第三章安全评价原理与模型ppt课件.ppt

1,第三章 安全评价原理与模型3.1 安全评价原理,安全评价的思维方式和依据的理论统称为安全评价原理。常用的安全评价原理有相关性原理、类推原理、惯性原理和量变到质变原理等。,2,3.1 安全评价原理3.1.1相关原理,相关性是指一个系统，其属性、特征与事故和职业危害存在着因果的相关性。这是系统因果评价方法的理论基础。,3,3.1 安全评价原理3.1.1相关原理,1.系统的基本特征安全评价把研究的所有对象都视为系统。系统都具有以下普遍的基本特征。(1)目的性：任何系统都具有目的性，要实现一定的目标(功能)。(2)集合性：指一个系统是由若干个元素组成的一个有机联系的整体，或是由各层次的要素(子系统、单元、元素集)集合组成的一个有机联系的整体。(3)相关性：即一个系统内部各要素(或元素)之间存在着相互影响、相互作用、相互依赖的有机联系，通过综合协调，实现系统的整体功能。 (4)阶层性：在大多数系统中，存在着多阶层性，通过彼此作用，互相影响、制约，形成一个系统整体。(5)整体性：系统的要素集、相关关系集、各阶层构成了系统的整体。(6)适应性：系统对外部环境的变化有着一定的适应性。,4,3.1 安全评价原理3.1.1相关原理,2. 系统的结构系统的结构可用下列公式表达：EMax（X，R，C)式中E最优结合效果； X系统组成的要素集，即组成系统的所有元素； R系统组成要素的相关关系集，即系统各元素之间的所有相关关系； C系统组成的要素及其相关关系在各阶层上可能的分布形式； (X，R，C)X，R，C的结合效果函数。对系统的要素集(X)、关系集(R)和层次分布形式(C)的分析，可阐明系统整体的性质。要使系统目标达到最佳程度，只有使上述三者达到最优结合，才能产生最优的结合效果E。,5,3.1 安全评价原理3.1.1相关原理,2. 系统的结构例如：一个生产系统一般是由若干生产装置、物料、人员(X集)集合组成的；其工艺过程是在人、机、物料、作业环境结合过程(人控制的物理、化学过程)中进行的(R集)；生产设备的可靠性、人的行为的安全性、安全管理的有效性等因素层次上存在各种分布关系(C集)。安全评价的目的，就是寻求系统在最佳生产(运行)状态下的最安全的有机结合。,6,3.1 安全评价原理3.1.1相关原理,2. 系统的结构例如：要调查、研究构成工厂的所有要素(人、机、物料、环境等)，明确它们之间存在的相互影响、相互作用、相互制约的关系和这些关系在系统的不同层次中的不同表现形式等。,7,3.1 安全评价原理3.1.1相关原理,2. 系统的结构例如：用加权平均法进行生产经营单位安全评价，确定各子系统安全评价的权重系数，实际上就是确定生产经营单位整体与各子系统之间的相关系数。这种权重系数代表了各子系统的安全状况对生产经营单位整体安全状况的影响大小，也代表了各子系统的危险性在生产经营单位整体危险性中的比重。一般来说，权重系数都是通过大量事故统计资料的分析，权衡事故发生的可能性大小和事故损失的严重程度后确定下来的。,8,3.1 安全评价原理3.1.1相关原理,3.因果关系有因才有果，这是事物发展变化的规律。事物的原因和结果之间存在着类似函数一样的密切关系。若研究、分析各个系统之间的依存关系和影响程度，就可以探求其变化的特征和规律，并可以预测其未来状态的发展变化趋势。事故和导致事故发生的各种原因(危险因素)之间存在着相关关系，表现为依存关系和因果关系。,9,3.1 安全评价原理3.1.1相关原理,3.因果关系例如，可燃气体泄漏爆炸事故是由可燃气体泄漏、与空气混合达到爆炸极限和存在点火源3个因素综合作用的结果；而这3个因素又是设计失误、设备故障、安全装置失效、操作失误、环境不良、管理不当等一系列因素造成的。爆炸后果的严重程度又与可燃气体的性质(闪点、燃点、燃烧速度、燃烧热值等)、可燃性气体的爆炸量及空间密闭程度等因素有着密切的关系。在评价中需要分析这些因素的因果关系和相互影响程度，并定量地进行评价。,10,3.1 安全评价原理3.1.1相关原理,3.因果关系事故的因果关系是：事故的发生是有原因的，而且往往不是由单一原因因素造成的，而是由若干个原因因素耦合在一起导致的。当出现符合事故发生的充分与必要条件时，事故就必然会立即爆发。多一个原因因素不需要，少一个原因因素事故就不会发生。而每一个原因因素又由若干个二次原因因素构成，以此类推三次原因因素、四次原因因素。