事故爆炸伤害半径 1.docx
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事故爆炸伤害半径 1.docx
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事故爆炸伤害半径1
生产装置重大泄漏事故原因分析及灾害后果模拟计算
1、泄漏事故原因统计分析
根据建国以来化工系统所发生的59起重大及典型泄漏事故的实际情况,从五方面对事故原因进行了分类,见表1。
表1重大及典型泄漏事故原因分类
泄漏
原因
工艺
技术
设备、材料
本身原因
人为
因素
外来
因素
其他
事故次数
6
23
22
6
2
百分比(%)
10.17
38.98
37.29
10.17
3.39
(1)工艺技术
工艺路线设计不合理,操作中关键参数控制要求不严格。
(2)设备、材料本身原因
设备本身缺陷,材料及安装质量未达到标准要求;生产、制造过程中不按照有关规定进行;材料选择不符合标准。
(3)人为因素
违章操作、误操作、缺少必要的安全生产和岗位技能知识;工作责任心不强。
(4)外来因素
外来物体的打击、碰撞。
(5)其他因素
不属于以上四种原因之一。
从以上统计可以看出,泄漏事故的发生主要是因为设备等产品的质量不过关,职工不按操作规程进行操作和安全生产意识不强等主要原因造成的。
针对这些原因,企业应加强产品质量的检查和验收,积极开展安全生产及岗位操作技能教育,真正做到岗前培训,持证上岗。
2、典型事故案例分析
本节通过列举案例,分析类似事故,找出可能造成系统故障、物质损失和人员伤害的危险因素,防患于未然。
【案例一】1000m3气柜爆炸
发生日期:
1979年7月9日
发生单元:
河北省大城化肥厂
经济损失:
14万元
(1)事故经过:
7月9日中午12时许,全厂断电,造气停车。
当时造气工段1号炉正作吹风,2号炉作下吹,气柜存半水煤气400m3。
停车前作最后一次半水煤气分析成分合格。
此时发现1号煤气炉有倒气现象,为防止发生炉口爆炸,于下午2时左右,将气柜出口水封放空阀打开,将气柜内半水煤气放掉,下午4时气柜钟罩已落底。
这时操作工又将1号洗气塔放空阀打开,作进一步系统卸压,各工段均处于停车状态,各工段只留下1~2名工人值班,到下午6时55分气柜突然发生爆炸。
气柜周边撕裂,顶盖升至高空约40m,落至距气柜中心14m远处,将围墙砸塌10m多长。
气柜爆炸的同时,造气工段2号洗气塔顶盖亦被炸坏,打出33m。
没有造成人身伤亡。
(2)原因分析:
①可燃性气体存在:
虽然气柜已放空,气柜钟罩已落底,但钟罩球形顶部尚残存60多M3水煤气,洗气塔及煤气管道中也残存40多M3的半水煤气,在这100M3半水煤气中含有大量的CO与H2可燃性气体;②空气的混入:
由于气柜出口水封放空阀与洗气塔放空阀均已打开,使系统与空气连通,当系统内有压力时,半水煤气自系统排向大气,但自9日中午起就连续下大雨,气温下降很快,容器管道内残存的半水煤气温度也明显下降,致使气柜形成负压,由放空阀将空气吸入气柜,酿成爆炸条件。
③火源引入:
因1号洗气塔排污闸阀密封不严,较长时间的停车使水泄漏较多,水封失去作用,使造气炉与洗气塔、管道、气柜成为连通体,炉体火源引入气柜,引起爆炸。
(3)教训:
①停车时必须由造气工段长负责检查设备(包括各种阀门)、工艺情况;②放空阀卸压后要及时关闭,避免空气混入;③防止停车后气柜煤气倒回、炉口爆炸,可使气柜进口水封加水和洗气塔、洗气箱水保持溢流。
【案例二】违章作业致使1000m3半水煤气柜爆炸
发生日期:
1977年9月29日
发生单位:
陕西省西安氮肥厂
经济损失:
10.4万元
(1)事故经过:
9月29日零点40分左右,值班调度员按照主管生产领导的指示,向造气车间工长下达开2号炉的命令,并明确指出:
“造气开始先放空,待气体合格后方能送入煤气柜”。
但操作工严重不负责任,违章作业。
在开车前根本不作检查就谎报:
“一切正常”。
并通知自动机岗位开车。
