蒸气云爆炸事故后果模拟分析法在安全评价中的应用

论蒸汽云爆炸伤害模型在液化石油罐区安全评价中的运用陈海霞(乌鲁木齐泰迪安全技术有限公司,乌鲁木齐830091)摘要:液化石油气是易燃易爆的危险品,在其储运过程中屡有发生蒸汽爆炸事故,并常相继引发其他类型的爆炸,造成严重的后果。

只是由于蒸汽爆炸常常伴随其他爆炸发生,故易被人们忽视。

然而,其可能造成的危害很大,加强对其的研究和预防十分必要,并通过安全评价制定相应的防范措施。

本文分析了液化石油气蒸汽云爆炸在安全评价中的运用,并对其预防措施进行了探讨,总结了其火灾爆炸事故的预防措施与技术。

关键词:液化石油气;蒸汽爆炸;预防措施1前言随着工业的发展及人民生活水平的提高,液化石油气(LPG)已是工业上不可或缺的能源,更与人们的日常生活息息相关。

由于液化石油气本身具有易燃易爆的特性,在其生产、储运和使用过程中,如果操作处理不当、安全管理不良,极易引起火灾事故。

尤其是在液化石油气的储罐区,储罐集中,储量大,一旦发生火灾,往往会造成灾难性事故。

因此该文对液化石油气的灾害因素进行危险性分析,总结出其火灾爆炸事故的预防措施与技术,有助于我们了解液化石油气的危险性,对化工消防工作有着重大的指导意义。

2LPG的组成及特性2.1LPG的组成LPG蒸汽的主要组成成分为丙烷、丁烷、丙烯、丁烯等混合物。

它们在常温常压下为气体,只要稍加一点压力就可以液化。

其密度是随压力及温度改变而改变,比重则视其成分而变,一般为空气的1.5~1.75,滞留于低洼处。

LPG有很强的挥发性,闪点-74e,具有易燃特性,最小点火能0.2~0.3M J,一旦遇到火源,极易燃烧爆炸。

2.2LPG的火灾、爆炸当LPG发生泄漏时,1m3LPG可转变成250~300m3的气态LPG,LPG的爆炸极限若按2%~9%的近似计算,则1m3的LPG泄漏在大气中,将会变成3000~15000m3的爆炸气体。

形成的爆炸气体遇火源发生爆炸,其爆炸威力是TNT炸药当量的4%~10%,爆炸可达2000~3000m/s。

重大事故后果模拟分析在化工安全评价中的运用作者：蒋鹏来源：《名城绘》2018年第10期摘要：化工企业的安全发展受到社会广泛的关注，人们的衣食住行与化学工业有着密不可分的关系，化工企业为人们生产生活制造各类必需品，为人民过上更美好的生活提供更好的服务。

另一方面，由于化工企业相对于其他类型企业安全风险程度较高，一旦发生重大安全生产事故，除了会威胁员工的生命安全，造成企业重大经济损失外，还会造成恶劣的社会影响。

因此，对于化工企业而言，必须严格遵循安全第一的的生产原则，重视企业的安全管理，不断提高化工企业的安全运行水平。

本文主要以重大事故为切入点，浅谈重大事故后果模拟分析在化工安全评价中的运用。

关键词：重大事故后果模拟；化工安全；评价及应用化工企业不同于一般类型的工贸企业，其在生产过程中所使用的原辅材料多属于易燃易爆类，根据生产工艺要求化工企业内往往会存放很多液体储罐，这就给企业带来了安全风险。

一旦易燃易爆物品管理不到位，将会造成火灾和爆炸事故，严重影响化工企业的正常生产与经营。

因此，对于化工企业而言必须高度重视易燃易爆物品的管理，将发生重大事故的概率降到最低，以保障员工的生命及财产安全，履行企业社会责任。

一、化工企业生产中重大事故后果模拟分析对于化工企业而言，因其在生产过程中使用原料的特殊性，生产中应重视原料及液体储罐的管理，避免因为管理不善而造成火灾或者爆炸事故发生。

（一）化工企业发生火灾爆炸事故问题分析在化工企业的生产过程中因为使用的原料多属于易燃易爆的类的物品，化工企业为了生产的需要[1]，企业内部会设置大量的液体储罐。

在生产中液体储罐一旦泄漏，容易引发火灾或者爆炸，对于化工企业而言，无论发生哪一种类型的事故，都会造成严重的后果。

造成液罐泄漏的主要原因往往是因为液罐存储时间较长，罐体上出现一定程度的腐蚀，造成罐体的完整性被破坏，当罐体因为人为原因的碰撞，罐体的腐蚀处因为强度不够，会造成存储物料的泄漏，物料泄漏后汽化挥发产生的蒸汽的浓度达到爆炸极限，就极易造成爆炸和火灾事故的发生。

