北京东方化工厂“”事故原因计算机模拟报告

北京东方化工厂“6·27”事故原因计算机模拟分析报告北京理工大学爆炸与安全科学国家重点实验室编者按：北京理工大学爆炸与安全科学国家重点试验室，利用计算机模拟技术，根据爆炸现场情况，对乙烯、石脑油云团的形成和云团爆炸过程数值模拟，把计算机模拟结果同现场情况进行比较，认为“6·27”事故是石脑油A罐溢出的石脑油首先爆炸引起的。这个分析报告同北京东方化工厂“6·27”事故调查专家组的事故技术原因分析报告是一致的。1前言1997年6月27日北京东方化工厂油品罐区发生特大爆炸事故，造成了重大人员伤亡和财产损失。受国家经贸委安全生产局的委托，北京理工大学爆炸与安全科学国家重点实验室根据有关单位提供的爆炸现场情况，对此次爆炸事故进行了计算机模拟分析，目的是为全面正确地分析爆炸事故的发生原因提供技术依据。2爆炸情况基本分析图1是北京东方化工厂发生爆炸的油品罐区布置平面示意图（见本网《北京东方化工厂“6·27”事故的技术原因分析报告》图1）。在工厂油品罐区内，分布有25个球形罐和小柱形罐，6个大浮顶柱形罐，部分建筑和围墙等。根据爆炸现场情况观察，当时在工厂油品罐区，发生了两处爆炸。一处是图1中TK9561区（乙烯区）中，乙烯B罐（球形罐）发生了爆炸。另一处是V0102区（石脑油区）中，石脑油A罐（柱形罐）周围空间发生爆炸和几乎同时发生的油泵房内部爆炸。根据爆炸现场附近地震台站当时的记录结果，第一次爆炸为21时26分38秒，第二次为21时40分57秒，两次爆炸间隔大约为14分21秒。由于存在两处爆炸现象，因此，正确判断两处爆炸发生的先后顺序是找到爆炸发生原因的关键环节。2.1乙烯B罐爆炸现场主要特征乙烯B罐爆炸残骸分析结论表明：乙烯B罐全部爆飞，其爆炸能量很大。B罐在爆炸前已被火烧灼。B罐被火烧灼后内压增高，局部区域罐壁材料强度下降，产生罐体裂纹，随后引起爆沸。2.2石脑油A罐爆炸现场主要特征石脑油A、B罐外面有被下部火焰烧烤的明显迹象，且该罐附近地面大范围的碎石被烧变色。表明该罐附近地面上曾经积有油品，并有较长时间的燃烧和较猛烈的火焰。该罐体围堤是由混泥土浇注而成，有一处明显倾斜。表明围堤内曾经发生可燃混合气体的爆燃。另外，通向石脑油A罐两道气动阀门呈开启状态。2.3其它部分爆炸现场情况油品罐区内的油泵房被完全破坏，墙体内外倒塌，表明油泵房发生了内爆现象。2.4人员伤亡情况当时有爆炸现场共有41人，其中有9人死亡（死在现场4人及送到医院后死5人）。死亡者被发现的位置在图1中由三角符标出，并附有死者姓名和编号。2.5爆炸事故发前主要罐区的工况各罐的液位、温度、压力等每2小时记录一次，详见当日生产操作记录，此处只列出乙烯B罐和石脑油A罐的工况。屯湖1）塌乙等烯B汁罐工慎况象职18支时：读液位烛8.阶23冈m糖，液吐体体军积占仁罐内寺总容邪积的行73享%，猪罐内糊温度砖30话℃筒，罐蛇内气单体压痰力2放.0努MP尤a。愚谁20截时：榆液位苏7.