加氫反應(yīng)器的事故后果定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估評(píng)價(jià)

加氫反應(yīng)器的事故后果定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估評(píng)價(jià)加氫反應(yīng)器的事故后果定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估評(píng)價(jià)IIA通過(guò)表2.1可知，氫氣、硫化氫、氨氣等物質(zhì)的爆炸下限比較低，而且氫氣、硫化氫、煤焦油、汽油等都屬于甲類(lèi)火災(zāi)危險(xiǎn)物質(zhì)，一旦泄露在空氣中很容易發(fā)生火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)。2.2.2中毒危險(xiǎn)物質(zhì)加氫反應(yīng)器內(nèi)的一些危險(xiǎn)化學(xué)品具有一定的毒性，依據(jù)《職業(yè)性接觸毒物危害程度分級(jí)》(GBZ230-2010)及《工作場(chǎng)所有害因素職業(yè)接觸限值第1部分：化學(xué)有害因素》(GBZ2.1-2007)，各有毒物質(zhì)的毒性指標(biāo)見(jiàn)表2.2。表2.2危險(xiǎn)化學(xué)品毒性指標(biāo)序號(hào)物質(zhì)名稱(chēng)危害程度1硫化氫高度危害10--2氨氣輕度危害-20303煤焦油輕度危害-3004504汽油輕度危害5柴油輕度危害MAC是指最高容許濃度(Maximum

Allowable

Concentration)，指工作地點(diǎn)、在一個(gè)工作日內(nèi)、任何時(shí)間均不應(yīng)超過(guò)的有毒化學(xué)物質(zhì)的濃度。PC-TWA是指時(shí)間加權(quán)平均容許濃度(Permissible

Concentration-TimeWeightedAverage)，指以時(shí)間為權(quán)數(shù)規(guī)定的8小時(shí)工作日的平均容許接觸水平。PC-STEL是指短時(shí)間接觸容許濃度(PermissibleConcentration-ShortTermExposureLimit)，指一個(gè)工作日內(nèi)，任何一次接觸不得超過(guò)的15分鐘時(shí)間加權(quán)平均的容許接觸水平。加氫反應(yīng)器內(nèi)存在高度危害物質(zhì)硫化氫。硫化氫是具有刺激性，無(wú)色氣體，具有“臭雞蛋味”，但當(dāng)濃度極高時(shí)會(huì)引起嗅覺(jué)疲勞而聞不到其臭味。低濃度接觸對(duì)呼吸道或眼睛有局部刺激作用，高濃度接觸時(shí)對(duì)全身都會(huì)產(chǎn)生刺激性作用，主要表現(xiàn)為中樞神經(jīng)系統(tǒng)損害和窒息。氨氣具有強(qiáng)烈刺激性氣味，為無(wú)色氣體。氨氣主要經(jīng)呼吸道吸入中毒，氨濃度越高，接觸時(shí)間越長(zhǎng)，對(duì)人體的毒性就越大。吸入高濃度氨可造成人體組織蛋白質(zhì)變性、脂肪組織失去溶解性，引起呼吸道或皮膚燒傷、肺出血甚至反射性呼吸停止。液氨或高濃度氨還可致眼灼傷或皮膚灼傷。常見(jiàn)油品有汽油、柴油、煤焦油、潤(rùn)滑油、石蠟油等。汽油是一種神經(jīng)系統(tǒng)麻痹性毒物。急性輕度中毒時(shí)，是類(lèi)似酒醉樣癥狀，如頭暈、頭痛、惡心、無(wú)力、嘔吐、步態(tài)不穩(wěn)、視力模糊、精神恍惚，并可能引發(fā)癔病發(fā)作。重度中毒時(shí)，會(huì)立刻出現(xiàn)昏迷、抽搐等嚴(yán)重的心、腦血系統(tǒng)病癥。如不慎將汽油吸入肺部，則會(huì)引發(fā)吸入性肺炎。柴油為高沸點(diǎn)成份，故使用時(shí)由于蒸汽所致的毒性機(jī)會(huì)較小。柴油的霧滴吸入后可致吸入性肺炎。皮膚接觸柴油可致接觸性皮炎。多見(jiàn)于兩手、腕部與前臂。煤焦油為化學(xué)致癌物，如果作用于皮膚，可能引起皮膚炎癥，還可能腐蝕皮膚。吸入熱的煤焦油蒸氣會(huì)引起中毒或鼻中隔損傷。