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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。
汽油储罐发生爆炸事故（1）项目情况假设一个40m 3汽油埋地储罐在清罐状态下，罐内充满的汽油蒸汽与空气形成爆炸性混合物，遇明火发生蒸气云爆炸事故。
本报告采用事故后果模拟软件（1.0版）进行模拟分析。
（1）事故情景选取爆炸模型：蒸气云爆炸（TNT 当量法）；事故源：储罐；物质名称：汽油蒸气；事故源坐标：X[m]0，Y[m]0；（2）可燃物总质量W f ：汽油蒸汽的爆炸范围1.3%-7.6%,本报告取其爆炸上限7.6% 即30m 3汽油储罐中汽油蒸汽体积：V=40×7.6%=3.04m 3汽油蒸汽相对空气密度为3-4，本报告取其中间值3.5即汽油蒸汽密度ρ=1.293×3.5=4.53kg/m 3（空气密度1.293kg/m 3）可燃物总质量：W f =V ×ρ=3.04m 3×4.53kg/m 3=13.77kg（4）TNT 当量计算：TNT ff TNT Q Q W W α=W TNT ——蒸汽云的TNT 当量，kgW f ——蒸汽云中燃料的总质量，kgα——蒸汽云爆炸的效率因子，其范围为2%~20% 对于多数脂肪烃，通常推荐值是3%；对于某些烯烃，观察到大约是6%。
含氧燃料趋向于高的效率因子，可以达到16%~18%。
本报告选取6%。
Q f——蒸汽的燃烧热， 43690000J/kg；Q TNT——TNT的爆炸热，一般取4.52×106J/kg 对于地面爆炸，由于地面反射使用使爆炸威力几乎加倍，一般应乘以地面爆炸系数1.8。
（5）伤亡半径计算公式如下：1/32 R=0.3967W exp[3.5031-0.7241 ln(Δp/6900)+0.0398(lnΔp/6900)]TNT式中R——距离，m；Δp——目标处的超压值，Pa；通常，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。
模拟计算图示及数据详见下图：模拟计算图示及数据详见下图：模拟计算图示及数据详见下图：图3.3.3 汽油空罐蒸气云爆炸事故模拟图示从模拟计算图中可以看出：汽油空罐发生蒸气云爆炸事故时，死亡半径为 2.8m；重伤范围为 2.8m-9.6m的环形区域；轻伤范围为9.6-17.2m的环形区域。
5.6.2爆炸伤害模型TNT当量算法计算过程丙烷储罐爆裂伤害范围计算项目液态丙烷储罐区设100m3储罐8台,如1台不慎发生爆裂,发生火灾爆炸,其气体泄漏量计算：设裂口直径20cm, 温度为303K, 压力为1.6MPa。
按液体泄漏, 不考虑液位高度。
A=0.12×3.14=3.14-2×10m2Q=C d A p[2(p-p0)/p]0.5=0.6×3.14-2×100×1600{[2×(1.6-0.1)×106/1600}0.5=1305kg/s如泄漏的液态丙烷的全部气化,由于静电(或其他点火源)发生爆炸, 其蒸汽云爆炸伤害模型中的TNT当量法进行分析W TNT= a·W f·Q f/ Q TNT式中：W TNT﹣蒸汽中的TNT当量W f﹣蒸汽中燃料的总质量，Kg；a﹣蒸汽爆炸的效率因子。
C3H8：3%Q f﹣蒸汽的燃烧热，KJ/kg Q fc4=49150 Q TNT﹣TNT的爆炸热，一般取4520 KJ/Kg⑵死亡半径公式：R0.5=13.6（W TNT/1000）0.37⑶财产损失半径公式：R=4.6·W TNT1/3/【1+(3175/W TNT)2】1/6贮罐区汽化丙烷的量以上式估算泄漏量1305kg计算。
W TNT=1.8·a·W f· Q f/Q TNT=1.8×3%×1305×49150/4520=766.28Kg注：1.8是地面爆炸系数死亡半径计算:R0.5=13.6×(W TNT/1000)0.37=13.6×(766.28/1000)0.37=12.34≈12.30(m) 财产损失半径：R=4.6·W TNT1/3/【1+(3175/W TNT)2】1/6=4.6×766.281/3/【1+(3175/766.28)2】1/6=32.12≈32.10（m）根据以上计算，则丙烷储罐区丙烷储罐如发生破裂泄漏,以泄漏口直径20cm计,发生火灾爆炸，其死亡半径为12.30米，财产损失半径为32.10米。
常压下储存汽油的安全温度：
消除形成爆炸浓度的温度可能有两个，一是低于爆炸下限温度即液体的闪点，二是高于爆炸上限温度。
但由于汽油的闪点为-50℃，其凝固点为-60℃以下，储存温度略低于闪点，就会凝固，选择低于爆炸下限温度储存显然不现实，因此安全的储存温度应高于爆炸上限温度。
汽油的爆炸浓度极限为1.3～6.0％，常压下需要选择什么样的储存温度比较安全?