劝30储m现，液岔体体换积占落罐内铸总容主积的辛65肠%，触罐内良温度肉30井℃斤时，殊罐内砍气体倦压力努2.符0M肆pa吩。扶喷该厂夏中心震控制京室计填算机倍自动兴记录静的乙例烯罐屠压力付变化雹图显饲示：瘦21爽点2暖6分君前压液力平潜稳，幼26老分左喝右压近力突欧然降伟至零堂（与箭地震柳台记陪录的纪第一版次爆凉炸时爬间吻渣合）景。梯饺2）大石克脑油息A罐闪的工夹况（释12柴时至探20需时记狮录相站同）辜鹿液位固13园.7拒25鹊m寇，液墓体体呀积占宋罐内喷总容跪积的状99乘.6猴4%查（上畏限报誓警与13陷.7备75骑m缓）油事温肝19款℃港，发笋生事除故时勉正在垮往该榆罐里各装油暑（两秧道阀母门都你开启凳）。皮激3）木当险班操嘴作记楼录显菠示2伴0时吸30功分开诊始从亭铁路工槽车牢卸油铸，2鸦1时棵左右脉现场苦人员慌闻到禁气味岗。闻遇到气除味时道间距摆第一阻次爆蝴炸大厌约为插20豪-2房5分优钟。俭厕2.师6右事故私关键极过程糖分析前床对现罩场情挎况的佛初步雷分析健表明赖，存动在乙站烯B葡罐周括围首姥先发惹生爆姓炸或轮石脑录油A开罐周贪围首毛先发蠢生爆抱炸的挣两种敢可能亲。海惠如果誓是乙轮烯B诚罐周俊围首滤先发关生爆喊炸，会其原跨因可甲能是求乙烯星B罐疫附近形的乙列烯管破道发羽生了剥泄露姓，汇困露后扩的乙舱烯在赴空气剧中扩置散，司与空甘气混融合形可成乙围烯云揪团。妙乙烯圾云团剖在某珍种刺石激的啊作用锡下发轨生爆筒炸。联怜如果凭是石情脑油裕A罐昼周围碗首先殃发生学爆炸答，其箱原因础可能渴是由阳于工帅作人冰员在忌输油鄙时，距进行信了误习操作具，把剑应该己输入亏其它翅油罐陪的油历料错描误地登输入眉了石葡脑油叨A罐烫。由腰于石情脑油钻A罐驾是浮华顶罐召，当傲时在趣石脑燥油A个罐中览，液寿位为掀13傲.7突25福m枕、石积脑油迟体积嘉占罐薯内总袍容积仿的9激9.亦64与%，请已基掀本装治满了法油料腔，继细续错践误地迹输入亡油料俯，将号使石凉脑油贴从石川脑油泽A罐糠顶部井溢出谅，并籍沿着交罐的轿侧壁杰流下铜，流瓜到围钉堤内货。在扶这个稠过程色中，慎石脑秆油会黄向空术气中烘挥发托，在芳一定精时间丸后，继会形皆成石肢脑油库和空丢气的我混合魔云团逐，混赢合云狡团在喷某种同刺激赶作用洞下发弱生爆串炸。稀灯油泵能房内睁部发耻生爆仔炸，资可能岗是乙婆烯或扩石脑任油云扯团的驼气体竟扩散牌到油复泵房禽内，萍在乙剥烯云线团或芒石脑怀油云泄团爆责炸后管，随高即油俊泵房胡内的纪乙烯令或石师脑油饶与空声气的看混合予气体施发生鲁了爆环炸。饱牛有证坛据显谱示，谜在爆钞炸事思故发垄生前找27复分钟转，现梯场有胶一个那危险辨气体铁探测娱器发浴生过承报警纳。另讯外，田21症时左讨右现虹场人武员闻虹到异坑常气疲体气护味。尺距第波一次策爆炸醋大约妻为2女0—贤25久分钟认。因抱此，悬可以取认为牲无论由是乙淹烯泄骡漏到健爆炸险，还当是石除脑油恼溢出敬爆炸纹，其盆间的肢时间粘，大订约为耗27醋分钟税。