事故后果模拟分析.docx

1、事故后果模拟分析2.2 事故后果模拟分析法火灾、爆炸、中毒是常见的重大事故，经常造成严重的人员伤亡和巨大 的财产损失，影响社会安定。这里重点介绍有关火灾、爆炸和中毒事故（热 辐射、爆炸波、中毒）后果分析，在分析过程中运用了数学模型。通常一个 复杂的问题或现象用数学模型来描述， 往往是在一个系列的假设的前提下按 理想的情况建立的，有递增模型经过小型试验的验证，有的则可能与实际情 况有较大出入，但对辨识危险性来说是可参考的。2.2.1 泄漏由于设备损坏或操作失误引起泄漏，大量易燃、易爆、有毒有害物质的 释放，将会导致火灾、爆炸、中毒等重大事故发生，因此，后果分析由泄漏 分析开始。2.2.1.1 泄

2、漏情况分析2.1.1.1.1 泄 漏 的 主要 设备根据各种设备泄漏情况分析， 可将工厂（特别是化工厂 ）中易发生泄漏的 设备归纳为以下 10 类：管道、挠性连接器、过滤器、阀门、压力容器或反 应器、泵、压缩机、 储罐、加压或冷冻气体容器， 火炬燃烧装置或放散管等。管道。它包括管道、法兰和接头，其典型情况和裂口尺寸分别取管径的 20%- 100% 20痢 20%- 100%挠性连接器。它包括软管、波纹管和铰接器，其典型泄漏情况和裂口 尺寸为：1 连接器本体破裂泄漏，裂口尺寸取管径的 20%- 100%2 接头处的泄漏，裂口尺寸取管径的 20%3 连接装置损坏泄漏，裂口尺寸取管径的 100%过滤

3、器。它由过滤器本体、管道、滤网等组成，其典型泄漏情况和裂 口尺寸分别取管径的 20%- 100%和 20%。阀。其典型泄漏情况和裂口尺寸为：1 阀壳体泄漏，裂口尺寸取管径的 20%- 100%2 阀盖泄漏，裂口尺寸取管径的 20%3 阀杆损坏泄漏，裂口尺寸取管径的 20%压力容器或反应器。包括化工生产中常用的分离器、气体洗涤器、反应釜、热交换器、各种罐和容器等。其常见的此类泄漏情况和裂口尺寸为：1 容器破裂而泄漏，裂口尺寸取容器本身尺寸；2 容器本体泄漏，裂口尺寸取与其连接的粗管道管径的 100%3 孔盖泄漏，裂口尺寸取管径的 20%4 喷嘴断裂而泄漏，裂口尺寸取管径的 100%5 仪表管路破

4、裂泄漏，裂口尺寸取管径的 20%- 100%6 容器内部爆炸，全部破裂。泵。其典型泄漏情况和裂口尺寸为：1 泵体损坏泄漏，裂口尺寸取与其连接管径的 20%-100%2 密封压盖处泄漏，裂口尺寸取管径的 20%压缩机。包括离心式、轴流式和往复式压缩机，其典型泄漏情况和裂 口尺寸为：1 压缩机机壳损坏而泄漏，裂口尺寸取与其连接管道管径的 20%-100%2 压缩机密封套泄漏，裂口尺寸取管径的 20%储罐。露天储存危险物质的容器或压力容器，也包括与其连接的管道 和辅助设备，其典型泄漏情况和裂口尺寸为：1 罐体损坏而泄漏，裂口尺寸为本体尺寸；2 接头泄漏，裂口尺寸为与其连接管道管径的 20%-100%