2.3工藝過(guò)程危險(xiǎn)與有害因素分析2.3.1火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)性加氫反應(yīng)器內(nèi)以油品為原料，在加氫專(zhuān)用催化劑的作用下，經(jīng)高溫、中壓、加氫反應(yīng)，在反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行大分子裂化、烯烴及芳烴飽和、脫硫、脫氮、脫重金屬等一系列反應(yīng)，提高油品性質(zhì)以生產(chǎn)出高質(zhì)量的汽、柴油替代產(chǎn)品或燃料油[4]。上述物料在生產(chǎn)過(guò)程中溫度和壓力比較高，一旦發(fā)生超溫、超壓或泄漏情況，極易引發(fā)火災(zāi)爆炸事故。點(diǎn)火源產(chǎn)生原因明火：人員攜帶火種進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域或在在危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)抽煙，車(chē)輛沒(méi)有防火罩而進(jìn)入爆炸危險(xiǎn)區(qū)域等都可能產(chǎn)生明火。違章操作：沒(méi)有辦理相應(yīng)手續(xù)在爆炸危險(xiǎn)區(qū)域焊接，也沒(méi)有防護(hù)措施。過(guò)熱物質(zhì)：反應(yīng)器內(nèi)的大多數(shù)反應(yīng)是在高溫下進(jìn)行，溫度超過(guò)了反應(yīng)物的可燃點(diǎn)，一旦反應(yīng)物質(zhì)發(fā)生泄漏，極易造成火災(zāi)爆炸事故。如在制氫過(guò)程中，轉(zhuǎn)化爐的溫度可達(dá)到850℃，而氫氣引燃溫度為400℃，中間產(chǎn)物一氧化碳的引燃溫度為610℃。因此，一旦設(shè)備泄漏極易引燃可燃?xì)怏w而發(fā)生爆炸事故。電氣火花：在爆炸危險(xiǎn)區(qū)域未使用相應(yīng)級(jí)別的防爆電氣，或防爆電氣防爆性能失效，電氣線路老化引燃絕緣層，過(guò)載、接觸不良產(chǎn)生高溫等均會(huì)引起爆炸事故。切割、打磨產(chǎn)生火花及高溫：在爆炸危險(xiǎn)區(qū)域違章作業(yè)，切割、打磨產(chǎn)生火花及高溫，遇到可燃性氣體達(dá)到爆炸極限從而引發(fā)爆炸事故。靜電火花：未按要求穿戴防靜電工作服，流體的高速流動(dòng)，設(shè)備、管線無(wú)防靜電接地措施或防靜電接地失效，都有可能產(chǎn)生靜電火花。雷電：由于設(shè)備的防雷設(shè)施失效、不按要求安裝防雷設(shè)施、防雷設(shè)施已損壞或未設(shè)置防雷設(shè)施等原因均可能造成雷電火源。電磁輻射：在爆炸危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)使用非防爆通信設(shè)備，也有可能引燃易燃物質(zhì)，發(fā)生爆炸事故。另外，容器、塔器在檢修過(guò)程中，沒(méi)有按要求進(jìn)行吹掃、清洗、取樣分析，檢修人員違章進(jìn)入受限空間動(dòng)火作業(yè)，也有可能發(fā)生爆炸事故。發(fā)生泄漏原因加氫反應(yīng)器設(shè)備腐蝕有可能導(dǎo)致泄漏，主要原因有高溫氫腐蝕、氫脆、高溫腐蝕以及濕腐蝕[5]。①高溫氫腐蝕是由于材料中的碳在高溫條件下與氫氣發(fā)生反應(yīng)生成甲烷，從而降低了材料的塑性和機(jī)械強(qiáng)度，甲烷氣體在材料的晶體間不斷積聚，使材料內(nèi)部產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力從而導(dǎo)致材料表面鼓泡或裂紋。為了避免發(fā)生高溫氫腐蝕，加氫反應(yīng)器內(nèi)的設(shè)備、管線多采用不銹鋼或合金鋼。②氫脆是由于氫原子溶于鋼材后，聚合為分子導(dǎo)致鋼材晶體的結(jié)合力降低，造成應(yīng)力集中現(xiàn)象，從而使材料的韌性、延展性下降。氫脆的危害主要在裝置停工階段出現(xiàn)，此時(shí)反應(yīng)器內(nèi)的溫度、壓力迅速下降，材料中的氫氣無(wú)法快速溢出，處于過(guò)飽和狀態(tài)，嚴(yán)重時(shí)就會(huì)引起材料的表面產(chǎn)生裂紋。③高溫腐蝕是由于脫硫反應(yīng)后的硫與氫氣反應(yīng)生成了，作用于鋼材加劇了氫腐蝕。