级系统安全基础课设正文要点

1、沈阳航空航天大学课程设计（系统安全基础课程设计-说明书）题目对方护额你班级学号学生姓名指导教师负责教师沈阳航空航天大学 课 程设计 任务书课程名称系统安全基础学院 安全工程专业 安全工程班级 24050101 学号 姓名 课程设计题目课程设计时间：2015年7月6日 至 2015年7月17日 课程设计的内容及要求：内容包括：1 .选择资料相对齐全的某一危险化学品生产或储存企业、民用爆炸 物品生产企业、金属冶炼企业、非煤矿山，或者危险性较大的机械加工 企业、木业加工企业等，利用1-2种系统安全相关方法（PHA、FMEA、 SCL、RM、FTA、数据统计分析、专家经验分析等）进行危险源辨识与 分析

2、；2 .进行安全预评价；或编写安全设施设计专篇；或利用 PHAST对 于可能产生的重大火灾、爆炸、毒气泄漏事故后果进行计算与仿真模拟。3 .安全预评价和安全设施设计专篇类型，辨识、分析、评价 /设计应 全面，严格按照相关导则要求进行；事故后果模拟分析类型，应科学应 用模拟仿真计算结果进行风险分析。4 .针对分析、评价结果，提出安全技术和管理措施，要求依据充分、有针对性。5 .按指定格式写出一份说明书。要求：综合运用所学的系统安全相关知识，针对所选企业进行安全预评价 或编写安全设施设计专篇或利用 PHAST进行计算与仿真模拟，独立写出 一份论文。1 .查阅相关资料，熟悉和使用有关的参考文献、手册

3、、国家法规、 标准等。2 .危险源辨识应全面、详细，分析准确、合理，评价选用的方法科 学，提出的安全技术和管理措施依据充分、有针对性。3 .需一组人完成的题目，应指定组长，且应有明确、合理分工。4 .语句通顺、文字简洁、图表清晰完整。指导教师2015年7月_6,日学生签字2015年7月6日摘要本次课程设计是汽油储罐泄漏事故后果的定量分析，根据汽油的理化性质和汽油的主要危险特性，通过事件树分析法对汽油泄漏可能存在 的事故后果进行危险源辨识与分析，通过对泄漏量、泄漏扩散、池火灾 和喷射火、爆炸及对事故伤害等方面进行定量计算，关键词：汽油储罐；池火；喷射火；爆炸；伤害目录1 、储罐的情况简介 错误！

4、未定义书签。1.1 储罐的基本情况 错误！未定义书签。1.2 储存物料的主要危险特性 错误！未定义书签。2、储罐的事故类型分析 错误！未定义书签。2.1 液体泄漏的事件树分析 错误！未定义书签。3、储罐事故后果的定量计算 103.1 泄漏模型计算 103.1.1 液体泄漏模型计算 错误！未定义书签。3.2 火灾模型的计算 错误！未定义书签。3.2.1 池火灾计算 错误！未定义书签。3.2.2 喷射火计算 错误！未定义书签。3.2.2.1 水平方向喷射火计算 错误！未定义书签。3.2.2.2 垂直方向喷射火计算 错误！未定义书签。3.3 爆炸模型的计算 错误！未定义书签。3.3.1 沸腾液体扩展

5、为蒸气云爆炸（BLEVE计算错误！未定义书签。3.3.2 蒸气云爆炸（TNT当量法）计算.错误！未定义书签。3.4 事故伤害的计算 193.4.1 火灾热辐射伤害计算193.4.2 火灾爆炸伤害计算错误！未定义书签。4、结215、参考文献.221 .储罐的情况简介1.1 储罐的基本情况某矿区储油罐区距离高速公路 25m,东侧距离站房5m,西侧距离围 墙20m,北侧距离公共厕所60m。油罐区共5个埋地油罐，油罐与油罐 之间的距离为0.5m,油罐距离罐区墙壁为0.5m。其中，3个30m3汽油罐， 2个30m3柴油罐，总容积120m3 （柴油容积折半计算）。由于汽油罐与 柴油罐位置距离较远，相互间的