5、3 辅助设备泄漏，酌情确定裂口尺寸。加压或冷冻气体容器。包括露天或埋地放置的储存器、压力容器或运 输槽车等，其典型泄漏情况和裂口尺寸为：1 露天容器内部气体爆炸使容器完全破裂，裂口尺寸取本体尺寸；2 容器破裂而泄漏，裂口尺寸取本体尺寸；3 焊接点（接管）断裂泄漏，取管径的 20%- 100%火炬燃烧器或放散管。它们包括燃烧装置、放散管、多通接头、气体 洗涤器和分离罐等，泄漏主要发生在筒体和多通接头部位，裂口尺寸取管径 的 20%- 100%表2-1 典型泄漏情况和裂口尺寸取值表序 号设备典型泄漏情况裂口尺寸取值1管道包括管道、法兰 和接头管道泄漏管径的20%- 100%法兰泄漏管径的20%接头

6、泄漏管径的20%- 100%2绕性连接器包括软管、波纹 管和铰接器连接器本体破裂泄漏管径的20%- 100%接头处的泄漏管径的20%连接装置损坏泄漏管径的100%3过滤器由过滤器本体、 管道、滤网等组 成本体泄漏管径的20%- 100%管道泄漏管径的20%- 100%滤网泄漏管径的20%4阀阀壳体泄漏管径的20%- 100%阀盖泄漏管径的20%阀杆损坏泄漏管径的20%5压力容器或反应器包括化工生产 中常用的分离 器、气体洗涤 器、反应釜、热 交换器、各种罐 和容器等容器破裂而泄漏容器本身尺寸容器本体泄漏与其连接的粗管道管径的100%孔盖泄漏管径的20%喷嘴断裂而泄漏管径的100%仪表管路破裂泄

7、漏管径的20%- 100%容器内部爆炸全部破裂6泵泵体损坏泄漏与其连接管径的 20%- 100%密封压盖处泄漏管径的20%7压缩机包括离心式、轴 流式和往复式 压缩机压缩机机壳损坏泄漏与其连接管径的 20%- 100%压缩机密封套泄漏管径的20%8储罐露天储存危险 物质的容器或 压力容器罐体损坏而泄漏裂口尺寸为本体尺寸接头泄漏与其连接管道管径的 20%-100%辅助设备泄漏酌情确定裂口尺寸9加压或冷冻气体容器包括露天或埋 地放置的储存 器、压力容器或 运输槽车等露天容器内部气体爆 炸使容器完全破裂本体尺寸容器破裂而泄漏本体尺寸焊接点（接管）断裂 泄漏管径的20% 100%10火炬燃烧器或放散管

8、包括燃烧装置、 放散管、多通接 头、气体洗涤器 和分离罐等筒体和多通接头部位 泄漏管径的20%- 100%2.1.1.1.2 造成泄漏的原因从人-机系统来考虑造成各种泄漏事故的原因主要有四类：设计失误1 基础设计错误，如地基下沉，造成容器底部产生裂缝，或设备变形、 错位等；2 选材不当，如强度不够、耐腐蚀性差、规格不符等；3 布置不合理，如压缩机和输出管道没有弹性连接，因振动而使管道 破裂；4 选用机械不合适，如转速过高，耐温、耐压性能差等；5 选用计测仪器不合适；6 储罐、储槽未加液位计，反应器（炉）未加溢流管或放散管等。设备原因1 加工不符合要求，或未经检验擅自采用代用材料；2 加工质量差

9、，特别是不具有操作证的焊工焊接质量差；3 施工和安装精度不高，如泵和电动机不同轴，机械设备不平衡，管 道连接不严密等；4 选用的标准定型产品质量不合格；5 对安装的设备未按机械设备安装工程及验收规范进行验收；6 设备长期使用后未按规定检修期进行检修，或检修质量差造成泄 漏；7 计测仪表未定期校验，造成计量不准；8 阀门损坏或开关泄漏，又未及时更换；9 设备附件质量差，或长期使用后材料变质、腐蚀或破裂等。管理原因1 没有制定完善的安全操作规程；2 对安全漠不关心，已发现问题不及时解决；3 没有严格执行监督检查制度；4 指挥错误，甚至违章指挥；5 让未经培训的工人上岗，知识不足，不能判断错误；6

