安全评价中常用计算PPT课件.ppt
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1、九绵高速C2标安全评价常用计算2016年1月1蒸汽云爆炸的伤害模型o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。2蒸汽云爆炸的伤害模型o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50100ms,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。3蒸汽云爆炸的伤害模型o发生蒸汽云爆炸现象最起码应具备以下几个条件:
2、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;延缓了点火的过程;充分预混了的气液两相物质与空气的混合物;一定量的油品泄漏。4蒸汽云爆炸的伤害模型o爆源的TNT当量计算TNT当量计算公式:WTNT=WQfQTNTo式中:WTNT易燃液体的TNT当量(kgTNT);oWf易燃液体的质量(kg);Qf易燃液体的燃烧热(MJkg);QTNT-TNT的爆热,取4.52MJkg;TNT爆热为4.52MJkg,5TNT当量计算oTNT当量计算公式如下:oWTNT=*Wf*Qf/QTNTo式中:oWTNT蒸汽云的TNT当量,kg;oWf蒸汽云中燃料的总质量,kg;o蒸汽云当量系数,统计平均值为0.
3、04;oQf蒸汽的燃烧热,MJ/kg;oQTNTTNT的爆炸热,4.52MJ/kg;6TNT当量计算o对于地面爆炸,由于地面反射作用使爆炸威力几乎加倍,一般应乘以地面爆炸系数1.8。o所以我们经常用到的公式WTNT=*Wf*Qf/QTNT就变为:oWTNT=1.8*0.04*Wf*Qf/QTNTo7TNT当量计算o以异丁烯的库存量18.3吨为例举例说明:o异丁烯的计算:(18.3吨,浓度99%)异丁烯分子量为56.111kg异丁烯为1000/56.11=17.82mol异丁烯燃烧热为2705.3kj/mol=2705.317.82=48.21MJ/kg异丁烯的WTNT=1.80.0418.30
4、010000.9948.214.52=13912.43kg8TNT当量计算o我们再举一个例子:l节油罐车溶剂油的TNT当量计算oWTNT易燃液体的TNT当量(kgTNT);oWf易燃液体的质量(kg);7900.860oQf易燃液体的燃烧热(MJkg);溶剂油燃烧热值为43.69MJkg。oQTNT-TNT的爆热,取4.52MJkg;TNT爆热为4.52MJkg,9TNT当量计算o将以上数据代入公式WTNT=1.8*0.04*Wf*Qf/QTNTo=1.80.047900.86043.694.52=?Kgo这个数字大家可以自己计算一下o经验:一般来说TNT的当量相当于物质重量的70%75%10
5、蒸汽云爆炸时死亡半径o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(WTNT1000)0.37o根据最大可能危险原则计算,可以认为此半径内的人员全部死亡,半径以外无一人死亡,这样可以使问题简化。11蒸汽云爆炸时死亡半径o举一个简单的例子:o当可燃蒸汽的TNT当量为1000Kg时则:oR0.513.6(WTNT/1000)0.37o=13.6m12蒸汽云爆炸时死亡半径oX=0.3967W1/3TNTexp3.503-0.7241lnp+0.0398(lnp)2式中X伤害半径p超压Psi(1Psi=6.9Kpa)死亡半径的p按90Kpa(1
6、3.04Psi)重伤半径的p按44Kpa(6.377Psi)轻伤半径的p按17Kpa(2.464Psi)财产损失p按13.8Kpa(2.00Psi)这个后面括号里面的数据带入到上面的公式就可以直接计算。13蒸汽云爆炸时死亡半径o计算100t丁二烯储罐蒸汽云爆炸伤害区。丁二烯的蒸汽云爆炸的效率因子,表明参与爆炸的可燃气体的分数,一般取3%或4%,这里我们取3%o首先计算TNT当量oWTNT=1.8*0.03*Wf*Qf/QTNTo1.8*0.03*100*1000*50.41/4.52o=60223kg14蒸汽云爆炸时重伤半径o重伤半径R2(超压值44000Pa)重伤半径由下列方程求解:PS=0