6、影响可忽略不计，所以 仅以汽油罐为例进行危险分析，则总量为 90m3,汽油罐区面积为7*9.2=64.4m2。储罐型 号为HG5-1580-85卧式储罐，具容积30m3,筒体的直径为2400mm,长 度 6000mm,厚度 8mm。1.2 储存物料的主要危险特性汽油 无色到浅黄色的透明液体。依据车用无铅汽油 （GB17930） 生产的车用无铅汽油，按研究法辛烷值（RON汾为90号、93号和95号三 个牌号，相对密度（水=1） 0.700.80,相对蒸气密度（空气=1） 34, 闪点-46C,爆炸极限1.36%（体积比），自燃温度415530C,最大 爆炸压力0.813MPq高度易燃液体；不得使

7、用直流水扑救（用水灭火无 效）。燃烧和爆炸危险性高度易燃，蒸气与空气能形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸。高速冲击、流动、激荡后可因产生静电火花放电引起燃烧爆炸。蒸气比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇火源会着火回燃和爆炸。健康危害汽油为麻醉性毒物，高浓度吸入出现中毒性脑病，极高浓度吸入引起意识突然丧失、反射性呼吸停止。误将汽油吸入呼吸道可引起吸入性肺 炎。职业接触限值：PC-TWA（f间加权平均容许浓度）（mg/m3）:300 （汽油）表1.1汽油的理化性质理化性质熔点沸点密度爆炸极限自燃温度数据-60 C40-200C0.73 g/L1.3%-6.0%415-530 C2

8、.储罐的事故类型分析2.1 汽油泄漏的事故树分析初始事件是否立即点火是否延迟点火是否爆炸系统状态是池火（+喷射火）汽油泄漏是爆炸是否否闪火（+晚期池火）无影响3、储罐事故后果的定量计算3.1 泄漏模型计算3.1.1 液体泄漏模型计算汽油泄漏瞬时质量流率为:f P-PnQm = PAC0J2 -+gh(3.1)式中：Q质量流率，单位为kg/s ;P储罐内液体压力，单位为 Pa；R环境压力，单位为Pa;C0液体泄漏系数；g重力加速度，9.8 m/s 2;a泄漏孔面积，单位为m；P 液体密度，单位为kg/m3;hL泄漏孔上方液体高度，单位为 m.液体泄漏系数Co=0.61假设底部泄漏，泄漏孔上方液体

9、高度 hL： 2.4m汽油密度为730kg/m3;储罐内液体绝对压力 P=2.5X 10八6Pa;环境压力 P=1.013X10八5Pa。(1)泄漏场景为小孔泄漏，孔径为 5mm.Q1=730X (2.5X 10-3)2,兀 X 0.61 X 2X (2.5X106-1.013X 105)/730+9.8X2.4) 1/2=0.71kg/s(2)泄漏场景为中孔泄漏时，孔径为25mm.Q?=17.75kg/s(3)泄漏场景为大孔泄漏时，孔径为100mm.Q?=284kg/s(4)泄漏场景为完全破裂时，孔径为150mm.Q4=639kg/s泄漏场景、泄漏孔径和质量流率的具体数据如下表3.1表3.1

10、质量流率泄漏场景泄漏孔径(mm)质量流率(Kg/S)小孔泄漏50.71中孔泄漏2517.75大孔泄漏100284完全破裂1506393.2 火灾模型的计算3.2.1 池火灾计算a)计算液池直径当危险单元为油罐或油罐区时，可根据防护堤所围池面积S计算液池直径D:n 4S 12D 二5 )式中：S液池面积，单位为m2;D液池直径，单位为 m。防火池尺寸为长20 m、宽20 m、高0.5m,防火池面积S = 400 itf , 防火池容量为200n3。假设油罐完全盛装汽油，且全部泄漏， 90200所 以无论油罐发生何种泄漏，汽油均不会溢出围堤。汽油泄漏均积聚在防 火堤内。液池直径d =但丫=上竺0

11、丫 =22.57m 二 3.14b)确定火焰高度计算池火焰高度的经验公式如下：%=42父m/(自为前)严1 (E.37)式中：L火焰高度，单位为 m;D池直径，单位为m;mf燃烧速率，单位为kg/ (m2s);卬一一空气密度，单位为kg/m3;g重力加速度，单位为 m/s2。查油罐区泄漏及火灾危险评价可知燃烧速率为0.05kg/ (m2s),L =42 mf/(：0 gD)0,61 D =42 0.05/(1.29.9.8 22.57)06 22.57 =25.15mC)计算火焰表面热通量假定能量由圆柱形火焰侧面和顶部向周围均匀辐射，用下式计算火焰 表面的热通量：qo 二0.25 D2, H

