工业危险辨识与评价-第4章-1

1、工业危险辨识与评价工业危险辨识与评价 林晓飞林晓飞 4 重大事故后果分析重大事故后果分析 重大事故重大事故 重大事故是指生产运行中突然发生重大泄漏、重大事故是指生产运行中突然发生重大泄漏、 火灾或爆炸，其中涉及一种或多种有害物质，火灾或爆炸，其中涉及一种或多种有害物质， 并给现场人员、公众或环境造成即刻的或延并给现场人员、公众或环境造成即刻的或延 迟的严重危害的事件。迟的严重危害的事件。 Major accident: An unexpected, sudden occurrence including, in particular, a major emission, fire or exp

2、losion, resulting from abnormal developments in the course of an industrial activity, leading to a serious danger to workers, the public or the environment, whether immediate or delayed, inside or outside the installation and involving one or more hazardous substances. 后果分析后果分析 定量描述一个可能发生的事故将造成的人员伤亡

3、、定量描述一个可能发生的事故将造成的人员伤亡、 财产损失和环境污染情况。财产损失和环境污染情况。 意义意义: : 安全评价的组成部分；安全评价的组成部分； 提供采取安全措施的依据；提供采取安全措施的依据； 设置报警系统、压力释放系统、防火系统等；设置报警系统、压力释放系统、防火系统等； 编制应急响应预案的依据。编制应急响应预案的依据。 后果分析后果分析 定量描述一个可能发生的事故将造成的人员伤亡、定量描述一个可能发生的事故将造成的人员伤亡、 财产损失和环境污染情况。财产损失和环境污染情况。 基础基础: :数学模型数学模型 灰箱模型：对假想的事故场景在一系列理想化假设灰箱模型：对假想的事故场景在

4、一系列理想化假设 的前提下，依据一定的物理化学原理建立的。模型参的前提下，依据一定的物理化学原理建立的。模型参 数由实验得到。数由实验得到。 黑箱模型：纯经验模型，是根据实验数据总结的。黑箱模型：纯经验模型，是根据实验数据总结的。 4.1.1 后果分析程序后果分析程序 4.1.2 后果分析需要的参数后果分析需要的参数 4.1.3 后果分析模式选择后果分析模式选择 （1 1）划分独立功能单元）划分独立功能单元 划分原则：同辨识单元划分划分原则：同辨识单元划分 包含重大危险源；包含重大危险源； 空间上相对独立；空间上相对独立； 泄漏单元与其他单元隔离：泄漏单元与其他单元隔离： 有紧急切断阀；有紧急

5、切断阀； 有液位或压力控制的自动阀；有液位或压力控制的自动阀； 由清晰明确信号遥控的阀。由清晰明确信号遥控的阀。 同一堤坝内的储罐应作为一个单元考虑。同一堤坝内的储罐应作为一个单元考虑。 （2 2）计算单元中有害物质存量）计算单元中有害物质存量 根据工艺流程和设备参数计算单元中有害物质的存根据工艺流程和设备参数计算单元中有害物质的存 量，并记录物质的种类、相态、温度、压力、体积量，并记录物质的种类、相态、温度、压力、体积 或质量等。或质量等。 对于连续的流动系统需要估算。对于连续的流动系统需要估算。 （3 3）找出设备的典型故障）找出设备的典型故障 将设备划分为将设备划分为1010类，分析可能

6、存在的典型故障，每类，分析可能存在的典型故障，每 种设备只考虑少数几种情况。种设备只考虑少数几种情况。 （4 4）计算泄漏量）计算泄漏量 分析故障可能造成瞬时的或连续的泄漏，计算泄漏分析故障可能造成瞬时的或连续的泄漏，计算泄漏 量或泄漏流量。量或泄漏流量。 （5 5）计算后果）计算后果 分析泄漏后可能造成的火灾、爆炸等后果，选择合分析泄漏后可能造成的火灾、爆炸等后果，选择合 适的模型计算事故对生产现场内或现场外的影响。适的模型计算事故对生产现场内或现场外的影响。 （6 6）整理结果）整理结果 将计算结果整理成表格，并在单元平面图上划出影将计算结果整理成表格，并在单元平面图上划出影 响范围响范围