在上、下行煤气阀操纵杆处于错误位置时,进入吹风升温,致使大量空气走短路进入气柜,氧含量由1.0%急剧增至9.0%。
在未明情况时又违章作业,从洗气塔底部将不合格气体排空,造成半水煤气倒流,引起洗气塔爆炸和1000m3气柜的连续爆炸事故。
气柜螺旋轨道滑轮和钟罩壁轨道损坏,钟罩全部变形,中心管压断,水泥水封槽局部震漏,洗气塔顶盖炸坏,内部填料震掉。
(2)原因分析:
工作不负责任,忽视安全生产,一再违章作业。
上行煤气阀应开未开,下行煤气阀应关未关,致使空气走短路进入气柜。
而且不查明情况又处理失误。
违章作业,从洗气塔底部放空,造成煤气倒流。
由于煤气中氧含量增高,在倒流时流速高,产生静电,引起洗气塔和气柜先后爆炸。
(3)教训:
操作工应严格执行操作规程,造气炉开车,气体成分不合格不能入气柜,只能先放空。
厂里应加强对职工进行遵章守纪教育。
生产时一定要服从命令听指挥,不能自行其是,提高重视安全生产的自觉性。
职工应加强业务学习提高处理问题的能力。
【案例三】气柜泄漏违章指挥用空气置换并动火引起爆炸
发生日期:
1973年3月6日
发生单位:
四川省雅安地区氮肥厂
经济损失:
11.9万元
(1)事故经过:
气柜使用中,钟罩圆柱部位发现一个砂眼漏气,因此于1973年3月6日下午停车,将钟罩降低,进行补焊。
补焊前,钟罩内的半水煤气用空气进行了置换,但未经化验分析置换情况,有关人员就盲目指挥焊工动火,顿时就发生了剧烈爆炸。
气柜的3根导轨脱落,另5根导轨变形,钟罩顶部凹下,圆壳体全部变形。
钟罩落入水槽,并在下落时,被煤气进口管抵穿。
(2)原因分析:
①不用惰性气体,而用空气置换半水煤气,是违反安全规定的错误做法。
②置换后不经化验分析,就盲目指挥动火,是一起典型的不科学的瞎指挥行为。
(3)教训:
①必须用惰性气体,置换煤气,再用空气置换惰性气体。
②动火前必须分析,焊工有权拒绝不符合安全规定的指令。
③领导必须尊重科学,不能瞎指挥。
【案例四】1992年4月8日,唐山市迁西县津西铁厂对长12米,宽8米,高6米的厂煤气加压风机进行室内维修时,加压站班长未详细了维修情况,就向竖炉送气,致使煤气大量泄漏,造成死亡1人,重度中毒6人,轻度中毒3人的急性一氧化碳中毒事故。
【案例五】浙江慈溪化肥厂氨气中毒
(1)事故概况及经过
1982年1月19日12时40分,浙江省溪化肥厂冷冻岗位,因女工玩耍踩断氨管致3人氨气中毒死亡。
1月19日12时,该厂临时停车期间,合成车间4名女工在清扫完卫生后到冷冻岗位室外晒太阳时,其中1名分析工双脚踩氨油分离器进液管上上下下跳动玩耍,不慎将进液阀门连接管丝扣踩断,致使大量氨从断管处外泄,4人中除1人逃离外,其余3人均中昏倒,经抢救无效而死亡。
(2)事故原因分析
①管接头选材不符合设计要求,以铸造铁件代替钢件。
②原设计该管道离地1.9米,因分离效果不好,经两次修改后,该管距地260毫米,使用砖块作支撑。
1981年12月26日在拆除液氨贮槽危棚时,有人将砖头撤去,致使该管悬空。
③踩断管线的女分析工违反有关规定,在工作时间内踩在生产管道上跳着玩。
④因当时更换合成大槽,冷冻系统的4个阀门(平衡阀、冷却排管进出口阀、液氨贮槽进口阀)全部呈开启状态,致在氨油分离器平衡管根部断裂后,大量液氨从氨油分离器、液氨贮槽和冷却排管内排出,而扩大了事故。
⑤有关人员违反国务院颁布发的有关规定,将位于冷冻岗位室外西侧的安全通道堆放大量电气杂物,把通道堵死,致使2名分析工受阻而中毒死亡。
(3)防止同类事故的措施
①对氨系统进行全面检查,更换材质不符合要求的管阀件。
②对各种管道支架进行检查,没有的均补装铁件或水泥件支架。
③疏通厂内应设有安全通道。
④停车检修期间对贮存有毒、易燃、易爆介质的容器场所周围设置防护栏并悬挂醒目的安全标志。
3、火灾、爆炸伤害模型及伤害—破坏半径的计算
3.1火灾、爆炸伤害模型
易燃危险物质贮存区最大的火灾爆炸风险是燃烧、爆炸,其伤害模型一般有两种:
一种是蒸气云爆炸(VCE)模型;一种是沸腾液体扩展蒸气爆炸(BLEVE)模型。
前者为爆炸型,后者为火灾型。
3.1.1蒸气云爆炸(VCE)模型分析计算
(1)蒸气云爆炸(VCE)模型
当爆炸性气体储存在贮槽内,一旦泄漏,遇到延迟点火则可能发生蒸气云爆炸,如果遇不到火源,则将扩散并消失掉。
用TNT当量法来预测其爆炸严重度。
其原理是这样的:
假定一定百分比的蒸气云参与了爆炸,对形成冲击波有实际贡献,并以TNT当量来表示蒸气云爆炸的威力。
其公式如下:
WTNT=
式中WTNT——蒸气云的TNT当量,kg;
β——地面爆炸系数,取β=1.8;
A——蒸气云的TNT当量系数,取值范围为0.02%~14.9%;
Wf——蒸气云中燃料的总质量:
kg;
Qf——燃料的燃烧热,kJ/kg;
QTNT——TNT的爆热,QTNT=4120~4690kJ/kg。
(2)水煤气储罐蒸气云爆炸(VCE)分析计算
由于合成氨生产装置使用的原料水煤气为一氧化碳与氢气混合物,具有低闪点、低沸点、爆炸极限较宽、点火能量低等特点,一旦泄漏,极具蒸气云爆炸概率。
若水煤气储罐因泄漏遇明火发生蒸气云爆炸(VCE),设其贮量为70%时,则为2.81吨,则其TNT当量计算为:
取地面爆炸系数:
β=1.8;
蒸气云爆炸TNT当量系数,A=4%;
蒸气云爆炸燃烧时燃烧掉的总质量,
Wf=2.81×1000=2810(kg);
水煤气的爆热,以CO30%、H243%计(氢为1427700kJ/kg,一氧化碳为10193kJ/kg):
取Qf=616970kJ/kg;
TNT的爆热,取QTNT=4500kJ/kg。
将以上数据代入公式,得
WTNT==27739(kg)
死亡半径R1=13.6(WTNT/1000)0.37
=13.6×27.740.37
=13.6×3.42=46.5(m)
重伤半径R2,由下列方程式求解:
△P2=0.137Z2-3+0.119Z2-2+0.269Z2-1-0.019
Z2=R2/(E/P0)1/3
△P2=△PS/P0
式中:
△PS——引起人员重伤冲击波峰值,取44000Pa;
P0——环境压力(101300Pa);
E——爆炸总能量(J),E=WTNT×QTNT。
将以上数据代入方程式,解得:
△P2=0.4344
Z2=1.07
R2=1.07×(27739×4500×1000/101300)1/3
=1.07×107=115(m)
轻伤半径R3,由下列方程式求解:
△P3=0.137Z3-3+0.119Z3-2+0.269Z3-1-0.019
Z3=R3/(E/P0)1/3
△P3=△PS/P0
式中:
△PS——引起人员轻伤冲击波峰值,取17000Pa。
将以上数据代入方程式,解得:
△P3=0.168,Z3=1.95
轻伤半径R3=209(m)
3.1.2沸腾液体扩展蒸气爆炸(BLEVE)模型分析计算
(1)沸腾液体扩展蒸气爆炸(BLEVE)模型
液态存贮的易燃液化气体突然瞬间泄漏时,立即遇到火源就会发生剧烈的燃烧,产生巨大的火球,形成强烈的热辐射,此种现象称为沸腾液体扩展蒸气爆炸,简称BLEVE。
沸腾液体扩展蒸气爆炸的主要危险是强烈的热辐射,近场以外的压力效应不重要。
其火球的特征可用国际劳工组织(ILO)建议的蒸气爆炸模型来估算。
火球半径的计算公式为:
R=2.9W1/3
式中R——火球半径,m;
W——火球中消耗的可燃物质量,kg。
对单罐储存,W取罐容量的50%;双罐储存;W取罐容量的70%;多罐储存,取W为罐容量的90%。
(2)液氨储罐沸腾液体扩展蒸气爆炸(BLEVE)模型分析计算
由于生产装置液氨贮罐区的液氨罐为多罐贮存,(共六只贮罐,其中三只50M3,三只100M3)最大库存量为250T。
氨比重约0.6,取100M3罐,则
由W=100×0.6×1000×90%=54000(kg)
代入式中,得到:
火球半径R=2.9(54000)1/3=109(m)
火球持续时间按下式计算:
t=0.45W1/3
式中:
火球持续时间,单位为S.