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。

MATLAB在危险化学品灌区安全评价中应用摘要：随着化学工业的迅速发展，化工厂储存易燃、易爆等危险化学品数量越来越多，其危险性也越大。

本文分析了某化工厂储罐区危险物质的危险性，通过MATLAB编程，对该灌区发生蒸气云爆炸事故后果进行模拟，得出其伤害区域，并将计算结果以图形的形式表示出来，安全人员能直观地判断和分析事故后果，有利于制定相应的预防和应急措施。

同时，利用MATLAB程序使整个评价过程更加简洁高效。

关键词：危险化学品；安全评价；MATLAB；蒸气云爆炸the application of MATLAB on safety evaluation of the irrigation area of dangerous chemicalsLiang Jinyan Pang Qizhi Wang Lixia Hua Shui(Faculty of Engineering,China University of Geosciences,Wuhan430074,China)Abstract:With the rapid development of the chemical industry,the quantity of hazardous chemicals,which are inflammable and explosive,is more and more,and the risk is more big.This paper analyzes the hazardous characteristics of dangerous substances in a chemical plant tank area,simulates accident consequences and achieves the damage area byMATLAB programming when vapor cloud explosion happens. The calculated results are showed in the form of graphic,thus security personals can intuitively judge and analyze accident consequence in order to formulate corresponding prevention and emergency measures.At the same time,MATLAB makes the whole evaluation process more concise and high efficiency.Key words：Dangerous chemicals；Safety evaluation；MATLAB；Vapor cloud explosion1、引言随着化学工业的迅速发展，化工生产工艺过程中处理和储存易燃、易爆等危险物质的数量也越来越多，潜在危险性越来越大。

安全评价中几个事故模型的概念
蒸气云爆炸（UVCE）模型：蒸气云爆炸是指可燃气体或蒸气与空气的云状混合物在开阔地上空遇到点火源引发的爆炸。

UVCE模型用于定量化模拟评价与分析可燃气体或液化介质的生产或储存场所所可能发生的UVCE事故后果的严重度和危险等级、影响范围。

池火灾（PoolFire）模型：池火灾指可燃液体作为燃料的火灾，比如罐区池火灾主要是由于超载或雷击等原因导致LPG泄漏而形成液池，遇到火源而引起池火灾。

PoolFire模型用于模拟评价与分析池火灾的事故后果的严重度和危险等级、灾害影响范围。

沸腾液体扩展蒸气爆炸（BLEVE）模型：沸腾液体扩展蒸气爆炸指液化介质储罐在外部火焰的烘烤等条件下突然破裂，压力平衡破坏，介质急剧气化，并随即被火焰点燃而产生的爆炸。

