事故后果模擬分析方法

1  簡(jiǎn)  述



　　火災(zāi)、爆炸、中毒是常見(jiàn)的重大事故，經(jīng)常造成嚴(yán)重的人員傷亡和巨大的財(cái)產(chǎn)損失，影響社會(huì)安定。這里重點(diǎn)介紹有關(guān)火災(zāi)、爆炸和中毒事故(熱輻射、爆炸波、中毒)后果分析，在分析過(guò)程中運(yùn)用了數(shù)學(xué)模型。通常一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題或現(xiàn)象用數(shù)學(xué)模型來(lái)描述，往往是在一個(gè)系列的假設(shè)前提下按理想的情況建立的，有些模型經(jīng)過(guò)小型試驗(yàn)的驗(yàn)證，有的則可能與實(shí)際情況有較大出入，但對(duì)辨識(shí)危險(xiǎn)性來(lái)說(shuō)是可參考的。



2  泄  漏



　　由于設(shè)備損壞或操作失誤引起泄漏，大量易燃、易爆、有毒有害物質(zhì)的釋放，將會(huì)導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸、中毒等重大事故發(fā)生。因此，事故后果分析由泄漏分析開(kāi)始。



2．1  泄漏情況分析



　　1)泄漏的主要設(shè)備

　　根據(jù)各種設(shè)備泄漏情況分析，可將工廠(特別是化工廠)中易發(fā)生泄漏的設(shè)備歸納為以下10類(lèi)：管道、撓性連接器、過(guò)濾器、閥門(mén)、壓力容器或反應(yīng)器、泵、壓縮機(jī)、儲(chǔ)罐、加壓或冷凍氣體容器及火炬燃燒裝置或放散管等。



　　(1)管道。它包括管道、法蘭和接頭，其典型泄漏情況和裂口尺寸分別取管徑的20％～100％、20％和20％～100％。



　　(2)撓性連接器。它包括軟管、波紋管和鉸接器，其典型泄漏情況和裂口尺寸為：

　�、龠B接器本體破裂泄漏，裂口尺寸取管徑的20％～100％；

　　②接頭處的泄漏，裂口尺寸取管徑的20％；

　�、圻B接裝置損壞泄漏，裂口尺寸取管徑的100％。



　　(3)過(guò)濾器。它由過(guò)濾器本體、管道、濾網(wǎng)等組成，其典型泄漏情況和裂口尺寸分別取管徑的20％～100％和20％。



　　(4)閥。其典型泄漏情況和裂口尺寸為：

　　①閥殼體泄漏，裂口尺寸取管徑的20％～100％；

　�、陂y蓋泄漏，裂口尺寸取管徑的20％；

　�、坶y桿損壞泄漏，裂口尺寸取管徑的20％。







　　(10)火炬燃燒器或放散管。它們包括燃燒裝置、放散管、多通接頭、氣體洗滌器和分離罐等，泄漏主要發(fā)生在簡(jiǎn)體和多通接頭部位。裂口尺寸取管徑的20％～100％。



　　2)造成泄漏的原因

　　從人－機(jī)系統(tǒng)來(lái)考慮造成各種泄漏事故的原因主要有4類(lèi)。



　　(1)設(shè)計(jì)失誤。

　�、倩�礎(chǔ)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，如地基下沉，造成容器底部產(chǎn)生裂縫，或設(shè)備變形、錯(cuò)位等；

　　②選材不當(dāng)，如強(qiáng)度不夠，耐腐蝕性差、規(guī)格不符等；

　　③布置不合理，如壓縮機(jī)和輸出管沒(méi)有彈性連接，因振動(dòng)而使管道破裂；

　　④選用機(jī)械不合適，如轉(zhuǎn)速過(guò)高、耐溫、耐壓性能差等；

　�、葸x用計(jì)測(cè)儀器不合適；

　�、迌�(chǔ)罐、貯槽未加液位計(jì)，反應(yīng)器(爐)未加溢流管或放散管等。



　　(2)設(shè)備原因。

　�、偌庸げ环�合要求，或未經(jīng)檢驗(yàn)擅自采用代用材料；

　　②加工質(zhì)量差，特別是不具有操作證的焊工焊接質(zhì)量差；

　�、凼┕ず桶惭b精度不高，如泵和電機(jī)不同軸、機(jī)械設(shè)備不平衡、管道連接不嚴(yán)密等；

　�、苓x用的標(biāo)準(zhǔn)定型產(chǎn)品質(zhì)量不合格；

　　⑤對(duì)安裝的設(shè)備沒(méi)有按<機(jī)械設(shè)備安裝工程及驗(yàn)收規(guī)范)進(jìn)行驗(yàn)收；

　�、拊O(shè)備長(zhǎng)期使用后未按規(guī)定檢修期進(jìn)行檢修，或檢修質(zhì)量差造成泄漏；

　�、哂�(jì)測(cè)儀表未定期校驗(yàn)，造成計(jì)量不準(zhǔn)；

　�、嚅y門(mén)損壞或開(kāi)關(guān)泄漏，又未及時(shí)更換；

　　⑨設(shè)備附件質(zhì)量差，或長(zhǎng)期使用后材料變質(zhì)、腐蝕或破裂等。



　　(3)管理原因。

　　①?zèng)]有制定完善的安全操作規(guī)程；

　�、趯�(duì)安全漠不關(guān)心，已發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題不及時(shí)解決；

　　③沒(méi)有嚴(yán)格執(zhí)行監(jiān)督檢查制度；

　�、苤笓]錯(cuò)誤，甚至違章指揮；

　�、葑屛唇�(jīng)培訓(xùn)的工人上崗，知識(shí)不足，不能判斷錯(cuò)誤；

　�、迿z修制度不嚴(yán)，沒(méi)有及時(shí)檢修已出現(xiàn)故障的設(shè)備，使設(shè)備帶病運(yùn)轉(zhuǎn)。







　　3)泄漏后果

　　泄漏一旦出現(xiàn)，其后果不單與物質(zhì)的數(shù)量、易燃性、毒性有關(guān)，而且與泄漏物質(zhì)的相態(tài)、壓力、溫度等狀態(tài)有關(guān)。這些狀態(tài)可有多種不同的結(jié)合，在后果分析中，常見(jiàn)的可能結(jié)合有4種：

　　·常壓液體；

　　·加壓液化氣體；

　　·低溫液化氣體；

　　·加壓氣體。

　　泄漏物質(zhì)的物性不同，其泄漏后果也不同。



　　(1)可燃?xì)怏w泄漏�？扇�?xì)怏w泄漏后與空氣混合達(dá)到燃燒極限時(shí)，遇到引火源就會(huì)發(fā)生燃燒或爆炸。泄漏后起火的時(shí)間不同，泄漏后果也不相同。

　�、倭⒓雌鸹��？扇�?xì)怏w從容器中往外泄出時(shí)即被點(diǎn)燃，發(fā)生擴(kuò)散燃燒，產(chǎn)生噴射性火焰或形成火球，它能迅速地危及泄漏現(xiàn)場(chǎng)，但很少會(huì)影響到廠區(qū)的外部。