将数据代入式中,得到:
t=0.45×(54000)1/3=17(s)
目标接收到热辐射通量的计算,按下式计算:
q(r)=q0R2r(1-0.058Inr)/(R2+r2)3/2
式中:
r——目标到火球中心的水平距离,m;
q0——火球表面的辐射通量,W/m2。
对柱形罐取270kW/m2,球形罐取200kW/m2。
R——火球半径,m。
R=109m。
有了热辐射q(r),即可求不同伤害、破坏时的热通量及其半径。
下面求不同伤害时的热通量:
死亡可根据下式计算:
Pr=-36.38+2.56In(tq14/3)
式中:
Pr=5
t——火球持续时间,取t=17s。
解得q1=21985W/m2。
重伤可根据下式计算:
Pr=-43.143+3.0188In(tq24/3)
解得q2=18693W/m2。
轻伤可根据下式计算:
Pr=-39.83+3.0188In(tq34/3)
解得q3=8207W/m2。
通过q1、q2、q3可以求得对应的死亡半径R1、重伤半径R2及轻伤半径R3。
(由于此方程式难以手算解出,故省略)。
(3)小结
通过计算,如果贮存区液氨储罐发生扩展蒸气爆炸,火球半径为109m。
将可能造成其他贮罐的连锁火灾和爆炸,造成灾难性的破坏。
3.2泄漏中毒事故的危害
3.2.1液氨泄漏中毒事故的模拟计算
液氨贮存区最大贮存量为250T,假设有1T泄漏量,对蒸发成蒸气扩散造成的危害进行模拟计算。
(1)液态气体蒸气体积膨胀计算
在标准状态下(0℃,1013Mpa),1摩尔气体占有22.4升体积。
根据液态气体的相对密度,由下式可计算出它们气化后膨胀的体积:
V——膨胀后的体积(升)
V0——液态气体的体积(升)
D0——液态气体的相对密度(水=1)
M——液态气体的的分子量
将液氨有关数据代入上式,由D0=0.597,M=17.03得到
即液态氨若发生泄漏迅速气化,其膨胀体积为原液态体积的785倍。
(2)液态气体扩散半径模拟计算
液态气体泄漏后在高温下迅速气化并扩散,在一定泄漏量范围内,且液态气体比重大于空气,沿地面能扩散到相当远的地方,可模拟为半椭圆形,其短轴与长轴之比将随着扩散半径的增大而减少,可由下式计算:
式中:
V——液态气体膨胀后体积;
ρ——液态气体在空气中的浓度;
κ——椭圆形短轴与长轴之比,即K=h/R。
根据我国《工作场所有害因素职业接触限值》(GBZ2-2002)查得:
液氨在工作场所空气中时间加权平均容许浓度20mg/m3;短时间接触容许浓度30mg/m3,其在空气中体积浓度换算为:
ρ=26.3×10-6和ρ=39.5×10-6。
假设泄漏液氨的量为1000kg,其可能发生中毒事故的浓度区域半径计算如下:
取液氨体积V0=1/0.597=1.68m3
ρ=26.3×10-6K=0.10
计算:
从计算结果可知:
当泄漏1000kg液氨气化成蒸气时可能发生中毒浓度的区域半径为621m,即0.621公里,因此,其扩散时的可能发生中毒浓度的区域面积:
S=π×R2=3.14×0.6212=1.21(平方公里)
3.2.2水煤气泄漏事故的模拟计算
根据我国《工作场所有害因素职业接触限值》(GBZ2-2002)查得:
水煤气(即一氧化碳)时间加权平均容许浓度20mg/m3;短时间接触容许浓度30mg/m3。
经换算,分别为ρ=16×10-6和ρ=24×10-6。
水煤气贮罐总容积5000M3,设若泄漏量为100M3,取ρ=16×10-6,K=0.1则计算如下:
=310(M)
S=π×R2=3.14×310=301754M2
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