灭蜻3摘爆炸规过程偏的计滔算机营模拟驻分析参膜本报巡告主炒要是悔利用杀计算约机模贸拟技肾术，简对乙籍烯、切石脑糖油云风团的邀形成点和云侨团爆朝炸过扁程进偿行数属值模清拟。鲜把计婆算结央果同决现场倡情况劲进行优比较愤，从热而判民断出坚那一露种过耍程符贿合实贤际发哥生的由情况扬。根铸据事欠故发唯生关苏键过拘程的动初步心分析梢结果昂，主遮要针养对乙笑烯-能空气勒云团鸭形成意、乙济烯-绒空气臂云团剪爆炸灾、石个脑油绝-空玉气云矛团形顶成、肉石脑手油-渔空气柜云团卷爆炸源等主府要过抗程进沿行计指算机症模拟牵分析忍。约糊3.尾1换乙烯贝-空跳气云灭团和匀石脑搅油-控空气气云团艳形成某过程晃模拟进习3.宝1.脆1辞油拒库罐忌区流荷场模另型均矩利用后流体概力学避理论述建立务油库宁罐区萌三维抚流场慕模型挎，应雀用美宇国F养LU绘EN晓T公筝司的黎流体浮力学层分析中软件旺Fl具ue躬nt撤5.芝3进羽行流斩场模茶拟分坚析。恶流场义模型尾范围顶东起安V0国10索2区式的东鸡面围贫墙，校西至隶综合嚼楼的头西面器围墙箩。北梢起V掘01断10辩区的肝北面里围墙纽（编干者注室：原域文可帝能有茶误。兰实际粉大概炭是V萌01奴01际脑区北便面靠猜近东气门的集北面锣围墙灶），喊南至毫油库承东门柳位置砖，包鬼括了贴油库盟罐区狱的大爹部分爹范围蔑（见哀图1月），侦流场探的高埋度为葱60给m殊。门模型董中考采虑了屿油库越罐区蠢内的瓣综合鸽楼、兰油泵另房、鲁所有委的油路罐和堵主要鞭的围秆墙。傍其中际综合盏楼、血油泵失房被斜简化倦为与气实际杀尺寸丙等效惑的长君方体国，球党形和筋柱形榆油罐兴被取隆为实艘际形殖状和兰尺寸县。图骑2是车流场被模型损的初监始网百络图袖（编最者注螺：本陆文中妻图2猎——沙10股7所部版面悼巨大虎，本膨文编盏辑时贱只列饱出图总号，尤图略容去，灵下同雪）。渔清流场讲的计裤算采粒用了淋求解圈三维够、不糖可压递Na盒vi驱er洋-s种to还ke苍s方损程的阳方法淹，湍稿流模伙型采熊用了爆标准西的k猫-ε厦模型唤方程科，同唯时，裤采用润了组刃分扩附散方厦程。冤薪（1铃）造控制够方程象娘（2煌）覆计算伪方法共境采用练了单莲步的蒸se较gr足eg末at福ed却s匠ol非ve贯r算收法。帐该方寨法首鼠先求分解动蓬量方棋程，燃然后禁在用万压力启修正躁的方吧法求毯解质饰量守谷恒方迁程，窗再求龙解湍愿流方吉程和鼓组分商方程良等。运问计算锄中，摩周围环大气称条件界设为精标准非大气蜡，过据程时漠间设谅为2紫7分铁钟。租股根据设北京平市通隙县气添象台册提供寄的当累时通傅县地厉区的犬气象肤资料季，2恢1时雹至2觉1时爽30灵分，绳平均概风速树为趋1m茧/s返左右请，是棚东南验风。乒实际涌上在讯油库顶罐区则内，畅风速母和风渴向会够处于店一定晋的不杯定场凉状态虽，现隙场实投际的智风场术情况暖已难带以准阳确的生确定偏。由红于风偿场对毒空气闲云团猫的位抖置和颗范围临有一姓定的帅影响望，因杏此，盈在流见场模锣型中处，选何取了循两种鹿风场踩条件低，一滩种是女风速如为吃1m讲/s糠的东侄南风鹿，另他一种槐是风房速为鱼1m走/s曲的偏红南1吩0度笋风。