BLEVE模型用于模拟评价与分析沸腾液体扩展蒸气爆炸事故的后果严重度、危险等级和灾害影响范围。

凝聚相爆炸（CPE）模型：凝聚相爆炸指炸药等类型的含能材料发生的爆炸。

CPE模型用于模拟评价与分析凝聚相爆炸事故的后果严重度、危险等级和灾害影响和破坏范围。

固体火灾（SolidFire）模型：固体火灾指可燃固体为燃料的火灾。

SolidFire 模型用于模拟评价固体火灾事故后果的严重度、危险等级和灾害影响范围。

泄漏扩散（Leaks）模型：用于模拟评价与分析有毒、有害物质在一定的泄漏模式和扩散环境下的泄漏扩散危害范围。

TNO多能法在蒸气云爆炸模拟评价中的工程应用第34卷第5期2006年5月华南理工大学学报(自然科学版)JournalofSouthChinaUniversityofTechnology(NaturalScienceEdition)V o1.34NO.5May2006文章编号:1000—565X(2006)05—0109—06TNO多能法在蒸气云爆炸模拟评价中的工程应用术张瑞华陈国华张晖陈清光颜伟文(1,华南理工大学工业装备与控制工程学院,广东广州510640;2.广东省安全科学技术研究所,广东广州510620)摘要:分析了TNO(TheNetherlandsOrganization)多能法在工程应用中存在的问题,并提出相应的解决方法,以提高其工程应用可操作性.归纳并提出了选取爆源强度等级的依据;为解决多能法在应用过程中手工查爆炸波特征曲线图读数易带来误差的问题,采用TNO爆炸波特征曲线拟舍关系式代替TNO爆炸波特征曲线,并对该关系式中部分误差较大的计算式进行修正;根据爆炸波对人体肺,耳的伤害需达到的超压值和多能法特征曲线的拟合关系式,利用迭代法和最小二乘法拟合出爆炸波导致不同程度人员伤害距离的关系式,并对其进行验证.该关系式形式简单,输入参数少,可用于工程实践.关键词:TNO多能法;工程应用;蒸气云爆炸;爆源强度;人员伤害距离中图分类号:X928.7文献标识码:A在石油化工,能源等行业的生产,运输,储存过程中经常涉及到可燃性气体或蒸气.当大量的可燃性气体或蒸气泄漏出来时,可与空气混合形成爆炸性蒸气云,若遇火源则发生蒸气云爆炸.蒸气云爆炸产生的强烈冲击波,是对人员,设施造成伤害的主要因素.一旦发生蒸气云爆炸事故,事故的影响范围有多大?造成的人员伤亡和财产损失有多少?企业,政府和社会是否能承受?如何疏散群众,进行应急救援等问题随之而来,所以应该对其进行预测和准备,这对降低事故发生带来的生命,财产损失和提高工业生产过程的安全性都具有重要意义.因此,研究模拟可燃性气体或蒸气在生产,储运过程中的蒸气云爆炸就成为工业过程安全性研究中的一个重要领域.TNO(TheNetherlandsOrganization)多能法是目前模拟预测蒸气云爆炸的常用方法,是荷兰TNO实验室于1985年在大量的实验和数值研究基础上提出并逐步完善起来的.TNO多能法属于一维数值模型,在TNO模型基础上进行改进,综合考虑了湍流加速,局部约束,气体活性等各种因素,是一个分析收稿H期:2005.07—13}基金项It:广东省科技攻关项目(2002C32403)作者简介:张瑞华(1979一),女,博士生,主要从事火灾爆炸等事故后果模拟研究.E—mail:*****************蒸气云爆炸的原则,方法.它假设蒸气云为半球形,中心点火,火焰以恒定速度传播,然后用数值方法计算不同燃烧速度下的蒸气云爆炸,获得一组爆炸强度曲线4.该模型经大量的实验结果验证和修正,比较接近事实.虽然TNO多能法由于概念清晰,易于求解,使用广泛,但其在工程应用过程中存在一些不足之处.本文重点分析TNO多能法在蒸气云爆炸模拟评价工程应用中存在的问题,并提出相应的解决方法,以提高多能法在工程上的应用价值.1TNO多能法在工程应用中存在的问题1.1爆源强度等级的选取在用多能法模拟计算蒸气云爆炸过程中需要选取适当的爆源强度等级,通过爆炸波参数特征曲线(见图1,2),根据无量纲距离()读取无量纲峰值侧向超压(P)或无量纲正相持续时间,从而计算出爆炸波超压和持续时问.实线表示高强度的爆炸波,虚线表示低强度的爆炸波.爆源强度是一个可变参数,取值为1至lO之问的任一整数,分别对应图1,2中的lO条曲线,每条曲线代表不同的爆源强度,1代表最弱的爆源强度,1O则代表最强的爆源强度.爆源强度的大小与蒸气云所处空间的受限程度11O华南理工大学学报(自然科学版)第34卷有关,如果有充分的依据,最好选择合适的爆源强度,在工程上应用多能法模拟计算蒸气云爆炸时,大多数都是从安全和保守出发,选取爆源强度等级为1O来计算.这样处理使计算结果过于保守,夸大了蒸气云爆炸的后果.因此,如何准确选取爆源强度等级成为多能法在工程应用中的主要问题之一.