TNT当量法预测某石化设备爆炸后果评价

火灾、爆炸事故后果模拟计算在化工生产中，火灾、爆炸和中毒事故不但影响生产的正常运行，而且对人员有较大的身体危害，导致人员的伤亡。

本文运用地面火灾、蒸气云爆炸和中毒的三种数学模型，对年产2万吨顺酐装置的原料库来进行分析，分析各种事故对人员可能造成的危害，借以帮助企业在生产中采取相应的措施。

事故后果分析是危险源危险性分析的一个主要组成部分，其目的在于定量描述一个可能发生的重大事故对工厂、对厂内人员、厂外居民甚至对环境造成危害的严重程度。

一、苯储罐泄漏池火灾后果分析苯系易燃液体，在苯贮罐区苯泄漏后遇到点火源就会被点燃而着火燃烧。

由于贮罐区设有防火堤，苯泄漏后积聚在防火堤之内，它被点燃后的燃烧方式为池火。

模拟有关数据参数如下。

苯储罐区有两台800m3、两台500m3的苯储罐，苯储罐单罐直径10.5m，每两台罐为一组，贮罐区防火堤尺寸为33×16 m，模拟液池半径为18.3m；苯储罐单台最大贮存量600t，泄漏量为15%时，足以在防火堤内形成液池；周围环境温度设为25℃；（1）燃烧速度当液池中的可燃液体的沸点高于周围环境温度时，液体表面上单位面积的燃烧速度dm/dt为：………（公式F5-1）0.001H cdm/dt =C P（T b－T0）＋H式中dm/dt～单位表面积的燃烧速度，kg/m2.sH c～液体燃烧热，J/kg。

苯H c=41792344J/kg。

C P～液体的定压比热容，J/kg.K。

苯C P=1729 J/kg.K。

T b～液体的沸点，K b=353.1K。

T0～环境温度，环境温度为25℃，K。

= 298K。

H～液体的气化热，J/kg。

苯H=428325J/kg。

（25℃）计算：dm/dt=0.001×41792344/﹝1729（353.1－298）＋428325﹞=0.0798 kg/m2.s（2）火焰高度模拟液池为园池，半径为18.3m，其火焰高度可按下式计算：dm/dth=84r﹝﹞0.61………（公式F5-2）ρ0（2gr）1/2式中h～火焰高度，m；r～液池半径，m；取r=18.3mρ0～周围空气密度，kg/m3；取ρ0=1.185kg/m3（25℃）g～重力加速度，9.8m/s2；dm/dt～单位表面积的燃烧速度，己知0.0798kg/m2.s计算：h=84×18.3×{0.0798/[1.185×（2×9.8×18.3）1/2]}0.61=49.3m（3）热辐射通量当液池燃烧时放出的总热辐射通量为：Q=（兀r2＋2兀rh）dm/dt·η·H c/﹝72（dm/dt）0.6＋1﹞…（公式F5-3）Q～总热辐射通量，W；η～效率因子，可取0.13～0.35。

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。

重大事故后果分析方法：爆炸爆炸是物质的一种非常急剧的物理、化学变化，也是大量能量在短时间内迅速释放或急剧转化成机械功的现象。

它通常借助于气体的膨胀来实现。

从物质运动的表现形式来看，爆炸就是物质剧烈运动的一种表现。

物质运动急剧增速，由一种状态迅速地转变成另一种状态，并在瞬间内释放出大量的能。

一般说来，爆炸现象具有以下特征：(1)爆炸过程进行得很快；(2)爆炸点附近压力急剧升高，产生冲击波；(3)发出或大或小的响声；(4)周围介质发生震动或邻近物质遭受破坏。