7、 （1 1）有害物质的参数）有害物质的参数 包括有害物质的相态、最大质量或体积、温度、压包括有害物质的相态、最大质量或体积、温度、压 力、密度，热力学性质如沸点、蒸发热、燃烧热、力、密度，热力学性质如沸点、蒸发热、燃烧热、 热容等，有害与毒性参数等。热容等，有害与毒性参数等。 （2 2）设备的参数）设备的参数 工艺流程、设备类型、设备的可能故障与泄漏位置、工艺流程、设备类型、设备的可能故障与泄漏位置、 泄漏口形状尺寸等。泄漏口形状尺寸等。 （3 3）现场情况与气象情况）现场情况与气象情况 设备布置、人员分布、资金密度，设备地理位置，设备布置、人员分布、资金密度，设备地理位置， 堤坝高度面积，常

8、年主导风向、平均风速、大气稳堤坝高度面积，常年主导风向、平均风速、大气稳 定情况、日照情况，地形情况，地面粗糙度、建筑、定情况、日照情况，地形情况，地面粗糙度、建筑、 树木高度等。树木高度等。 并不是所有参数都与模型计算有关，但关注这些情况有并不是所有参数都与模型计算有关，但关注这些情况有 助于分析结果更符合实际。助于分析结果更符合实际。 重大事故后果分析关心的是易燃、易爆或有毒的物质。重大事故后果分析关心的是易燃、易爆或有毒的物质。 物质物质泄漏泄漏可能带来不同的后果，分析每一种可能后可能带来不同的后果，分析每一种可能后 果，果，根据这些后果采用相应的分析模式根据这些后果采用相应的分析模式，

9、每种分析模式，每种分析模式 有多种模型可供选择。有多种模型可供选择。 泄漏往往是事故的开始，泄漏往往是事故的开始，物质泄漏可能引起物质泄漏可能引起火火 灾或爆炸灾或爆炸，也可能产生，也可能产生毒气毒气伤害。伤害。 泄漏原因：泄漏原因： 设备损坏、失灵；设备损坏、失灵； 错误操作；错误操作； 安全阀的正常或不正常动作。安全阀的正常或不正常动作。 确定典型的泄露情况时，首先应列出工程的确定典型的泄露情况时，首先应列出工程的主要设备主要设备： 管道管道泵泵 挠性连接挠性连接 压缩机压缩机 过滤器过滤器贮罐（常压条件）贮罐（常压条件） 阀阀 贮槽（加压或冷冻）贮槽（加压或冷冻） 压力容器压力容器/ /

10、反应器反应器放空燃烧管放空燃烧管/ /排气管排气管 对选定的设备，应分析其典型损坏情况，这是泄露计算对选定的设备，应分析其典型损坏情况，这是泄露计算 的基础，下面一系列图为各种设备的典型损坏。的基础，下面一系列图为各种设备的典型损坏。 当然更可靠的是按照工厂的具体设备确定可能的损坏或当然更可靠的是按照工厂的具体设备确定可能的损坏或 泄漏尺寸。泄漏尺寸。 包括：管道，法兰，焊接，弯管包括：管道，法兰，焊接，弯管 典型损坏典型损坏 可能损坏尺寸可能损坏尺寸 1）法兰泄漏）法兰泄漏 2）管道泄漏）管道泄漏 3）焊缝失效）焊缝失效 20%管径管径 100%或或20%管径管径 100%或或20%管径管径

11、 管道管道 管道管道 挠性连接器挠性连接器 包括：软管，波纹管，铰接器包括：软管，波纹管，铰接器 典型损坏典型损坏 可能损坏尺寸可能损坏尺寸 1)1)破裂泄漏破裂泄漏 2)2)接头泄漏接头泄漏 3)3)连接装置损坏连接装置损坏 100%100%或或20%20%管径管径 20%20%管径管径 100%100%管径管径 挠性连接器挠性连接器 过滤器过滤器 包括：滤器，滤网包括：滤器，滤网 典型损坏典型损坏 可能损坏尺寸可能损坏尺寸 1) 1)滤体泄漏滤体泄漏 2)2)管道泄漏管道泄漏 100% 100%或或20%20%管径管径 20%20%管径管径 过滤器过滤器 阀阀 包括：球阀，闸阀，球型阀，塞

