后果模拟分析法超压：1）TNT当量通常，以TNT当量法来预测蒸气云爆炸的威力。

如某次事故造成的破坏状况与kgTNT炸药爆炸所造成的破坏相当，则称此次爆炸的威力为kgTNT当量。

蒸气云爆炸的TNT当量W TNT计算式如下：W TNT=1.8×α×W f×Q f/Q TNT式中，W TNT—蒸气云的TNT当量(kg)α—蒸气云的TNT当量系数，正己烷取α=0.04；W f—蒸气云爆炸中烧掉的总质量(kg)Q f—物质的燃烧热值(kJ/kg)，正己烷的燃烧热值按48.27×106J/kg，参与爆炸的正己烷按最大使用量792kg 计算，则爆炸能量为38.23×109J将爆炸能量换算成TNT当量q，一般取平均爆破能量为4.52×106J/kg，因此W TNT= 1.8×α×W f×Q f /q TNT+ =1.8×0.04×792×48.27×106/4.52×106=609kg2）危害半径为了估计爆炸所造成的人员伤亡情况，一种简单但较为合理的预测程序是将危险源周围划分为死亡区、重伤区、轻伤区和安全区。

死亡区内的人员如缺少防护，则被认为将无例外的蒙受重伤或死亡，其内径为0，外径为R ，表示外周围处人员因冲击波作用导致肺出血而死亡的概率为0.5，它与爆炸量之间的关系为：= 11.3 m重伤区的人员如缺少防护，则绝大多数将遭受严重伤害，极少数人可能死亡或受伤。

其内径就是死亡半径R1，外径记为R2，代表该处人员因冲击波作用耳∆按下膜破损的概率为0.5，它要求的冲击波峰值超压为44000Pa。

冲击波超压P式计算：P∆=0.137Z-3+0.119Z-2+0.269Z-1-0.019式中：P∆——冲击波超压，Pa；Z——中间因子，等于0.996；E——蒸气云爆炸能量值，J；P0——大气压，Pa，取101325得R2=32.7m轻伤区的人员如缺少防护，则绝大多数将遭受轻微伤害，少数人将受重伤或者平安无事。

蒸汽云爆炸事故后果计算模式伤害分类Z（未知数）方程式?P S =0.137Z -3+0.119Z -2+0.269Z -1-0.019方程结果?P S =冲击波峰值÷环境压力P O 造成不同伤害所需的冲击波峰值（KPa)重伤 1.0890.4344403970.43435340644轻伤 1.9570.1678058270.16781836117死亡半径计算公式R 0.5=13.6×(W TNT /1000)0.37重伤半径计算公式R d0.5=Z/(P O /W ?H C )1/3轻伤半径计算公式R d0.01=Z/(P O /W ?H C )1/3财产损失区半径计算公式R ＝K ⅡW TNT 1/3/[1+(3175/W TNT )2]1/6K Ⅱ为二级破坏系数，取值5.6。

蒸气云爆炸的TNT 当量数W TNT环境压力P O（KPa)101.3101.3R0.5 ＝13.6（W TNT/1000）0.37＝13.6（158.0/1000）0.37＝6.87 m（△Ps＝0.137Z-3+0.119Z-2+0.269Z-1－0.019△Ps＝44/P＝44/101.3＝0.43435Z ＝R d0.5（P o /WH C ）1/3式P o 为环境压力，取101.3kPa 。

将P o 代入，用试插法求解可得重R d0.5＝20.8 m（△Ps ＝0.137Z -3+0.119Z -2+0.269Z -1－0.019△Ps ＝17/P 0＝0.16782Z ＝R d0.01（P o /WH C ）1/3用:轻R d0.01＝37.5 m（对R ＝K ⅡW TNT 1/3/[1+(3175/W TNT )2]1/6式K Ⅱ为二级破坏系数，取值5.6。

将K Ⅱ代入可得：R ＝5.6×158.01/3/[1+(3175/158.0)2]1/6＝11.1 m受限空间蒸气云爆炸事故后果模拟分析过程1）爆炸能量计算甲醇储罐的单罐容量为50m 3。