　�、跍�后起火�？扇�?xì)怏w泄出后與空氣混合形成可燃蒸氣云團(tuán)，并隨風(fēng)飄移，遇火源發(fā)生爆炸或爆轟，能引起較大范圍的破壞。



　　(2)有毒氣體泄漏。有毒氣體泄漏后形成云團(tuán)在空氣中擴(kuò)散，有毒氣體的濃密云團(tuán)將籠罩很大的空間，影響范圍大。



　　(3)液體泄漏。一般情況下，泄漏的液體在空氣中蒸發(fā)而生成氣體，泄漏后果與液體的性質(zhì)和貯存條件(溫度、壓力)有關(guān)。

　　①常溫常壓下液體泄漏。這種液體泄漏后聚集在防液堤內(nèi)或地勢(shì)低洼處形成液池，液體由于池表面風(fēng)的對(duì)流而緩慢蒸發(fā)，若遇引火源就會(huì)發(fā)生池火災(zāi)。

　�、诩訅阂夯瘹怏w泄漏。一些液體泄漏時(shí)將瞬時(shí)蒸發(fā)，剩下的液體將形成一個(gè)液池，吸收周?chē)�的熱量繼續(xù)蒸發(fā)。液體瞬時(shí)蒸發(fā)的比例決定于物質(zhì)的性質(zhì)及環(huán)境溫度。有些泄漏物可能在泄漏過(guò)程中全部蒸發(fā)。

　　③低溫液體泄漏。這種液體泄漏時(shí)將形成液池，吸收周?chē)鸁崃空舭l(fā)，蒸發(fā)量低于加壓液化氣體的泄漏量，高于常溫常壓下液體的泄漏量。

　　無(wú)論是氣體泄漏還是液體泄漏，泄漏量的多少都是決定泄漏后果嚴(yán)重程度的主要因素，而泄漏量又與泄漏時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)。



2．2  泄漏量的計(jì)算

　　當(dāng)發(fā)生泄漏的設(shè)備的裂口是規(guī)則的，而且裂口尺寸及泄漏物質(zhì)的有關(guān)熱力學(xué)、物理化學(xué)性質(zhì)及參數(shù)已知時(shí)，可根據(jù)流體力學(xué)中的有關(guān)方程式計(jì)算泄漏量。當(dāng)裂口不規(guī)則時(shí)，可采取等效尺寸代替；當(dāng)遇到泄漏過(guò)程中壓力變化等情況時(shí)，往往采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。



　　1)液體泄漏量

　　液體泄漏速度可用流體力學(xué)的柏努利方程計(jì)算，其泄漏速度為：

　　　　　　  (1)

式中  Q0——液體泄漏速度，kg／s；

　　  Cd——液體泄漏系數(shù)，按表1選��；

　　  A——裂口面積，m2；

　　  ρ——泄漏液體密度，kg/m3；

　　  p——容器內(nèi)介質(zhì)壓力，Pa；

　　  p0——環(huán)境壓力，Pa；

　　  g——重力加速度，9．8m／s2；

　　  h——裂口之上液位高度，m。







　　對(duì)于常壓下的液體泄漏速度，取決于裂口之上液位的高低；對(duì)于非常壓下的液體泄漏速度，主要取決于窗口內(nèi)介質(zhì)壓力與環(huán)境壓力之差和液位高低。

　　當(dāng)容器內(nèi)液體是過(guò)熱液體，即液體的沸點(diǎn)低于周?chē)�環(huán)境溫度，液體流過(guò)裂口時(shí)由于壓力減小而突然蒸發(fā)。蒸發(fā)所需熱量取自于液體本身，而容器內(nèi)剩下的液體溫度將降至常壓沸點(diǎn)。在這種情況下，泄漏時(shí)直接蒸發(fā)的液體所占百分比F可按下式計(jì)算：

　　　　　　(2)

式中  cp——液體的比定壓熱容，J／(kg·K)；

　　  T——泄漏前液體的溫度，K；

　　  T0——液體在常壓下的沸點(diǎn)，K；

　　  H——液體的氣化熱，J／kg。

　　按式(2)計(jì)算的結(jié)果，幾乎總是在0～1之間。事實(shí)上，泄漏時(shí)直接蒸發(fā)的液體將以細(xì)小煙霧的形式形成云團(tuán)，與空氣相混合而吸收熱蒸發(fā)。如果空氣傳給液體煙霧的熱量不足以使其蒸發(fā)，由一些液體煙霧將凝結(jié)成液滴降落到地面，形成液池。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)F＞0．2時(shí)，一般不會(huì)形成液池；當(dāng)F＜0．2時(shí)，F(xiàn)與帶走液體之比有線性關(guān)系，即當(dāng)F=0時(shí)，沒(méi)有液體帶走(蒸發(fā))；當(dāng)F=0．1時(shí)，有50％的液體被帶走。



　　2)氣體泄漏量

　　氣體從裂口泄漏的速度與其流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。因此，計(jì)算泄漏量時(shí)首先要判斷泄漏時(shí)氣體流動(dòng)屬于音速還是亞音速流動(dòng)，前者稱為臨界流，后者稱為次臨界流。

　　當(dāng)式(3)成立時(shí)，氣體流動(dòng)屬音速流動(dòng)：

　　　　　　 (3)

　　當(dāng)式(4)成立時(shí)，氣體流動(dòng)屬亞音速流動(dòng)：

　　　　　　 (4)

式中  p——容器內(nèi)介質(zhì)壓力，Pa；

　　  p0——環(huán)境壓力，Pa；

　　  k——?dú)怏w的絕熱指數(shù)，即比定壓熱容cp與比定容熱容cV之比。

　　氣體呈音速流動(dòng)時(shí)，其泄漏量為：

　　　　　　   (5)

　　氣體呈亞音速流動(dòng)時(shí)，其泄漏量為：

　　　　   (6)

上兩式中，Cd——?dú)怏w泄漏系數(shù)，當(dāng)裂口形狀為圓形時(shí)取1．00，三角形時(shí)取0．95，長(zhǎng)方形時(shí)取0．90；

　　　　  Y——?dú)怏w膨脹因子，它由下式計(jì)算：

　　　　　　 (7)

　　M——分子量；

　　ρ——?dú)怏w密度，kg/m3；

　　R——?dú)怏w常數(shù)，J／(mol·K)；

　　T——?dú)怏w溫度，K。

　　當(dāng)容器內(nèi)物質(zhì)隨泄漏而減少或壓力降低而影響泄漏速度時(shí)，泄漏速度的計(jì)算比較復(fù)雜。如果流速小或時(shí)間短，在后果計(jì)算中可采用最初排放速度，否則應(yīng)計(jì)算其等效泄漏速度。



　　3)兩相流動(dòng)泄漏量

　　在過(guò)熱液體發(fā)生泄漏時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)氣、液兩相流動(dòng)。均勻兩相流動(dòng)的泄漏速度可按下式計(jì)算：

　　　　　　 (8)

式中  Q0——兩相流泄漏速度，kg／s；

　　  Cd——兩相流泄漏系數(shù)，可取0．8；

　　  A——裂口面積，m2；

　　  p——兩相混合物的壓力，Pa；

　　  Pc——臨界壓力，Pa，可取pc=0．55Pa；

　　  ρ——兩相混合物的平均密度，kg／m3，

　　　　　　  (9)

　　 ρ1——液體蒸發(fā)的蒸氣密度，kg／m3；

　　 ρ2——液體密度，kg／m3；

　　 Fv——蒸發(fā)的液體占液體總量的比例，

　　　　　　(10)

　　 cp——兩相混合物的比定壓熱容，J／(kg·K)；

　　 T——兩相混合物的溫度，K；

　　 Tc——臨界溫度，K；

　　 H——體的氣化熱，J／kg。

　　當(dāng)F>1時(shí)，表明液體將全部蒸發(fā)成氣體，這時(shí)應(yīng)按氣體泄漏公式計(jì)算；如果Fv很小，則可近似按液體泄漏公式計(jì)算。



