關(guān)于危險(xiǎn)化學(xué)品火災(zāi)爆炸事故危害范圍的探討

朱明輝 武成杰 徐敏 劉超

摘 要：本文結(jié)合近年來(lái)幾起重大危險(xiǎn)化學(xué)品火災(zāi)爆炸事故的相關(guān)數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)值模擬的方式對(duì)化學(xué)危險(xiǎn)品火災(zāi)爆炸事故中存在的震爆傷害、熱輻射傷害、次生化學(xué)災(zāi)害等殺傷破壞因素的危害范圍進(jìn)行了探討，所得結(jié)論可以為相關(guān)部門(mén)實(shí)施救援行動(dòng)提供理論支持。

關(guān)鍵詞：危險(xiǎn)化學(xué)品 火災(zāi)爆炸事故 危害范圍

中圖分類號(hào)：X928.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）01（a）-0065-04

Abstract： This paper analyzes the hazard range of the explosive fire accident about dangerous chemical in different damage factors by numerical simulation.Some conclusions obtained can provide theoretical support for the relevant department in the rescue operation.

Key Words： Dangerous chemical；Explosive fier accident；Hazard range

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)已成為危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)和使用的大國(guó)，但是危險(xiǎn)化學(xué)品事故也不斷頻發(fā)。其中，尤以危險(xiǎn)化學(xué)品火災(zāi)爆炸事故發(fā)生的概率高，造成的影響大。如2013年11月28日，中石化東黃輸油管道發(fā)生泄漏爆炸特別重大事故，造成62人死亡，136人受傷；2015年8月12日，天津港特大火災(zāi)爆炸事故，造成165人死亡，8人失蹤，798人受傷，直接損失高達(dá)700億。這些事故嚴(yán)重危害了人民群眾的生命和財(cái)產(chǎn)安全，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。

危險(xiǎn)化學(xué)品在生產(chǎn)、儲(chǔ)藏、運(yùn)輸環(huán)節(jié)，以及遭恐怖襲擊都有可能發(fā)生火災(zāi)爆炸，為減少傷亡需第一時(shí)間內(nèi)疏散附近一定范圍內(nèi)的居民，并及時(shí)給他們提供庇護(hù)的場(chǎng)所。事故期間，對(duì)民眾產(chǎn)生傷害的作用主要包括爆炸時(shí)沖擊波引起的震爆傷害及飛濺容器碎片引發(fā)的傷害、爆炸火球的熱輻射傷害、次生化學(xué)災(zāi)害三大方面。本文中筆者通過(guò)對(duì)該類事故不同殺傷破壞因素進(jìn)行數(shù)值模擬，探討了事故的危害范圍，以期對(duì)救援部門(mén)及時(shí)確定疏散范圍提供理論支持。

1 爆炸傷害的危害范圍分析

本節(jié)結(jié)合近年來(lái)發(fā)生的某起危險(xiǎn)化學(xué)品火災(zāi)爆炸事故案例的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

該起事故起火庫(kù)區(qū)內(nèi)共儲(chǔ)存危險(xiǎn)貨物7大類111種，共計(jì)11383.79t，參與爆炸的易燃易爆危險(xiǎn)品品種繁雜、數(shù)量多，爆炸威力巨大，其爆炸實(shí)際威力經(jīng)專業(yè)技術(shù)部門(mén)事后測(cè)算高達(dá)230～280t TNT。其爆炸沖擊波的危害效應(yīng)可借鑒TNT當(dāng)量法模型進(jìn)行估算，具體公式如下。

爆炸物TNT當(dāng)量的折算公式：

式中，WTNT為爆炸物的TNT當(dāng)量（kg），W為可燃物質(zhì)質(zhì)量（kg），QV為可燃物的爆熱（kcal/kg），QTNT為T(mén)NT的爆熱（取1000kcal/kg）。

沖擊波超壓的計(jì)算公式：

式中，Pa為沖擊波超壓（Pa），R為距爆炸中心的距離（m），WTNT為爆炸物的TNT當(dāng)量（kg）。

爆炸沖擊波的危害閾值主要考慮超壓。爆炸超壓對(duì)于無(wú)防護(hù)人員傷害閾值標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