,11,3.1 安全评价原理3.1.1相关原理,3.因果关系,12,3.1 安全评价原理3.1.1相关原理,3.因果关系消除一次、或二次、或三次原因因素，破坏发生事故的充分与必要条件，事故就不会产生，这就是采取技术、管理、教育等方面的安全对策措施的理论依据。在评价过程中，借鉴历史、同类系统的数据、典型案例等资料，找出事故发展过程中的相互关系，建立起接近真实系统的数学模型，则评价会取得较好的效果。而且越接近真实系统，评价效果越好，结果越准确。,13,3.1 安全评价原理3.1.2 类推原理,“类推”亦称“类比”。类推推理是人们经常使用的一种逻辑思维方法，常用来作为推出一种新知识的方法。它是根据两个或两类对象之间存在着某些相同或相似的属性，从一个已知对象具有某个属性来推出另一个对象具有此种属性的一种推理过程。它在人们认识世界和改造世界的活动中，有着非常重要的作用。它在安全生产、安全评价中，同样也有着特殊的意义和重要的作用。（P14有飞机机翼颤振难题被解决源于蜻蜓翅痣的灵感）,14,3.1 安全评价原理3.1.2 类推原理,其基本模式为：若A，B表示两个不同对象，A有属性P1，P2，Pm，Pn，B有属性Pl，P2，Pm，且nm，则对象B亦具有属性Pn。则对象A与B的推理可用如下公式表示： A有属性P1，P2，Pm，Pn， B有属性Pl，P2，Pm， 所以，B亦具有属性Pn nm,15,3.1 安全评价原理3.1.2 类推原理,类比推理的结论是或然性的（不是必然的）。所以，在应用时要注意提高结论的可靠性，其方法有：要尽量多地列举两个或两类对象所共有或共缺的属性；两个类比对象所共有或共缺的属性愈本质，则推出的结论愈可靠；两个类比对象共有或共缺的对象与类推的属性之间具有本质和必然的联系，则推出结论的可靠性就高。,16,3.1 安全评价原理3.1.2 类推原理,类推评价法是经常使用的一种安全评价方法。 类推评价法的种类及其应用领域取决于评价对象事件与先导事件之间联系的性质。若这种联系可用数字表示，则称为定量类推；如果这种联系关系只能定性处理，则称为定性类推。,17,3.1 安全评价原理3.1.2 类推原理,1.平衡推算法平衡推算法是根据相互依存的平衡关系来推算所缺的有关指标的方法。例如，利用海因里希关于重伤死亡、轻伤及无伤害事故比例1：29：300的规律，在已知重伤死亡数据的情况下，可推算出轻伤和无伤害事故数据；利用事故的直接经济损失与间接经济损失的比例为1：4的关系，从直接经济损失推算间接经济损失和事故总经济损失；利用爆炸破坏情况推算离爆炸中心多远处的冲击波超压(p，单位为MPa)或爆炸坑(漏斗)的大小，来推算爆炸物的TNT当量。这些都是平衡推算法的应用。,18,3.1 安全评价原理3.1.2 类推原理,2.代替推算法代替推算法是利用具有密切联系(或相似)的有关资料、数据，来代替所缺资料、数据的方法。例如，对新建装置的安全预评价，可使用与其类似的已有装置资料、数据对其进行评价；在职业卫生评价中，人们常常类比同类或类似装置的工业卫生检测数据进行评价。,19,3.1 安全评价原理3.1.2 类推原理,3.因素推算法因素推算法是根据指标之间的联系，从已知因素的数据推算有关未知指标数据的方法例如，已知系统发生事故的概率P和事故损失严重程度S，就可利用风险率R与P，S的关系来求得风险率R：R=PS,20,3.1 安全评价原理3.1.2 类推原理,4.抽样推算法抽样推算法是根据抽样或典型调查资料推算系统总体特征的方法。这种方法是数理统计分析中常用的方法，是以部分样本代表整个样本空间来对总体进行统计分析的一种方法。（路面检验）,21,3.1 安全评价原理3.1.2 类推原理,5.比例推算法比例推算法是根据社会经济现象的内在联系，用某一时期、地区、部门或单位的实际比例，推算另一类似时期、地区、部门或单位有关指标的方法。例如，控制图法的控制中心线的确定，是根据上一个统计期间的平均事故率来确定的。国外各行业安全指标的确定；通常也都是根据前几年的年度事故平均数值来确定的。（熟悉的股票指数走向）,22,3.1 安全评价原理3.1.2 类推原理,6.概率推算法概率是指某一事件发生的可能性大小。事故的发生是一种随机事件，任何随机事件，在一定条件下是否发生是没有规律的，但其发生概率是一客观存在的定值。因此，根据有限的实际统计资料，采用概率论和数理统计方法可求出随机事件出现各种状态的概率。可以用概率值来预测未来系统发生事故可能性的大小，以此来衡量系统危险性的大小、安全程度的高低。