④濕腐蝕主要形態(tài)有：電化學(xué)腐蝕引起的材料表面腐蝕，腐蝕引起的氫脆、氫裂或應(yīng)力腐蝕。加氫反應(yīng)器的工藝閥門(mén)、法蘭、管道、儀表連接處較多。如果法蘭連接件處松動(dòng)、墊片發(fā)生老化或長(zhǎng)期腐蝕都有可能導(dǎo)致泄漏。機(jī)泵、壓縮機(jī)以及風(fēng)機(jī)等轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備密封不嚴(yán)密也可導(dǎo)致泄漏，若軸封不良或長(zhǎng)期磨損，也有可能造成泄漏。設(shè)備異常超壓、緊急泄放裝置失效或連鎖控制失靈等原因有可能造成容器、設(shè)備或管道超壓破裂泄漏。人員操作失誤將高壓氣體竄至低壓管線，從而造成超壓泄漏。自然災(zāi)害造成的破裂泄漏如地震、臺(tái)風(fēng)等。2.3.2灼燙危險(xiǎn)性分析人員不慎接觸高溫物料、容器、管道、爐渣和廢料容易造成灼燙事故。例如加熱爐操作溫度高達(dá)500℃[7]，如果爐壁的保溫隔熱效果不好，周?chē)鸁o(wú)有效的防護(hù)措施，就有可能發(fā)生高溫灼燙事故。發(fā)生灼燙事故可能的原因有：爐壁、管線等高溫設(shè)備表面沒(méi)有添加隔熱材料保護(hù)或沒(méi)有設(shè)置警示牌；高溫作業(yè)時(shí)，作業(yè)人員沒(méi)有穿戴要求的勞動(dòng)防護(hù)用品；高溫作業(yè)時(shí)，作業(yè)人員沒(méi)有使用必須的作業(yè)工具；高溫氣體或液體意外泄漏而燙傷作業(yè)人員。2.4其他危險(xiǎn)、有害因素分析2.4.1觸電加氫反應(yīng)器需要大量的電氣設(shè)備，如發(fā)電機(jī)、電纜、配電設(shè)備等，如果這些電氣設(shè)施的線路絕緣老化、漏電保護(hù)裝置失效、未設(shè)置屏護(hù)設(shè)施、接地接零防護(hù)措施失效，以及人員未按照規(guī)章進(jìn)行操作等原因均可造成觸電事故。2.4.2高處墜落操作人員登高作業(yè)時(shí)不按勞動(dòng)紀(jì)律穿戴防護(hù)用品，不按規(guī)定通道上下作業(yè)等，未經(jīng)安全人員的同意擅自從事登高作業(yè)或拆除防護(hù)措施，均有可能造成人員高處墜落事故。2.4.3粉塵裝置使用的催化劑較多，有加氫催化劑鎳鉬硫化物、轉(zhuǎn)化催化劑、甲基二乙醇胺脫硫劑、PSA變壓吸附劑等[8]，在添加催化劑和卸載過(guò)程中，如果無(wú)有效的防塵裝置，就有可能危害作業(yè)人員的身體健康。2.4.4物體打擊作業(yè)人員進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)未佩戴安全帽、容器的物件松動(dòng)、機(jī)械運(yùn)行、物料或工具傳遞失誤均有可能造成物體打擊。3定性、定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法3.1加氫反應(yīng)器的定性風(fēng)險(xiǎn)分析3.1.1事件樹(shù)分析加氫反應(yīng)器如果發(fā)生泄漏主要有可能發(fā)生油品或氫氣的泄漏，硫化氫和氨氣由于含量較少，故不作考慮。點(diǎn)火過(guò)程分為立即點(diǎn)火和延遲點(diǎn)火。立即點(diǎn)火是指可燃物泄漏后立刻點(diǎn)火，延遲點(diǎn)火是指可燃物泄漏后擴(kuò)散碰到點(diǎn)火源而點(diǎn)火[17]。連續(xù)泄露時(shí)立即點(diǎn)火會(huì)產(chǎn)生噴射火，而瞬時(shí)泄漏時(shí)如立即點(diǎn)火會(huì)產(chǎn)生沸騰液體擴(kuò)展蒸氣云爆炸或閃火，如延時(shí)點(diǎn)火則可能導(dǎo)致蒸氣云爆炸或閃火。根據(jù)《石化企業(yè)定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)導(dǎo)則》（AQ/T3046-2013），可燃液體釋放事件樹(shù)如圖3.1，氫氣泄漏事件樹(shù)如圖3.2。圖3.1可燃液體釋放事件樹(shù)圖3.2氫氣泄漏事件樹(shù)3.1.2泄露概率基礎(chǔ)泄漏概率主要來(lái)源于事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，泄漏的部位主要有：容器、管道、壓縮泵、閥門(mén)、連接件等。