參考該起事故數(shù)據(jù)，WTNT取280T，其危害邊界值的估算結(jié)果見(jiàn)表2。

參照表2，在該事故爆炸現(xiàn)場(chǎng)，沖擊波最大傷害半徑不超過(guò)500m，而現(xiàn)場(chǎng)可尋的爆炸飛濺的較大集裝箱殘片涉及范圍約為1200m。假如危害品爆炸事故設(shè)定為此類大型危險(xiǎn)化學(xué)品儲(chǔ)存?zhèn)}庫(kù)，估計(jì)所產(chǎn)生的危害后果應(yīng)不大于該起近年來(lái)廣泛引起大家關(guān)注的火災(zāi)爆炸事故。

綜上所述，在震爆傷害中，事故產(chǎn)生的殺傷破壞范圍為方圓500～1200m，其中沖擊波殺傷破壞半徑通常不超過(guò)500m。

2 燃爆火球的危害范圍分析

對(duì)北京市石化類目標(biāo)分析，可以發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)易燃爆的危化品多以高壓儲(chǔ)罐的形式存儲(chǔ)，一旦遭襲將導(dǎo)致體系突然卸壓迅速汽化，造成容器內(nèi)蒸氣壓力驟升而引起爆炸，此類爆炸稱之為沸騰液體膨脹蒸汽爆炸。沸騰液體擴(kuò)展為蒸汽爆炸的能量主要來(lái)源于兩個(gè)方面：一方面，液化氣罐本身是高壓容器，它的突然破裂能夠釋放出巨大的能量，產(chǎn)生沖擊波并將容器破片拋向遠(yuǎn)方；另一方面，液化氣劇烈燃燒釋放巨大熱能，產(chǎn)生巨大的火球和強(qiáng)烈的熱輻射。該類爆炸產(chǎn)生的破片和沖擊波雖也有一定的危害，但和爆炸產(chǎn)生的火球熱輻射危害相比，危害可以忽略，遠(yuǎn)場(chǎng)情況尤其如此。

關(guān)于沸騰液體膨脹蒸汽爆炸有H.R.Greenberg和J.J.Cramer提出的模型，以及A.F.Roberts提出的模型，筆者通過(guò)比對(duì)分析，選用了Greenberg和Cramer模型，并對(duì)其計(jì)算公式進(jìn)行了修正，具體模型如下。

火球半徑計(jì)算公式：

式中，R為火球半徑（m），W為火球中消耗的可燃物質(zhì)質(zhì)量（kg）。

目標(biāo)接受到的熱輻射通量的計(jì)算公式：

式中，q（r）為對(duì)目標(biāo)的熱輻射通量（kW/m2），E為火球表面輻射通量（kW/m2，對(duì)于柱狀、臥式和立式儲(chǔ)罐，E取270 kW/m2；對(duì)于球罐，E取200kW/m2），r為火球半徑（m），R為目標(biāo)與評(píng)價(jià)對(duì)象之間的地面水平距離（m）。

不同熱輻射通量的傷害效應(yīng)見(jiàn)表3。

參照表3，依據(jù)熱輻射對(duì)人體的傷害程度，筆者將事故閾值分為重度、中度和輕度三級(jí)，閾值分別為重度傷害閾值7kW/m2，中度傷害閾值4.7kW/m2，輕度傷害閾值2.1 kW/m2。依據(jù)不同傷害等級(jí)結(jié)合式（4）可算出相應(yīng)邊界值。

本節(jié)以北京市6個(gè)大型油庫(kù)為評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行分析。假設(shè)所有儲(chǔ)油量的20%頃刻間發(fā)生爆炸，并由此估算極端的危害范圍。六大商品油庫(kù)戰(zhàn)時(shí)遭襲可能產(chǎn)生的熱輻射傷害邊界如表4所示。

表4中估算數(shù)據(jù)均為開(kāi)闊地域的理論計(jì)算值，屬于極端情況，而在實(shí)際生活中很難發(fā)生，受城市地形和建筑等多因素的制約，實(shí)際波及范圍肯定遠(yuǎn)小于理論值。根據(jù)筆者估計(jì)，在城市中石油化工等易燃易爆類目標(biāo)發(fā)生火災(zāi)爆炸事故，爆炸火球所產(chǎn)生的熱輻射傷害半徑不會(huì)超過(guò)3000m，其中核心危害區(qū)半徑不超過(guò)2000m。