出辅匠酲暨蒜咖l图1无量纲峰值侧向超压随无量纲距离的变化曲线Fig.1Changecurvesofdimensionlesspeakside-onoverpres- sureversusdimensionlessdistance星茁j蛘5霉蒜删无量纲距离图2无量纲正相持续时间随无量纲距离的变化曲线Fig.2Changecurvesofdimensionlesspositivephaseduration versusdimensionlessdistance1.2手工查图读数多能法爆炸波特征曲线是荷兰应用科学研究院针对不同火焰速度下的蒸气云爆炸进行数值计算获得的.应用多能法的过程中需根据无量纲距离从爆炸波特征曲线图中获取无量纲峰值侧向超压,无量纲正相持续时问的读数.从爆炸波特征曲线图中读取数据与读数人员的主观因素有较大关系,又由于爆炸波特征曲线图为双对数坐标,横纵坐标的标记分布不均匀,容易造成不同人根据相同的无量纲距离查图读出不同的结果,而且手工查图读数不方便,不利于工程应用和计算机编程.1.3计算人员伤害范围困难现代安全生产”以人为本”,强调把人的安全放在首位.因此在对拟建或已建工程系统潜在危险源可能产生的后果进行评价和预测时,人员伤害范围往往是一项重要参考指标.已知爆炸波超压对人员造成伤害的超压值,根据多能法中的计算公式和爆炸波特征曲线,要计算出蒸气云爆炸导致的人员伤害距离十分困难.由于上述原因,降低了多能法在工程应用中预测蒸气云爆炸的准确性,难以计算蒸气云爆炸的人员伤害范围,从而限制了其在工程上的应用价值.2TNO多能法工程应用的深入研究基于前面分析的TNO多能法在工程应用中存在的问题,提出如下处理方法:(1)通过查阅文献和前人的实际应用经验,总结归纳选取爆源强度等级的依据;(2)采用文献[5]中对多能法爆炸波特征曲线进行拟合得到的爆炸波当量特征参数与当量距离之间的关系式,代替爆炸波特征曲线进行计算,并对该关系式中部分误差较大的计算式进行修正,使其与爆炸波特征曲线更吻合,便于多能法的工程计算和计算机编程;(3)根据爆炸波对人体肺,耳的伤害所需达到的超压值和多能法爆炸波超压计算式,利用迭代法和最小二乘法拟合出爆炸波导致人员死亡,耳鼓膜50%破裂和耳鼓膜1%破裂距离与蒸气云受限体积之间的关系式.2.1选取爆源强度的依据在爆炸波参数特征曲线图(见图1,2)中,曲线编号越大,表示爆源强度越强,曲线lO表示爆轰的情况;曲线6表示强烈爆燃的情况;曲线6,7表示中等爆源强度的情况,针对的是一般的蒸气云爆炸,适合处理远场问题.结合文献[5—8]和前人的实际应用经验,得到爆源强度选取依据如下:对于敞开空间区域,爆源强度等级为1;对于敞开空间且有少量树木存在的区域,爆源强度等级为2;对于敞开空间但一开始就存在湍流或由于喷射泄漏产生的湍流,爆源强度等级为3;对于储罐库区等一定程度受限的空问,爆源强度等级为7;对于工艺装备,爆源强度等级为1O.爆源强度与蒸气云所处空间受限程度有很大关系,其所处空间对增加气云湍流度越有利,爆源强度也越大,爆炸将逐步发展,产生爆轰.蒸气云所处空第5期张瑞华等:TNO多能法在蒸气云爆炸模拟评价中的工程应用问受限程度越大,蒸气云湍流度也越强烈,因此爆源强度等级也越高.根据前面归纳的爆源强度选取依据,结合实际场所对蒸气云造成的湍流程度大小,可选取4,5,6,8,9等级的爆源强度.若要准确确定爆源强度,最好参考有关蒸气云爆炸的实验数据或事故资料来确定.人们已根据实际应用得出如下经验:对于蒸气云爆炸一般选取爆源强度等级为7,爆源强度等级取10是最保守的处理方法.2.2爆炸波特征曲线拟合关系式利用爆炸波特征曲线拟合关系式代替爆炸波特征曲线,使手工查图读数获取无量纲超压,无量纲正相持续时间的过程变为用拟合关系式计算来获得.这样处理减少了因为人的主观因素带来的手工查图读数的误差,方便工程计算和计算机编程.DNVSAFETIv6.4帮助文档中提供了对多能法中爆炸波特征曲线进行拟合得到的爆炸波当量特征参数与无量纲距离之间的关系式.在试算过程中发现,当爆源强度等级为7时,无量纲距离在0.843299<r≤3.6315644和3.6315644<r≤100范围内,根据该拟合关系式(见式1)计算的超压比爆源强度等级为8时相同距离下的超压还大,这是不合理的,因为爆源强度越大,爆炸波超压也越大.因此,本文利用多能法的提出者V andenBerg提供的多能法计算程序(FAC—PR)输入相同的参数进行计算,同时用TNO爆炸波超压特征曲线图读数进行计算,并将计算结果与爆炸波特征曲线拟合关系式的结果进行对比,发现爆源强度等级为8时的爆炸波特征曲线拟合关系式计算结果与FAC—PR程序,多能法爆炸波超压特征曲线图的计算结果接近,而爆源强度等级为7时的拟合关系式计算结果比前两种结果大,说明爆源强度等级为7时的超压拟合关系式误差较大.随后用多能法爆炸波超压特征曲线图和FAC—PR程序与SAFETIV6.4帮助文档中7级以外的其它爆源等级超压拟合关系式和正相持续时间拟合关系式的计算结果进行对比验证,三者计算结果接近. 仔细观察无量纲峰值侧向超压随无量纲距离的变化曲线(见图1),发现爆源强度等级为7～10的4 条曲线在无量纲距离约为2以后十分接近.而且DNVSAFETIv6.4帮助文档中爆源强度等级为8～1O时,在相近的无量纲距离范围内的超压拟合关系式是相同的.