一般将爆炸过程分为两个阶段：第一阶段是物质的能量以一定的形式(定容、绝热)转变为强压缩能；第二阶段强压缩能急剧绝热膨胀对外做功，引起作用介质变形、移动和破坏。

按爆炸性质可分为物理爆炸和化学爆炸。

物理爆炸就是物质状态参数(温度、压力、体积)迅速发生变化，在瞬间放出大量能量并对外做功的现象。

物理爆炸的特点是：在爆炸现象发生过程中，造成爆炸发生的介质的化学性质不发生变化，发生变化的仅是介质的状态参数。

例如锅炉、压力容器和各种气体或液化气体钢瓶的超压爆炸。

化学爆炸就是物质由一种化学结构迅速转变为另一种化学结构，在瞬间放出大量能量并对外做功的现象。

例如可燃气体、蒸气或粉尘与空气混合形成爆炸性混合物的爆炸。

化学爆炸的特点是：爆炸发生过程中介质的化学性质发生了变化，形成爆炸的能源来自物质迅速发生化学变化时所释放的能量。

化学爆炸有3个要素：反应的放热性、反应的快速性和生成气体产物。

从工厂爆炸事故来看，有以下几种化学爆炸类型：(1)蒸气云团的可燃混合气体遇火源突然燃烧，是在无限空间中的气体爆炸；(2)受限空间内可燃混合气体的爆炸；(3)化学反应失控或工艺异常造成压力容器爆炸；(4)不稳定的固体或液体爆炸。

总之，发生化学爆炸时会释放出大量的化学能，爆炸影响范围较大，而物理爆炸仅释放出机械能，其影响范围较小。

1 物理爆炸的能量物理爆炸如压力容器破裂时，气体膨胀所释放的能量(即爆破能量)不仅与气体压力和容器的容积有关，而且与介质在容器内的物性相态有关。

L P G罐区定量模拟评价模拟事故及条件液化石油气（LPG）一旦大量泄漏，极易与周围空气混合形成爆炸性混合物，如遇到明火引起火灾爆炸，其产生的爆炸冲击波及爆炸热火球热辐射破坏、伤害作用极大。

LPG 罐区发生过的事故类型主要有蒸气云爆炸（UVCE）和沸腾液体扩展蒸气云爆炸（BLEVE）。

蒸气云爆炸（UVCE）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发生后的危害主要是爆炸冲击波对周围人员、建筑物、储罐等设备的伤害、破坏。

沸腾液体扩展蒸气云爆炸（BLEVE）是指液化气体储罐在外部火焰的烘烤下突然破裂，压力平衡破坏，液化石油气（LPG）急剧气化，并随即被火焰点燃而产生的爆炸。

BLEVE 发生后的危害主要是火球热辐射危害，同时爆炸产生的碎片和冲击波也有一定的危害。

恒源石化炼油厂液化气储罐区共有液化气储罐9台，总储量3000 m3，最大储罐1000m3。

蒸气云爆炸（UVCE）定量模拟评价TNT当量法是一种对UVCE定量评价的主要方法，首先按超压-冲量准则确定人员伤亡区域及财产损失区域。

冲击波超压破坏准则见表1：表1冲击波超压破坏、伤害准则1发生蒸气云爆炸（UVCE）的LPG的TNT当量WTNT及爆炸总能量E：LPG的TNT当量：WTNT =αWLPGQ/QTNT（1）α为LPG蒸气云当量系数（统计平均值为0.04）；WLPG为蒸气云中LPG质量（在此模拟400 m3储罐，折合约240t）；Q为LPG燃烧热，46.5MJ/kg；QTNT为TNT爆炸热5.066MJ/kg；由式（1）可求得LPG的TNT当量：WTNT=88.1t；2爆炸冲击波正相最大超压ΔP：LPG的爆炸冲击波正相最大超压：（1）式中，—对比距离。

△P—为冲击波的正相最大超压（kPa）;R—为距UVCE中心距离（m）；W—为TNT质量或TNT当量（kg）。

图1冲击波的正相最大超压-距UVCE中心距离对数曲线由表1和图1可得出以下结果（表2）：表2冲击波超压破坏、伤害距离沸腾液体扩展蒸气云爆炸（BLEVE）定量模拟评价BLEVE是在LPG储罐暴露于火源时发生的，是由储罐区发生的小型火灾引发的。