氯乙烯泄漏發(fā)生蒸氣云爆炸后果模擬分析

胡婷婷 ,馬 杰,宋建池

(1.洛陽市安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局 ,河南洛陽 471000;2.鄭州大學化工與能源學院 ,河南鄭州 450001)

氯乙烯泄漏發(fā)生蒸氣云爆炸后果模擬分析

胡婷婷 ,馬 杰2,宋建池2

(1.洛陽市安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局 ,河南洛陽 471000;2.鄭州大學化工與能源學院 ,河南鄭州 450001)

介紹了蒸氣云爆炸后果模擬分析模型,在此模型的基礎上,對不同體積的液化氯乙烯泄漏后發(fā)生蒸氣云爆炸傷害與破壞半徑進行了估算,分析泄漏量與傷害和破壞半徑間的關系并擬合方程,為化工生產(chǎn)企業(yè)和安監(jiān)部門制定應急救援預案和日常防范提供科學依據(jù)。

氯乙烯,蒸氣云,爆炸,模擬

在化工生產(chǎn)過程中,通常需要設置罐區(qū)來儲存生產(chǎn)原料、中間產(chǎn)品或生產(chǎn)成品等,這些原料或產(chǎn)品涉及到許多易燃、易爆危險化學品。隨著化工工業(yè)的大型化、規(guī)?；陌l(fā)展,罐區(qū)規(guī)模也在逐步擴大,如果發(fā)生泄漏,極易引發(fā)各類嚴重后果,其中蒸氣云爆炸就是常見事故,科學分析事故的嚴重程度和影響范圍,對于事故預防、控制、應急預案的制定以及重大危險源監(jiān)控,從而減少事故帶來的損失都有重大意義。

1 氯乙烯簡介

氯乙烯(VCM)是化工行業(yè)中常用的生產(chǎn)原料和產(chǎn)品,為無色、易液化氣體,沸點 -13.9℃,臨界溫度 142℃,它與空氣形成爆炸性混合物,爆炸極限4%～22%(體積分數(shù)),在壓力下更易爆炸,屬于甲類可燃氣體,液化氯乙烯屬于甲 A類可燃物質[1],主要用于合成聚氯乙烯(PVC),此外還可用于生產(chǎn)1,1-二氯乙烯和用作氯化溶劑。

2 蒸氣云爆炸模型介紹

目前常用計算蒸氣云爆炸的模型為超壓—沖量準則和概率模型[2]推導而得的傷亡及財產(chǎn)損失模型。以下簡單介紹此模型的使用。超壓—沖量準則和概率模型推導而得的傷亡模型：

2.1 死亡區(qū)半徑計算

首先需要將參與蒸氣云爆炸的燃料質量換算TNT當量計算,見公式(1)：

式中：WTNT為蒸氣云的 TNT當量,kg;Wf為蒸氣云中燃料的總質量,kg;α為蒸氣當量系數(shù),0.04;Hc為構成蒸氣云的可燃氣的燃燒值,MJ/kg;QTNT為TNT的爆炸熱,一般取 4.52 MJ/kg。

死亡區(qū)內(nèi)的人員如缺少防護,則被認為將無例外地蒙受嚴重傷害或死亡,其內(nèi)徑為零,外徑記為R0.5,表示外圓周處人員因沖擊波作用導致出血而死亡的概率為 0.5,計算公式為：

其中：WTNT為蒸氣云的 TNT當量,kg。

2.2 重傷區(qū)半徑計算

重傷區(qū)內(nèi)的人員如缺少防護,則絕大多數(shù)將遭受嚴重傷害,極少數(shù)人可能死亡或受輕傷。其內(nèi)徑就是死亡半徑 R0.5,外徑記為 Rd0.5,代表該處人員因沖擊波作用耳膜破裂的概率為 0.5,它要求的沖擊波峰值超壓(P0)為 44 000 Pa。死亡半徑按照如下公式(3)計算：

2.3 輕傷區(qū)半徑計算

輕傷區(qū)內(nèi)的人員若缺少防護,則絕大多數(shù)人員將遭受輕微傷害,少數(shù)人員將受重傷或平安無事,死亡的可能性極小。其內(nèi)徑為重傷區(qū)外徑 Rd0.5,外徑記作 Rd0.01,表示該處人員因沖擊波作用耳膜破裂的幾率為 0.01,它要求的沖擊波峰值超壓 (P0)為17 000 Pa。輕傷半徑按照如下公式 (4)計算：

2.4 財產(chǎn)損失半徑計算

財產(chǎn)損失依據(jù)在蒸氣云爆炸時其產(chǎn)生的沖擊波對其周邊附近的房屋的破壞程度來進行計算,計算公式見公式(5)：

式中,K為常量,按破壞程度的 A、B、Cb、Ca、D級分別取值如下表 1。

表 1 磚石房屋破壞程度與 K取值

3 氯乙烯蒸氣云爆炸實例分析

為了研究氯乙烯發(fā)生泄漏發(fā)生蒸氣云爆炸的傷亡和財產(chǎn)損失半徑的規(guī)律,以下采用超壓—沖量準則和概率模型對泄漏不同體積量的氯乙烯進行蒸氣云爆炸后果模擬計算并進行橫向比較。

氯乙烯泄漏量選用 5、10、20、50、100 m3帶壓常溫液態(tài)氯乙烯,初始條件設定為：大氣壓強：P= 101 325 Pa;R=8.314;環(huán)境溫度：300 K;經(jīng)過計算,結果如表 2所示,并且根據(jù)以上計算結果,將數(shù)據(jù)按照不同的傷害和破壞程度進行做圖,并對其進行擬合。

表 2 不同體積氯乙烯發(fā)生泄漏引發(fā)蒸氣云爆炸造成的傷亡和財產(chǎn)損失半徑一覽表

4 結論

從計算與分析可以得出：①氯乙烯泄漏后發(fā)生蒸氣云爆炸所導致的傷害與破壞后果與泄漏量有關,并且根據(jù)擬合方程可知,后果與泄漏量呈指數(shù)型關系;②根據(jù)各種傷害和破壞半徑推導出的擬合方程,其相關系數(shù)接近 1,可以依照得出的擬合方程見表 3,可以快速簡捷地計算出氯乙烯泄漏不同體積量后發(fā)生蒸氣云爆炸的破壞半徑。

表 3 蒸氣云爆炸傷害及破壞半徑擬合方程

TQ019

A

1003-3467(2010)16-0058-02

2010-07-21

胡婷婷(1982-),女,碩士,主要從事化工安全研究;聯(lián)系人：宋建池,電話：13838363706。