从网上查得车用汽油的饱和蒸气压与对应的温度见下表：
计算爆炸上限温度：
在大气压即760毫米汞柱条件下，混合物中的蒸气浓度C与给定温度下的蒸气压力P蒸气有如下关系式：C = P蒸气/7.6；
式中C——混合物中的蒸气浓度，％；P蒸气——在给定温度下的蒸气压力，毫米汞柱；P混——混合物的压力，毫米汞柱
当汽油与空气的混合物的蒸气浓度C为汽油爆炸上限6％时，爆炸上限温度下的饱和蒸气压P蒸气为：
P蒸气＝C×7.6＝6.0×7.6＝45.6毫米汞柱
依据车用汽油的饱和蒸气压与对应的温度表得知：汽油蒸气压力45.6毫米汞柱处于0～10℃范围内，用内插法求出真实温度：0十（45.6-40）×10÷（50－40）＝0十5.6＝5.6℃
所以在贮罐内储存汽油时，安全的储存温度应高于爆炸上限温度5.6℃。
注：计算公式和相关数据来自“中国气体分离设备商务网”《火灾与爆炸灾害控制》一文。
具有可燃性的化学品的质量及燃烧后放出的热量按照《石油化工储运系统罐区设计规范>> ，卧罐的装量系数宜取0.9 。
汽油质量为: 30 m³x3xO.75t/ m³xO.9=60.75t(汽油密度为0.75t/ m³)汽油燃烧后放出的热量为60.75tx 1 000x43687kJ/kg=2.7x 109kJ(汽油燃烧热为18.8x103Btu/lb ，即43687kJ/kg)柴油质量为: 30 m³x2xO.85t/ m³xO.9=45 .9t(柴油密度为0.85 t/ m³)柴油燃烧后放出的热量为: 45txl000x43457kJ/kg=2.0x109kJ (柴油燃烧热为18.7x103Btu/lb ，即43457kJ/kg)具有爆炸性的化学品的质量及相当于梯恩梯(TNT)的摩尔量汽油蒸汽相对空气密度按3.5 计柴油蒸汽相对空气密度按4 计空气密度按1 .20kg/m3汽油爆炸上限取7.6% ，柴油爆炸上限取4.5 %汽油气质量m=30m³x3xl.20kg/m³x3.5x7.6%=28.7kg柴油气质量m=30m³x2xl.20kg/m³x4x4.5 %=12.96kgTNT 当量由下式计算：爆炸能量(TNT)当量计算1座埋地汽油罐发生爆炸时放出的能量与油品储量以及放热性有关：汽油蒸气云的TNT当量系数取4% ，燃烧热为43687kJ/kg汽油储罐的容积为30m³，假设汽油储罐内充满最高爆炸上限为7.6 % 的混合油气，汽油蒸汽相对空气密度按3.5 计，空气密度按1.20kg/m³汽油气质量m=30 m³x1.20kg/ m³x3 .5x7 .6%=9 .6kg汽油的TNT 当量:W TNT=αW f Q f Q TNT=0.04x9.6kgx43678kj/kg4520kj/kg=3.7kg。
5.3 火灾爆炸事故后果分析评价对于液化石油气来说，其沸点远小于环境温度，泄漏后将会由于自身的热量、地面传热、太阳辐射、气流流动等迅速蒸发，在液池上面形成蒸气云，与周围空气混合成易燃易爆混合物，并且随着风向扩散，扩散过程中如遇到点火源，则可能发生蒸气云爆炸，产生巨大影响。
液化石油气容器在外部火焰的烘烤下可能发生突然破裂，压力平衡被破坏，液体急剧气化，并随即被火焰点燃而产生爆炸。
在这一过程中虽然也有破片和冲击波产生，但爆炸火球的热辐射是主要的伤害因素。
这种事故被称为沸腾液体扩展为蒸气爆炸（BLEVE）。
BLEVE产生的破片和冲击波虽然有一定的危害，但与爆炸产生的火球热辐射危害相比，它们的危害可以忽略，现场情况尤其如此。