二、蒸气云爆炸事故后果分析根据荷兰应用科研院TNO(1979)建议,可按下式预测蒸气云爆炸的冲击波损害半径：R=C s(N·E)1/3式中:R—损害半径，m；E—爆炸能量，kJ。

可按下式取：E=VH cV—参与反应的可燃气体的体积m3；H c—可燃气体的高燃烧热值，N—效率因子，其值与燃料浓度持续展开所造成损耗的比例和燃料燃烧所得机械能的数量有关，一般取N=10%C s—经验常数，取决于损害等级,其取值情况见下表表7-14 损害等级表该公司煤气管道布防在整个炼钢、炼铁生产区，现以管径最长，敷设距离最长的一段管道（管径Ф=2000mm，长度L=1000m,转炉煤气管道，起自风机房，终至5万m3转炉煤气柜）发生煤气爆炸事故进行模拟分析。

该段高炉煤气管道的容量约为：3.14×12×1000=3140m3按转炉煤气的H c=8790kJ/m3。

E=VH c=3140×8700=2.73×107kJ蒸气云爆炸的冲击波损害半径计算结果如下：(1)R=C s(N·E)1/3=0.03(0.1×2.73×107)1/3=4.17m(2)R=C s(N·E)1/3=0.06(0.1×2.73×107)1/3=8.34m(3)R=C s(N·E)1/3=0.15(0.1×2.73×107)1/3=20.85m(4)R=C s(N·E)1/3=0.4(0.1×2.73×107)1/3=55.6m由此可知，当管径Ф=2000mm，长度L=1000m,转炉煤气管道泄漏，发生蒸气云爆炸的冲击波伤害、破坏情况见下表表7-16蒸气云爆炸的冲击波伤害、破坏半径表司敷设最长、管径最大的一段高炉煤气管道进行评价,可知，此段煤气管道一旦发生蒸气云爆炸，对周围20.85m范围内人员均会造成不同程度的伤害。

L PG储罐的蒸气云爆炸后果模拟Ξ黄　斌,刘　扬,傅　程,辛　颖(1.大庆石油学院提高油气采收率教育部重点实验室;2.大庆石油学院石油工程学院) 摘　要:液化石油气是一种常见的危险化学品,对其储罐发生事故的后果进行分析,对预防控制事故和保证安全生产都具有重要的意义。

本文在分析液化石油气的危险特性和发生蒸气云爆炸事故特点的基础上,用两种常用的蒸气云爆炸后果模拟方法TN T当量法和TNO多能法对液化石油气储罐发生蒸气云爆炸的后果进行计算,分别得到死亡、重伤、轻伤和财产损失半径。

对两种方法的计算过程和结果进行了分析和讨论,并给出了罐区设计时的建议。

关键词:蒸气云爆炸;L PG;TN T当量法;TNO多能法;伤害半径 液化石油气(L PG)是十大危险化学品之一,具有易燃易爆的特性。

由于常温常压下密度较小,为了便于储存和运输,通常加压液化后储存在球形储罐内。

L PG储罐一旦由于操作或腐蚀等原因发生破损,将导致L PG泄漏,泄漏后在空间扩散形成蒸气云团,遇火产生蒸气云爆炸(V CE),引起爆炸冲击波、热辐射等将对周围的人员和设施造成伤害和破坏。

对L PG储罐发生爆炸事故的后果进行计算和分析,对于了解事故的危害性,预防和控制事故都具有重要的意义[1]。

1　液化石油气火灾爆炸特性及蒸气云爆炸特点1.1　L PG的火灾爆炸特性[2-5]液化石油气(L PG)主要成分是丙烷、丁烷,还有少量的丙烯、丁烯、甲烷等,产地和处理工艺不同时具体组成不同。

