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(xué)化工與能源學(xué)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(xué)化工與能源學(xué)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(chǔ)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(jìn)行了估算,分析泄漏量與傷害和破壞半徑間的關(guān)系并擬合方程,為化工生產(chǎn)企業(yè)和安監(jiān)部門制定應(yīng)急救援預(yù)案和日常防范提供科學(xué)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(shè)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(xué)品。隨著化工工業(yè)的大型化、規(guī)模化的發(fā)展,罐區(qū)規(guī)模也在逐步擴(kuò)大,如果發(fā)生泄漏,極易引發(fā)各類嚴(yán)重后果,其中蒸氣云爆炸就是常見事故,科學(xué)分析事故的嚴(yán)重程度和影響范圍,對于事故預(yù)防、控制、應(yīng)急預(yù)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(diǎn) -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?jǐn)?shù)),在壓力下更易爆炸,屬于甲類可燃?xì)怏w,液化氯乙烯屬于甲 A類可燃物質(zhì)[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(zhǔn)則和概率模型[2]推導(dǎo)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(zhǔn)則和概率模型推導(dǎo)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(zhì)量換算TNT當(dāng)量計算,見公式(1)：

式中：WTNT為蒸氣云的 TNT當(dāng)量,kg;Wf為蒸氣云中燃料的總質(zhì)量,kg;α為蒸氣當(dāng)量系數(shù),0.04;Hc為構(gòu)成蒸氣云的可燃?xì)獾娜紵?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(hù),則被認(rèn)為將無例外地蒙受嚴(yán)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(dǎo)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(dāng)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(hù),則絕大多數(shù)將遭受嚴(yán)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(hù),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(jìn)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(zhǔn)則和概率模型對泄漏不同體積量的氯乙烯進(jìn)行蒸氣云爆炸后果模擬計算并進(jìn)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(shè)定為：大氣壓強(qiáng)：P= 101 325 Pa;R=8.314;環(huán)境溫度：300 K;經(jīng)過計算,結(jié)果如表 2所示,并且根據(jù)以上計算結(jié)果,將數(shù)據(jù)按照不同的傷害和破壞程度進(jìn)行做圖,并對其進(jìn)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(jié)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(dǎo)致的傷害與破壞后果與泄漏量有關(guān),并且根據(jù)擬合方程可知,后果與泄漏量呈指數(shù)型關(guān)系;②根據(jù)各種傷害和破壞半徑推導(dǎo)出的擬合方程,其相關(guān)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。