由于我國(guó)缺乏在工業(yè)泄露的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，一般采取國(guó)外的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究。表3.1給出了1982年荷蘭的研究小組在COVO研究報(bào)告中公布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和挪威船級(jí)社（DNC）在2005年公布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)[3]。表3.1基礎(chǔ)泄漏概率泄漏部位泄漏方式泄露概率數(shù)據(jù)來(lái)源容器泄漏孔徑1mm泄漏孔徑10mm泄漏孔徑50mm整體破裂整體破裂（壓力容器）5.00E-41.00E-55.00E-61.00E-66.50E-5DNVCrossthwaiteetalCrossthwaiteetalCrossthwaiteetalCOVOStudy內(nèi)徑50mm的管道泄漏孔徑1mm全管徑泄漏5.70E-58.80E-7DNVCOVOStudy50mm＜內(nèi)徑150mm的管道泄漏孔徑1mm全管徑泄漏2.00E-52.60E-7DNVCOVOStudy內(nèi)徑>150mm的管道泄漏孔徑1mm全管徑泄漏1.1E-58.80E-8DNVCOVOStudy根據(jù)前面建立的事件樹(shù)模型，可以計(jì)算出各種事故后果的概率。根據(jù)《石化裝置定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指南》，點(diǎn)火總概率為(3.1)式中：m——泄漏質(zhì)量流速，。氣體延遲點(diǎn)火概率為(3.2)液體延遲點(diǎn)火概率為(3.3)氣體立即點(diǎn)火概率為(3.4)液體立即點(diǎn)火概率為(3.5)3.2氫氣泄漏定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型3.2.1噴射火加壓的易燃物一旦從容器、管道等設(shè)備泄漏出來(lái)時(shí)會(huì)形成噴射流，如果在泄漏裂口遇到點(diǎn)火源，將會(huì)形成噴射火[9]。噴射火對(duì)周?chē)藛T、設(shè)備、環(huán)境造成的主要危害為火焰的沖擊和熱輻射。若噴射火發(fā)生在儲(chǔ)罐區(qū)，產(chǎn)生的熱輻射有可能使周?chē)鷥?chǔ)罐發(fā)生火災(zāi)或爆炸。因此計(jì)算噴射火的尺寸和熱輻射情況，可以為事故預(yù)防。工業(yè)安全方面提供可靠依據(jù)。常用的噴射火的模型有“單點(diǎn)源”模型、“多點(diǎn)源”模型和“圓錐體模型”，本文采用“單點(diǎn)源”模型，假設(shè)噴射火的火焰形狀呈圓錐狀，并用泄漏處到火焰長(zhǎng)度的4/5處的點(diǎn)源模型定量計(jì)算[1]。泄漏速率氣體從容器破裂口泄漏的速度與其流動(dòng)的狀態(tài)有關(guān)，因此計(jì)算泄漏量時(shí)所先要判斷泄漏時(shí)氣體的流動(dòng)速度屬于音速還是亞音速流動(dòng)[4]。當(dāng)時(shí)，氣體流動(dòng)屬于音速流動(dòng)；當(dāng)時(shí)，氣體流動(dòng)屬于亞音速流動(dòng)。音速流動(dòng)的氣體泄漏質(zhì)量流速為：(3.6)亞音速流動(dòng)的氣體泄漏質(zhì)量流速為：(3.7)式中：m——?dú)怏w泄漏的質(zhì)量流速，kg/s；P——容器內(nèi)介質(zhì)的壓力，Pa；——環(huán)境壓力，Pa；A——為泄漏口面積，，取泄漏管徑的20%；M——?dú)怏w摩爾質(zhì)量，Kg/mol；T——?dú)怏w溫度，K；R——?dú)怏w常數(shù)，；K——?dú)怏w的絕熱指數(shù)；——泄漏液體系數(shù)，經(jīng)過(guò)一小段短管液體經(jīng)小孔泄漏取1.0[16]；Y——流出系數(shù)?