液化石油气的主要危险性在于它具有易燃、易爆特性,由此引发的事故发生频率也较高。

当液化石油气储罐泄漏时如果形成射流,并且在泄漏裂口处被点燃,会形成喷射火火灾;储罐破裂导致大量泄漏形成液池时,遇到火源会发生池火灾;当泄漏后可燃气体或蒸气与空气的云状混合物遇到延迟点火可引发蒸气云爆炸(V CE);同时,某个储罐的火灾、爆炸事故会影响到同罐区内其他储罐,在外部火焰的烘烤下突然破裂,压力平衡破坏,L PG急剧气化,并随即被火焰点燃会产生爆炸沸腾液体扩展蒸气爆炸(BL EV E);或受到烘烤时储罐压力增大,超过承压爆炸,L PG释放并被点燃时,则产生火球火灾。

爆炸评价模型及伤害半径计算1、蒸气云爆炸（VCE ）模型分析计算（1）蒸气云爆炸（VCE ）模型当爆炸性气体储存在贮槽内，一旦泄漏，遇到延迟点火则可能发生蒸气云爆炸，如果遇不到火源，则将扩散并消失掉。

用TNT 当量法来预测其爆炸严重度。

其原理是这样的：假定一定百分比的蒸气云参与了爆炸，对形成冲击波有实际贡献，并以TNT 当量来表示蒸气云爆炸的威力。

其公式如下：W TNT式中W TNT ——蒸气云的TNT 当量，kg ； β——地面爆炸系数，取β=；A ——蒸气云的TNT 当量系数，取值范围为%～%； W f ——蒸气云中燃料的总质量：kg ； Q f ——燃料的燃烧热，kJ/kg ；Q TNT ——TNT 的爆热，QTNT=4120～4690kJ/kg 。

（2）水煤气储罐蒸气云爆炸（VCE ）分析计算由于合成氨生产装置使用的原料水煤气为一氧化碳与氢气混合物，具有低闪点、低沸点、爆炸极限较宽、点火能量低等特点，一旦泄漏，极具蒸气云爆炸概率。

若水煤气储罐因泄漏遇明火发生蒸气云爆炸（VCE ），设其贮量为70%时，则为吨，则其TNT 当量计算为：取地面爆炸系数：β=；蒸气云爆炸TNT 当量系数，A=4%； 蒸气云爆炸燃烧时燃烧掉的总质量， Wf=×1000=2810（kg ）；水煤气的爆热，以CO 30%、H 2 43%计（氢为1427700kJ/kg,一氧化碳为10193kJ/kg）：取Q f=616970kJ/kg；TNT的爆热，取Q TNT=4500kJ/kg。

将以上数据代入公式，得W TNT ==27739(kg)死亡半径R1=(W TNT/1000)=×重伤半径R2，由下列方程式求解：△P2=+ Z2-2+Z2=R2/(E/P0)1/3△P2=△P S/P0式中：△P S——引起人员重伤冲击波峰值，取44000Pa；P0——环境压力（101300Pa）；E——爆炸总能量（J），E=W TNT×Q TNT。

蒸气云爆炸事故后果模拟分析法在安全评价中的应用摘要：本文主要结合化工行业企业中安全评价运用特点，针对化工企业的特点，利用蒸气云爆炸事故后果模拟分析法对项目安全情况进行预评价，分析项目中存在的一些危险因素与薄弱环节，并结合实际提出相应的预防措施。

关键词：蒸气云爆炸事故后果模拟分析法；安全评价；应用在涉及危险化学品的安全运行中，要注重安全评价的方法和模型的运用，可以形成安全系统工程以及安全控制的原理与方法控制，并针对项目在运行过程中可能出现的各种危险因素，尤其是对于危险系数相对较大的项目，通过蒸气云爆炸事故后果模拟分析法的安全评价模式，能做出相应的科学预防措施，对于提升企业的综合能力，将有很大的帮助。

1项目概述1.1项目基本情况广西河池某燃气公司拟建设城市燃气管网项目，规划近期（2013-2015年）供应天然气量为1871.86×104Nm3/a；远期（2016-2020年）供应天然气7215.9×104Nm3/a。

主要建设内容包括：门站（含调压工艺装置、LNG气化系统等）1座、次高压管道（0.8MPa，共8.78km）、中压管道（0.4MPa，共31.8km）、次高-中压调压站2座；远期拟对门站进行扩建（增加高压球罐及相关调峰设施），并拟建中压管道（0.4MPa，共50km）、次高-中压调压站1座。