10、检修制度不严， 没有及时检修已出现故障的设备， 使设备带病运转。人为失误1 误操作，违反操作规程；2 判断失误，如记错阀门位置或开错阀门；3 擅自离岗；4 思想不集中；5 发现异常现象不知如何处理；2.1.1.1.3 泄 漏 后 果泄漏一旦出现，其后果不单与物质的数量、易燃性、毒性有关，而且与 泄漏物质的相态、压力、温度等状态有关。这些状态可有多种不同的结合， 在后果分析中，常见的可能结合有 4 种：常压液体；加压液化气体；3 低温液化气体；4 加压气体。泄漏物质的物性不同，其泄漏后果也不同。可燃气体泄漏可燃气体泄漏后与空气混合达到爆炸极限时， 遇到引火源就会发生燃烧或爆炸。泄漏后起火的时间不

11、同，泄漏后果也不相同。立即起火。可燃气体从容器中往外泄出时即被点燃，发生扩散燃烧, 产生喷射性火焰或形成火球，它能迅速地危及泄漏现场，但很少会影响到厂 区的外部。泄后起火。可燃气体泄出后与空气混合形成可燃蒸气云团，并随风飘移，遇火源发生爆炸或爆轰，能引起较大范围的破坏。有毒气体泄漏有毒气体泄漏形成云团在空气中扩散， 有毒气体的浓密云团将笼罩很大 的空间，影响范围大。液体泄漏一般情况下，泄漏的液体在空气中蒸发而生成气体，泄漏后果与液体的 性质和储存条件(温度、压力)有关。1 常温常压下液体泄漏。 这种液体泄漏后聚集在防液堤内或地势低洼 处形成液池，液体由于持表面风的对流而缓慢蒸发，若遇引火源就会

12、发生池 火灾。2 加压液化气体泄漏。一些液体泄漏时将瞬间蒸发，剩下的液体将形 成一个液池，吸收周围的热量继续蒸发。液体瞬时蒸发的比例决定于物质的 性质及环境温度。有些泄漏物可能在泄漏过程中全部蒸发。3 低温液体泄漏。这种液体泄漏时将形成液池，吸收周围热量蒸发， 蒸发量低于加压液化气体的泄漏量，高于常温常压下液体的泄漏量。无论是气体泄漏还是液体泄漏， 泄漏量的多少都是决定后果严重程度的 主要因素，而泄漏量又与泄漏时间长短有关。2.2.1.2 泄漏量的计算当发生泄漏的设备的裂口是规则的，而且裂口尺寸及泄漏物质的有关热力学、物理化学性质及参数已知时，可根据流体力学中的有关方程式计算 泄漏量。当裂口不

13、规则时，可采取等效尺寸代替；当遇到泄漏过程中压力变 化等情况时，往往采用经验公式计算。(1) 液体泄漏计算液体泄漏速度可用流体力学的伯努利方程计算，其泄漏速度为：Qo= CdA p 2 P Po 2gh pQ二CAp (2p+P 0/ p +2gh)1/2 (1)式中Qo 液体泄漏速度，kg/s ;Cd液体泄漏系数，按表2-1选取；a 裂口面积，m；p 泄漏液体密度，您/ m3；p容器内介质压力，Pa;po 环境压力，Pa;g 重力加速度，9.8m/ s2；h 裂口之上液位高度，m表2-2 液体泄漏系数Cd雷诺数(Re)裂口形状圆形(多边形)三角形长方形 1000.650.600.550.2时

14、，一般不会形成液池；当FV 0.2 时，F与带走液体之比有线性关系，即当 F= 0时没有液体带走(蒸发)，当F= 0.1时有50%勺液体被带走。(2) 气体泄漏量计算 气体从裂口泄漏勺速度与其流动状态有关。因此，计算泄漏量时首先要 判断泄漏时气体流动属于音速还是亚音速流动，前者称为临界流，后者称为 次临界流。当式( 3)成立时，气体流动属音速流动：p0/p 2/(k+1 ) k/(k-1) (4)式中p。、p符号意义同前；k 气体的绝热指数，即定压比热 Cp与定容比热Cv之比。气体呈音速流动时，其泄漏量为：Q= GAp (Mk/RT x( 2/(k+1) ) k+1/(k-1) 1/2 (5)