；鹧骈L(zhǎng)度噴射火的火焰長(zhǎng)度與泄漏質(zhì)量流速和泄漏物質(zhì)的燃燒熱有關(guān)，可用如下方程計(jì)算：(3.8)式中：R——火焰長(zhǎng)度，m；——?dú)錃獾娜紵裏?，J/kg。目標(biāo)接收熱輻射強(qiáng)度距離噴射火火焰點(diǎn)源為L(zhǎng)(m)處接收到的熱輻射通量可用下式表示：(3.9)式中：q——距離L處接收的熱輻射的通量()f——熱輻射率，取0.2；——大氣傳輸率。大氣傳輸率計(jì)算方式如下：(3.10)熱輻射傷害熱輻射是熱傳播的主要方式，火災(zāi)主要通過(guò)熱輻射的方式破壞周?chē)繕?biāo)，包括人員、設(shè)備、建筑物、木材等。當(dāng)熱輻射強(qiáng)度足夠大時(shí)，可使周?chē)脑O(shè)備變形或燃燒，甚至造成人員傷亡等。預(yù)測(cè)噴射火的熱輻射強(qiáng)度必須知道熱輻射的破壞準(zhǔn)則，本文采用熱通量準(zhǔn)則，熱通量準(zhǔn)則中熱通量作為唯一參數(shù)來(lái)判斷目標(biāo)是否被破壞，當(dāng)目標(biāo)接收熱通量小于目標(biāo)破壞所需的臨界熱通量時(shí)，目標(biāo)不被破壞；否則，目標(biāo)被破壞。熱通量準(zhǔn)則適用于：目標(biāo)達(dá)到熱平衡所用時(shí)間比熱通量所用時(shí)間長(zhǎng)。通過(guò)上述公式的推算，計(jì)算相應(yīng)熱輻射強(qiáng)度的傷害半徑，表3.2是不同的射通量造成傷害或損失的傷害半徑[14]。表3.2熱輻射造成傷害或損失的傷害半徑熱輻射強(qiáng)度傷害半徑/m對(duì)設(shè)備的損傷對(duì)人的傷害37.5操作設(shè)備全部損壞1%死亡/10s100%死亡/1min25在無(wú)火焰、長(zhǎng)時(shí)間輻射下。木材燃燒的最小能量重大燒傷/10s100%死亡/1min12.5有火焰時(shí)，木材燃燒，塑料融化的最小能量一度燒傷/10s1%死亡/1min4.0-20s以上感覺(jué)疼痛，未必起泡1.6--長(zhǎng)時(shí)間輻射無(wú)不舒服感覺(jué)從表中可看出，熱輻射強(qiáng)度較小時(shí)，不會(huì)瞬間致人死亡或重傷，人們可以從火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)逃離或掩蔽起來(lái)。3.2.2泄漏擴(kuò)散氫氣泄漏后會(huì)在泄漏源形成氣團(tuán)，氣團(tuán)在大氣中的擴(kuò)散可連續(xù)型煙羽模型對(duì)液氨儲(chǔ)罐中氨氣泄露擴(kuò)散區(qū)域進(jìn)行計(jì)算，而高斯模型是三維擴(kuò)散模型，為了便于觀察分析，截取有效源高度處（z軸固定），xy平面為研究對(duì)象，計(jì)算公式為：(3.11)式中：C(x，y，z)——連續(xù)排放時(shí)，形成穩(wěn)定的流場(chǎng)后，某地點(diǎn)(x，y，z)的氫氣的濃度，kg/m3；Q——連續(xù)排放時(shí)氨氣的質(zhì)量流量，kg/s；U——風(fēng)速，m/s；y，z——側(cè)風(fēng)向、垂直風(fēng)向擴(kuò)散系數(shù)；x——下風(fēng)向距離，m；y——側(cè)風(fēng)向距離，m；z——垂直風(fēng)向距離，m。查得東北地區(qū)的大氣穩(wěn)定度一般為D型，再根據(jù)《石化裝置定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指南》查得大氣穩(wěn)定度為D型時(shí)，所對(duì)應(yīng)的擴(kuò)散參數(shù)為：(3.12)(3.13)將，的表達(dá)式，泄漏時(shí)的平均風(fēng)速、泄漏量代入高斯擴(kuò)散煙羽模型，根據(jù)煙羽模型擴(kuò)散公式，就可以畫(huà)出在加氫反應(yīng)器發(fā)生泄漏后，氫氣的擴(kuò)散范圍圖。3.2.3火球裝有液化氣體的容器和設(shè)備當(dāng)處于外部火焰烘烤、機(jī)械失效或受到撞擊等時(shí)，容器和設(shè)備有可能突然破裂，罐內(nèi)外的壓力平衡被突然破壞，液化氣體急劇氣化，大量的氣化的氣體釋放出來(lái)，并立即被外部火焰點(diǎn)燃就會(huì)產(chǎn)生沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸(BLEVE)，產(chǎn)生巨大的火球。