2．3  泄漏后的擴(kuò)散

　　如前所述，泄漏物質(zhì)的特性多種多樣，而且還受原有條件的強(qiáng)烈影響，但大多數(shù)物質(zhì)從容器中泄漏出來(lái)后，都可發(fā)展成彌散的氣團(tuán)向周?chē)�空間擴(kuò)散。對(duì)可燃?xì)怏w若遇到引火源會(huì)著火。這里僅討論氣團(tuán)原形釋放的開(kāi)始形式，即液體泄漏后擴(kuò)散、噴射擴(kuò)散和絕熱擴(kuò)散。關(guān)于氣團(tuán)在大氣中的擴(kuò)散屬環(huán)境保護(hù)范疇，在此不予考慮。



　　1)液體的擴(kuò)散

　　液體泄漏后立即擴(kuò)散到地面，一直流到低洼處或人工邊界，如防火堤、岸墻等，形成液池。液體泄漏出來(lái)不斷蒸發(fā)，當(dāng)液體蒸發(fā)速度等于泄漏速度時(shí)，液池中的液體量將維持不變。

　　如果泄漏的液體是低揮發(fā)度的，則從液池中蒸發(fā)量較少，不易形成氣團(tuán)，對(duì)廠外人員沒(méi)有危險(xiǎn)；如果著火則形成池火災(zāi)；如果滲透進(jìn)土壤，有可能對(duì)環(huán)境造成影響，如果泄漏的是揮發(fā)性液體或低溫液體，泄漏后液體蒸發(fā)量大，大量蒸發(fā)在液池上面后會(huì)形成蒸氣云，并擴(kuò)散到廠外，對(duì)廠外人員有影響。

　　(1)液池面積。如果泄漏的液體已達(dá)到人工邊界，則液池面積即為人工邊界圍成的面積。如果泄漏的液體未達(dá)到人工邊界，則從假設(shè)液體的泄漏點(diǎn)為中心呈扁圓柱形在光滑平面上擴(kuò)散，這時(shí)液池半徑r用下式計(jì)算：

　　瞬時(shí)泄漏(泄漏時(shí)間不超過(guò)30s)時(shí)，

　　　　　　 (11)

　　連續(xù)泄漏(泄漏持續(xù)10min以上)時(shí)，

　　　　　　 (12)

式中  r——液池半徑，m；

　　  m——泄漏的液體質(zhì)量，kg；

　　  g——重力加速度，9．8m／s2；

　　  p——設(shè)備中液體壓力，Pa；

　　  t——泄漏時(shí)間，s。

　　(2)蒸發(fā)量。液池內(nèi)液體蒸發(fā)按其機(jī)理可分為閃蒸、熱量蒸發(fā)和質(zhì)量蒸發(fā)3種，下面分別介紹。

　　①閃蒸。過(guò)熱液體泄漏后，由于液體的自身熱量而直接蒸發(fā)稱為閃蒸。發(fā)生閃蒸時(shí)液體蒸發(fā)速度Qt可由下式計(jì)算：

　　　　   (13)

式中  Fv——直接蒸發(fā)的液體與液體總量的比例；

　　  m——泄漏的液體總量，kg；

　　  t——閃蒸時(shí)間，s。

　�、跓崃空舭l(fā)。當(dāng)Fv＜1或Qt＜m時(shí)，則液體閃蒸不完全，有一部分液體在地面形成液池，并吸收地面熱量而氣化，稱為熱量蒸發(fā)。熱量蒸發(fā)速度Qt按下式計(jì)算：

　　　　　　(14)

式中A1——液池面積，m2；

　　T0——環(huán)境溫度，K；

　　Tb——液體沸點(diǎn)，K；

　　H——液體蒸發(fā)熱，J／kg；

　　L——液池長(zhǎng)度，m；

　　α——熱擴(kuò)散系數(shù)，m2／s，見(jiàn)表2；

　　K——導(dǎo)熱系數(shù)，J／(m·K)，見(jiàn)表2；

　　t——蒸發(fā)時(shí)間，s；

　　Nu——努塞爾(Nusselt)數(shù)。







　�、圪|(zhì)量蒸發(fā)。當(dāng)?shù)孛鎮(zhèn)鳠嵬Ｖ箷r(shí)，熱量蒸發(fā)終止，轉(zhuǎn)而由液池表面之上氣流運(yùn)動(dòng)使液體蒸發(fā)，稱為質(zhì)量蒸發(fā)。其蒸發(fā)速度Q1為：

　　　　　　  (15)

式中  α——分子擴(kuò)散系數(shù)，m2／s；

　　  Sh——舍伍德(Sherwood)數(shù)；

　　  A——液池面積，m2；

　　  L——液池長(zhǎng)度，m；

　　  ρ1——液體的密度，kg／m3。

　　2)噴射擴(kuò)散

　　氣體泄漏時(shí)從裂口噴出，形成氣體噴射。大多數(shù)情況下氣體直接噴出后，其壓力高于周?chē)�環(huán)境大氣壓力，溫度低于環(huán)境溫度。在進(jìn)行氣體噴射計(jì)算時(shí)，應(yīng)以等價(jià)噴射孔口直徑計(jì)算。等價(jià)噴射的孔口直徑按下式計(jì)算：

　　　　　　(16)

式中D——等價(jià)噴射孔徑，m；

　　D0——裂口孔徑，m；

　　ρ0——泄漏氣體的密度，kg／m3；

　　ρ——周?chē)�環(huán)境條件下氣體的密度，kg／m3。

　　如果氣體泄漏能瞬時(shí)間達(dá)到周?chē)�環(huán)境的溫度、壓力狀況，即ρ0=ρ，則D=D0。

　　(1)噴射的濃度分布。在噴射軸線上距孔口x處的氣體的質(zhì)量濃度C(x)為：

　　　　　　   (17)

式中  b1，b2——分布函數(shù)，b1=50．5+48．2ρ—9．95ρ2，b2=23+41ρ。

　　其余符號(hào)意義同前。

　　如果把式(17)改寫(xiě)成x是C(x)的函數(shù)形式，則給定某質(zhì)量濃度值C(x)，就可算出具有濃度的點(diǎn)至孔口的距離x。

　　在過(guò)噴射軸線上點(diǎn)x且垂直于噴射軸線的平面內(nèi)任一點(diǎn)處的氣體質(zhì)量濃度為：

　　　　　　   (18)

式中  C(x，y)——距裂口距離x且垂直于噴射軸線的平面內(nèi)y點(diǎn)的氣體濃度，kg／m3；

　　  C(x)——噴射軸線上距裂口x處的氣體的質(zhì)量濃度，kg／m3；

　　  b2——分布參數(shù)，同前；

　　  y——目標(biāo)點(diǎn)到噴射軸線的距離，m。

　　(2)噴射軸線上的速度分布。噴射速度隨著軸線距離增大而減少，直到軸線上的某一點(diǎn)噴射速度等于風(fēng)速為止，該點(diǎn)稱為臨界點(diǎn)。臨界點(diǎn)以后的氣體運(yùn)動(dòng)不再符合噴射規(guī)律。沿噴射軸線上的速度分布由下式得出：

　　　　　　　　(19)

式中  ρ0——泄漏氣體的密度，kg／m3；

　　  ρ——周?chē)�環(huán)境條件下氣體的密度，kg／m3；

　　  D——等價(jià)噴射孔徑，m；

　　  b1——分布參數(shù)，同前；

　　  x——噴射軸線上距裂口某點(diǎn)的距離，m；

　　  ——噴射軸線上距裂口x處一點(diǎn)的速度，m／s；

　　  ——噴射初速，等于氣體泄漏時(shí)流出裂口時(shí)的速度，m／s，

　　　　　　 (20)

