氯乙烯泄漏发生蒸气云爆炸后果模拟分析

胡婷婷 ,马 杰,宋建池

(1.洛阳市安全生产监督管理局 ,河南洛阳 471000;2.郑州大学化工与能源学院 ,河南郑州 450001)

氯乙烯泄漏发生蒸气云爆炸后果模拟分析

胡婷婷 ,马 杰2,宋建池2

(1.洛阳市安全生产监督管理局 ,河南洛阳 471000;2.郑州大学化工与能源学院 ,河南郑州 450001)

介绍了蒸气云爆炸后果模拟分析模型,在此模型的基础上,对不同体积的液化氯乙烯泄漏后发生蒸气云爆炸伤害与破坏半径进行了估算,分析泄漏量与伤害和破坏半径间的关系并拟合方程,为化工生产企业和安监部门制定应急救援预案和日常防范提供科学依据。

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在化工生产过程中,通常需要设置罐区来储存生产原料、中间产品或生产成品等,这些原料或产品涉及到许多易燃、易爆危险化学品。随着化工工业的大型化、规模化的发展,罐区规模也在逐步扩大,如果发生泄漏,极易引发各类严重后果,其中蒸气云爆炸就是常见事故,科学分析事故的严重程度和影响范围,对于事故预防、控制、应急预案的制定以及重大危险源监控,从而减少事故带来的损失都有重大意义。

1 氯乙烯简介

氯乙烯(VCM)是化工行业中常用的生产原料和产品,为无色、易液化气体,沸点 -13.9℃,临界温度 142℃,它与空气形成爆炸性混合物,爆炸极限4%～22%(体积分数),在压力下更易爆炸,属于甲类可燃气体,液化氯乙烯属于甲 A类可燃物质[1],主要用于合成聚氯乙烯(PVC),此外还可用于生产1,1-二氯乙烯和用作氯化溶剂。

2 蒸气云爆炸模型介绍

目前常用计算蒸气云爆炸的模型为超压—冲量准则和概率模型[2]推导而得的伤亡及财产损失模型。以下简单介绍此模型的使用。超压—冲量准则和概率模型推导而得的伤亡模型：

2.1 死亡区半径计算

首先需要将参与蒸气云爆炸的燃料质量换算TNT当量计算,见公式(1)：

式中：WTNT为蒸气云的 TNT当量,kg;Wf为蒸气云中燃料的总质量,kg;α为蒸气当量系数,0.04;Hc为构成蒸气云的可燃气的燃烧值,MJ/kg;QTNT为TNT的爆炸热,一般取 4.52 MJ/kg。

死亡区内的人员如缺少防护,则被认为将无例外地蒙受严重伤害或死亡,其内径为零,外径记为R0.5,表示外圆周处人员因冲击波作用导致出血而死亡的概率为 0.5,计算公式为：

其中：WTNT为蒸气云的 TNT当量,kg。

2.2 重伤区半径计算

重伤区内的人员如缺少防护,则绝大多数将遭受严重伤害,极少数人可能死亡或受轻伤。其内径就是死亡半径 R0.5,外径记为 Rd0.5,代表该处人员因冲击波作用耳膜破裂的概率为 0.5,它要求的冲击波峰值超压(P0)为 44 000 Pa。死亡半径按照如下公式(3)计算：

2.3 轻伤区半径计算

轻伤区内的人员若缺少防护,则绝大多数人员将遭受轻微伤害,少数人员将受重伤或平安无事,死亡的可能性极小。其内径为重伤区外径 Rd0.5,外径记作 Rd0.01,表示该处人员因冲击波作用耳膜破裂的几率为 0.01,它要求的冲击波峰值超压 (P0)为17 000 Pa。轻伤半径按照如下公式 (4)计算：

2.4 财产损失半径计算

财产损失依据在蒸气云爆炸时其产生的冲击波对其周边附近的房屋的破坏程度来进行计算,计算公式见公式(5)：

式中,K为常量,按破坏程度的 A、B、Cb、Ca、D级分别取值如下表 1。

表 1 砖石房屋破坏程度与 K取值

3 氯乙烯蒸气云爆炸实例分析

为了研究氯乙烯发生泄漏发生蒸气云爆炸的伤亡和财产损失半径的规律,以下采用超压—冲量准则和概率模型对泄漏不同体积量的氯乙烯进行蒸气云爆炸后果模拟计算并进行横向比较。

氯乙烯泄漏量选用 5、10、20、50、100 m3带压常温液态氯乙烯,初始条件设定为：大气压强：P= 101 325 Pa;R=8.314;环境温度：300 K;经过计算,结果如表 2所示,并且根据以上计算结果,将数据按照不同的伤害和破坏程度进行做图,并对其进行拟合。

表 2 不同体积氯乙烯发生泄漏引发蒸气云爆炸造成的伤亡和财产损失半径一览表

4 结论

从计算与分析可以得出：①氯乙烯泄漏后发生蒸气云爆炸所导致的伤害与破坏后果与泄漏量有关,并且根据拟合方程可知,后果与泄漏量呈指数型关系;②根据各种伤害和破坏半径推导出的拟合方程,其相关系数接近 1,可以依照得出的拟合方程见表 3,可以快速简捷地计算出氯乙烯泄漏不同体积量后发生蒸气云爆炸的破坏半径。

表 3 蒸气云爆炸伤害及破坏半径拟合方程

TQ019

A

1003-3467(2010)16-0058-02

2010-07-21

胡婷婷(1982-),女,硕士,主要从事化工安全研究;联系人：宋建池,电话：13838363706。