美国原子能委员会核电站风险报告采用的方法基本上是概率推算法。,23,3.1 安全评价原理3.1.3惯性原理,任何事物在其发展过程中，从过去到现在以及延伸至将来，都具有一定的延续性，这种延续性称为惯性。利用惯性可以研究事物或评价系统的未来发展趋势。例如，从一个单位过去的安全生产状况、事故统计资料，可以找出安全生产及事故发展变化趋势，推测其未来安全状态。,24,3.1 安全评价原理3.1.3惯性原理,利用惯性原理进行评价时应注意以下两点。1.惯性的大小惯性越大，影响越大；反之，则影响越小。例如，一个生产经营单位如果疏于管理，违章作业、违章指挥、违反劳动纪律严重，事故就多，若任其发展则会愈演愈烈，而且有加速的态势，惯性越来越大。对此，必须立即采取相应对策措施，破坏这种格局，亦即中止或使这种不良惯性改向，才能防止事故的发生。2.惯性的趋势一系统的惯性是这个系统内各个内部因素之问互相联系、互相影响，互相作用，按照一定的规律发展变化的一种状态趋势。因此，只有当系统是稳定的，受外部环境和内部因素影响产生的变化较小时，其内在联系和基本特征才可能延续下去，该系统所表现的惯性发展结果才基本符合实际。但是，绝对稳定的系统是没有的，因为事物发展的惯性在受外力作用时，可使其加速或减速甚至改变方向。这样就需要对一个系统的评价进行修正，即在系统主要方面不变、而其他方面有所偏离时，就应根据其偏离程度对所出现的偏离现象进行修正。,25,3.1 安全评价原理3.1.4 量变到质变原理,任何一个事物在发展变化过程中都存在着从量变到质变的规律。在一个系统中，许多有关安全的因素也都一一存在着从量变到质变的过程。在评价一个系统的安全时，也都离不开从量变到质变的原理。,26,3.1 安全评价原理3.1.4 量变到质变原理,例如，许多定量评价方法中，有关危险等级的划分无不一一应用着量变到质变的原理。道化学公司火灾、爆炸危险指数评价法(第七版)中，关于按F&EI(火灾、爆炸指数)划分的危险等级，从1至159的量变到质变的变化过程见下表。 危险等级 火灾、爆炸指数 最轻 60 较轻 6196 中等 97127 很大 128158 非常大 159,27,3.1 安全评价原理3.1.4 量变到质变原理,而在评价结论中，“中等”级及其以下的级别是“可以接受的”(在提出对策措施时可不考虑)，而“很大”级、“非常大”级则是“不能接受的”(应考虑对策措施)。P16有关于噪声115dB、爆炸冲击波0.1MPa、心脏停止跳动4分钟内复苏率50%的例子。因此，在安全评价时，考虑各种危险、有害因素对人体的危害，以及采用的评价方法进行等级划分等，均需要应用量变到质变的原理。,28,3.2 安全评价模型3.2.1 安全评价模型简介,在研究实际系统时，为了便于试验、分析、评价和预测，总是先设法对所要研究的系统的结构形态或运动状态进行描述、模拟和抽象。它是对系统或过程的一种简化，虽然不再包括原系统或过程的全部特征，但能描述原系统或过程输入、中间过程和输出的本质性的特征，并与原系统或过程所处的环境条件相似。模型一般可分为以下三种类型。,29,3.2 安全评价模型3.2.1 安全评价模型简介,1.形象摸型 形象模型是系统实体的放大或缩小，如建造舰船和飞机用的模塑、作战计划用的沙盘、土木工程用的建筑模型等。2.模拟模型 模拟模型是在一组可控制的条件下，通过改变特定的参数来观察模型的响应，预测系统在真实环境条件下的性能和运动规律。如在水池中对船模进行航行模拟试验；飞机模型在风洞中模拟飞行过程；在实验室条件下利用计算机模拟自动系统的工作过程等。,30,3.2 安全评价模型3.2.1 安全评价模型简介,3.数学模型数学模型也称符号模型，它是用数学表达式来描述实际系统的结构及其变量间的相互关系的。如化工装置利用ICI蒙德法进行单元评价时，其火灾、爆炸、毒性指标由下式来描述： D 式中：D 为DOWICI全体指标； B为物质系数； M特殊物质危险性； P一般工艺危险性； S特殊工艺危险性； Q量危险性； L配置危脸性； T毒性危险性。,31,3.2 安全评价模型3.2.2 安全评价模型的特点,评价模型不是直接研究现实世界的某一现象或过程的本身，而是设计出一个与该现象或过程相类似的模型，通过模型间接地研究该现象和过程。设计评价模型最本质的一条就是抓住“相似性”。具体的说，就是在两个对象之间可以找到某种相似性，这样两个对象之间就存在着“原型-模型”关系。 