　　Q0——?dú)怏w泄漏速度，kg／s；

　　Cd——?dú)怏w泄漏系數(shù)；

　　D0——裂口直徑，m。

　　當(dāng)臨界點(diǎn)處的濃度小于允許濃度(如可燃?xì)怏w的燃燒下限或者有害氣體最高允許濃度)時(shí)，只需按噴射來(lái)分析；若該點(diǎn)濃度大于允許濃度時(shí)，則需要進(jìn)一步分析泄漏氣體在大氣中擴(kuò)散的情況。

　　3)絕熱擴(kuò)散

　　閃蒸液體或加壓氣體瞬時(shí)泄漏后，有一段快速擴(kuò)散時(shí)間，假定此過(guò)程相當(dāng)快以致在混合氣團(tuán)和周?chē)�環(huán)境之間來(lái)不及熱交換，則稱此擴(kuò)散為絕熱擴(kuò)散。

　　根據(jù)TNO(1979年)提出的絕熱擴(kuò)散模式，泄漏氣體(或液體閃蒸形成的蒸氣)的氣團(tuán)呈半球形向外擴(kuò)散。根據(jù)濃度分布情況，把半球分成內(nèi)外兩層，內(nèi)層濃度均勻分布，且具有50％的泄漏量；外層濃度呈高斯分布，具有另外50％的泄漏量。

　　絕熱擴(kuò)散過(guò)程分為兩個(gè)階段，第一階段氣團(tuán)向外擴(kuò)散至大氣壓力，在擴(kuò)散過(guò)程中，氣團(tuán)獲得動(dòng)能，稱為“擴(kuò)散能”；第二階段，擴(kuò)散能再將氣團(tuán)向外推，使紊流混合空氣進(jìn)入氣團(tuán)，從而使氣團(tuán)范圍擴(kuò)大。當(dāng)內(nèi)層擴(kuò)散速度降到一定值時(shí)，可以認(rèn)為擴(kuò)散過(guò)程結(jié)束。

　　(1)氣團(tuán)擴(kuò)散能。在氣團(tuán)擴(kuò)散的第一階段，擴(kuò)散的氣體(或蒸氣)的內(nèi)能一部分用來(lái)增加動(dòng)能，對(duì)周?chē)�大氣做功。假設(shè)該階段的過(guò)程為可逆絕熱過(guò)程，并且是等熵的。

　�、贇怏w泄漏擴(kuò)散能。根據(jù)內(nèi)能變化得出擴(kuò)散能計(jì)算公式如下：

E=cV(T1—T2)—0．98p0(V2—V1)　　　　  (21)

式中  E——?dú)怏w擴(kuò)散能，J；

　　  cV——比定容熱容，J／(kg·K)；

　　  T1——?dú)鈭F(tuán)初始溫度，K；

　　  T2——?dú)鈭F(tuán)壓力降至大氣壓力時(shí)的溫度，K；

　　  p0——環(huán)境壓力，Pa；

　　  V1——?dú)鈭F(tuán)初始體積，m3；

　　  V2——?dú)鈭F(tuán)壓力降至大氣壓力時(shí)的體積，m3。

　�、陂W蒸液泄漏擴(kuò)散能。蒸發(fā)的蒸氣團(tuán)擴(kuò)散能可以按下式計(jì)算：

E=[H1—H2—Tb(S1一S2)]W—0．98(p1—p0)V1　  　(22)

式中  E——閃蒸液體擴(kuò)散能，J；

　　  H1——泄漏液體初始焓；J／kg；

　　  H2——泄漏液體最終焓；J／kg；

　　  Tb  —液體的沸點(diǎn)，K；

　　  S1——液體蒸發(fā)前的熵，J／(kg·K)；

　　  S2——液體蒸發(fā)后的熵，J／(kg·K)；

　　  W——液體蒸發(fā)量，kg；

　　  p1——初始?jí)毫�，Pa；

　　  p0——周?chē)�環(huán)境壓力，Pa；

　　  V1——初始體積，m3。

　　(2)氣團(tuán)半徑與濃度。在擴(kuò)散能的推動(dòng)下氣團(tuán)向外擴(kuò)散，并與周?chē)�空氣發(fā)生紊流混合。

　�、賰�(nèi)層半徑與濃度。氣團(tuán)內(nèi)層半徑R，和濃度C是時(shí)間函數(shù)，表達(dá)如下：

　　　　　　　　(23)

　　　　　　　　(24)

　式中  t——擴(kuò)散時(shí)間，s；

　　　　V0——在標(biāo)準(zhǔn)溫度、壓力下氣體體積，m3；

　　　　Kd——紊流擴(kuò)散系數(shù)，按下式計(jì)算：

　　　　　　   (25)

　　如上所述，當(dāng)中心擴(kuò)散速度(dR／dt)降到一定值時(shí)，第二階段才結(jié)束。臨界速度的選擇是隨機(jī)的且不穩(wěn)定的。設(shè)擴(kuò)散結(jié)束時(shí)擴(kuò)散速度為1 m／s，則在擴(kuò)散結(jié)束時(shí)內(nèi)層半徑R1和濃度C可按下式計(jì)算：

　　　　　　   (26)

　　　　　　   (27)

　�、谕鈱影霃脚c濃度。第二階段末氣團(tuán)外層的大小可根據(jù)試驗(yàn)觀察得出，即擴(kuò)散終結(jié)時(shí)外層氣團(tuán)半徑R2由下式求得：

R2=1．456R1　　　　　　　　  (28)

式中  R2，R1——分別為氣團(tuán)內(nèi)層、外層半徑，m。

　　  外層氣團(tuán)濃度自內(nèi)層向外呈高斯分布。



3  火  災(zāi)

　　易燃、易爆的氣體、液體泄漏后遇到引火源就會(huì)被點(diǎn)燃而著火燃燒。它們被點(diǎn)燃后的燃燒方式有池火、噴射火、火球和突發(fā)火4種。



3．1  池  火

　　可燃液體(如汽油、柴油等)泄漏后流到地面形成液池，或流到水面并覆蓋水面，遇到火源燃燒而成池火。

　　1)燃燒速度

　　當(dāng)液池中的可燃液體的沸點(diǎn)高于周?chē)�環(huán)境溫度時(shí)，液體表面上單位面積的燃燒速度dm／dt為：

　　　　　　  (29)

式中  dm／dt——單位表面積燃燒速度，kg／(m2·s)；

　　  Hc——液體燃燒熱；J／kg；

　　  cp——液體的比定壓熱容；J／(kg·K)；

　　  Tb——液體的沸點(diǎn)，K；

　　  T0——環(huán)境溫度，K；

　　  H——液體的氣化熱，J／kg。

　　當(dāng)液體的沸點(diǎn)低于環(huán)境溫度時(shí)，如加壓液化氣或冷凍液化氣，其單位面積的燃燒速度dm／dt為：

　　　　　　  (30)

　　式中符號(hào)意義同前。

　　燃燒速度也可從手冊(cè)中直接得到。表3列出了一些可燃液體的燃燒速度。



表3  一些可燃液體的燃燒速度





　　2)火焰高度

　　設(shè)液池為一半徑為r的圓池子，其火焰高度可按下式計(jì)算：

　　　　　　　　(31)