12、cmf fh20.25D2 二 DL(E.38)式中:q0火焰表面的热通量，单位为 kW/m2;AHc燃烧热，单位为kJ/kg ；fh热辐射系数，可取0.15;mf 燃烧速率，单位为kg/(m2 s);查油罐区泄漏及火灾危险评价可知燃烧热为438.9*103kJ/kg,燃烧速率为 0.05kg/ (m2 s)。20.25二D Hmffh 0.25 3.14 25.15 25.15 4389 1000 0.05 0.152=2 c f h =71.72kW/m0.25 D2DL0.25 3.14 25.15 25.15 3.14 25.15 2257目标接收到的热通量q(r)的计算公式为：q(r

13、) =q(1 -0.058lnr)V(E.39)式中:q(r)目标接收到的热通量，单位为 kW/m2;r 目标到泄漏中心的水平距离，单位为 m;V视角系数。e)视角系数的计算视角系数V与目标到火焰垂直轴的距离与火焰半径之比s和火焰高度与直径之比h有关。V=EF (E.40)叫=A-B(e.41)A = (bTSWK “(b2 -1)0.5(E.42)c /i (a +1 (s-1 ).B =(a1/s)tan &八 、L(a -1 !s+1)J j20.5a -1)(E.43)jiVv =tan,(h/(s2 一1)05)/s+h( J 一K) / s ( E44)J;20L(a2 -1)0.

14、5MW(E.45)10.5KTangF”(E.46)a=(h2 +s2+1)/(2s)(E.47), 一 2、b=(1+s)/(2s)(e.48)式中:s目标到火焰垂直轴的距离与火焰半径之比；h火焰高度与直径之比；A、B、J、K、VH VV描述方便而引入的中间变量。讨论完全破裂时：水平火焰12.54m,喷射高度25.66m,取距离火焰15mfc那么 S=15/12.54=1.2h=25.66/12.54=2.0522a =(h +s +1)/(2s) =277b=(1 +s2)/(2s)“02K =tan %s-1 /(s+1 )0.5=3.2.2喷射火计算3.2.2.1 水平方向喷射火计算加

15、压的可燃物泄漏时形成射流，如果在泄漏裂口处被点燃，则形成喷射火。假定火焰为圆锥形，并用从泄漏处到火焰长度4/5处的点源模型来表不。1 .火焰长度计算喷射火的火焰长度可用如下方程得到：lJh44(3.7)161.66式中：L火焰长度，单位为m;He燃烧热，单位为J/kg；汽油燃烧热He为43890kJ/kgm质量流速，单位为kg/s。(1)泄漏场景为小孔泄漏时，孔径为L (Hem)0.444(43890 M0.71)0.444一 161.66 161.66=0.61m(2)泄漏场景为中孔泄漏时，孔径为0 4440 444L (Hem) .(43890 17.75) .一 161.66 161.6

16、6=2.55m(3)泄漏场景为大孔泄漏时，孔径为L (Hem)0.444(43890 284)0.444一 161.66 161.66=8.75m(4)泄漏场景为完全破裂时，孔径为0 4440 444L (Hem) (43890 639)一 161.66 161.66=12.54m3.2.2.2垂直方向喷射火计算5mm。质量流速 m=0.71Kg/s25mm。质量流速 m=17.75Kg/S100mm。质量流速 m=284Kg/S150mm。质量流速 m=639Kg/S火焰高度的计算 火焰高度按下式计算：L;jfTJeMJ(E.52)dj Ct1，M-式中：l-火焰长度，单位为m；dj-喷管直

17、径，单位为m;Ct-燃料-空气计算化学反应中燃料的摩尔系数；T-燃烧火焰的绝热温度，单位为 K；Tj-喷射流体的绝热温度，单位为 K；订-燃料-空气计量化学反应中产生每摩尔燃烧产物所需反应物的摩尔数；Ma空气的摩尔质量，单位为g/mol ;Mf-燃料的摩尔质量，单位为g/mol。对于大多数燃料而言，Ct远小于1,时近似等于1, Tf和Tj的比值在7到9之间。5mm。25mm。Tf：Tj 取 8,Ma=29, Mf=100, Ct 取 0.05,叼取 1(1)泄漏场景为小孔泄漏时，孔径为l =53 1f T +(1 &ldj=0.855mCt t N f _ j(2)泄漏场景为中孔泄漏时，孔径为

