【文章內(nèi)容簡介】 泄漏概率主要來源于事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)，泄漏的部位主要有：容器、管道、壓縮泵、閥門、連接件等。由于我國缺乏在工業(yè)泄露的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，一般采取國外的統(tǒng)計數(shù)據(jù)進(jìn)行研究。（DNC）在2005年公布的統(tǒng)計數(shù)據(jù)[3]。 基礎(chǔ)泄漏概率泄漏部位泄漏方式泄露概率數(shù)據(jù)來源容器泄漏孔徑1mm泄漏孔徑10mm泄漏孔徑50mm整體破裂整體破裂（壓力容器）DNVCrossthwaite et alCrossthwaite et alCrossthwaite et alCOVO Study內(nèi)徑50mm的管道泄漏孔徑1mm全管徑泄漏DNVCOVO Study50mm＜內(nèi)徑150mm的管道泄漏孔徑1mm全管徑泄漏DNVCOVO Study內(nèi)徑150mm的管道泄漏孔徑1mm全管徑泄漏DNVCOVO Study根據(jù)前面建立的事件樹模型，可以計算出各種事故后果的概率。根據(jù)《石化裝置定量風(fēng)險評估指南》，點火總概率為()式中：m——泄漏質(zhì)量流速。氣體延遲點火概率為()液體延遲點火概率為()氣體立即點火概率為()液體立即點火概率為() 氫氣泄漏定量風(fēng)險評價模型加壓的易燃物一旦從容器、管道等設(shè)備泄漏出來時會形成噴射流，如果在泄漏裂口遇到點火源，將會形成噴射火[9]。噴射火對周圍人員、設(shè)備、環(huán)境造成的主要危害為火焰的沖擊和熱輻射。若噴射火發(fā)生在儲罐區(qū)，產(chǎn)生的熱輻射有可能使周圍儲罐發(fā)生火災(zāi)或爆炸。因此計算噴射火的尺寸和熱輻射情況，可以為事故預(yù)防。工業(yè)安全方面提供可靠依據(jù)。常用的噴射火的模型有“單點源”模型、“多點源”模型和“圓錐體模型”，本文采用“單點源”模型，假設(shè)噴射火的火焰形狀呈圓錐狀，并用泄漏處到火焰長度的4/5處的點源模型定量計算[1]。1. 泄漏速率 氣體從容器破裂口泄漏的速度與其流動的狀態(tài)有關(guān)，因此計算泄漏量時所先要判斷泄漏時氣體的流動速度屬于音速還是亞音速流動[4]。 當(dāng)時，氣體流動屬于音速流動； 當(dāng)時，氣體流動屬于亞音速流動。音速流動的氣體泄漏質(zhì)量流速為：()亞音速流動的氣體泄漏質(zhì)量流速為：()式中：m——氣體泄漏的質(zhì)量流速，kg/s； P——容器內(nèi)介質(zhì)的壓力，Pa； ——環(huán)境壓力，Pa；A——為泄漏口面積，取泄漏管徑的20%； M——氣體摩爾質(zhì)量，Kg/mol； T——氣體溫度，K； R——氣體常數(shù)，； K——氣體的絕熱指數(shù)；——泄漏液體系數(shù)，[16]；Y——流出系數(shù)。2. 火焰長度噴射火的火焰長度與泄漏質(zhì)量流速和泄漏物質(zhì)的燃燒熱有關(guān)，可用如下方程計算：()式中：R——火焰長度，m； ——氫氣的燃燒熱，J/kg。3. 目標(biāo)接收熱輻射強度距離噴射火火焰點源為L(m)處接收到的熱輻射通量可用下式表示：()式中：q——距離L處接收的熱輻射的通量() f——熱輻射率，； ——大氣傳輸率。大氣傳輸率計算方式如下：()4. 