7、.137Z-3+0.119Z-2+0.269Z-1-0.019Z=R2/(E/P0)1/3PS=44000/P00.4344式中:E为爆炸能量;P0为环境大气压。15蒸汽云爆炸时轻伤半径o轻伤半径R3(超压值17000Pa)轻伤半径由下列方程求解:PS=0.137Z-3+0.119Z-2+0.269Z-1-0.019Z=R3/(E/P0)1/3PS=17000/P00.167816蒸汽云爆炸时财产损失半径o财产损失半径R财(超压值13800Pa)对于爆炸性破坏,财产损失半径R财的计算公式为:R财=(5.6WTNT1/3)/1+(3175/WTNT)21/6式中5.6(4.6)为二次破坏系数。1
8、7蒸汽云爆炸时重伤与轻伤半径o另一计算公式r=0.3967WTNT1/3exp3.5031-0.7241lnp0.0398(lnp)2注意,这里超压值p的单位是psi,1psi=6.9kPa。注:重伤与轻伤半径手工不能计算,需要计算机模型。18小结:o关于轻伤半径和财产损失半径,我们这里先这样介绍一下,学习是一个循序渐进的过程,只要持续学习,终身学习就会不断长进,选择学习就意味着选择进步。19池火灾o火灾评价的一种模型。o液体泄漏,一般会引起池火灾。池火灾的破坏主要是热辐射,如果热辐射作用在容器和设备上,尤其是液化气体容器,其内部压力会迅速升高,引起容器和设备的破裂;如果热辐射作用于可燃物,会
9、引燃可燃物;如果热辐射作用于人员,会引起人员烧伤甚至死亡。20池火灾o(1)柴油泄漏量o设定一个5000m3柴油罐底部DN200进油管管道破裂出现长50cm,宽1cm的泄漏口,泄漏后10分钟切断泄漏源。泄漏的液体在防火堤内形成液池,泄漏时工况设定情况见表9-4。o油品连续泄漏工况21池火灾泄漏泄漏源源介介质温度温度(0C)介介质压力力(Mpa)介介质密度密度(kg/m3)泄口面泄口面积(m2)泄漏泄漏时间(min)备注注柴油柴油罐罐常温常温常常压8700.00510按按10分分钟后切断泄后切断泄漏源漏源计22池火灾o柴油泄漏量用柏努利公式计算:oQ=CdA2(P-P0)/+2gh1/2oW=Q
10、.to式中:Q泄漏速率(kg/s);oW泄漏量(kg);ot油品泄漏时间(s),t=600soCd泄漏系数,长方形裂口取值0.55(按雷诺数Re100计);23池火灾oA泄漏口面积(m2);A=0.005m2o泄漏液体密度(kg/m3);oP容器内介质压力(Pa);oP0大气压力(Pa);og重力加速度(9.8m/s2);oh泄漏口上液位高度(m),柴油罐液面安全高度15.9m。24池火灾经计算Q=42.23kg/s、W=25341kg(10分钟泄漏量)25池火灾o(2)泄漏柴油总热辐射通量Q(w)o柴油泄漏后在防火堤内形成液池,遇点火源燃烧而形成池火。总热辐射通量Q(w)采用点源模型计算:o
11、Q=(r2+2rh)mfHc/(72mf0。61+1)26池火灾o式中:mf单位表面积燃烧速度kg/m2.s,柴油为0.0137;oHc柴油燃烧热,Hc=43515kJ/kg;oh火焰高度h(m),按下式计算:oh=84rmf/O(2gr)1/20.6oO环境空气密度,O=1.293kg/m3;og重力加速度,9.8m/S227池火灾o燃烧效率因子,取0.35;or液池半径(m),r=(4S/)1/2oS液池面积,S=3442m2;oW泄漏油品量kgo柴油密度,=870kg/m3;o火灾持续时间:T=W/S.mf28池火灾o计算结果:Q(w)=1006347(kw)oT=537s=9min29
12、池火灾o火灾通过辐射热的方式影响周围环境,根据概率伤害模型计算,不同入射热辐射通量造成人员伤害或财产损失的情况表9-5。o表9-5热辐射的不同入射通量造成的伤害及损失30池火灾入射通入射通量量kw/m2对设备的的损害害对人的人的伤害害37.5操作操作设备全部全部损坏坏1%死亡死亡/10s100%死亡死亡/1min25在无火焰在无火焰,长时间辐射下射下,木材木材燃燃烧的最小能量的最小能量重大重大烧伤/10s,100%死亡死亡/1min12.5有火焰有火焰时,木材燃木材燃烧,塑料熔化塑料熔化的最小能量的最小能量1度度烧伤/10s,1%死亡死亡/1min4.020s以上感以上感觉疼痛疼痛,未必起泡未
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