　式中h——火焰高度；m；

　　  r——液池半徑；m；

　　  ρ0——周?chē)�空氣密度，kg／m3；

　　  g——重力加速度，9．8m／s2；

　　  dm／dt——燃燒速度，kg／(m2·s)。



　　3)熱輻射通量

　　當(dāng)液池燃燒時(shí)放出的總熱輻射通量為：

　　　　　　　　(32)

　式中  Q——總熱輻射通量，W；

　　　　η——效率因子，可取0．13～0．35；

　　其余符號(hào)意義同前。



　　4)目標(biāo)入射熱輻射強(qiáng)度

　　假設(shè)全部輻射熱量由液池中心點(diǎn)的小球面輻射出來(lái)，則在距離池中心某一距離(X)處的入射熱輻射強(qiáng)度為：

　　　　　　　　(33)

式中  I——熱輻射強(qiáng)度，w／m2；

　　  Q——總熱輻射通量；W；

　　  tc——熱傳導(dǎo)系數(shù)，在無(wú)相對(duì)理想的數(shù)據(jù)時(shí)，可取值為1；

　　  X——目標(biāo)點(diǎn)到液池中心距離，m。



3．2  噴射火

　　加壓的可燃物質(zhì)泄漏時(shí)形成射流，如果在泄漏裂口處被點(diǎn)燃，則形成噴射火。這里所用的噴射火輻射熱計(jì)算方法是一種包括氣流效應(yīng)在內(nèi)的噴射擴(kuò)散模式的擴(kuò)展。把整個(gè)噴射火看成是由沿噴射中心線上的全部點(diǎn)熱源組成，每個(gè)點(diǎn)熱源的熱輻射通量相等。

　　點(diǎn)熱源的熱輻射通量按下式計(jì)算：

　　　　　　　　  (34)

式中  q——點(diǎn)熱源熱輻射通量，W；

　　  η——效率因子，可取0．35；

　　  Q0——泄漏速度，kg/s；

　　  Hc——燃燒熱，J／kg。

　　從理論上講，噴射火的火焰長(zhǎng)度等于從泄漏口到可燃混合氣燃燒下限(LFL)的射流軸線長(zhǎng)度。對(duì)表面火焰熱通量，則集中在LFL／1．5處。對(duì)危險(xiǎn)評(píng)價(jià)分析而言，點(diǎn)熱源數(shù)n一般取5就可以了。

　　射流軸線上某點(diǎn)熱源i到距離該點(diǎn)x處一點(diǎn)的熱輻射強(qiáng)度為：

　　　　　　　　  (35)

式中  Ii——點(diǎn)熱源i至目標(biāo)點(diǎn)x處的熱輻射強(qiáng)度，w／m2；

　　  q——點(diǎn)熱源的輻射通量，W；

　　  x——點(diǎn)熱源到目標(biāo)點(diǎn)的距離，m。

　　某一目標(biāo)點(diǎn)處的入射熱輻射強(qiáng)度等于噴射火的全部點(diǎn)熱源對(duì)目標(biāo)的熱輻射強(qiáng)度的總和：

　　　　　　   (36)

式中  n——計(jì)算時(shí)選取的點(diǎn)熱源數(shù)，一般取n=5。



3．3  火球和爆燃

　　低溫可燃液化氣由于過(guò)熱，容器內(nèi)壓增大，使容器爆炸，內(nèi)容物釋放并被點(diǎn)燃，發(fā)生劇烈的燃燒，產(chǎn)生強(qiáng)大的火球，形成強(qiáng)烈的熱輻射。



　　1)火球半徑

　　　　　　 (37)

式中  R——火球半徑，m；

　　  M——急劇蒸發(fā)的可燃物質(zhì)的質(zhì)量，kg。



　　2)火球持續(xù)時(shí)間

　　　　　　 (38)

式中  t——火球持續(xù)時(shí)間，s。



　　3)火球燃燒時(shí)釋放出的輻射熱通量

　　　　　　   (39)

式中  Q——火球燃燒時(shí)輻射熱通量，W；

　　  Hc——燃燒熱，J／kg；

　　  η——效率因子，取決于容器內(nèi)可燃物質(zhì)的飽和蒸氣壓p，η=0．27 ；

　　其他符號(hào)同前。



　　4)目標(biāo)接受到的入射熱輻射強(qiáng)度

　　　　　　   (40)

式中  Tc——傳導(dǎo)系數(shù)，保守取值為1；

　　  x——目標(biāo)距火球中心的水平距離，m；

　　其他符號(hào)同前。



3．4  固體火災(zāi)

　　固體火災(zāi)的熱輻射參數(shù)按點(diǎn)源模型估計(jì)。此模型認(rèn)為火焰射出的能量為燃燒的一部分，并且輻射強(qiáng)度與目標(biāo)至火源中心距離的平方成反比，即：

　　　　　　 (41)

式中  qr——目標(biāo)接受到的輻射強(qiáng)度，W／m2；

　　  f——輻射系數(shù)，可取f=0．25；

　　  Mc——燃燒速率，kg/s；

　　  Hc——燃燒熱，J／kg；

　　  x——目標(biāo)至火源中心間的水平距離，m。



3．5  突發(fā)火

　　泄漏的可燃?xì)怏w、液體蒸發(fā)的蒸氣在空中擴(kuò)散，遇到火源發(fā)生突然燃燒而沒(méi)有爆炸。此種情況下，處于氣體燃燒范圍內(nèi)的室外人員將會(huì)全部燒死；建筑物內(nèi)將有部分人被燒死。

　　突發(fā)火后果分析，主要是確定可燃混合氣體的燃燒上、下極限的邊界線及其下限隨氣團(tuán)擴(kuò)散到達(dá)的范圍。為此，可按氣團(tuán)擴(kuò)散模型計(jì)算氣團(tuán)大小和可燃混合氣體的濃度。



3．6  火災(zāi)損失

　　火災(zāi)通過(guò)輻射熱的方式影響周?chē)�環(huán)境。當(dāng)火災(zāi)產(chǎn)生的熱輻射強(qiáng)度足夠大時(shí)，可使周?chē)�的物體燃燒或變形，強(qiáng)烈的熱輻射可能燒毀設(shè)備甚至造成人員傷亡等。

　　火災(zāi)損失估算建立在輻射通量與損失等級(jí)的相應(yīng)關(guān)系的基礎(chǔ)上，表4為不同入射通量造成傷害或損失的情況。



表4  熱輻射的不同入射通量所造成的損失





　　從表中可看出，在較小輻射等級(jí)時(shí)，致人重傷需要一定的時(shí)間，這時(shí)人們可以逃離現(xiàn)場(chǎng)或掩蔽起來(lái)。



4  爆  炸



4．1  簡(jiǎn)  述

　　爆炸是物質(zhì)的一種非常急劇的物理、化學(xué)變化，也是大量能量在短時(shí)間內(nèi)迅速釋放或急劇轉(zhuǎn)化成機(jī)械功的現(xiàn)象。它通常是借助于氣體的膨脹來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　從物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的表現(xiàn)形式來(lái)看，爆炸就是物質(zhì)劇烈運(yùn)動(dòng)的一種表現(xiàn)。物質(zhì)運(yùn)動(dòng)急劇增速，由一種狀態(tài)迅速地轉(zhuǎn)變成另一種狀態(tài)，并在瞬間內(nèi)釋放出大量的能。