加氫反應(yīng)器在外部火焰的烘烤下，也會(huì)產(chǎn)生沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸?；鹎蛑睆交鹎蛑睆接?jì)算公式為：(3.14)式中：R——火球直徑，m；W——火球中消耗的可燃物質(zhì)量，kg。對(duì)于單罐儲(chǔ)存，W取罐容量的50%；對(duì)于雙罐儲(chǔ)存，W取罐容量的70%；對(duì)于多罐儲(chǔ)存，W取罐容量的90%?；鹎虺掷m(xù)時(shí)間火球持續(xù)時(shí)間按下式計(jì)算：(3.15)式中：t——火球持續(xù)時(shí)間，s；W——火球消耗的可燃物質(zhì)量，kg?；鹎蛱叨然鹎蛟谌紵龝r(shí)，將抬升到一定的高度?；鹎蛑行狞c(diǎn)距離地面的高度H由下式計(jì)算：(3.16)死亡、重傷、輕傷熱通量死亡熱通量：(3.17)重傷熱通量：(3.18)輕傷熱通量：(3.19)式中：——傷害概率，按人員傷害概率為時(shí)，傷害百分?jǐn)?shù)為50計(jì)，死亡、重傷、輕傷都以百分?jǐn)?shù)50定義?！邮艿降臒嵬?，。死亡、重傷、輕傷半徑目標(biāo)接收到的熱通量可由下式獲得，將死亡、重傷、輕傷熱通量帶入下式即可算得相應(yīng)半徑：(3.20)式中：為死亡、重傷、輕傷熱通量，;——火球表面的輻射通量，單位為；對(duì)于柱形罐取270，對(duì)于球形罐取200；R——火球當(dāng)量半徑，m。r——目標(biāo)到火球中心的距離，m。3.2.4蒸氣云爆炸氫氣的爆炸極限為4.0%~75.6%，氫氣泄漏后與空氣混合物達(dá)到爆炸下限時(shí)遇到點(diǎn)火源很容易發(fā)生蒸氣云爆炸事故。蒸氣云爆炸的主要危害是沖擊波超壓，沖擊波超壓可通過(guò)常用的的TNT當(dāng)量系數(shù)法進(jìn)行傷害范圍評(píng)價(jià)，將爆炸產(chǎn)生的爆炸總能量等價(jià)于一定質(zhì)量的TNT爆炸所產(chǎn)生的能量，評(píng)價(jià)結(jié)果比較直觀、可靠。TNT當(dāng)量氫氣發(fā)生蒸氣云爆炸的TNT當(dāng)量可以由下式得到：(3.21)式中：——TNT當(dāng)量，kg；a——TNT當(dāng)量系數(shù)，推薦；——?dú)錃庹魵庠瓶傎|(zhì)量，kg；——?dú)錃獾母邿嶂担?；——TNT的燃燒熱，。若加氫反應(yīng)器內(nèi)所有氫氣泄漏，則由下式可以得到氫氣蒸氣云總質(zhì)量：(3.22)式中：k——單罐充裝系數(shù)；——?dú)錃獾拿芏?，；V——儲(chǔ)罐體積，。沖擊波超壓當(dāng)加氫反應(yīng)器發(fā)生蒸氣云爆炸時(shí)，爆炸能量以碎片能量、容器殘余變形能量和沖擊波能量3種形式向外釋放。碎片能量和容器殘余變形能量所消耗的能量較少，只占總爆破能量的3%一10%，而碎片模型由于碎片數(shù)量、能量、大小形狀等的計(jì)算有很多不確定參數(shù)，或很多參數(shù)都是經(jīng)驗(yàn)值，計(jì)算也相對(duì)繁瑣，還需進(jìn)行深入研究，所以沒(méi)有對(duì)碎片模型進(jìn)行研究。而剩余的大部分爆炸能量產(chǎn)生強(qiáng)烈的空氣沖擊波[16]。沖擊波是一種不連續(xù)峰在介質(zhì)中的強(qiáng)擾動(dòng)傳播，這個(gè)峰導(dǎo)致環(huán)境溫度、壓力、密度等介質(zhì)狀態(tài)發(fā)生跳躍式的突變，其傳播速度大于聲速，而空氣沖擊波是工業(yè)事故中最常見(jiàn)的形式。在大多數(shù)情況下，沖擊波的傷害、破壞作用是由超壓引起的，壓力超過(guò)周?chē)h(huán)境壓力即為超壓，超出的最大壓力為峰值超壓，峰值超壓有時(shí)候可以達(dá)到數(shù)十個(gè)大氣壓。沖擊波傷害、破壞作用準(zhǔn)則有：超壓準(zhǔn)則、沖量準(zhǔn)則、超壓一沖量準(zhǔn)則等，其中最常用的是超壓準(zhǔn)則。超壓準(zhǔn)則認(rèn)為，只要沖擊波超壓達(dá)到一定值，便會(huì)對(duì)目標(biāo)造成一定的傷害或破壞。表3.3為沖擊波超壓波對(duì)人體的傷害，表3.4為對(duì)建筑物的破壞作用。