關于危險化學品火災爆炸事故危害范圍的探討

朱明輝 武成杰 徐敏 劉超

摘 要：本文結合近年來幾起重大危險化學品火災爆炸事故的相關數據，通過數值模擬的方式對化學危險品火災爆炸事故中存在的震爆傷害、熱輻射傷害、次生化學災害等殺傷破壞因素的危害范圍進行了探討，所得結論可以為相關部門實施救援行動提供理論支持。

關鍵詞：危險化學品 火災爆炸事故 危害范圍

中圖分類號：X928.7 文獻標識碼：A 文章編號：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

隨著社會經濟的快速發展，我國已成為危險化學品生產和使用的大國，但是危險化學品事故也不斷頻發。其中，尤以危險化學品火災爆炸事故發生的概率高，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，天津港特大火災爆炸事故，造成165人死亡，8人失蹤，798人受傷，直接損失高達700億。這些事故嚴重危害了人民群眾的生命和財產安全，造成了巨大的經濟損失和社會影響。

危險化學品在生產、儲藏、運輸環節，以及遭恐怖襲擊都有可能發生火災爆炸，為減少傷亡需第一時間內疏散附近一定范圍內的居民，并及時給他們提供庇護的場所。事故期間，對民眾產生傷害的作用主要包括爆炸時沖擊波引起的震爆傷害及飛濺容器碎片引發的傷害、爆炸火球的熱輻射傷害、次生化學災害三大方面。本文中筆者通過對該類事故不同殺傷破壞因素進行數值模擬，探討了事故的危害范圍，以期對救援部門及時確定疏散范圍提供理論支持。

1 爆炸傷害的危害范圍分析

本節結合近年來發生的某起危險化學品火災爆炸事故案例的相關數據進行分析。

該起事故起火庫區內共儲存危險貨物7大類111種，共計11383.79t，參與爆炸的易燃易爆危險品品種繁雜、數量多，爆炸威力巨大，其爆炸實際威力經專業技術部門事后測算高達230～280t TNT。其爆炸沖擊波的危害效應可借鑒TNT當量法模型進行估算，具體公式如下。

爆炸物TNT當量的折算公式：

式中，WTNT為爆炸物的TNT當量（kg），W為可燃物質質量（kg），QV為可燃物的爆熱（kcal/kg），QTNT為TNT的爆熱（取1000kcal/kg）。

沖擊波超壓的計算公式：

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當量（kg）。

爆炸沖擊波的危害閾值主要考慮超壓。爆炸超壓對于無防護人員傷害閾值標準見表1。

參考該起事故數據，WTNT取280T，其危害邊界值的估算結果見表2。

參照表2，在該事故爆炸現場，沖擊波最大傷害半徑不超過500m，而現場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定為此類大型危險化學品儲存倉庫，估計所產生的危害后果應不大于該起近年來廣泛引起大家關注的火災爆炸事故。

綜上所述，在震爆傷害中，事故產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500m。

2 燃爆火球的危害范圍分析

對北京市石化類目標分析，可以發現絕大多數易燃爆的危化品多以高壓儲罐的形式存儲，一旦遭襲將導致體系突然卸壓迅速汽化，造成容器內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。沸騰液體擴展為蒸汽爆炸的能量主要來源于兩個方面：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，產生沖擊波并將容器破片拋向遠方；另一方面，液化氣劇烈燃燒釋放巨大熱能，產生巨大的火球和強烈的熱輻射。該類爆炸產生的破片和沖擊波雖也有一定的危害，但和爆炸產生的火球熱輻射危害相比，危害可以忽略，遠場情況尤其如此。

關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，筆者通過比對分析，選用了Greenberg和Cramer模型，并對其計算公式進行了修正，具體模型如下。

火球半徑計算公式：

式中，R為火球半徑（m），W為火球中消耗的可燃物質質量（kg）。

目標接受到的熱輻射通量的計算公式：

式中，q（r）為對目標的熱輻射通量（kW/m2），E為火球表面輻射通量（kW/m2，對于柱狀、臥式和立式儲罐，E取270 kW/m2；對于球罐，E取200kW/m2），r為火球半徑（m），R為目標與評價對象之間的地面水平距離（m）。

不同熱輻射通量的傷害效應見表3。

參照表3，依據熱輻射對人體的傷害程度，筆者將事故閾值分為重度、中度和輕度三級，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。依據不同傷害等級結合式（4）可算出相應邊界值。

本節以北京市6個大型油庫為評價對象進行分析。假設所有儲油量的20%頃刻間發生爆炸，并由此估算極端的危害范圍。六大商品油庫戰時遭襲可能產生的熱輻射傷害邊界如表4所示。

表4中估算數據均為開闊地域的理論計算值，屬于極端情況，而在實際生活中很難發生，受城市地形和建筑等多因素的制約，實際波及范圍肯定遠小于理論值。根據筆者估計，在城市中石油化工等易燃易爆類目標發生火災爆炸事故，爆炸火球所產生的熱輻射傷害半徑不會超過3000m，其中核心危害區半徑不超過2000m。

3 次生化學災害危害范圍分析

除了直接爆炸導致的震破傷害及爆炸火球所產生的熱輻射傷害外，危險化學品燃燒爆炸所產生的有毒有害云團，會隨著風向擴散，對下風方向的民眾造成傷害。在此影響范圍內的民眾，需要提前疏散和工程待蔽獲得防護。

爆炸產生的有毒有害物質隨著云團向下風方向的擴散過程可近似于危險化學品儲罐泄漏有害物質的擴散。本節即以北京某大型石化企業危險化學品相關調研數據為例，假設單個儲罐被恐怖襲擊的彈片擊穿，不考慮其爆炸過程，僅考慮其泄漏，可利用ALOHA[ALOHA是由美國化學制品突發事件和預備辦公室，國家海洋和大氣管理響應和恢復辦公室共同開發的程序。ALOHA包括了一個近1000種常用化學品的數據庫。信息包括化學品類型、意外事故位置、天氣情況，還有意外事故變量（存儲物料、泄漏孔尺寸、存儲壓力）等。該軟件采用的數學模型有高斯模型、DEGADIS重氣擴散模型、蒸氣云爆炸、BELEVE火球等成熟的計算模型]軟件估算其泄漏范圍。

具體假設情況為：溫度25℃，濕度50%，風速3m/s，大氣穩定度D，彈片擊穿裂縫近似為長方形，設定長30cm，寬10cm，地爆飛濺彈片按概率多集中在離地1～3m高，按照平時儲存量泄漏計算，目標附近為開闊地域。

計算結果見表5。

危險化學品燃燒爆炸所產生的有毒有害物質的擴散范圍是與當時風速、目標附近的地形地貌、環境的溫濕度以及有毒有害物質本身的性質有關聯的。根據表5計算結果分析，在開闊地域各泄漏物質的輕度濃度邊界范圍從138～7700m不等，考慮城市內高樓聳立的情況，擴散距離明顯受限，如按65%的衰減率計算，最遠擴散距離約為5000m。

4 結語

通過對危險化學品燃燒爆炸所產生的不同危害效應的分析，初步得出這樣的結論：當發生危險化學品燃燒爆炸的較大事故時，目標周圍方圓2km內的民眾應第一時間疏散轉移至安全待蔽場所實施防護；2～5km范圍內的民眾條件允許時視危害類型也需要考慮轉移待蔽。

本文通過模擬計算的方式對危險化學品火災爆炸事故危害范圍做了一定層面的探討，根據理論值所得結論可以為救援部門決策提供理論支持，但在具體行動時還需根據現場實際情況進行適度調整。

參考文獻

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