熱輻射傷害 熱輻射是熱傳播的主要方式，火災(zāi)主要通過熱輻射的方式破壞周圍目標(biāo)，包括人員、設(shè)備、建筑物、木材等。當(dāng)熱輻射強度足夠大時，可使周圍的設(shè)備變形或燃燒，甚至造成人員傷亡等。預(yù)測噴射火的熱輻射強度必須知道熱輻射的破壞準(zhǔn)則，本文采用熱通量準(zhǔn)則，熱通量準(zhǔn)則中熱通量作為唯一參數(shù)來判斷目標(biāo)是否被破壞，當(dāng)目標(biāo)接收熱通量小于目標(biāo)破壞所需的臨界熱通量時，目標(biāo)不被破壞；否則，目標(biāo)被破壞。熱通量準(zhǔn)則適用于：目標(biāo)達(dá)到熱平衡所用時間比熱通量所用時間長。通過上述公式的推算，計算相應(yīng)熱輻射強度的傷害半徑，[14]。熱輻射強度傷害半徑/m對設(shè)備的損傷對人的傷害操作設(shè)備全部損壞1%死亡/10s100%死亡/1min25在無火焰、長時間輻射下。木材燃燒的最小能量重大燒傷/10s100%死亡/1min有火焰時，木材燃燒，塑料融化的最小能量一度燒傷/10s1%死亡/1min20s以上感覺疼痛，未必起泡長時間輻射無不舒服感覺從表中可看出，熱輻射強度較小時，不會瞬間致人死亡或重傷，人們可以從火災(zāi)現(xiàn)場逃離或掩蔽起來。氫氣泄漏后會在泄漏源形成氣團(tuán)，氣團(tuán)在大氣中的擴(kuò)散可連續(xù)型煙羽模型對液氨儲罐中氨氣泄露擴(kuò)散區(qū)域進(jìn)行計算，而高斯模型是三維擴(kuò)散模型，為了便于觀察分析，截取有效源高度處（z軸固定），xy平面為研究對象，計算公式為：()式中： C(x，y，z)——連續(xù)排放時，形成穩(wěn)定的流場后，某地點(x，y，z)的氫氣的濃度，kg/m3； Q——連續(xù)排放時氨氣的質(zhì)量流量，kg/s； U——風(fēng)速，m/s； y，z——側(cè)風(fēng)向、垂直風(fēng)向擴(kuò)散系數(shù)； x——下風(fēng)向距離，m； y——側(cè)風(fēng)向距離，m； z——垂直風(fēng)向距離，m。查得東北地區(qū)的大氣穩(wěn)定度一般為D型，再根據(jù)《石化裝置定量風(fēng)險評估指南》查得大氣穩(wěn)定度為D型時，所對應(yīng)的擴(kuò)散參數(shù)為：()()將，的表達(dá)式，泄漏時的平均風(fēng)速、泄漏量代入高斯擴(kuò)散煙羽模型，根據(jù)煙羽模型擴(kuò)散公式，就可以畫出在加氫反應(yīng)器發(fā)生泄漏后，氫氣的擴(kuò)散范圍圖。 裝有液化氣體的容器和設(shè)備當(dāng)處于外部火焰烘烤、機(jī)械失效或受到撞擊等時，容器和設(shè)備有可能突然破裂，罐內(nèi)外的壓力平衡被突然破壞，液化氣體急劇氣化，大量的氣化的氣體釋放出來，并立即被外部火焰點燃就會產(chǎn)生沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸(BLEVE)，產(chǎn)生巨大的火球。加氫反應(yīng)器在外部火焰的烘烤下，也會產(chǎn)生沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸。5. 火球直徑火球直徑計算公式為： ()式中： R——火球直徑，m； W——火球中消耗的可燃物質(zhì)量，kg。