对于庞大、复杂的系统，如社会系统或军事技术系统，要做实验很难或根本不可能，而评价模型可以取而代之。评价模型是现实系统的抽象或者模仿，是由那些与分析的问题有关的部分或者因素构成的，它表明了这些有关部分或因素之间的关系。,32,3.2 安全评价模型3.2.2 安全评价模型的特点,使用评价模型的优点在于：（1）使现实系统被简化，易理解；（2）可操作性强，一些参数的改变比在实际中要容易；（3）敏感度大，可显示出哪些因素对系统影响更大，而且可通过不断改进，寻求更符合现实特性的模型，以此指导建立现实系统，并使之达到最佳状态；（4）通过模拟试验满足系统要求，耗资少。评价模型是描述现实系统的，因此必须反映实际情况。由于它是抽象的，因而又高于实际，且又便于研究实际系统的共性，从而有助于解决被抽象的实际系统中的问题。同样，评价模型也能指导其他有这些共性的实际问题的解决。评价模型是现实系统的一个抽象表示形式，如果搞得太复杂甚至和实际情况一样，就失去利用评价模型的意义。,33,3.2 安全评价模型3.2.3常用的几种安全评价模型,3.2.3.1.火灾模型和火灾损失1.火灾模型易燃、易爆的气体、液体泄漏后遇到引火源就会被点燃而着火燃烧。它们被点燃后的燃烧方式有池火、喷射火、火球和爆燃、固体火灾及突发火5种。,34,3.2.3常用的几种安全评价模型 3.2.3.1.火灾模型和火灾损失,1.火灾模型1）池火可燃液体(如汽油、柴油等)泄漏后流到地面形成液池，或流到水面并覆盖水面，遇到火源燃烧而成池火。池火可用以下几个参数来描述。（1）燃烧速度当液池中的可燃液体的沸点高于周围环境温度时，液体表面上单位面积的燃烧速度为： （2-1）式中：dm/dt单位表面积燃烧速度，kg/(m2.s)；Hc液体燃烧热，J/kg； Cp液体的比定压热容，J/(kg.K)； Tb液体的沸点，K To环境温度，K H液体的汽化热，J/kg当液体的沸点低于环境温度时，如加压液化气或冷冻液化气，其单位面积的燃烧速度为：式中符号意义同前。燃烧速度也可从手册中直接得到。1表2-1列出了一些可燃液体的燃烧速度。,35,3.2.3常用的几种安全评价模型 3.2.3.1.火灾模型和火灾损失,1.火灾模型1）池火（2）火焰高度设液池为一半径为r的圆池子，其火焰高度可按下式计算： （2-3）式中：h火焰高度，m； R液池半径，m； 0周围空气密度kg/m3； g重力加速度，9.8m/s2； dm/dt单位表面积燃烧速度，kg/(m2.s)；,36,3.2.3常用的几种安全评价模型 3.2.3.1.火灾模型和火灾损失,1.火灾模型1）池火（3）热辐射通量当液池燃烧时放出的总热辐射通量为： （2-4）式中：Q总热辐射通量，W 效率因子，可取0.130.35。 其余符号意义同前。,37,3.2.3常用的几种安全评价模型 3.2.3.1.火灾模型和火灾损失,1.火灾模型1）池火（4）目标入射热辐射强度假设全部辐射热量由液池中心点的小球面辐射出来，则在距离池中心某一距离(x)处的入射热辐射强度为： （2-5）式中：热辐射强度，/2； c热传导系数，在无相对理想的数据时，可取值为1； 目标点到液池中心距离，。,38,3.2.3常用的几种安全评价模型 3.2.3.1.火灾模型和火灾损失,1.火灾模型2）喷射火加压的可燃物质泄漏时形成射流，如果在泄漏裂口处被点燃，则形成喷射火。这里所用的喷射火辐射热计算方法是一种包括气流效应在内的喷射扩散模式的扩展。把整个喷射火看成是由沿喷射中心线上的全部点热源组成，每个点热源的热辐射通量相等。点热源的热辐射通量按下式计算： Q=V0HC （2-6） 式中：Q点热源热辐射通量，W； 效率因子，可取0.35； V0泄露速度，kg/s； HC燃烧热，J/kg。,39,3.2.3常用的几种安全评价模型 3.2.3.1.火灾模型和火灾损失,1.火灾模型2）喷射火从理论上讲，喷射火的火焰长度等于从泄漏口到可燃混合气燃烧下限(LFL)的射流轴线长度。对表面火焰热通量，则集中在LFL/1.5处。对危险评价分析而言，点热源数n一般取5就可以了。射流轴线上某点热源i到距离该点x处一点的热辐射强度为： （2-7）式中：Ii点热源i致目标点x处的热辐射强度，W/m2； f辐射系数，可取0.2； x点热源到目标点的距离，m。某一目标点处的入射热辐射强度等于喷射火的全部点热源对目标的热辐射强度的总和，即： （2-8）式中：n计算时选取的点热源数，一般取n=5,40,3.2.3常用的几种安全评价模型 3.2.3.1.