12、阀，针阀，蝶阀，阻气包括：球阀，闸阀，球型阀，塞阀，针阀，蝶阀，阻气 阀，泄压阀，紧急切断阀阀，泄压阀，紧急切断阀 典型损坏典型损坏 可能损坏尺寸可能损坏尺寸 1) 1)阀室泄漏阀室泄漏 2)2)阀盖泄漏阀盖泄漏 3)3)阀杆损坏阀杆损坏 100%100%或或20%20%管径管径 20%20%管径管径 20%20%管径管径 阀阀 压力容器及反应器压力容器及反应器 包括：分离器，气体洗涤器，混合器，反应器，热交换器，火加包括：分离器，气体洗涤器，混合器，反应器，热交换器，火加 热器，塔，管道清洗发射热器，塔，管道清洗发射/ /接受器，再沸器接受器，再沸器 典型损坏典型损坏 可能损坏尺寸可能损坏尺

13、寸 1) 1)容器破裂容器破裂 2)2)容器泄漏容器泄漏 3)3)人孔盖泄漏人孔盖泄漏 4)4)喷嘴损坏喷嘴损坏 5)5)仪表管道破裂仪表管道破裂 6)6)内部爆炸内部爆炸 全部破裂全部破裂 100%100%最大管径最大管径 20%20%开口直径开口直径 100%100%管径管径 100%100%或或20%20%管径管径 全部破裂全部破裂 压力容器及反应器压力容器及反应器 泵泵 包括：离心泵，往复泵包括：离心泵，往复泵 典型损坏典型损坏 可能损坏尺寸可能损坏尺寸 1) 1)泵壳损坏泵壳损坏 2)2)密封泄漏密封泄漏 100%100%或或20%20%管径管径 20%20%管径管径 泵泵 压缩机压

14、缩机 包括：离心式压缩机，轴流包括：离心式压缩机，轴流 式压缩机，往复式压缩机式压缩机，往复式压缩机 典型损坏典型损坏 可能损坏尺寸可能损坏尺寸 1) 1)泵壳损坏泵壳损坏 2)2)密封泄漏密封泄漏 100%100%或或20%20%管径管径 20%20%管径管径 压缩机压缩机 储罐储罐 包括：所有常压贮罐（管道连接和堤坝也应作为设备的包括：所有常压贮罐（管道连接和堤坝也应作为设备的 一部分考虑）一部分考虑） 典型损坏典型损坏 可能损坏尺寸可能损坏尺寸 1) 1)容器损坏容器损坏 2)2)连接泄漏连接泄漏 100%100% 100%100%或或20%20%管径管径 储罐储罐 加压或冷冻贮槽加压或

15、冷冻贮槽 包括：加压贮罐或运输容器，冷冻贮罐或运输容器，地包括：加压贮罐或运输容器，冷冻贮罐或运输容器，地 埋或非地埋容器埋或非地埋容器 典型损坏典型损坏 可能损坏尺寸可能损坏尺寸 1) 1)沸腾液体扩展蒸汽云沸腾液体扩展蒸汽云 爆炸（仅非地埋情况）爆炸（仅非地埋情况） 2)2)破裂破裂 3)3)焊缝失效焊缝失效 全部破裂（点燃）全部破裂（点燃） 全部破裂全部破裂 100%100%或或20%20%管径管径 加压或冷冻贮槽加压或冷冻贮槽 放空燃烧管和排气管放空燃烧管和排气管 包括：所有放空燃烧管或排气管包括：所有放空燃烧管或排气管 （歧管、洗气放空装置、分离鼓应（歧管、洗气放空装置、分离鼓应 作

16、为设备的一部分考虑）作为设备的一部分考虑） 典型损坏典型损坏 可能损坏尺寸可能损坏尺寸 1) 1)歧管或分离鼓泄漏歧管或分离鼓泄漏 2)2)超规范排放超规范排放 100%100%或或20%20%管径管径 估算估算 放空燃烧管和排气管放空燃烧管和排气管 4.2.2.1 液体泄漏液体泄漏 根据伯努利（根据伯努利（Bernoulli）方程可以建立液体经小孔泄）方程可以建立液体经小孔泄 漏的漏的流量计算流量计算公式：公式： 式中： Q液体泄漏流量，液体泄漏流量，kg/s； Cd排放系数，通常取排放系数，通常取0.60.64； A泄漏口面积，泄漏口面积，m2； r r泄漏液体密度，泄漏液体密度，kg/m