1.2主要危险、有害物质1）天然气（压缩的），危险分类别编号为21007，数量为2×1000m3，浓度为甲烷含量97%以上，温度为常温，压力为0.4MPa~1.6MPa；2）天然气（液化的），危险分类别编号为21008，数量为2×50m3，浓度为甲烷含量97%以上，温度为-162℃，压力为0.6MPa；3）四氢噻吩，危险分类别编号为32111，数量为少量，浓度为99%，状态为液态，常温常压。

1.3重大危险源识别1）定义根据《危险化学品重大危险源辨识》（GB18218-2009），定义如下：单元：是指一个（套）生产装置、设施或场所，或同属一个生产经营单位的且边缘距离小于500m的几个（套）生产装置、设施或场所。

爆炸评价模型及伤害半径计算1、蒸气云爆炸（VCE ）模型分析计算（1）蒸气云爆炸（VCE ）模型当爆炸性气体储存在贮槽内，一旦泄漏，遇到延迟点火则可能发生蒸气云爆炸，如果遇不到火源，则将扩散并消失掉。

用TNT 当量法来预测其爆炸严重度。

其原理是这样的：假定一定百分比的蒸气云参与了爆炸，对形成冲击波有实际贡献，并以TNT 当量来表示蒸气云爆炸的威力。

其公式如下：W TNT =式中W TNT ——蒸气云的TNT 当量，kg ； β——地面爆炸系数，取β=1.8；A ——蒸气云的TNT 当量系数，取值范围为0.02%～14.9%； W f ——蒸气云中燃料的总质量：kg ； Q f ——燃料的燃烧热，kJ/kg ；Q TNT ——TNT 的爆热，QTNT=4120～4690kJ/kg 。

（2）水煤气储罐蒸气云爆炸（VCE ）分析计算由于合成氨生产装置使用的原料水煤气为一氧化碳与氢气混合物，具有低闪点、低沸点、爆炸极限较宽、点火能量低等特点，一旦泄漏，极具蒸气云爆炸概率。

若水煤气储罐因泄漏遇明火发生蒸气云爆炸（VCE ），设其贮量为70%时，则为2.81吨，则其TNT 当量计算为：取地面爆炸系数：β=1.8； 蒸气云爆炸TNT 当量系数，A=4%； 蒸气云爆炸燃烧时燃烧掉的总质量， Wf=2.81×1000=2810（kg ）；水煤气的爆热，以CO 30%、H 2 43%计（氢为1427700kJ/kg,一氧化碳为10193kJ/kg ）：取Q f =616970kJ/kg ；TNT 的爆热，取Q TNT =4500kJ/kg 。

将以上数据代入公式，得W TNT 死亡半径R 1=13.6(W TNT /1000)=13.6×27.740.37 =13.6×3.42=46.5(m)重伤半径R 2，由下列方程式求解：△P 2=0.137Z 2-3+0.119 Z 2-2+0.269 Z 2-1-0.019 Z 2=R 2/(E/P 0)1/3 △P 2=△P S /P 0式中：△P S ——引起人员重伤冲击波峰值，取44000Pa ； P 0——环境压力（101300Pa ）； E ——爆炸总能量（J ），E=W TNT ×Q TNT 。

科技风2019年2月4机械化工_________________________DOI：10.19392/ki.1671-7341.201904133基于蒸气云模型的建筑工地乙炔气瓶爆炸事故后果模拟分析何松广州环保投资集团广东广州510000摘要：建筑工地安全隐患众多，其中乙炔气瓶安全隐患屡见不鲜。

本文旨在使用蒸气云模型计算模拟乙炔气瓶爆炸事故的 后果严重程度，并利用数值模拟软件M A T L A B将其直观的表现出来，以此帮助建筑施工人员真正知晓乙炔气瓶的危险性，促进其 严格落实各项气瓶安全措施。