火灾模型和火灾损失,1.火灾模型3）火球和爆燃低温可燃液化气由于过热，容器内压增大，使容器爆炸，内容物释放并被点燃，发生剧烈的燃烧，产生强大的火球，形成强烈的热辐射。（1）火球半径为： R=2.665M0.327 （2-9） 式中：R火球半径，m；M急剧蒸发的可燃物质的质量，kg。（2）火球持续时间为：t=1.089M0.327 （2-10） 式中：t火球持续时间，s。,41,3.2.3常用的几种安全评价模型 3.2.3.1.火灾模型和火灾损失,1.火灾模型3）火球和爆燃（3）火球燃烧时释放出的辐射热通量为： （2-11）式中：Q火球燃烧时的辐射热通量，W； 效率因子，取决于容器内可燃物质的饱和蒸汽压p， =0.27/p0.32。（4）目标接受到的入射热辐射强度为 （2-12）式中：tc传导系数，保守取值为1； x目标距火球中心的水平距离，m。,42,3.2.3常用的几种安全评价模型 3.2.3.1.火灾模型和火灾损失,1.火灾模型4）固体火灾固体火灾的热辐射参数按点源模型估计。此模型认为火焰射出的能量为燃烧的一部分，并且辐射强度与目标至火源中心距离的平方成反比，即： （2-13）式中：Ir目标接受到的辐射强度，W/m2； f辐射系数，可取f=0.25； Mc燃烧速度，kg/s； x目标距火球中心的水平距离，m。,43,3.2.3常用的几种安全评价模型 3.2.3.1.火灾模型和火灾损失,1.火灾模型5）突发火泄漏的可燃气体、液体蒸发的蒸气在空中扩散，遇到火源发生突然燃烧而没有爆炸。此种情况下，处于气体燃烧范围内的室外人员将会全部烧死；建筑物内将有部分人被烧死。突发火后果分析，主要是确定可燃混合气体的燃烧上、下极限的边界线及其下限随气团扩散到达的范围。为此，可按气团扩散模型计算气团大小和可燃混合气体的浓度（后详述）。,44,3.2.3常用的几种安全评价模型 3.2.3.1.火灾模型和火灾损失,2.火灾损失火灾通过辐射热的方式影响周围环境。当火灾产生的热辐射强度足够大时，可使周围的物体燃烧或变形，强烈的热辐射可能烧毁设备甚至造成人员伤亡等。火灾损失估算建立在辐射通量与损失等级的相应关系的基础上，P22表2-2为不同入射通量造成伤害或损失的情况。从表中可看出，辐射强度较低时，火灾致人重伤需要一定的时间，这时人们可以逃离现场或掩蔽起来。,45,46,47,48,49,3.2.3常用的几种安全评价模型3.2.3.2.爆炸模型,1.简述爆炸是物质的一种非常急剧的物理、化学变化，也是大量能量在短时间内迅速释放或急剧转化成机械功的现象。它通常是借助于气体的膨胀来实现。从物质运动的表现形式来看，爆炸就是物质剧烈运动的一种表现。物质运动急剧增速，由一种状态迅速地转变成另一种状态，并在瞬间内释放出大量的能。,50,3.2.3常用的几种安全评价模型3.2.3.2.爆炸模型,1.简述1）爆炸的特征(1)爆炸过程进行得很快；(2)爆炸点附近压力急剧升高，产生冲击波；(3)发出或大或小的响声；(4)周围介质发生震动或邻近物质遭受破坏。一般将爆炸过程分为两个阶段：第一阶段是物质的能量以一定的形式(定容、绝热)转变为强压缩能；第二阶段强压缩能急剧绝热膨胀对外做功，引起作用介质变形、移动和破坏。,51,3.2.3常用的几种安全评价模型3.2.3.2.爆炸模型,1.简述2）爆炸类型按爆炸性质可分为物理爆炸和化学爆炸。物理爆炸就是物质状态参数(温度、压力、体积)迅速发生变化，在瞬间放出大量能量并对外做功的现象。其特点是在爆炸现象发生过程中，造成爆炸发生的介质的化学性质不发生变化，发生变化的仅是介质的状态参数。例如锅炉、压力容器和各种气体或液化气体钢瓶的超压爆炸以及高温液体金属遇水爆炸等。,52,3.2.3常用的几种安全评价模型3.2.3.2.爆炸模型,1.简述2）爆炸类型化学爆炸就是物质由一种化学结构迅速转变为另一种化学结构，在瞬间放出大量能量并对外做功的现象。如可燃气体、蒸气或粉尘与空气混合形成爆炸性混合物的爆炸。化学爆炸的特点是：爆炸发生过程中介质的化学性质发生了变化，形成爆炸的能源来自物质迅速发生化学变化时所释放的能量。化学爆炸有3个要素，即反应的放热性、反应的快速性和生成气体产物。雷电是一种自然现象，也是一种爆炸。,53,3.2.3常用的几种安全评价模型3.2.3.2.爆炸模型,1.