　　1)爆炸的特征

　　—般說(shuō)來(lái)，爆炸現(xiàn)象具有以下特征：

　　(1)爆炸過(guò)程進(jìn)行得很快；

　　(2)爆炸點(diǎn)附近壓力急劇升高，產(chǎn)生沖擊波；

　　(3)發(fā)出或大或小的響聲；

　　(4)周?chē)�介質(zhì)發(fā)生震動(dòng)或鄰近物質(zhì)遭受破壞。

　　一般將爆炸過(guò)程分為兩個(gè)階段：第一階段是物質(zhì)的能量以一定的形式(定容、絕熱)轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)壓縮能；第二階段強(qiáng)壓縮能急劇絕熱膨脹對(duì)外做功，引起作用介質(zhì)變形、移動(dòng)和破壞。



　　2)爆炸類(lèi)型

　　按爆炸性質(zhì)可分為物理爆炸和化學(xué)爆炸。物理爆炸就是物質(zhì)狀態(tài)參數(shù)(溫度、壓力、體積)迅速發(fā)生變化，在瞬間放出大量能量并對(duì)外做功的現(xiàn)象。其特點(diǎn)是在爆炸現(xiàn)象發(fā)生過(guò)程中，造成爆炸發(fā)生的介質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)不發(fā)生變化，發(fā)生變化的僅是介質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)。例如鍋爐、壓力容器和各種氣體或液化氣體鋼瓶的超壓爆炸以及高溫液體金屬遇水爆炸等�；瘜W(xué)爆炸就是物質(zhì)由一種化學(xué)結(jié)構(gòu)迅速轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N化學(xué)結(jié)構(gòu)，在瞬間放出大量能量并對(duì)外做功的現(xiàn)象。如可燃?xì)怏w、蒸氣或粉塵與空氣混合形成爆炸性混合物的爆炸�；瘜W(xué)爆炸的特點(diǎn)是：爆炸發(fā)生過(guò)程中介質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)發(fā)生了變化，形成爆炸的能源來(lái)自物質(zhì)迅速發(fā)生化學(xué)變化時(shí)所釋放的能量�；瘜W(xué)爆炸有3個(gè)要素，即反應(yīng)的放熱性、反應(yīng)的快速性和生成氣體產(chǎn)物。

　　雷電是一種自然現(xiàn)象，也是一種爆炸。

　　從工廠爆炸事故來(lái)看，有以下幾種化學(xué)爆炸類(lèi)型：

　　(1)蒸氣云團(tuán)的可燃混合氣體遇火源突然燃燒，是在無(wú)限空間中的氣體爆炸；

　　(2)受限空間內(nèi)可燃混合氣體的爆炸；

　　(3)化學(xué)反應(yīng)失控或工藝異常所造成壓力容器爆炸；

　　(4)不穩(wěn)定的固體或液體爆炸。

　　總之，發(fā)生化學(xué)爆炸時(shí)會(huì)釋放出大量的化學(xué)能，爆炸影響范圍較大；而物理爆炸僅釋放出機(jī)械能，其影響范圍較小。



4．2  物理爆炸的能量

　　物理爆炸，如壓力容器破裂時(shí)，氣體膨脹所釋放的能量(即爆破能量)不僅與氣體壓力和容器的容積有關(guān)，而且與介質(zhì)在容器內(nèi)的物性相態(tài)相關(guān)。因?yàn)橛械慕橘|(zhì)以氣態(tài)存在，如空氣、氧氣、氫氣等；有的以液態(tài)存在，如液氨、液氯等液化氣體、高溫飽和水等。容積與壓力相同而相態(tài)不同的介質(zhì)，在容器破裂時(shí)產(chǎn)生的爆破能量也不同，而且爆炸過(guò)程也不完全相同，其能量計(jì)算公式也不同。



　　1)壓縮氣體與水蒸氣容器爆破能量

　　當(dāng)壓力容器中介質(zhì)為壓縮氣體，即以氣態(tài)形式存在而發(fā)生物理爆炸時(shí)，其釋放的爆破能量為：

　　　　   (42)

　式中  Eg——?dú)怏w的爆破能量，kJ；

　　　　P——容器內(nèi)氣體的絕對(duì)壓力，MPa；

　　　　V——容器的容積，m3；

　　　　k——?dú)怏w的絕熱指數(shù)，即氣體的定壓比熱與定容比熱之比。

　　常用氣體的絕熱指數(shù)數(shù)值見(jiàn)表5。



表5  常用氣體的絕熱指數(shù)





　　從表中可看出，空氣、氮、氧、氫及一氧化氮、一氧化碳等氣體的絕熱指數(shù)均為1．4或近似1．4．若用k=1．4代入式(42)中。

　　　　   (43)

令



則式(43)可簡(jiǎn)化為：

Eg=CgV　　　　　   　(44)

式中  Cg——常用壓縮氣體爆破能量系數(shù)，kJ／m3。

　　壓縮氣體爆破能量Cg是壓力p的函數(shù)，各種常用壓力下的氣體爆破能量系數(shù)列于表6中。



表6  常用壓力下的氣體容器爆破能量系數(shù)(k=1．4時(shí))





　　若將k=1代入式(42)，可得干飽和蒸氣容器爆破能量為：

　　　　　　 (45)

　　用上式計(jì)算有較大的誤差，因?yàn)樗鼪](méi)有考慮蒸氣干度的變化和其他的一些影響，但它可以不用查明蒸氣熱力性質(zhì)而直接進(jìn)行計(jì)算，因此可供危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)參考。

　　對(duì)于常用壓力下的干飽和蒸氣容器的爆破能量可按下式計(jì)算：

Es=CsV　　　　　　　　 (46)

式中  Es——水蒸氣的爆破能量，kJ；

　　  V——水蒸氣的體積，m3；

　　  Cs—干飽和水蒸氣爆破能量系數(shù)，kJ／m3。

　　各種常用壓力下的干飽和水蒸氣容器爆破能量系數(shù)列于表7中。



表7  常用壓力下干飽和水蒸氣容器爆破能量系數(shù)





　　2)介質(zhì)全部為液體時(shí)的爆破能量

　　通常將液體加壓時(shí)所做的功作為常溫液體壓力容器爆炸時(shí)釋放的能量，計(jì)算公式如下：

　　　　　　　　  (47)

式中  EL——常溫液體壓力容器爆炸時(shí)釋放的能量，kg；

　　  p——液體的壓力(絕)，；

　　  V——容器的體積，m3；

　　  ——液體在壓力p和溫度T下的壓縮系數(shù)，。



　　3)液化氣體與高溫飽和水的爆破能量

　　液化氣體和高溫飽和水一般在容器內(nèi)以氣液兩態(tài)存在，當(dāng)容器破裂發(fā)生爆炸時(shí)，除了氣體的急劇膨脹做功外，還有過(guò)熱液體激烈的蒸發(fā)過(guò)程。在大多數(shù)情況下，這類(lèi)容器內(nèi)的飽和液體占有容器介質(zhì)質(zhì)量的絕大部分，它的爆破能量比飽和氣體大得多，—般計(jì)算時(shí)考慮氣體膨脹做的功。過(guò)熱狀態(tài)下液體在容器破裂時(shí)釋放出的爆破能量可按下式計(jì)算：

E=[(H1—H2)—(S1—S2)T1]W　　　　(48)

式中  E——過(guò)熱狀態(tài)液體的爆破能量，kJ；

　　  H1——爆炸前飽和液體的焓，kJ／kg；

　　  H2——在大氣壓力下飽和液體的焓，kJ／kg；

　　  S1——爆炸前飽和液體的熵，kJ／(kg·℃)；

　　  S2——在大氣壓力下飽和液體的熵，kJ／(kg·℃)；

　　  T1——介質(zhì)在大氣壓力下的沸點(diǎn)，kJ／(kg·℃)；

　　  W——飽和液體的質(zhì)量，kg。

　　飽和水容器的爆破能量按下式計(jì)算：

Ew=CwV　　　　　　 (49)