對于單罐儲存，W取罐容量的50%；對于雙罐儲存，W取罐容量的70%；對于多罐儲存，W取罐容量的90%。6. 火球持續(xù)時間 火球持續(xù)時間按下式計算： ()式中：t——火球持續(xù)時間，s； W——火球消耗的可燃物質(zhì)量，kg。 7. 火球抬升高度火球在燃燒時，將抬升到一定的高度?；鹎蛑行狞c距離地面的高度H由下式計算：()8. 死亡、重傷、輕傷熱通量死亡熱通量： ()重傷熱通量： ()輕傷熱通量： ()式中：——傷害概率，按人員傷害概率為時，傷害百分?jǐn)?shù)為50計，死亡、重傷、輕傷都以百分?jǐn)?shù)50定義?！邮艿降臒嵬俊?. 死亡、重傷、輕傷半徑 目標(biāo)接收到的熱通量可由下式獲得，將死亡、重傷、輕傷熱通量帶入下式即可算得相應(yīng)半徑：()式中：為死亡、重傷、輕傷熱通量。 ——火球表面的輻射通量，單位為；對于柱形罐取270 ，對于球形罐取200 ； R——火球當(dāng)量半徑，m。r——目標(biāo)到火球中心的距離，m。%~%，氫氣泄漏后與空氣混合物達(dá)到爆炸下限時遇到點火源很容易發(fā)生蒸氣云爆炸事故。蒸氣云爆炸的主要危害是沖擊波超壓，沖擊波超壓可通過常用的的TNT當(dāng)量系數(shù)法進(jìn)行傷害范圍評價，將爆炸產(chǎn)生的爆炸總能量等價于一定質(zhì)量的TNT爆炸所產(chǎn)生的能量，評價結(jié)果比較直觀、可靠。10. TNT當(dāng)量氫氣發(fā)生蒸氣云爆炸的TNT當(dāng)量可以由下式得到：()式中：——TNT當(dāng)量，kg；a——TNT當(dāng)量系數(shù)，推薦；——氫氣蒸氣云總質(zhì)量，kg；——氫氣的高熱值，；——TNT的燃燒熱。若加氫反應(yīng)器內(nèi)所有氫氣泄漏，則由下式可以得到氫氣蒸氣云總質(zhì)量：()式中：k——單罐充裝系數(shù)；——氫氣的密度，；V——儲罐體積。11. 沖擊波超壓當(dāng)加氫反應(yīng)器發(fā)生蒸氣云爆炸時，爆炸能量以碎片能量、容器殘余變形能量和沖擊波能量3種形式向外釋放。碎片能量和容器殘余變形能量所消耗的能量較少，只占總爆破能量的3%一10%，而碎片模型由于碎片數(shù)量、能量、大小形狀等的計算有很多不確定參數(shù)，或很多參數(shù)都是經(jīng)驗值，計算也相對繁瑣，還需進(jìn)行深入研究，所以沒有對碎片模型進(jìn)行研究。而剩余的大部分爆炸能量產(chǎn)生強烈的空氣沖擊波[16]。沖擊波是一種不連續(xù)峰在介質(zhì)中的強擾動傳播，這個峰導(dǎo)致環(huán)境溫度、壓力、密度等介質(zhì)狀態(tài)發(fā)生跳躍式的突變，其傳播速度大于聲速，而空氣沖擊波是工業(yè)事故中最常見的形式。在大多數(shù)情況下，沖擊波的傷害、破壞作用是由超壓引起的，壓力超過周圍環(huán)境壓力即為超壓，超出的最大壓力為峰值超壓，峰值超壓有時候可以達(dá)到數(shù)十個大氣壓。沖擊波傷害、破壞作用準(zhǔn)則有：超壓準(zhǔn)則、沖量準(zhǔn)則、超壓一沖量準(zhǔn)則等，其中最常用的是超壓準(zhǔn)則。超壓準(zhǔn)則認(rèn)為，只要沖擊波超壓達(dá)到一定值，便會對目標(biāo)造成一定的傷害或破壞。 沖擊波超壓對人體的傷害作用/MPa傷害作用~輕微損傷~聽覺器官損傷或骨折~內(nèi)臟嚴(yán)重?fù)p傷或死亡大部分人員死亡 沖擊波超壓對建筑物的破壞作用/MPa傷害作用/MPa