因此,用爆源强度等级为8时超压拟合关系式所对应的无量纲距离范围替换爆源强度等级为7中的原超压拟合关系式中无量纲距离范围,然后将FAC—PR程序,多能法爆炸波超压特征曲线图与原超压拟合关系式的计算结果进行对比,用迭代, 试差法修正超压拟合关系式中的相关系数和无量纲距离界定范围,使修正后的超压拟合关系式(见式(2))计算结果与FAC—PR程序,多能法爆炸波超压特征曲线图的结果吻合.爆源强度等级为7时,未修正的原超压拟合关系式如下J:p=1.1-≤0.4—1.0026r+1.428792.0.4<1-≤0.8432990?4641838/(r),(1)0.843299<1-≤3.63156440.2989028/(r),3.6315644<1-≤1000.001.1->100爆源强度等级为7时,修正后的超压拟合关系p=1.1-≤0.4310136—1.0026r+1.428792.0.4310136<1-≤0.843299O-4641838/(r,f2)0.843299<r≤3.07,10一.?一.3.07<1-≤1000.001.1->1002.3人员伤害距离的计算蒸气云爆炸产生各种破坏效应,如爆炸波,热辐射,一次碎片作用,有毒气体产生的致命效应等,但最危险,破坏力最大的还是爆炸波.目前常用的爆炸波伤害准则有:超压准则,冲量准则,超压一冲量准则.由于多能法爆炸波特征曲线中没有有关冲量变化的曲线,在此选择超压准则为依据来划分人员伤害区域.爆炸波直接作用于人体,造成人体器官损伤,从而引起伤亡效应.肺是最易遭受直接伤害的致命器官,耳是最易遭受直接伤害的非致命器官.因此,以爆炸波对肺,耳的伤害为依据,划分人员伤害范围.耳鼓膜50%和1%破裂需要的超压分别为44和17kPall.目前已报道的肺伤害判据都是按超压一冲量准则推导的,可根据输入的爆炸波超压和冲量两个参数进行计算来判断肺是否受伤害,尚无单独以超压为判断依据的肺伤害判据.因此,根据人员伤害超压准则¨¨(见表1),预估爆炸波导致肺受伤害致死的超压值为100kPa.将这3个超压值分别代人多能法超压表达式中,用迭代法解方程,可得出不同l12华南理工大学学报(自然科学版)第34卷蒸气云受限体积的蒸气云爆炸导致的人员死亡,耳鼓膜50%和1%破裂距离,然后利用最小二乘法进行拟合,分别得到人员死亡,耳鼓膜50%和1%破裂距离与蒸气云受限体积之间的拟合关系式.表1人员伤害超压准则…Table1Ruleforpersonnelinjurybyoverpressure超压/(x10Pa)’伤害程度O.196—0.294O.294—0.4900.490—0.980轻微挫伤中等损伤(听觉器官损伤,内脏轻度出血,骨折等)严重损伤(内脏严重挫伤,可引起死亡)极严重,可能大部分死亡111Pa=1.02×10ksf/cnl2.3.1人员伤害距离关系式拟合过程以爆源强度为7级为例,说明人员伤害距离关系式的拟合过程.已知爆炸波作用下导致人员死亡, 耳鼓膜50%和1%破裂的超压,将蒸气云受限体积代人多能法中相关计算式,利用迭代法求解爆源强度为7时的爆炸波无量纲超压与无量纲距离的关系式(见式2)和多能法中相关计算式组成的方程组,可得到人员死亡,耳鼓膜50%和1%破裂距离与蒸气云受限体积之间的对应关系,见表2.表2不同体积的蒸气云爆炸人员伤害距离Table2Injurydistancesforase~esofvaporcloudvolumes 根据表2数据,进行最小二乘拟合,得到人员死亡,耳鼓膜50%和1%破裂距离与蒸气云受限体积之问的拟合关系式如下:R.=1.4351V删(3)R2=3.4054V㈣(4)R3=6.4092V删(5)式中:尺,,尺,尺分别为人员死亡,耳鼓膜50%和1%破裂距离;V为蒸气云受限体积.用相同的方法可拟合出其它爆源强度的蒸气云爆炸伤害半径关系式.拟合出的关系式形式简单,在确定爆源强度后,只需根据蒸气云受限体积就可计算出伤害半径,可快速划分蒸气云爆炸人员伤害距离,该拟合关系式具有较强的:I=程应崩价值.2.3.2不同爆源强度等级的人员伤害距离按2.3.1中相同的过程,拟合其他爆源强度等级下的人员伤害距离关系式.由于爆源强度为1—4 级时,爆炸产生的爆炸波最高超压低于耳鼓膜1% 破裂需要达到的超压(17kPa),不会造成人员伤亡,因此推导爆炸波人员伤害范围,从爆源强度第5级开始.(1)爆源强度为第5级时的伤害半径.爆源强度为第5级时:爆炸产生的爆炸波最高超压为20.265kPa,能造成耳鼓膜1%破裂.耳鼓膜1%破裂伤害距离与蒸气云受限体积之间的拟合关系式如下:R3=2.3548V.删(6)(2)爆源强度为第6级时的伤害半径.爆源强度为第6级时:爆炸产生的爆炸波最高超压为50.6625kPa,能造成耳鼓膜50%和1%破裂.耳鼓膜50%和1%破裂伤害距离与蒸气云受限体积之间的拟合关系式如下:R2=2.1789V”(7)尺3=6.0782V姗(8)(3)爆源强度为第7级时的伤害半径.爆源强度为第7级时:爆炸产生的爆炸波最高超压为101.325kPa,能造成人员死亡,耳鼓膜50%和1%破裂.