18、l =53 1f+(1 -ct)M-aVdj=4.28mCt %T、 T A f _ j(3)泄漏场景为大孔泄漏时，孔径为100mm。CtT Ma d =17.11mMf j150mm。(4)泄漏场景为完全破裂时，孔径为l :53) +。c )Ma!dj=25.66mCtMf j3.3 爆炸模型的计算3.3.1 沸腾液体扩展为蒸气云爆炸(BLEVE计算采用国际劳工组织建议的沸腾液体扩展为蒸气云爆炸热辐射模型进行计算，步骤如下：火球直径的计算火球直径计算公式为：R = 2.9W13 (E.49)式中：R火球直彳全m单位为m;W火球中消耗的可火物质量，单位为 kg,对于单罐储存，W取罐 容量的50

19、%,对于双罐储存，W取罐容量的70%;对于多罐储存，W取 罐容量的90%。汽油储罐为三个，所以 W=0.9*30*0.73*10 3=19.71*103kg所以R=2.9W13 =2.9 工(19.71 M103)13 =75.87m火球持续时间的计算火球持续时间按下式计算：t=0.45W13 (E.50)式中：t火球持续日t间，单位为s;W火球消耗的可燃物质量，单位为 kg。1 3,3 1 3t=0.45W =0.45x(19.71x10 ) =11.77s目标接收到热辐射通量的计算qr =_ 2_q0R2r 1 -0.0581n ro 0 3 2R2r2(E.51)式中：q。一一火球表面的

20、辐射通量，单位为W/m2;对于柱形罐取270 W/m2 , 对于球形罐取200 W/m2 ;r 一一目标到火球中心的平均距离，单位为 m。q0取270 W/m，r取50m100m200m,具体数据如表3.3目标接收到热辐射通量所示。以r取50m为例进行计算：rqR2r(1 -0.058lnr )_270父75.872 父50(1 -0 0581n 50 )=80.08W/m2q1(R2 +r 2 32(75.872 +502 32R(m)50100200热辐射q(r)80.0857.3721.91表3.3目标接收到热辐射通量3.3.2 蒸气云爆炸（TNT当量法）计算 汽油的爆炸模型当泄漏到空气

21、中的可燃气体与空气的混合物的浓度处于爆炸范围内时遇到点火源发生的爆炸现象称为蒸气云爆炸。其主要危害为爆炸产生的冲击波，能导致人员伤亡及设备、设施、建筑、厂房的破坏。它是一类经常发生、且后果十分严重的爆炸事故。通常采用 TNT 当量法估计蒸气云爆炸的严重度。Wtnt= % WQ/Qtnt（3.11）式中Wtnt一可燃气体的TNT当量，kg;% 可燃气体蒸气云当量系数（取值0.04）;W一蒸气云中可燃气体质量，kg;Q可燃气体的燃烧热，MJ/kg;Qtnt-TNT 的燃烧热，kJ/kg（一般为 4.52*103）；W按汽油罐最大设计储存为70T,燃烧热为43.89 MJ/kgWtnt= % WQ/

22、Qtnt=0.04X70X 103X 43.89/（4.52*103）=27.3kg3.4 事故伤害的计算3.4.1 火灾热辐射伤害计算根据 3.2火灾模型池火灾的计算， 池火灾表面热辐射通量为 71.72Kw/m根据化工企业定量风险评价导则表 H2 （如表3.4）不同热辐射强度造成的伤害和损坏，对设备的损坏为：有火焰时，木材燃烧及塑料 熔化的最低能量；对人的伤害为：1%死亡（10） , 100%死亡（1min）表3不同热辐射强度造成的伤害和损坏热辐射强 度 kw/m对设备的损坏对人的伤害37.5操作设备损坏1%E亡（10s）100%E亡（1min）25.0在无火焰，长时间辐 射下木材燃烧的最 小能量重大烧伤（10s）100%E亡（1min）12.5有火焰时，木材燃烧 及塑料熔化的最低 能量1度烧伤（10s）1%E亡（1min）6.3一在8s内裸露皮肤有痛感；无热辐射屏蔽设 施时，操作人