滴图3赶是第培一种涨风场哪条件肾下的窜风压颂分布毛图。明铸3.运1.袜2庭乙鲜烯-刊空气令云团底形成汪过程算模拟沟赚已有薯的分瑞析结析果表帜明，余乙烯拿B罐鼻的罐活体本溪身并喷没有仍发生饮泄漏酸现象质。如状果乙页烯发炊生泄桑漏，恼很可左能是冬乙烯积B罐饲附近息的乙漆烯管类道出发现裂喉缝泄吊漏出份乙烯题。由酬于没仔有可茅靠的投依据膛确定啦裂缝抓的尺列寸，顶因此败，对笨两种壳管道争裂缝睁情况马进行漏了计胃算，唉一种滚是假畏设裂漫缝面絮积为径乙烯体管道许（直傅径币10晋1.炎6m增m究）截听面积扩的十薯分之婆一，初另一蓝种假摆设乙锤烯管水道全置部断笑裂的朋情况茶。笋特（1棋）申裂缝号面积怖为乙岩烯管喉道截谋面积环的十避分之懒一祝还图4内（a雾-d府）是纺数值读模拟贸在风爬速为闻1m木/s荒的东旅南风还下，梢乙烯额—空吓气混蓬合云射团不缝同边装缘浓找度下军的形悉状和堪大小报。在胖边缘赴浓度潜为2连.7掌%（胆乙烯先爆炸暖极限魄浓度贞下限方）时腔，乙件浠—尝空气勉云团机形状仰为椭斑球型退。同锅乙烯谦罐的衰尺寸遭相比宋，乙门烯—箱空气访云团剑在不己大（映可等径效为付长营8m盈，宽棵6m名，高凉6m宪的立沃方体都），但并在钥乙烯盟A罐积的附伯近。优泄漏番的乙傲烯平怪均流裕量为掘1.捎30筒52栏kg植/s穷。佳菜由于熄乙烯架—空掏气云袍团范飘围有著限，煎并在阔乙烯孙A罐散的附枯近，蓄风场龟的风响向对辆乙烯克—空著气云挤团没史有实球质性尾的影缎响。晌因此张，本蕉报告捐没有脾进行仆其它倘风向共下的畏乙烯拆-空搅气云杀团形掠成过虏程模贞拟。聪妈（2波）扎乙烯奶管道孝全部兼断裂杨闭图4疯（e辜）是查在最1m痒/s谨的东搅南风智下，延乙烯竟管道野全部毫断裂痒时，铲乙烯呀-空线气混顶合云辛团在忧边缘驰浓度恐为2芹.7帮%时驱的形铃状和誓大小父。云借团为闲扁长倍的椭页球形吐，其雄范围膀已覆聋盖了碑油泵摔房的塑一部买分。浙泄漏嘉的乙摊烯平辉均流飘量为安13乐.0厘54示kg扶/s参。冷泰3.将1.锤3钢石费脑油刃—空逐气云团团形拨成过正程的返模拟跨逐石脑知油从柴柱形斯浮顶缩罐溢碍出后冰，在秘空气筐中挥门发，牢扩散糊，形防成石获脑油晚—空枪气混廊合云筹团。摊因此蒙，主屯要对陪石脑供油挥蛾发和惧扩散陵过程碰进行调数值痛模拟冲。在霜模拟测计算件时，蹄需要坟石脑稀油在窃当时扔温度炸条件轿下的抗挥发腔速率园。由问于没械有现消有的闷石脑警油挥抄发速元率数薯据，享因此距，采流用了缘实验筑方法刘确定毕的石裤脑油显的挥咸发速郊率，封其值尺大约孙为每霞分钟候2.哈64哲mg颗/c咏m2悬。活姓图5睡(a娘-d狗)是托在堤1m替/s芝风速汤的东灯南风缩下，示在不变同边会缘浓斗度下攀，数座值模缸拟的链石脑派油—僚空气锦混合场云团为的形澡状和线大小珍。在腐边缘张浓度包为1霉.2低%（兔石脑挠油爆尾炸极朴限浓傅度的舒下限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