17、3； P容器内介质压力，容器内介质压力，Pa； P0环境压力，环境压力，Pa； g重力加速度重力加速度，9.8m/s2； h泄漏口上液位高度，泄漏口上液位高度，m。 gh PP ACQ d 2 2 0 r r P h P0 排放系数排放系数Cd ： 实际流量与理想理论流量的比，用于补偿公式推导中忽实际流量与理想理论流量的比，用于补偿公式推导中忽 略了的摩擦损失、因惯性引起的截面收缩等因素。略了的摩擦损失、因惯性引起的截面收缩等因素。 影响因素：影响因素： 泄漏口形状泄漏口形状 泄漏口位置泄漏口位置 泄漏介质的状态泄漏介质的状态 取值：取值： 薄壁（壁厚薄壁（壁厚孔半径）小孔泄漏，其值约为孔半径

18、）小孔泄漏，其值约为0.62； 厚壁（孔半径壁厚厚壁（孔半径壁厚8倍孔半径）小孔或通过一短管泄漏，其倍孔半径）小孔或通过一短管泄漏，其 值约为值约为0.81； 通过修圆小孔排放，则排放系数为通过修圆小孔排放，则排放系数为1.0。 保守估计，取保守估计，取1.0。 根据泄漏口形状取值根据泄漏口形状取值 其他问题：其他问题： 压力变化；压力变化； 液位变化；液位变化； 大气相通；大气相通； 管道阻力管道阻力。 雷诺数雷诺数Re 泄漏口形状泄漏口形状 圆形（多边形）圆形（多边形）三角形三角形长条形长条形 1000.650.600.55 1000.500.450.40 P h P0 通常按前述公式计算

19、 的为初始流量，也是 最大流量。 过热液体泄漏过热液体泄漏 液体从裂口喷出后部分液体闪蒸液体从裂口喷出后部分液体闪蒸,汽化热来自液体本身，汽化热来自液体本身， 剩余液体将降温至其常压沸点。剩余液体将降温至其常压沸点。 闪蒸液体分数为：闪蒸液体分数为： 式中：式中： FV闪蒸液体分数；闪蒸液体分数； Cp液体恒压热容，液体恒压热容，J/(kgK) T 液体温度，液体温度，K； Tb 液体常压沸点，液体常压沸点，K； HV常压沸点下的汽化热，常压沸点下的汽化热，J/kg。 V bP V H TTC F FV大于大于0.2，不形成液池。，不形成液池。 FV小于小于0.2时，可以假定带走液时，可以假定

20、带走液 体与体与FV成线性关系：成线性关系： FV =0，无液体被带走；，无液体被带走； FV =0.1，50%液体被带走。液体被带走。 4.2.2.2 气体泄漏气体泄漏 气体符合理想气体状态方程，则根据柏努利气体符合理想气体状态方程，则根据柏努利 （Bernoulli）方程可推导出如下的）方程可推导出如下的气体泄漏气体泄漏公式：公式： 式中：式中： Cd排放系数，通常取排放系数，通常取1.0； 绝热指数，是等压热容与等容热容的比值；绝热指数，是等压热容与等容热容的比值； M气体的分子量；气体的分子量；kg/mol； R气体常数，气体常数，8.314J/(molK)； T容器内气体温度，容器内

21、气体温度，K。 1 0 2 0 1 2 P P P P RT M PACQ d 气体流动的阻塞气体流动的阻塞 气体内部压力增大，气体泄漏流速加快；气体内部压力增大，气体泄漏流速加快； 一般情况，泄漏气体的运动速度只能达到声速。一般情况，泄漏气体的运动速度只能达到声速。 临界压力临界压力 泄漏气体的运动速度达到声速时的压力。泄漏气体的运动速度达到声速时的压力。 声速流声速流：压力高于临界压力；：压力高于临界压力； 亚声速流亚声速流：压力低于临界压力。用原公式计算。：压力低于临界压力。用原公式计算。 1 1 1 2 RT M PACQ d 1 0 2 1 PP c 许多气体的绝热指数在许多气体的绝热指数在1.1到到1.4之间，则相应的临界压力只有之间，则相应的临界压力只有 约约1.7到到1.9个大气压，因此多数事故的气体泄漏是声速流。个大气压，因此多数事故的气体泄漏是声速流。 几种气体的绝热指数和临界压力（几种气体的绝热指数和临界压力（atm） 注意：注意： 泄漏流量