【文章內(nèi)容簡介】 。 火球迅速增大到最大 , 由于火球釋放的熱量使其內(nèi)部的液體蒸發(fā)而導致火球變輕并離開地面 , 直到將其內(nèi)部燃料燒完。在短短的燃燒過程中 , 火球可以釋放出大量的輻射能 , 而且會在比它本身大好幾倍的范圍內(nèi)引起人員傷亡和財產(chǎn)損失。因此 , 在對工藝容器或過熱可燃液體的儲存罐進行風險分析的時候 , 建立一個精確的火球熱輻射后果模型 , 以對其進行精確的定性定量分析具有重要的現(xiàn)實意義。 火球事故后果分析方法 目前，對火球的分析方法包括兩類： ? 一類是 靜態(tài)模型分析法 此方法將火球簡單地看為一件靜態(tài)事件 , 一個有固定的大小 , 在一個固定位置的火球以一個固定的速率釋放能量，而忽略了火球產(chǎn)生過程中的變化，從而使其分析結(jié)果產(chǎn)生偏差。 ? 一類是 動態(tài)模型分析法 此方法考慮到了火球本身所具有的產(chǎn)生、燃燒擴大、抬升以及最后消失的動態(tài)過程，從而能夠更加準確的對火球事故進行分析。 火球事故實例 某液化石油氣碼頭包括 3000 T 級液化石油氣專用碼頭和 12 臺容積為 100 m3 的臥式液化石油氣貯罐。液化石油氣是由丙烷、丁烷等碳氫化合物加壓液化的一種高熱值 (45144~ 45980 kJ/ kg) 的燃料。經(jīng)測定本港區(qū)的液化石油氣密度為 kg/ L。主要工藝設計參數(shù) : 設計壓力 11765 MPa, 設計溫度 50 oC, 充滿系數(shù) 85%, 安全泄壓閥定值 116 MPa。由于某次操作失誤，儲罐區(qū)的 1 個 100 m3 儲罐發(fā)生泄漏（泄漏百分比為 10%）并引發(fā)火球 , 對周圍人員及財產(chǎn)造成了重大的傷害。 火球靜態(tài)模型分析法 火球 半徑的計算公式為 ? 式中： R—— 火球半徑（ m）； W—— 火球中消耗的可燃物質(zhì)能量。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%。 132 .9RW?3 .1. 2 火球持續(xù)時間 的計算公式 ? 式中： t—— 火球持續(xù)時間； W—— 火球中消耗的可燃物質(zhì)的量。 130 . 4 5tW?3 .1. 3 目標 接受到的熱輻射通量的計算公式 ? 根據(jù)上式，就可以計算出火球周圍地區(qū)不同距離處的熱輻射通量值，從而確定熱輻射通量的分布。 ? 式中： q(r)—— 對目標的熱輻射通量（ kW/m2）； E—— 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 200 kW/m2； R—— 火球半徑； r—— 目標與評價對象之間的地面水平距離 。 32 2 2 2( ) (1 )/( ) ,q r ER r r R r rR? ? ?3 .1. 4 目標接受到的熱量的計算公式為 ? 式中： Q(r) —— 目標接受到的熱量（ J/m2）； q(r)—— 目標接受到的熱輻射通量。 ? 由上式可以看出，目標接受到的熱量與其接收到的熱輻射通量和暴露時間均成正比。暴露時間越長，則其接收到的熱量越多，受到的損傷也越大。 ( ) ( )Q r q r t?火球動態(tài)模型分析法步驟 140 . 9dtM? ? Martinsen 和 Marx對 TNO 的經(jīng)驗公式稍做修正之后 ,提出火球持續(xù)時間 td 為 ? 式中 M 為火球內(nèi)燃料質(zhì)量 , kg。 ? 帶入數(shù)據(jù)可以計算出火球的持續(xù)時間為。 火球 持續(xù)時間的計算 火球 直徑的計算 ? 火球直徑在增大階段持續(xù)變大 , 大概在 t= td/ 3 時直徑達到最大值 , 然后開始離地升空 , 一直到消散直徑都保持最大值不變 , 計算公式為： ? 在火球擴大階段，火球直徑與實踐的關系為： ? 在火球的穩(wěn)定階段，火球的直徑為： 。 113413m a x1( ) 8 . 6 6 4 。031( ) 5 . 8 。3dddD t M t t tD t D M t t t???13( ) 7 3 .2 2D t t? 火球中心到地面的高度 ? 火球在放大階段保持在地面上 , 而一旦火球直徑達到最大時火球就開始上升 , 即在穩(wěn)定燃燒階段內(nèi) , 火球中心以固定的速率從 處上升到離地面 處。 火球中心到地面的高度的計算公式為： m a x2Dm a x3 2Dm a x( ) 1( ) 。 0233 1( ) 。23ddddDtH t t tDtH t t t tt??? 火球在增大階段火球中心離地面的高度為： ? 火球在穩(wěn)定燃燒階段火球中心離地面的高度為： () 。 t s t s?13( ) 。0 t t s t s? 目標接受到的熱通量的計算 ? 目標接受到的熱通量是 火球表面熱輻射能 E( t ) , 火球和目標之間的 幾何視角系數(shù) F ( x, t ) 和 大氣傳輸率 S( x, t ) 的函數(shù)，即為 : ( , ) ( , ) ( , ) ()I xT S x t F x t E t?火球表面輻射能 ? 火球表面的熱輻射隨時間變化趨勢是在火球的增長階段保持最大值不變 , 而且是在 內(nèi)以固定的速率由最大值減小到 0, 即 : ? 式中： HC為燃燒熱 , kJ/ kg。 Emax為表面輻射能最大值 ,kW/m2； f為燃燒熱輻射系數(shù)，其計算公式為 。 1121( ) m a x 0 .0 1 3 3 。 0331( ) m a x [ (1 ) ] 。23cddddE t E fH M t ttE t E t t tt????13 ddt t t BfP? ? 代入數(shù)據(jù)可以得出燃燒 熱輻射系數(shù) f為 ，火球表面最大熱輻射能 Emax為 ，在火球的增大階段，火球的表面熱輻射能為 () 。 t s t s??幾何視角系數(shù) ? 目標可能在火球周圍的各個方向 , 即目標不可能接受到來自于輻射表面上每個點的輻射能 , 而只能接受到其中一部分 , 因此 , 要引入幾何視角系數(shù)這個參數(shù)。幾何視角系數(shù)就是每單位面積上目標接受的和火球釋放的輻射能之比 , 換一種說法就是目標能看到的火球的范圍。它不僅與火球的大小 , 火球與目標的距離有關 , 還與火球與目標的相對方位有關。 ? 火球在增大階段的幾何視角為： ? 火球在穩(wěn)定燃燒階段的幾何視角為： 232231 3 4 0 .3( , ) 。 0 2 .5 41 3 4 0 .3tF x t s t stx??222492( , ) 。 F x t s t stx??大氣傳輸率 ? 大氣傳輸率 (S) 為空氣中水蒸氣和 CO2 對熱輻射的吸收率 , 其計算公式為： ? 式中 R 為相對濕度 。 PV 為一定溫度下水的飽和蒸汽壓 ,Pa。 22 ()( , ) ( )2VDtS x t RP H t x?????? ??????????? 火球在增大階段的大氣傳輸率為： ? 火球在穩(wěn)定