简述2）爆炸类型从工厂爆炸事故来看，有以下几种化学爆炸类型：(1)蒸气云团的可燃混合气体遇火源突然燃烧，是在无限空间中的气体爆炸；(2)受限空间内可燃混合气体的爆炸；(3)化学反应失控或工艺异常所造成压力容器爆炸；(4)不稳定的固体或液体爆炸。总之，发生化学爆炸时会释放出大量的化学能，爆炸影响范围较大；而物理爆炸仅释放出机械能，其影响范围较小。,54,3.2.3常用的几种安全评价模型3.2.3.2.爆炸模型,2.物理爆炸的能量物理爆炸，如压力容器破裂时，气体膨胀所释放的能量(即爆破能量)不仅与气体压力和容器的容积有关，而且与介质在容器内的物性相态相关。因为有的介质以气态存在，如空气、氧气、氢气等；有的以液态存在，如液氨、液氯等液化气体、高温饱和水等。容积与压力相同而相态不同的介质，在容器破裂时产生的爆破能量也不同，而且爆炸过程也不完全相同，其能量计算公式也不同。,55,3.2.3常用的几种安全评价模型3.2.3.2.爆炸模型,2.物理爆炸的能量1）压缩气体与水蒸气容器爆破能量当压力容器中介质为压缩气体，即以气态形式存在而发生物理爆炸时，其释放的爆破能量为： （2-14）式中：Eg气体的爆破能量，kJ； p容器内气体的绝对压力，MPa； V容器的容积，m3； k气体的绝热系数，即气体的定压比热与定容比热之比。,56,3.2.3常用的几种安全评价模型3.2.3.2.爆炸模型,2.物理爆炸的能量1）压缩气体与水蒸气容器爆破能量常见气体的绝热指数数值见P22表2-3从表中可看出，空气、氮、氧、氢及一氧化氮、一氧化碳等气体的绝热指数均为1.4或近似1.4，若用k=1.4代入式(2-14)中， （2-15） 令 （2-16）则式（2-15）可简化为 Eg=CgV式中：Cg常用压缩气体爆破能量系数，kJ/m3。压缩气体爆破能量Cg是压力P的函数，各种常用压缩气体几种压力下的气体爆破能量系数列于P23表2-4中。,57,3.2.3常用的几种安全评价模型3.2.3.2.爆炸模型,2.物理爆炸的能量1）压缩气体与水蒸气容器爆破能量若将k=1.135代入式(2-14)，可得干饱和蒸气容器爆破能量为： （2-18）用上式计算有较大的误差，因为它没有考虑蒸气干度的变化和其他的一些影响，但它可以不用查明蒸气热力性质而直接进行计算，因此可供危险性评价参考。对于常用压力下的干饱和蒸气容器的爆破能量可按下式计算： Eg=CgV （2-19）式中：Eg干饱和蒸汽的爆破能量，kJ； V干饱和蒸汽的体积m3； Cg干饱和蒸汽爆破能量系数，kJ/m3。常见的几种压力下的干饱和蒸汽容器爆破能量系数列于P23表2-5中。,58,3.2.3常用的几种安全评价模型3.2.3.2.爆炸模型,2.物理爆炸的能量2）介质全部为液体时的爆破能量通常将液体加压时所做的功作为常温液体压力容器爆炸时释放的能量，计算公式如下： （2-20）式中：El常温液体压力容器爆炸时释放的能量，kJ； p液体的压力，Pa； V容积的体积，m3； t液体在压力p和温度t下的压缩系数，Pa-1,59,3.2.3常用的几种安全评价模型3.2.3.2.爆炸模型,2.物理爆炸的能量3)液化气体与高温饱和水的爆破能量液化气体和高温饱和水一般在容器内以气液两态存在，当容器破裂发生爆炸时，除了气体的急剧膨胀做功外，还有过热液体激烈的蒸发过程。在大多数情况下，这类容器内的饱和液体占有容器介质质量的绝大部分，它的爆破能量比饱和气体大得多，一般计算时考虑气体膨胀做的功。,60,3.2.3常用的几种安全评价模型3.2.3.2.爆炸模型,2.物理爆炸的能量3)液化气体与高温饱和水的爆破能量过热状态下液体在容器破裂时释放出的爆破能量可按下式计算： （2-21）式中：E过热状态液体的爆破能量，kJ； H1爆炸前饱和液体的焓，Kj/kg； H2在大气压力下饱和液体的焓，kJ/kg S1爆炸前饱和液体的熵，kJ/（kg.）； S2在大气压力下饱和液体的熵，kJ/（kg.）； t1介质在大气压力下的沸点，； W饱和液体的质量，kg。,61,3.2.3常用的几种安全评价模型3.2.3.2.爆炸模型,2.物理爆炸的能量3)液化气体与高温饱和水的爆破能量饱和水容器的爆破能量按下式计算： Ew=CwV （2-22）式中：Ew饱和水容器的爆破能量，kJ； V容器内饱和水所占的容积，m3； Cw饱和水爆破能量系数，kJ/m3， 其见P23表2-6。,62,3.2.3常用的几种安全评价模型3.2.3.2.爆炸模型,3.爆炸冲击波及其伤害、破坏作用压力容器爆炸时，爆破能量在向外释放时以冲击波能量、碎片能量和容器残余变形能量3种形式表现出来。