关键词！蒸气云模型；乙炔;爆炸事故;模拟建筑施工现场安全隐患众多，其中乙炔气瓶安全隐患屡见 不鲜，若严格按照规程作业，其危险性很小，但是一旦出现事 故，其危险性极大，如何才能让施工管理人员更加重视乙炔气 瓶安全，真正知晓气瓶的危险程度，严格落实各项气瓶及柴油 储罐的安全措施意义重大。

本文旨在用一种最直观的方式去 表达——即事故后果模拟分析，帮助企业及从业人员直观的感 受乙炔气瓶爆炸的危险性，从而强化安全管理措施。

1蒸气云模型理论蒸气云模型的基本理论与数学模型如下：(1)冲击波伤害理论[1]。

乙炔气瓶发生爆炸时，爆炸瞬时 产生的冲击波具有极大的杀伤力，冲击波在波面上形成超高强 度的超压气体#7，超压越大则破坏力越强，目前研究学者多用 等量的T N T爆炸所产生的超压值来代替。

())蒸气云爆炸能量[2]。

乙炔气瓶以蒸气云的爆炸模式发 生爆炸，需要计算爆炸的能量值，蒸气云的破坏作用直接转换 为T N T的爆炸破坏作用。

(3)冲击波破坏区域模型[3]。

乙炔气瓶爆炸产生的冲击波 致使周围一定区域内的空气超压，超压越大破坏力越强。

相对 应的在冲击波破坏模型中将破坏区域可以由远及近可分为:安 全区、轻伤区、重伤区、死亡区。

蒸气云爆炸模型具体理论转化公式详见参考文献[4 ]。

2事故后果分析2.1爆炸T N T当量计算一瓶乙炔约40L，满载乙炔净重6—7kg(公斤），以满瓶乙 炔气瓶为例，当其发生最严重事故——爆炸事故时，分析其影 响后果。

蒸气云爆炸事故后果分析及风险评估摘要：本文基于蒸气云爆炸事故的背景和意义，分析了蒸气云爆炸事故的基本原理和成因、事故后果分析（以天津港爆炸事故为例）、风险评估方法以及预防措施。

通过对现有文献的梳理和分析，总结了相关领域内的研究成果，以期帮助人们更好地了解蒸气云爆炸事故及其防范措施，以此来减少其对人民生命财产和环境安全的威胁。

关键字：蒸气云爆炸事故、成因、机制、事故后果、天津港爆炸事故、风险评估、预防措施。

引言：蒸气云爆炸事故是一种危害性极高的重大安全事故，其发生不仅会对人民生命财产安全和环境安全带来巨大威胁，而且也将给人们的生活和生产造成严重影响。

因此，研究蒸气云爆炸事故的成因、机制和预防措施，对于保障国家生产安全、人民生命财产安全以及促进可持续社会经济发展，具有非常重要的意义。

1.背景和意义蒸气云爆炸事故是化工和炼油等行业中比较常见的一种安全事故，一旦发生，往往造成重大人员伤亡、财产损失和环境破坏等后果。

例如2005年11月20日中国大连石化公司发生的顶顶相碰蒸气云爆炸事故，造成5人死亡、18人受伤和大量环境污染。

此类事故一经发生，其后果便是难以预计和承受的。

因此，针对蒸气云爆炸事故进行事后风险评估和预防具有重要性。

通过对蒸气云爆炸事故的原因、基本特征和危害等方面进行深入的研究，有助于建立有效的预防机制和完善的应急措施，以尽量避免蒸气云爆炸事故的发生，减少其给人类造成的影响。

因此，开展蒸气云爆炸事故后果分析及风险评估研究具有重要的理论和实践意义。

2.蒸气云爆炸事故的基本原理和成因2.1蒸气云的形成和扩散蒸气云是液体或固体物质从容器或设备中挥发或扩散而形成的气态物质团，是蒸发或挥发后达到一定浓度的混合物。

蒸气云的形成机制与物质的挥发和扩散速度有关，主要包括物理性和化学性两个方面。

在物理性方面，温度是蒸气云形成的关键因素之一，其它因素还包括容器内的压力、密闭程度和物质的沸点等。

在化学性方面，液体和固体物质的化学特性和反应都会影响其蒸发和扩散的速度，例如反应速率、表面活性和氧化性等。