为此，对液化石油气泄漏后果的分析，本报告主要考虑蒸气云爆炸，计算出死亡半径，进而确定重大危险源的等级。
不同的伤害模型将有不同的伤害/破坏半径，不同伤害/破坏半径所包围的封闭面积内人员多少，财产价值多少将影响事故严重程度大小。
伤害/破坏半径划分为：死亡半径、重伤（二度烧伤）半径、轻伤（一度烧伤）半径及财产破坏半径。
5.3.1 蒸气云爆炸模型分析蒸气云爆炸能产生多种破坏效应，如冲击波超压、热辐射、碎片作用等，但最危险、破坏力最强的是冲击波的破坏效应。
⑴超压准则常见的冲击波伤害－破坏准则有：超压准则、冲量准则、压力－冲量准则等。
本评价采用超压准则。
⑵超压模型蒸气云爆炸的超压使用TNT 当量法进行计算。
蒸气云爆炸的TNT 当量可用下式估算：TNT ff TNT Q Q W W α8.1=式中：1.8：地面爆炸系数；α:蒸气云的TNT 当量系数，0.04；f W :液化石油气形成的蒸汽云中参与爆炸的燃料的质量，kg ；f Q ：燃料的燃烧热，kJ/kg ；TNT Q ：TNT 的爆热，4520kJ/kg ；TNT W ：蒸气云的TNT 当量，kg ；根据项目单位提供的资料，液化石油气成份为50％的丙烷、50%的丁烷。
附件4定量分析危险、有害程度的过程附件4.1固有危险程度定量分析1、具有爆炸性的化学品的质量及相当于梯恩梯（TNT）的摩尔量附表4.7.1 相关数据1、爆炸空间物质量计算W f=VLmρ式中：V-爆炸空间的体积大小m3,Lm-最易爆炸浓度ρ-可燃气体的密度1）二硫化碳IS90车间的晾晒厂房24*15*8=2880m3二硫化碳的密度为3.17kg/m3最易发生爆炸的总量W f=VLmρ=2880*7.5%*3.17=685kg上限发生爆炸的总量W f=VLmρ=2880*44%*3.17=4020kg2）氨制冷车间厂房20*15*8=2400m3氨的密度为0.71kg/m3最易发生爆炸的总量W f=VLmρ=2400*17%*0.71=290kg上限发生爆炸的总量W f=VLmρ=2400*25%*0.71=426kg3）硫磺粉尘IS60车间的粉碎厂房24*15*8=2880m3硫磺的最易爆炸浓度为70g/m3=0.07kg/m3W f=VLm=2880*0.07=202kg硫磺的发生爆炸的上限浓度为1400g/m3=1.4kg/m3W f=VLm=2880*1.4=4032kg2、TNT当量计算蒸汽云爆炸的TNT当量计算公式：W TNT=AW f Q f/Q TNT式中 A－蒸汽云的TNT当量系数，取4％；W TNT－蒸汽云的TNT当量，Kg；W f－蒸汽云中燃料总质量，Kg；Q f－燃料的燃烧热，MJ/Kg；Q TNT－TNT的爆热， Q TNT=4520 kJ/kg；1）二硫化碳蒸汽云爆炸的TNT当量计算：W TNT1=AW f Q f/Q TNT＝0.04×685×1000/76.14×1030.8/4520＝82.1kgW TNT2=AW f Q f/Q TNT＝0.04×4020×1000/76.14×1030.8/4520＝482kg2）硫磺粉尘蒸汽云爆炸的TNT当量计算：W TNT1=AW f Q f/Q TNT＝0.04×202×1000/32.06×297/4520＝16.6KgW TNT2=AW f Q f/Q TNT＝0.04×4032×1000/32.06×297/4520＝331Kg3）氨蒸汽云爆炸的TNT当量计算：W TNT1=AW f Q f/Q TNT＝0.04×290×1000/17.07×361.25/4520＝54.3KgW