15、气体呈亚音速流动时，其泄漏量为：Q= YCAp (Mk/RT)X( 2/(k+1) ) k+1/(k-1) 1/2 (6 )上两式中Cd气体泄漏系数，当裂口形状为圆形时取 1.00，三角形时取 0.95，长方形时取 0.90；Y气体膨胀因子，它由下式计算：Y= (1/(k -1) ) (k+1)/2 ) k+1/k-1 (p/p ) 2/k1- (p/p ) (k-1)/k 1/2 (7)M 分子量；p 气体密度，kg/m3;R气体常数，J/mol?K;T气体温度，K。当容器内物质随泄漏而减少或压力降低而影响泄漏速度时， 泄漏速度的计算比复杂。如果流速小或时间短，在后果计算中可采用最初排放速度

16、，否 则应计算等效泄漏速度。(3) 两相流动泄漏量计算 在过热液体发生泄漏时，有时会出现气、液两相流动。均匀两相流动的 泄漏速度可按下式计算：Q0= CdA2 p (p-p c) 1/2式中Q两相流动混合物泄漏速度，kg/s ;Cd两相流动混合物泄漏系数，可取 0.8 ;A 裂口面积， m2 ；p 两相混合物的压力， Pa；pc 临界压力，Pa,可取pc= 0.55Pa;p 两相混合物的平均密度，kg/m3，它由下式计算：9)10)p = 1/ (Fv/ p 1+(1-Fv)/ p 2)液体蒸发的蒸气密度, kg/m3 ；p 2 液体密度, kg/m3 ；Fv 蒸发的液体占液体总量的比例，它由

17、下式计算：Fv= Cp( TTc) /HCp 两相混合物的定压比热, J/kg ?K；Tc两相混合物的温度, K； 临界温度, K；H 液体的气化热, J/g。当F 1时，表面液体将全部蒸发成气体，这时应按气体泄漏公式计算; 如果Fv很小，则可近似按液体泄漏公式计算。2.2.1.3 泄漏后的扩散如前所述,泄漏物质的特性多种多样,而且还受原有条件的强烈影响, 但大多数物质从容器中泄漏出来后,都可发展成弥散的气团向周围空气扩 散。对可燃气体若遇到引火源会着火。 这里仅讨论气团圆形释放的开始形式, 即液体泄漏后扩散、喷射扩散和绝热扩散。关于气团在大气中扩散属环境保护范畴，在此不予考虑。1) 液体的扩

18、散液体泄漏后立即扩散到地面，一直流到低洼处或人工边界，如防火堤、 岸墙等，形成液池。液体泄漏出来不断蒸发，当液体蒸发速度等于泄漏速度 时，液池中的液体量将维持不变。如果泄漏的液体时是低挥发度的，则从液池中蒸发量较少，不易形成气 团，对厂外人员没有危险；如果着火则形成池火灾；如果渗透进土壤，有可 能对环境造成影响。如果泄漏的时挥发性液体或低温液体，泄漏后液体蒸发 量大，大量蒸发在液池上面后会形成蒸气云并对扩散到厂外，对厂外人员有 影响。(1)液池面积如果泄漏的液体已达到人工边界，则液池面积即为人工边界围成的面 积。如果泄漏的液体未达到人工边界，则将假设液体的泄漏点为中心呈扁圆 柱形在光滑表面上扩散，这时液池半径 r用下式计算：瞬时泄漏(泄漏时间不超过30s)时：一如才 (11np连续泄漏(持续泄漏10min以上)时：r =( 32gmf/ n p) 1/4 (12)上述两式中：r 液池半径，mm 泄漏的液体质量，kg;g重力加速度，9.8m/s2;p设备中液体压力，Pa;t 泄漏时间，s;(2)蒸发量液池内液体蒸发按其机理可分为闪蒸、热量蒸发和质量蒸发三种。下面 分别介绍