表3.3沖擊波超壓對(duì)人體的傷害作用/MPa傷害作用0.02~0.03輕微損傷0.03~0.05聽(tīng)覺(jué)器官損傷或骨折0.05~0.10內(nèi)臟嚴(yán)重?fù)p傷或死亡>0.10大部分人員死亡表3.4沖擊波超壓對(duì)建筑物的破壞作用/MPa傷害作用/MPa傷害作用0.005~0.006門(mén)、窗玻璃部分破碎0.06~0.07木建筑廠房柱折斷，房架松動(dòng)0.006~0.015受壓面的門(mén)窗玻璃部分破碎0.07~0.10磚墻倒塌0.015~0.02窗框損壞0.10~0.20防震鋼筋混凝土破壞、小房屋倒塌0.02~0.03墻裂縫0.20~0.30大型鋼架結(jié)構(gòu)破壞0.03~0.05墻大裂縫，屋瓦掉下--傷害分區(qū)利用超壓準(zhǔn)則計(jì)算該加氫反應(yīng)器泄漏后發(fā)生蒸氣云爆炸的事故后果。為了簡(jiǎn)單直觀的反應(yīng)發(fā)生蒸氣云爆炸時(shí)所造成的人員傷亡情況，將危險(xiǎn)源周?chē)鷦澐譃樗劳鰠^(qū)、重傷區(qū)、輕傷區(qū)和安全區(qū)[18]。死亡區(qū)是指如果該區(qū)域內(nèi)的人員缺少防護(hù)措施，認(rèn)為將會(huì)毫無(wú)例外的死亡。其內(nèi)徑為0，外徑設(shè)為，表示該區(qū)域內(nèi)人員受到?jīng)_擊波的作用而導(dǎo)致死亡的概率為0.5，它與TNT當(dāng)量質(zhì)量之間的關(guān)系為：(3.23)重傷區(qū)是指如果該區(qū)域內(nèi)的人員缺少防護(hù)措施，認(rèn)為絕大多數(shù)人將會(huì)受到重傷，極少數(shù)人可能死亡或輕傷。其內(nèi)經(jīng)為死亡半徑，外徑設(shè)為，表示該區(qū)域內(nèi)人員因受到?jīng)_擊波作用而導(dǎo)致耳膜破裂的概率為0.5，它要求的沖擊波峰值超壓為44000Pa[19]。沖擊波超壓按下式計(jì)算：(3.24)(3.25)(3.26)其中：——沖擊波超壓，Pa；Z——中間因子；E——蒸氣云爆炸能量值，J；；——大氣壓，Pa，取101300Pa。輕傷區(qū)是指如果該區(qū)域內(nèi)的人員如果缺少防護(hù)措施，則絕大數(shù)人將會(huì)遭受輕傷，少數(shù)人會(huì)重傷或安全。輕傷區(qū)的內(nèi)徑為重傷區(qū)的外徑，外徑設(shè)為，表示該區(qū)域內(nèi)人員因受到?jīng)_擊波作用而外耳膜破裂的概率為0.5，它要求的沖擊波峰值超壓為17000Pa。沖擊波超壓按下式計(jì)算：(3.27)(3.28)(3.29)安全區(qū)是指即使該區(qū)域內(nèi)的人員無(wú)防護(hù)措施，絕大多數(shù)人也不會(huì)受傷，其內(nèi)徑為輕傷區(qū)外徑，外徑為無(wú)窮大。3.3油品泄漏定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型3.3.1噴射火泄漏速率可燃液體泄漏質(zhì)量流率為：(3.30)式中:Qm——質(zhì)量流率，kg/s；P——管道內(nèi)液體壓力，Pa；ρ——泄漏液體密度，kg/m3；P0——環(huán)境壓力，Pa。火焰長(zhǎng)度噴射火的火焰長(zhǎng)度為：(3.31)式中：R——火焰長(zhǎng)度，m；——油品的燃燒熱，J/kg。目標(biāo)接收熱輻射強(qiáng)度距離噴射火火焰點(diǎn)源為L(zhǎng)(m)處接收到的熱輻射通量用式(3.9)和式(3.10)獲得。熱輻射傷害熱輻射傷害的計(jì)算方式與.2火球直徑火球直徑計(jì)算公式為：(3.32)式中：D——火球直徑，m；W——火球中消耗可燃物質(zhì)量，kg。火球持續(xù)時(shí)間火球持續(xù)時(shí)間按下式計(jì)算：(3.33)火球抬升高度火球中心點(diǎn)距離地面的高度H由式(2.16)計(jì)算：死亡、重傷、輕傷熱通量死亡熱通量由式(2.17)計(jì)算，重傷熱通量由式(2.18)計(jì)算，輕傷熱通量由式(3.19)計(jì)算。死亡、重傷、輕傷半徑將死亡、重傷、輕傷熱通量帶入式(3.20)即可算得相應(yīng)半徑.3.3.3蒸氣云爆炸TNT當(dāng)量法閃蒸系數(shù)高壓的飽和油品液體泄漏后進(jìn)入比較低壓的環(huán)境，由于壓力的突然降低一部分液體變成容器壓力下的飽和蒸汽。