TNT2=AW f Q f/Q TNT＝0.04×426×1000/17.07×361.25/4520＝80Kg3、具有可燃性的化学品的质量及燃烧后放出的热量1）二硫化碳燃烧后放出的热量⑴生产车间二硫化碳的Q1＝1030.8×15000×1000/76.14=20.3×107J⑵储罐区二硫化碳的Q2＝1030.8×30000×1000/76.14=40.6×107J2）硫磺燃烧后放出的热量⑴10t硫磺燃烧Q1＝297×10000×1000/32.06=9.26×107J⑵15t硫磺燃烧Q2＝297×15000×1000/32.06=13.89×107J⑶300t硫磺燃烧Q3＝297×3000000×1000/32.06=2778×107J⑷500t硫磺燃烧Q4＝297×5000000×1000/32.06=4630×107J3）全部氨燃烧Q＝361.25×1800×1000/17.07=3.81×107J附件4.2爆炸事故影响的范围1、爆炸事故的条件引发爆炸的条件是：爆炸品（内含还原剂和氧化剂）或可燃物（可燃气、蒸气或粉尘）与空气混合物达到爆炸极限范围并由起爆能源同时存在引发爆炸。
4、出现爆炸、火灾事故造成人员伤亡的范围
本评价项目采用事故模拟法进行分析计算，鉴于油罐采取了地下直埋措施，密闭自流卸油，油品管道采用无缝钢管焊接地下直埋敷设，加油枪具有自封功能，可有效避免泄漏事故的发生。
根据事故案例，在油罐空置时，由于处理不当，聚积于罐内汽油蒸气与空气混合形成爆炸混合气体，由于处理不当遇到延迟点火发生蒸气云爆炸事故，造成冲击波，其损害半径、设备损坏、人员伤害情况计算如下：。
以油罐为爆源，当汽油发生蒸气云爆炸事故时，
根据荷兰应用科研院（TNO）（1979）建议，可按下式预测蒸汽云爆炸的冲击波的损害半径：R=C S（NE）1/3
式中 R（损害半径）m；
E （爆炸能量）KJ，可按下式计算：E= V·Hc
V 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）kJ/m3
查表: Hc（汽油）＝1365.5 (kJ/mol)＝60959.8kJ/m3。
N（效率因子），其值与燃烧浓度持续展开所造成损耗的比例和燃烧所得机械能的数量有关，一般取N=10%
C S（经验常数）取值：0.03～0.4mJ-1/3。
R＝C S（NE）1/3= Cs（10%×30×60659.9×103）1/3 = C S×263.03 把经验常数代入上式，得出破坏半径、设备损坏、人员伤害情况见下表：
表5-1 30m3汽油蒸气云爆炸模拟计算结果一览表
液氨蒸气云爆炸后果模拟分析说明
通过以上模拟计算表明，如30m3汽油蒸气与空气混合形成爆炸混合气体，发生蒸气云爆炸事故，造成冲击波，其损害半径、设备损坏、人员伤害情况的后果叙述如下：
（1）造成半径为9.36 米范围内的建筑物和设备受到重创；1％的人员死亡于肺部伤害、50%以上的人员耳膜破裂、50%以上的人员被碎片击伤。
损害等级为一级。
（2）造成半径为18.71 米范围内的建筑物和设备受到外表可修复性的破坏；1％的人员耳膜破裂、1%的人员被碎片击中。
损害等级为二级。
（3）造成半径为46.78 米范围内玻璃破碎，人员被玻璃击伤。
损害等级为三级。
（4）半径124.41 米范围内造成10%的玻璃破碎。
损害等级为四级。
所以，在 9.36米的范围内，最好无其它设备、设施和操作人员，从而避免和减少由于发生蒸汽云爆炸形成的冲击波造成的人员伤亡
和财产损失。