后二者所消耗的能量只占总爆破能量的315，也就是说大部分能量是产生空气冲击波。,63,3.2.3常用的几种安全评价模型3.2.3.2.爆炸模型,3.爆炸冲击波及其伤害、破坏作用1)爆炸冲击波冲击波是由压缩波叠加形成的，是波阵面以突进形式在介质中传播的压缩波。 开始时，压力突然升高，产生一个很大的正压力，接着又迅速衰减，在很短时间内正压降至负压。如此反复循环数次，压力渐次衰减下去。开始时产生的最大正压力即是冲击波波阵面上的超压p。多数情况下，冲击波的伤害、破坏作用是由超压引起的。超压p可以达到数个甚至数十个大气压。冲击波伤害、破坏作用准则有：超压准则、冲量准则、超压冲量准则等。为了便于操作，下面仅介绍超压准则。超压准则认为，只要冲击波超压达到一定值，便会对目标造成一定的伤害或破坏。超压波对人体的伤害和对建筑物的破坏作用见P24表2-7和表2-8。,64,3.2.3常用的几种安全评价模型3.2.3.2.爆炸模型,3.爆炸冲击波及其伤害、破坏作用2）冲击波的超压冲击波波阵面上的超压与产生冲击波的能量有关，同时也与距离爆炸中心的远近有关。冲击波的超压与爆炸中心距离的关系为： PR-n （2-23） 式中：P冲击波波阵面上的超压，MPa； R距爆炸中心的距离，m； n衰减系数。衰减系数在空气中随着超压的大小而变化，在爆炸中心附近为2.53；当超压在数个大气压以内时，n=2；小于1个大气压n=1.5。,65,3.2.3常用的几种安全评价模型3.2.3.2.爆炸模型,3.爆炸冲击波及其伤害、破坏作用2）冲击波的超压实验数据表明，不同数量的同类炸药发生爆炸时，如果R与R0比与q与q0之比的三次方根相等，则所产生的冲击波超压相同，用公式表示如下： （2-24） 则 P=P0 （2-25a）即满足一定位置关系的不同数量的同类炸药所产生的冲击波超压相同式中：R目标与爆炸中心的距离，m；R0目标与基准爆炸中心的距离，m； q0基准炸药量，TNT，kg； q爆炸时产生冲击波所消耗的炸药量，TNT，kg； P目标处的超压，MPa；P0基准目标处的超压，MPa； 炸药爆炸试验的模拟比。,66,3.2.3常用的几种安全评价模型3.2.3.2.爆炸模型,3.爆炸冲击波及其伤害、破坏作用2）冲击波的超压式（2-25a）也可写成： P（R）=P0（R0） （2-25b）利用式(2-25 b)就可以根据某些已知药量的试验所测得的超压来确定任意药量爆炸时在各种相应距离下的超压。P25表2-9是1000kgTNT炸药在空气中爆炸时所产生的冲击波超压。,67,3.2.3常用的几种安全评价模型3.2.3.2.爆炸模型,3.爆炸冲击波及其伤害、破坏作用2）冲击波的超压综上所述，计算压力容器爆破时对目标的伤害、破坏作用，可按下列程序进行。(1)首先根据容器内所装介质的特性，分别选用式(2-15)至式(2-22)计算出其爆破能量E。(2)将爆破能量E换算成TNT当量qTNT。因为1kgTNT爆炸所放出的爆破能量为42304836kJkg，一般取平均爆破能量为4500kJkg，故其关系为： （2-26）(3)按式(2-24)求出爆炸的模拟比，即： （2-27）(4)求出在1000kgTNT爆炸试验中的相当距离R0，即R0=R 。(5)根据R0值在表2-9中找出距离为R0处的超压P0(中间值用插人法)，此即所求距离为R处的超压。(6)根据超压P值，从表2-7、表2-8中找出对人员和建筑物的伤害、破坏作用。,68,3.2.3常用的几种安全评价模型3.2.3.2.爆炸模型,3.爆炸冲击波及其伤害、破坏作用3)蒸气云爆炸的冲击波伤害、破坏半径爆炸性气体以液态储存，如果瞬间泄漏后遇到延迟点火或气态储存时泄漏到空气中，遇到火源，则可能发生蒸气云爆炸。导致蒸气云形成的力来自容器内含有的能量或可燃物含有的内能，或两者兼而有之。“能”的主要形式是压缩能、化学能或热能。一般说来，只有压缩能和热量才能单独导致形成蒸气云。,69,3.2.3常用的几种安全评价模型3.2.3.2.爆炸模型,3.爆炸冲击波及其伤害、破坏作用3)蒸气云爆炸的冲击波伤害、破坏半径根据荷兰应用科研院TNO(1979)建议，可按下式预测蒸气云爆炸的冲击波的损害半径： R=Cs（NE）1/3 （2-28）式中：R损害半径，m； N效率因子，其值与燃烧浓度持续展开所造成的损耗的比例和燃料燃烧所得的机械能的数量有关，一般取N=10%； Cs经验常数，取决于损害等级，其取值情况见P26表2-10； E爆炸能量，kJ，可按下式取 E=VHc （2-29） V参与反应的可燃气体的体积，m3； Hc可燃气体的高燃烧热值，kJ/m3，取值情况见P26表2-11。