蒸汽云爆炸后果分析

★石油化工安全环保技术★2013年第29卷第1期P E TR O cH E M I c A L s A FE T Y A N D E N V I R O N M E N T A L PR O T E cT l0N T E c H N O L O G Y‘葫咎LN G沸腾液体扩散蒸气云爆炸火球事故后果分析辛颖，(延安职业技术学院，王岩陕西延安716000)摘要：作为当今世界增长最快的清洁能源，液化天然气(L N G)在储存过程中一旦发生泄漏，将会导致重大事故。

采用沸腾液体扩散蒸气云爆炸(B L EV E)火球模型，模拟分析100m3液化天然气储罐发生沸腾液体扩散蒸气云爆炸的事故后果，定量计算事故的伤害半径、财产损失半径、伤亡人数，为事故预防提供依据。

关键词：液化天然气沸腾液体扩散蒸气云爆炸火球热辐射模型B L EV E事故分析伤亡人数液化天然气(L N G)的主要成分为甲烷(96％)，属于甲类火灾危险性，液态时密度为437．70k∥m3，气态时密度为o．965k∥N m3，液化天然气L N G是将常温条件下不能加压液化的天然气进行预处理，脱除重质烃、硫化物、二氧化碳和水等杂质后，在常压下将天然气深冷到一162℃，实现液化，它是以液态形式存在的天然气，其体积可缩小到气态时的1／600，大大促进了天然气市场的发展。

液化天然气广泛应用于天然气输配的调峰储存，提高了城市燃气和电厂供气的稳定性。

但是，由于天然气具有易燃易爆的特点，此外，L N G还具有沸腾翻滚、低温冻伤、低温麻醉、窒息、冷爆炸等危险，确保天然气的使用安全必须放到重要的位置。

L N G储罐是连接上游生产和下游用户的重要设备，对于液化工厂或接收站来讲，大型储罐占据着很高的投资比例。

L N G大都加压储存在绝热储罐中，任何形式的热量(包括高温照射、外部火源灼烧等)都可以导致储罐内一定量的LN G产生气化，由液体变为气体。

当容器内部压力过高，储罐内压力平衡遭到破坏，超过容器本身强度或者容器本身存在缺陷(如机械碰撞、制造缺陷、腐蚀等)，则很易造成绝热储罐破裂，储罐内部所盛装的LN G会产生瞬态泄漏。

某CNG储备事故后果分析一、CNG储配站常用的事故后果模拟分析方法有：蒸汽云爆炸模型(TNT当量法，TNO当量法),APIpub581定量后果评价模型，喷射火模型，闪火模型。

爆源的TNT当量计算二、TNT当量计算公式：Wtnt=1.8AWfQf/Qtnt式中 1.8———地面爆炸系数A———蒸气云当量系数,取0.04Wf———蒸气云中燃料总质量,kg（D燃气有限责任公司CNG储配站储气容积为1800×0.7174=1291kg）Qf———燃料的燃烧热,天然气燃烧热,取5×10^4kJ/kgQtnt———TNT爆炸热,取4520kJ/kgWtnt———蒸气云中的TNT当量,kg实例中计算出Wtnt=1.8×0.04×1291×5×10^4/4520=1028.2kg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)。

天然气储罐的TNT当量：（1）蒸汽云爆炸时的死亡半径根据易R1=13.6（Wtnt/1000）^0.37实例中计算出R1=13.6（1028.2/1000）^0.37=13.7m R=13.6×(1.8×0.04×WTNT／1 000)0.37根据最大可能危险原则计算：(2)重伤区半径重伤区半径R2指人员因在冲击波作用下耳膜破裂的概率为0.5的半径,它要求的冲击波峰值超压为44000Pa。

应用超压准则,冲击波超压ΔP可按公式计算: ΔP=0.137Z＾-3+0.119Z^-2+0.269Z^-1-0.019Z=R2（Po/E）^1/3ΔP=ΔPs/PoE=WtntQtnt式中 R2———目标到爆源的水平距离,即重伤区半径,mPo———环境压力,取1.013×10^5PaΔPs———引起人员重伤冲击峰值，取44000PaE———爆炸总能量J实例中计算出E=4520×1028.2=4647464kJ，ΔP=44000/101300=0.4344，Z=1.07……，R2=（4647464×1000/101300）^1/3×1.07=38.3m(3)轻伤区半径轻伤区半径R3指人员在冲击波作用下耳膜破裂的概率为0.01的半径,它要求的冲击波峰值超压为17000Pa,具体计算仍然按照公式ΔP=0.137Z＾-3+0.119Z^-2+0.269Z^-1-0.019Z=R3（Po/E）^1/3ΔP=ΔPs/Po计算。

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。

第28卷第3期灾害学JOURNAL OF CATASTROPHOLOGYVol.28No.3基于天然气管线泄漏蒸汽云爆炸危害分析①王小完，马骥，骆正山（西安建筑科技大学，陕西西安710055）摘要：基于历史数据和试验建立和改进相应的数学模型，初步建立了定量分析研究天然气管线泄漏蒸汽云爆炸和毒气危害后果计算方法，为天然气管线风险评估、风险管理、管线维护以及蒸汽云爆炸和毒气危害发生后的危害后果评估提供决策支持。

关键词：天然气；长输管线；蒸汽云爆炸；毒气危害；后果中图分类号：TU996.9；X43文献标志码：A文章编号：1000－811X（2013）03－0016－05陆上长输天然气管线泄漏，因泄漏量大，持续泄漏与空气混合形成蒸汽云，蒸汽云在密闭空间或无风低洼地带聚集，遇火源会发生闪爆引发爆炸灾害，造成恶性事故。