3 次生化學(xué)災(zāi)害危害范圍分析

除了直接爆炸導(dǎo)致的震破傷害及爆炸火球所產(chǎn)生的熱輻射傷害外，危險(xiǎn)化學(xué)品燃燒爆炸所產(chǎn)生的有毒有害云團(tuán)，會(huì)隨著風(fēng)向擴(kuò)散，對(duì)下風(fēng)方向的民眾造成傷害。在此影響范圍內(nèi)的民眾，需要提前疏散和工程待蔽獲得防護(hù)。

爆炸產(chǎn)生的有毒有害物質(zhì)隨著云團(tuán)向下風(fēng)方向的擴(kuò)散過(guò)程可近似于危險(xiǎn)化學(xué)品儲(chǔ)罐泄漏有害物質(zhì)的擴(kuò)散。本節(jié)即以北京某大型石化企業(yè)危險(xiǎn)化學(xué)品相關(guān)調(diào)研數(shù)據(jù)為例，假設(shè)單個(gè)儲(chǔ)罐被恐怖襲擊的彈片擊穿，不考慮其爆炸過(guò)程，僅考慮其泄漏，可利用ALOHA[ALOHA是由美國(guó)化學(xué)制品突發(fā)事件和預(yù)備辦公室，國(guó)家海洋和大氣管理響應(yīng)和恢復(fù)辦公室共同開(kāi)發(fā)的程序。ALOHA包括了一個(gè)近1000種常用化學(xué)品的數(shù)據(jù)庫(kù)。信息包括化學(xué)品類型、意外事故位置、天氣情況，還有意外事故變量（存儲(chǔ)物料、泄漏孔尺寸、存儲(chǔ)壓力）等。該軟件采用的數(shù)學(xué)模型有高斯模型、DEGADIS重氣擴(kuò)散模型、蒸氣云爆炸、BELEVE火球等成熟的計(jì)算模型]軟件估算其泄漏范圍。

具體假設(shè)情況為：溫度25℃，濕度50%，風(fēng)速3m/s，大氣穩(wěn)定度D，彈片擊穿裂縫近似為長(zhǎng)方形，設(shè)定長(zhǎng)30cm，寬10cm，地爆飛濺彈片按概率多集中在離地1～3m高，按照平時(shí)儲(chǔ)存量泄漏計(jì)算，目標(biāo)附近為開(kāi)闊地域。

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

危險(xiǎn)化學(xué)品燃燒爆炸所產(chǎn)生的有毒有害物質(zhì)的擴(kuò)散范圍是與當(dāng)時(shí)風(fēng)速、目標(biāo)附近的地形地貌、環(huán)境的溫濕度以及有毒有害物質(zhì)本身的性質(zhì)有關(guān)聯(lián)的。根據(jù)表5計(jì)算結(jié)果分析，在開(kāi)闊地域各泄漏物質(zhì)的輕度濃度邊界范圍從138～7700m不等，考慮城市內(nèi)高樓聳立的情況，擴(kuò)散距離明顯受限，如按65%的衰減率計(jì)算，最遠(yuǎn)擴(kuò)散距離約為5000m。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)危險(xiǎn)化學(xué)品燃燒爆炸所產(chǎn)生的不同危害效應(yīng)的分析，初步得出這樣的結(jié)論：當(dāng)發(fā)生危險(xiǎn)化學(xué)品燃燒爆炸的較大事故時(shí)，目標(biāo)周?chē)綀A2km內(nèi)的民眾應(yīng)第一時(shí)間疏散轉(zhuǎn)移至安全待蔽場(chǎng)所實(shí)施防護(hù)；2～5km范圍內(nèi)的民眾條件允許時(shí)視危害類型也需要考慮轉(zhuǎn)移待蔽。

本文通過(guò)模擬計(jì)算的方式對(duì)危險(xiǎn)化學(xué)品火災(zāi)爆炸事故危害范圍做了一定層面的探討，根據(jù)理論值所得結(jié)論可以為救援部門(mén)決策提供理論支持，但在具體行動(dòng)時(shí)還需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行適度調(diào)整。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳雷，樊海賓.苯的蒸氣云爆炸傷害風(fēng)險(xiǎn)分析[J].西部探礦工程，2009，21（S1）：214-216.

[2] 青島安全工程研究院.石化裝置定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指南[M].北京：中國(guó)石化出版社，2007.

[3] 郭海鵬，李浩.液化蒸汽爆炸——火球?qū)θ梭w的傷害評(píng)價(jià)[J].世界海運(yùn)，2002，25（5）：17-18.

[4] 師立晨，多英全.重大事故危害閾值的探討[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2009，19（12）：51-56.