人员死亡,耳鼓膜50%和1%破裂伤害距离与蒸气云受限体积之间的拟合关系式见式(3)～(5).(4)爆源强度为第8级或8级以上时的伤害半径.爆源强度为8级或8级以上时:爆炸产生的爆炸波最高超压为101.325kPa,能造成人员死亡,耳鼓膜50%和1%破裂.当爆炸波超压小于等于100kPa第5期张瑞华等:TNO多能法在蒸气云爆炸模拟评价中的工程应用113 时,爆源强度为8级或8级以上的爆炸波超压拟合关系式是相同的,爆炸波特征曲线重合,因此爆源强度为8级或8级以上时,人员死亡,耳鼓膜50%和1%破裂伤害距离与蒸气云受限体积之间的拟合关系式如下:.=2.2435V(9)R2=3.5065V㈣(10)R=6.4092V.”(11)2.3.3人员伤害距离拟合关系式验证以爆源强度为7时对应的人员伤害距离拟合关系式为例,阐述发生蒸气云爆炸事故时人员伤害距离拟合关系式的验证过程.假设蒸气云受限体积为550m时,代入爆源强度为7时所对应的人员伤害距离拟合关系式,得Rl=11.75m,R2=27.89m,R=52.50m.将计算出的,,,代人多能法爆炸波超压计算式,算m相应距离下的超压分别为100.02,43.99,17.03kPa,这3个超压值与设定蒸气云爆炸导致的人员死亡,耳鼓膜50%,1%破裂需要到达的超压十分接近.所以,推导出爆源强度为7时的人员死亡,耳鼓膜50%和1%破裂伤害距离与蒸气受限体积之间的拟合关系式能够准确表示不同受限的蒸气云体积下蒸气云爆炸的影响距离.按相同的步骤,对其他爆炸源强度相应的伤害距离拟合关系式进行验证,将根据拟合关系式得到的伤害距离代人多能法爆炸波超压公式,算出相应距离下的超压,并与设定的导致人员伤害需要到达的超压进行比较,结果也十分接近,说明拟合的人员死亡,耳鼓膜50%和1%破裂伤害距离与蒸气云受限体积之问的拟合关系式能够准确表示不同体积的蒸气云爆炸的伤害距离.3应用实例对一液化石油储罐区丙烷泄漏形成蒸气云爆炸进行模拟计算.罐区主要包括3个装有液化丙烷的储罐.储罐直径50m,罐底离地面的高度有1m.由于储罐接管阀门失效导致阿烷泄漏,泄漏扩散形成了丙烷蒸气云.根据多能法的理论在蒸气云爆炸中只有封闭,受限制部分的蒸气云起主要作用.储罐底下整个空间充满丙烷蒸气云,并且对产生爆炸超压有实际贡献.因此,把储罐底下整个空间作为一个总的爆炸区.蒸气云的当量体积为5887.5m.碳氢类物质燃烧热为3.5MJ/m,可燃空气混合物的能量等于20606.25MJ.丙烷的燃烧热为46.49MJ/kg,因此可产生爆炸的可燃空气混合物丙烷不超过443.5kg.根据前面归纳的爆源强度选择依据,对于储罐区,爆源强度等级取7级.利用多能法,结合爆炸波特征曲线拟合关系式和人员伤害距离关系式,计算出人员死亡,耳鼓膜50%和1%破裂距离见表3.表3蒸气云爆炸导致的人员伤害距离Table3Injurydistancesfrompropanevaporcloudexplosion 人员伤害程度距离/m人员死亡耳鼓膜50%破裂耳鼓膜1%破裂25.961.5115.74结语针对TNO多能法在蒸气云爆炸模拟评价工程应用中的不足,提出相应的解决方法,可减少多能法在应用中的不准确性,便于工程计算和计算机编程,可快速划分蒸气云爆炸人员伤害距离,为安全评价,应急救援提供量化结果,从而提高多能法在工程上的应用价值.通过模拟计算某工厂丙烷泄漏发生蒸气云爆炸的实例,证明了本文提出的解决方法的合理性和工程应用价值.参考文献:[1]宇德明.易燃,易爆,有毒危险品储运过程定量风险评价[M].北京:中国铁道出版社,2000.[2]金果.可燃性气云爆炸研究[D].大连:大连理工大学化工学院,2000.[3]HenryOzog,GeorgesAMelhem,ArthurDLittle,eta1.Fa—cilitysiting—casestudydemonstratingbenefitofanalyzingblastdynamics[C]∥InternationalConferenceandWork—shoponProcessSafetyManagementandInherentlySaferProcesses.NewY ork:AmericanInstituteofChemicalEn—gineers.1996:293—315.[4]TangMJ,parisonofblastcurvesfromva—porcloudexplosions[J].JournalofLossPrevention,2000(13):433—438.[5]DNVSAFETIv6.4on—linehelpdocument[CP/CD].Norway:DNV,2004.[6]CPR14E.Methodsforthecalculationofphysicaleffects oftheaccidentalreleaseofdangerousgoods[M].3rded,Netherlands:CommitteeforthePreventionofDisaster,l997.