式中  Ew——飽和水容器的爆破能量，kJ；

　　  V——容器內(nèi)飽和水所占的容積，m3；

　　  Cw——飽和水爆破能量系數(shù)，kJ／m3，其值見(jiàn)表8。



表8  常用壓力下飽和水爆破能量系數(shù)





4．3  爆炸沖擊波及其傷害、破壞作用

　　壓力容器爆炸時(shí)，爆破能量在向外釋放時(shí)以沖擊波能量、碎片能量和容器殘余變形能量3種形式表現(xiàn)出來(lái)。后二者所消耗的能量只占總爆破能量的3％～15％，也就是說(shuō)大部分能量是產(chǎn)生空氣沖擊波。

　　1)爆炸沖擊波

　　沖擊波是由壓縮波疊加形成的，是波陣面以突進(jìn)形式在介質(zhì)中傳播的壓縮波。容器破裂時(shí)，器內(nèi)的高壓氣體大量沖出，使它周?chē)�的空氣受到�(jīng)_擊波而發(fā)生擾動(dòng)，使其狀態(tài)(壓力、密度、溫度等)發(fā)生突躍變化，其傳播速度大于擾動(dòng)介質(zhì)的聲速，這種擾動(dòng)在空氣中的傳播就成為沖擊波。在離爆破中心一定距離的地方，空氣壓力會(huì)隨時(shí)間發(fā)生迅速而懸殊的變化。開(kāi)始時(shí)，壓力突然升高，產(chǎn)生一個(gè)很大的正壓力，接著又迅速衰減，在很短時(shí)間內(nèi)正壓降至負(fù)壓。如此反復(fù)循環(huán)數(shù)次，壓力漸次衰減下去。開(kāi)始時(shí)產(chǎn)生的最大正壓力即是沖擊波波陣面上的超壓△p。多數(shù)情況下，沖擊波的傷害、破壞作用是由超壓引起的。超壓△p可以達(dá)到數(shù)個(gè)甚至數(shù)十個(gè)大氣壓。

　　沖擊波傷害、破壞作用準(zhǔn)則有：超壓準(zhǔn)則、沖量準(zhǔn)則、超壓—沖量準(zhǔn)則等。為了便于操作，下面僅介紹超壓準(zhǔn)則。超壓準(zhǔn)則認(rèn)為，只要沖擊波超壓達(dá)到一定值，便會(huì)對(duì)目標(biāo)造成一定的傷害或破壞。超壓波對(duì)人體的傷害和對(duì)建筑物的破壞作用見(jiàn)表9和表10。



表9  沖擊波超壓對(duì)人體的傷害作用





表10  沖擊波超壓對(duì)建筑物的破壞作用





　　2)沖擊波的超壓

　　沖擊波波陣面上的超壓與產(chǎn)生沖擊波的能量有關(guān)，同時(shí)也與距離爆炸中心的遠(yuǎn)近有關(guān)。沖擊波的超壓與爆炸中心距離的關(guān)系為：

　　　　　(50)

式中  △p——沖擊波波陣面上的超壓，MPa；

　　  R——距爆炸中心的距離，m；

　　  n——衰減系數(shù)。

　　衰減系數(shù)在空氣中隨著超壓的大小而變化，在爆炸中心附近為2．5～3；當(dāng)超壓在數(shù)個(gè)大氣壓以內(nèi)時(shí)，n=2；小于1個(gè)大氣壓，n=1．5。

　　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，不同數(shù)量的同類(lèi)炸藥發(fā)生爆炸時(shí)，如果R與R0之比與q與q0之比的三次方根相等，則所產(chǎn)生的沖擊波超壓相同，用公式表示如下：

若

　　　則　　   　　　　(51)

式中  R——目標(biāo)與爆炸中心距離，m；

　　  R0——目標(biāo)與基準(zhǔn)爆炸中心的相當(dāng)距離，m；

　　  q0——基準(zhǔn)炸藥量，TNT，kg；

　　  q——爆炸時(shí)產(chǎn)生沖擊波所消耗的炸藥量，TNT，kg；

　　  △p——目標(biāo)處的超壓，MPa；

　　  △p0——基準(zhǔn)目標(biāo)處的超壓，MPa；

　　  α——炸藥爆炸試驗(yàn)的模擬比。

　　上式也可寫(xiě)成為：

△p(R)=△p0(R／a)　　(52)

　　利用式(52)就可以根據(jù)某些已知藥量的試驗(yàn)所測(cè)得的超壓來(lái)確定任意藥量爆炸時(shí)在各種相應(yīng)距離下的超壓。

　　表11是1000ksTNT炸藥在空氣中爆炸時(shí)所產(chǎn)生的沖擊波超壓。



表11  1 000kgTNT爆炸時(shí)的沖擊波超壓





　　綜上所述，計(jì)算壓力容器爆破時(shí)對(duì)目標(biāo)的傷害、破壞作用，可按下列程序進(jìn)行。

　　(1)首先根據(jù)容器內(nèi)所裝介質(zhì)的特性，分別選用式(43)至式(49)計(jì)算出其爆破能量E。

　　(2)將爆破能量q換算成TNT當(dāng)量q。因?yàn)? kg TNT爆炸所放出的爆破能量為4 230～4 836kJ／kg，一般取平均爆破能量為4 500kJ／kg，故其關(guān)系為：

q=E／qTNT=E／4500　　(53)

　　(3)按式(51)求出爆炸的模擬比α，即：

a=(q／q0)1／3=(1／1000) 1／3=0．1q1／3　   　(54)

　　(4)求出在1000kg TNT爆炸試驗(yàn)中的相當(dāng)距離R0，即R0=R／α。

　　(5)根據(jù)R0值在表11中找出距離為R0處的超壓△p0 (中間值用插入法)，此即所求距離為R處的超壓。

　　(6)根據(jù)超壓△p值，從表9、表10中找出對(duì)人員和建筑物的傷害、破壞作用。

　　3)蒸氣云爆炸的沖擊波傷害、破壞半徑

　　爆炸性氣體以液態(tài)儲(chǔ)存，如果瞬間泄漏后遇到延遲點(diǎn)火或氣態(tài)儲(chǔ)存時(shí)泄漏到空氣中，遇到火源，則可能發(fā)生蒸氣云爆炸。導(dǎo)致蒸氣云形成的力來(lái)自容器內(nèi)含有的能量或可燃物含有的內(nèi)能，或兩者兼而有之�！澳堋钡闹饕�形式是壓縮能、化學(xué)能或熱能。一般說(shuō)來(lái)，只有壓縮能和熱量才能單獨(dú)導(dǎo)致形成蒸氣云。

　　根據(jù)荷蘭應(yīng)用科研院(TNO(1979))建議，可按下式預(yù)測(cè)蒸氣云爆炸的沖擊波的損害半徑：

R=Cs(NE)1／3　　　　　 　(55)

式中  R——損害半徑，m；

　　  E——爆炸能量，kJ，可按下式取，E=V·Hc　　   (56)