因此，研究天然气泄漏蒸汽云爆炸危害对保护人民的财产、生命安全，或在蒸汽云爆炸危害发生后对其危害后果进行预测评估具有重要意义。

国内外研究人员在该领域进行了一系列的研究，但主要集中在对密闭容器内的可燃气体的燃烧、爆炸过程分析，如杨国刚在密闭钢管内对可燃气体爆炸的实验研究与数值模拟［1］；陈长坤等基于粗糙集的城市燃气管道破坏灾害演化诱发机制分［2］；析林伯泉等研究了方形钢管中障碍物对气体燃烧的加速作用［3－4］；付小方等对高压天然气管线的危险区域进行了分析［5］；梁瑞等对天然气管线泄漏混合气体爆炸后果评价进行了探讨［6］。

上述研究主要集中在固体障碍物对火焰的加速以及超压生成的影响等方面。

本文通过建立数学模型，研究天然气管线泄漏形成的蒸汽云爆炸危害机理和破坏规律，对其造成的危害范围及危害后果进行定量研究，对蒸汽云爆炸危害的预防以及爆炸发生后造成的后果进行较为准确的评估提供指导。

1天然气管线泄漏扩散陆上天然气管线泄漏后，根据泄漏模式以及空间位置、大气条件形成蒸汽云发生爆炸，造成相应的危害。

1.1气体扩散模型天然气管线瞬时泄漏，扩散使泄漏孔处气体浓度减小，降低爆炸危险；同时扩散使毒害气体向外扩散，使危害范围扩大。

1、蒸气云爆炸后果单罐液化天然气泄漏后引发蒸气云爆炸，其后果可以采用TNT 当量法和超压准则来预测，方法如下：（1）蒸气云爆炸的TNT当量W TNT = a WQ/Q TNT式中：W TNT—天然气蒸气云的TNT当量，kg；a—天然气蒸气云的TNT当量系数（统计平均值为0.03）；W—天然气蒸气云中可燃气体质量，kg；Q—天然气的高热值，kJ/kg，取56061.88 kJ/kg；Q TNT—TNT的爆炸热，取4500kJ/kg。

如果储罐内的液化天然气全部泄漏，则：W= k ρVk—单罐充装系数，取85%；ρ—泄漏前储罐内液化天然气的密度，kJ/m3，取432.97kg/m3；V—储罐体积，为150m3。

得W=0.85×432.97×150=55203.7kg；W TNT = a WQ/Q TNT=0.03×55203.7×56061.88/4500=20632.15 （kg，TNT）（2）蒸气云爆炸的伤害分区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，外径记为R1，表示外圆周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：R1 = 13.6（W TNT/1000）0.37= 13.6（20632.15/1000）0.37=41.68≈42m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。

其内径即为死亡半径R1，外径记为R2，代表该处人员因冲击波作用耳膜破裂的概率为0.5，它要求的冲击波峰值超压为44000Pa。

冲击波超压ΔP按下式计算：ΔP= 0.137 Z-3 + 0.119 Z-2 + 0.269 Z-1 - 0.019ΔP= 44000/P0 = 44000/101325 = 0.434式中：Z= R2/（E/P0）1/3ΔP—冲击波超压，Pa;Z—中间因子；E—蒸气云爆炸能量值，J；E=aWQ=0.03×55203.7×56061.88=92844696.15kJ =92844696150J P0—大气压，取101325Pa；得R2=105.83m≈106m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。

蒸汽云爆炸完全破裂-回复蒸汽云爆炸完全破裂是一种严重的事故，可能导致重大的人员伤亡和财产损失。

在本文中，我们将一步一步回答关于蒸汽云爆炸完全破裂的问题，包括其原因、后果和应对措施。

首先，我们需要了解蒸汽云爆炸完全破裂的原因。

蒸汽云爆炸是指蒸汽与一定浓度的可燃气体混合形成可燃云，然后遇到点火源导致爆炸。

当蒸汽云的浓度超过其爆炸极限，并且接触到点火源时，爆炸就会发生。

常见的点火源包括明火、电火花和静电放电等。

因此，蒸汽云爆炸完全破裂的原因可以归结为蒸汽云与可燃气体的混合、浓度控制不当，以及点火源的存在。

接下来，我们需要了解蒸汽云爆炸完全破裂的后果。

蒸汽云爆炸的后果可能包括以下几个方面。

首先，爆炸会产生巨大的冲击波，可能摧毁建筑物、设备和管道系统。

其次，爆炸会产生高温和火焰，可能引发火灾并蔓延至周围区域。

再次，爆炸会产生大量的碎片和飞溅物，可能造成人员伤亡和损害财产。

最后，蒸汽云爆炸会释放大量的有毒气体和挥发性物质，可能对环境和人体健康造成严重影响。

在面对蒸汽云爆炸完全破裂时，我们需要采取有效的应对措施。

首先，应及时报警并启动应急预案，确保人员安全撤离。

其次，应立即切断蒸汽供应和电源，防止进一步的事故发生。

同时，应密切监控爆炸区域的状况，防止火灾蔓延和有毒气体扩散。

随后，应组织专业人员进行抢险救援工作，包括灭火、救援被困人员和清理爆炸物。

最后，应对事故进行调查和分析，找出事故的原因，并采取相应的措施加以改进，避免类似事故再次发生。

总之，蒸汽云爆炸完全破裂是一种严重的事故，需要我们高度重视和有效应对。

了解其原因、后果和应对措施，可以帮助我们更好地预防和处理此类事故。

同时，通过强化安全意识和加强设备管理，可以进一步降低蒸汽云爆炸完全破裂的风险。

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。