【7]V andenBergAC.Themulti—energymethod-basicCOn—l14华南理工大学学报(自然科学版)第34卷ceptsandguidanceforuse[R].UK:UniversityofLeeds,2002.V andenBergAC.EggenJBM.GAME—guidancefortheapplicationofthemulti-energymethod[c]//TheSecond IntemationalSpecialistMeetingonFuel—AirExplosions.Norway:ChristianMichelsenResearchAS,1996:1—10.宇德明,冯长根,曾庆轩,等.爆炸的破坏作用与伤害分区[J].中国安全科学学报,1995,12(增刊):13—17.Y uDe-ming,FengChang—gcn,ZengQing—xuan,eta1.The damageofexplosionsandthedivisionoftheirinjuryl℃一gions[J].ChinaSafetyScienceJournal,1995,12(Sup—p1.):13—17.宇德明,冯长根,徐志胜,等.炸药爆炸事故爆炸波,热辐射和房屋倒塌的伤害效应[J].兵工学报,1998,l9(1):33?37.Y uDe—ming,FengChang—gen,XuZhi—sheng,eta1.Theinjuryeffectsofblastwaves,thermalradiationandthe collapseofbuildingsproducedbyexplosiveexplosionac—cidents[J].ActaArmamentarii,1998,19(1):33—37.李翼祺,马素贞.爆炸力学[M].北京:科学出版社,1992.Eng”“gApplications一一’0MultiEm’gyMethodEngineeringApplicationsoi-1NMulti-EnergyMethod●_ inVCESimulationAssessmentZhangRui.huaChenGuo.huaZhangHuiChenQing—guangYahWei—wen(1.CollegeofIndustrialEquipmentandControlEngineering,SouthChinaUniv.ofTech.,Guangzhou51 0640,Guangdong,China;2.GuangdongInstituteofSafetyScienceandTech.,Guangzhou510620,Guangdong,China) Abstract:ThispaperfocusesontheengineeringapplicationsofTNO(TheNetherlandsOrganization)M ulti—Energymethod,analyzestheexistingproblemsandprovidescorrespondingsolutionstoimprovetheapplicabili tyofthemethod,inadditiontotherulestoselectthestrengthgradeofexplosionsource.Inordertoavoidtheerrordu etothemanualreadingfromblastwavecurves,thecharacteristiccurvesofTNOblastwavearereplacedbyth eirfittingexpressions,andsomeoftheexpressionsresultinginbigerroraremodified.Moreover,accordingtotheo verpres—surecausinginjurytothelungandtheeardrum,aswellasthefittingexpressionsofthecharacteristiccurve s,the expressionsdescribingdifferentinjurydistancesarededucedbyineansoftheiterationmethodandthelea stsquaremethodandarefurtherverified.Itisshownthattheproposedexpressionsarefeasibleinengineeringbeca usetheirformatsaresimpleandfewinputsareneeded.Keywords:TNOMuhi—Energymethod;engineeringapplication;vapourcloudexplosion(VCE);expl osionsourcestrength;injurydistance。