　　  V——參與反應(yīng)的可燃?xì)怏w的體積，m3；

　　  Hc——可燃?xì)怏w的高燃燒熱值，kJ／m3，取值情況見(jiàn)表12；

　　  N——效率因子，其值與燃燒濃度持續(xù)展開(kāi)所造成損耗的比例和燃料燃燒所得機(jī)械能的數(shù)量有關(guān)，一般取N=1096；

　　  Cs——經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，取決于損害等級(jí)，其取值情況見(jiàn)表13。



表12  某些氣體的高燃燒熱熱值　　kJ／m3





表13  損  害  等  級(jí)  表





5  中  毒

　　有毒物質(zhì)泄漏后生成有毒蒸氣云，它在空氣中飄移、擴(kuò)散，直接影響現(xiàn)場(chǎng)人員，并可能波及居民區(qū)。大量劇毒物質(zhì)泄漏可能帶來(lái)嚴(yán)重的人員傷亡和環(huán)境污染。

　　毒物對(duì)人員的危害程度取決于毒物的性質(zhì)、毒物的濃度和人員與毒物接觸時(shí)間等因素。有毒物質(zhì)泄漏初期，其毒氣形成氣團(tuán)密集在泄漏源周?chē)�，隨后由于環(huán)境溫度、地形、風(fēng)力和湍流等影響氣團(tuán)飄移、擴(kuò)散，擴(kuò)散范圍變大，濃度減小。在后果分析中，往往不考慮毒物泄漏的初期情況，即工廠范圍內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)情況，主要計(jì)算毒氣氣團(tuán)在空氣中飄移、擴(kuò)散的范圍、濃度、接觸毒物的人數(shù)等。



5．1  毒物泄漏后果的概率函數(shù)法

　　概率函數(shù)法是用人們?cè)谝欢〞r(shí)間接觸一定濃度毒物所造成影響的概率來(lái)描述毒物泄漏后果的一種表示法。概率與中毒死亡百分率有直接關(guān)系，二者可以互相換算，見(jiàn)表14。概率值在0～10之間。



表14  概率與死亡百分率的換算





　　概率值Y與接觸毒物濃度及接觸時(shí)間的關(guān)系如下：

Y=A+Bln(Cn·t)　　(57)

式中  A，B，n——取決于毒物性質(zhì)的常數(shù)，表15列出了一些常見(jiàn)有毒物質(zhì)的有關(guān)參數(shù)；

　　  C——接觸毒物的濃度，10—6；

　　  t——接觸毒物的時(shí)間，min。



表15  一些毒性物質(zhì)的常數(shù)





　　使用概率函數(shù)表達(dá)式時(shí)，必須計(jì)算評(píng)價(jià)點(diǎn)的毒性負(fù)荷(Cn·t)，因?yàn)樵谝粋�(gè)已知點(diǎn)，其毒物、濃度隨著氣團(tuán)的稀釋而不斷變化，瞬時(shí)泄漏就是這種情況。確定毒物泄漏范圍內(nèi)某點(diǎn)的毒性負(fù)荷，可把氣團(tuán)經(jīng)過(guò)該點(diǎn)的時(shí)間劃分為若干區(qū)段，計(jì)算每個(gè)區(qū)段內(nèi)該點(diǎn)的毒物濃度，得到各時(shí)間區(qū)段的毒性負(fù)荷，然后再求出總毒性負(fù)荷：

　　總毒性負(fù)荷：∑時(shí)間區(qū)段內(nèi)毒性負(fù)荷

　　一般說(shuō)來(lái)，接觸毒物的時(shí)間不會(huì)超過(guò)30min。因?yàn)樵谶@段時(shí)間里人員可以逃離現(xiàn)場(chǎng)或采取保護(hù)措施。

　　當(dāng)毒物連續(xù)泄漏時(shí)，某點(diǎn)的毒物濃度在整個(gè)云團(tuán)擴(kuò)散期間沒(méi)有變化。當(dāng)設(shè)定某死亡百分率時(shí)，由表14查出相應(yīng)的概率Y值，根據(jù)式(57)有：

　　　　   (58)

　　由上式可以計(jì)算出C值，于是按擴(kuò)散公式可以算出中毒范圍。

　　如果毒物泄漏是瞬時(shí)的，則有毒氣團(tuán)的某點(diǎn)通過(guò)時(shí)該點(diǎn)處毒物濃度是變化的。這種情況下，考慮濃度的變化情況，計(jì)算氣團(tuán)通過(guò)該點(diǎn)的毒性負(fù)荷，算出該點(diǎn)的概率值Y，然后查表14就可得出相應(yīng)的死亡百分率。



5．2  有毒液化氣體容器破裂時(shí)的毒害區(qū)估算

　　液化介質(zhì)在容器破裂時(shí)會(huì)發(fā)生蒸氣爆炸。當(dāng)液化介質(zhì)為有毒物質(zhì)，如液氯、液氨、二氧化硫、硫化氫、氫氰酸等，爆炸后若不燃燒，會(huì)造成大面積的毒害區(qū)域。

　　設(shè)有毒液化氧化質(zhì)量為W(單位：kg)，容器破裂前器內(nèi)介質(zhì)溫度為t(單位：℃)，液體介質(zhì)比熱為C[單位：kJ／(kg·℃)。當(dāng)容器破裂時(shí)，器內(nèi)壓力降至大氣壓，處于過(guò)熱狀態(tài)的液化氣溫度迅速降至標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)t0(單位：℃)，此時(shí)全部液體所放出的熱量為：

Q=W·C(t—t0)　　　　　　 　　(59)

　　設(shè)這些熱量全部用于器內(nèi)液體的蒸發(fā)，如它的氣化熱為g(單位：kJ／kg)，則其蒸發(fā)量：

　　　　　　   (60)

　　如介質(zhì)的分子量為M，則在沸點(diǎn)下蒸發(fā)蒸氣的體積Vg(單位：m3)為：

　　　　　　   (61)

　　為便于計(jì)算，現(xiàn)將壓力容器最常用的液氨、液氯、氫氰酸等的有關(guān)物理化學(xué)性能列于表16中。關(guān)于一些有毒氣體的危險(xiǎn)濃度見(jiàn)表17。

　　若已知某種有毒物質(zhì)的危險(xiǎn)濃度，則可求出其危險(xiǎn)濃度下的有毒空氣體積。如二氧化硫在空氣中的濃度達(dá)到0．05％時(shí)，人吸入5～10min即致死，則Vg的二氧化硫可以產(chǎn)生令人致死的有毒空氣體積為：

　　V=Vg×100／0．05=2000 Vg。

　　假設(shè)這些有毒空氣以半球形向地面擴(kuò)散，則可求出該有毒氣體擴(kuò)散半徑為：

　　　　　　  (62)

　式中  R——有毒氣體的半徑，m；

　　　　Vg——有毒介質(zhì)的蒸氣體積，m3；

　　　　C——有毒介質(zhì)在空氣中的危險(xiǎn)濃度值，％。



表16  一些有毒物質(zhì)的有關(guān)物化性能





表17  有毒氣體的危險(xiǎn)濃度

謝謝
以后可能會(huì)用到

謝謝提供

謝謝分享，樓主辛苦！

樓主,好東西,但看不到公式啊
這個(gè)公式怎么辦啊?

建議發(fā)附件，這樣直接發(fā)版面不好看不方便

謝謝分享

謝謝分享，樓主辛苦！

好東東，收藏

謝謝分享

謝謝分享！

好東西，不錯(cuò)。

樓主辛苦了，但是有些計(jì)算公式無(wú)法顯示呀，可以弄個(gè)壓縮包嗎？
那就更加不勝感激了！

doc文件已經(jīng)附在下面了，仔細(xì)看

多謝��！辛苦了。