,70,3.2.3常用的几种安全评价模型3.2.3.3.中毒模型,有毒物质泄漏后生成有毒蒸气云，它在空气中飘移、扩散，直接影响现场人员，并可能波及居民区。大量剧毒物质泄漏可能带来严重的人员伤亡和环境污染。,71,3.2.3常用的几种安全评价模型3.2.3.3.中毒模型,2003年 12月23日22点，重庆市开县境内发生天然气井喷事故，有243人中毒死亡，中毒人数万人左右。发生井喷的矿井是罗家16号矿井，属于中国石油西南油气田分公司川东北气矿。罗家16号矿井所在气田共有五六百亿立方米的天然气储量，是西南地区的大气田，同时，也是高含硫气田。事故发生时，富含硫化氢和二氧化碳的天然气喷至30米高，非常猛烈。硫化氢为有毒气体，短时间内大量吸入会致人死亡。,72,2003年12月23日22时左右，重庆市开县高桥镇的川东北气矿16H井发生特大井喷事故，造成243人死亡。,73,74,75,76,3.2.3常用的几种安全评价模型3.2.3.3.中毒模型,毒物对人员的危害程度取决于毒物的性质、毒物的浓度和人员与毒物接触时间等因素。有毒物质泄漏初期，其毒气形成气团密集在泄漏源周围，随后由于环境温度、地形、风力和湍流等影响气团飘移、扩散，扩散范围变大，浓度减小。在后果分析中，主要计算毒气气团在空气中飘移、扩散的范围、浓度、接触毒物的人数等。,77,3.2.3常用的几种安全评价模型3.2.3.3.中毒模型,1.毒物泄漏后果的概率函数法概率函数法是用人们在一定时间接触一定浓度毒物所造成影响的概率来描述毒物泄漏后果的一种表示法。概率与中毒死亡百分率有直接关系，两者可以互相换算，见P27表2-12。概率值在010之间。概率值Y与接触毒物的浓度及接触时间的关系如下： Y=A+B（Cnt） （2-30）式中：A，B，n取决于毒性物质的常熟，见P28表2-13列出了一些常见有毒物质的有关参数； C接触毒物的浓度，10-6； t接触毒物的时间，min。使用概率函数表达式时，必须计算评价点的毒性负荷(Cn.t)，因为在一个已知点，其毒物、浓度随着气团的稀释而不断变化，瞬时泄漏就是这种情况。,78,3.2.3常用的几种安全评价模型3.2.3.3.中毒模型,1.毒物泄漏后果的概率函数法确定毒物泄漏范围内某点的毒性负荷时，可把气团经过该点的时间划分为若干区段，计算每个区段内该点的毒物浓度，得到各时间区段的毒性负荷，然后再求出总毒性负荷：总毒性负荷=时间区段内毒性负荷一般说来，接触毒物的时间不会超过30min。因为在这段时间里人员可以逃离现场或采取保护措施。当毒物连续泄漏时，某点的毒物浓度在整个云团扩散期间没有变化。当设定某死亡百分率时，由表2-12查出相应的概率Y值，根据式(2-30)有： Cnt= （2-31）由上式可以计算出C值，于是按扩散公式可以算出中毒范围。如果毒物泄漏是瞬时的，则有毒气团的某点通过时，该点处毒物浓度是变化的。这种情况下，考虑浓度的变化情况，计算气团通过该点的毒性负荷，算出该点的概率值Y，然后查表2-12就可得出相应的死亡百分率。,79,3.2.3常用的几种安全评价模型3.2.3.3.中毒模型,2.有毒液化气体容器破裂时的毒害区估算液化介质在容器破裂时会发生蒸气爆炸。当液化介质为有毒物质，如液氯、液氨、二氧化硫、硫化氢、氢氰酸等，爆炸后若不燃烧，会造成大面积的毒害区域。当容器破裂时，器内压力降至大气压，处于过热状态的液化气温度迅速降至标准沸点to(单位：)，此时全部液体所放出的热量为： Q=WCp（t-t0） （2-32）式中：W有毒液化介质质量，kg； t 容器破裂前器内介质温度，； Cp液体介质比热，kJ(kg)。设这些热量全部用于容器内液体的蒸发，如它的气化热为q（单位：kJkg），则其蒸发量（单位：kg）为： （2-33）,80,3.2.3常用的几种安全评价模型3.2.3.3.中毒模型,2.有毒液化气体容器破裂时的毒害区估算如介质的相对分子量为M，则在沸点下蒸发蒸汽的体积Vg（单位：m3）为： （2-34）为便于计算，现将压力容器最常用的液氨、液氯、氢氰酸等的有关物理化学性能列于P29表2-14中。关于一些有毒气体的危险浓度见P29表2-15。若已知某种有毒物质的危险浓度，则可求出其危险浓度下的有毒空气体积。如二氧化