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。

第18卷第1期2008年1月 中国安全科学学报China Safety Science JournalVol.18No.1Jan.2008扁平圆环局限空间蒸气云爆炸数值模拟及其在事故调查中的应用3罗艾民1　高级工程师　李万春2　吴宗之1　研究员　魏利军1　教授级高工(1中国安全生产科学研究院,北京100029　2国家安全生产监督管理总局,北京100713)学科分类与代码:620.3020 中图分类号:X932 文献标识码:A基金项目:中国安全生产科学研究院科研基金项目(AK2007-2)。

【摘　要】　传统方法不能深入描述扁平圆环局限空间蒸气云爆炸过程,笔者利用Aut oReaGas软件对这一特殊形状和边界条件的蒸气云爆炸过程进行了数值模拟。

其结果表明:对于单一点火源,扁平圆环局限空间蒸气云爆炸冲击波传播方向有2个,相向传播的2个冲击波最后会发生叠加效应而使冲击波超压增大;数值模拟结果和事故现场结果对照相吻合,能为事故调查确定最初起爆点位置等提供依据。

【关键词】　局限空间;　蒸气云爆炸;　数值模拟;　事故调查;　原油罐浮顶Numerical Si m ulati on of Vapor cl oud Exp l osi ons in Flat Circle Confined Space and Its App licati on t o Accident I nvestigati onL U O A i2m i n1,Sen i or Eng i n eer　L IW an2chun2　W U Zong2zh i1,Research Fellow　W E iL i2jun1,Prof.(1China Acade my of Safety Science&Technol ogy,Beijing100029,China 2Depart m ent of Che m ical Safety,State Adm inistrati on of Work Safety,Beijing100713,China)Abstract:　Traditi onal methods could not characterize the course of VCEs(vapor cl oud exp l osi ons)in flat circle confined s pace deep ly.The CF D(computati onal fluid dyna m ics)code na med Aut oReaGas is used t o si m ulate the VCEs with such s pecial configurati on and boundary conditi ons.Si m ulati on results re2 veal that,as for a single igniti on s ource,there are t w o p r opagati on directi ons of shock wave over2p ressure in the flat circle confined s pace.The t w o face2t o2face p r opagati on shock waves can f or m super positi on effect of shock wave over2p ressure at certain l ocati on ulti m ately,and then the shock wave over2p ressure would become higher.Results fr om numerical si m ulati on are consistent with those fr om accident investiga2 ti on.This study achieve ment is hel pful t o l ocate the initial igniti on point in accident investigati on.Key words:　confined s pace;　vapor cl oud exp l osi ons(VCEs);　numerical si m ulati on;accident investigati on;　fl oating r oof of oil tanks0　引　言自1974年英国Flixbor ough灾难后,蒸气云爆炸VCEs(Vapor cl oud exp l osi ons)便得到了工业、科学、政府及保险业界的密切关注,现代工厂中可燃物质贮存量增加和操作条件的苛刻程度,导致可燃可爆性物质发生VCEs可能性增加,存在着大量液化气体、挥发性过热液体或高压气体的任何过程都可以被认为是VCEs发生的潜在源[1]。

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。