根據(jù)熱力學(xué)數(shù)據(jù)資料，用下式估算油品的閃蒸部分[20]。(3.34)式中：F——蒸發(fā)系數(shù)；——反應(yīng)器內(nèi)溫度與油品沸點(diǎn)的溫差，K；L——汽化熱，。云團(tuán)中燃料質(zhì)量(3.35)式中：——云團(tuán)中消耗燃料的質(zhì)量，kg；W——泄漏燃料的質(zhì)量，kg。TNT當(dāng)量(3.36)式中：——燃料的TNT當(dāng)量，kg；——TNT當(dāng)量系數(shù)，可取=0.05；——燃料的燃燒熱，；——TNT的燃燒熱（4760）。爆炸沖擊波傷害分區(qū)爆炸沖擊波傷害分區(qū)的算法與2.2.4節(jié)一致。4MATLAB軟件評(píng)價(jià)反應(yīng)器風(fēng)險(xiǎn)4.1軟件開(kāi)發(fā)工具4.1.1MATLAB軟件介紹MATLAB是Matrix和Laboratory兩個(gè)詞的組合，意為矩陣工廠（矩陣實(shí)驗(yàn)室）。它包含控制語(yǔ)句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入和輸出和面向?qū)ο缶幊烫攸c(diǎn)。用戶(hù)可以在命令窗口中將輸入語(yǔ)句與執(zhí)行命令同步，也可以先編寫(xiě)好一個(gè)較大的復(fù)雜的應(yīng)用程序（M文件）后再一起運(yùn)行。新版本的MATLAB7.0語(yǔ)言是基于最為流行的C++語(yǔ)言基礎(chǔ)上的，因此語(yǔ)法特征與C++語(yǔ)言極為相似，而且更加簡(jiǎn)單。本系統(tǒng)是在MATLAB7.0的基礎(chǔ)上研發(fā)的，MATLAB7.0具有以下幾個(gè)主要功能。開(kāi)發(fā)界面：用戶(hù)可以打開(kāi)多個(gè)窗口并使用多個(gè)文件，可以根據(jù)要求或個(gè)人喜好設(shè)計(jì)軟件界面，并且還可以為常用功能編輯快捷鍵。數(shù)值計(jì)算：MATLAB包含600多個(gè)工程中要用到的數(shù)學(xué)函數(shù)，從基本算法如加法、正弦，到復(fù)雜計(jì)算如矩陣求逆、快速傅里葉變換等，可以滿(mǎn)足用戶(hù)所需的各種要求。圖形處理：MATLAB有方便的數(shù)據(jù)可視化功能，可以實(shí)現(xiàn)二維和三維的可視化、圖像處理、動(dòng)畫(huà)和表達(dá)式作圖等夠功能，可以用于科學(xué)計(jì)算和工程作圖，并且可以對(duì)圖形進(jìn)行標(biāo)注和打印。GUI設(shè)計(jì)：用戶(hù)可以不用輸入M函數(shù)代碼直接在界面上編輯各種圖形窗口，然后直接從圖形窗口中創(chuàng)建所需的M代碼文件。4.1.2GUI開(kāi)發(fā)界面GUIDE是GUIDevelopmentEnvironment的縮寫(xiě)，打開(kāi)MATLAB后在命令窗口輸入GUIDE，就會(huì)彈出一個(gè)對(duì)話框，在對(duì)話框內(nèi)選擇新建或打開(kāi)已存在的文件，選擇新建GUIDE界面，如圖4.1所示。圖4.1GUI開(kāi)發(fā)界面4.1.3GUI界面設(shè)計(jì)原則GUI界面應(yīng)該以用戶(hù)為核心來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中應(yīng)該遵循以下原則。簡(jiǎn)單、直觀、透明：GUI設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)人機(jī)之間準(zhǔn)確的信息交流，用戶(hù)打開(kāi)界面后應(yīng)該對(duì)各種功能一目了然，輸入數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理、輸出數(shù)據(jù)等功能分明，避免界面過(guò)于復(fù)雜而用戶(hù)無(wú)法辨識(shí)的情況。一致性：一致性是指界面開(kāi)發(fā)時(shí)要選用標(biāo)準(zhǔn)的控件，同時(shí)選用相同的信息表現(xiàn)形式。合理性：GUIDE中提供了多種控件，設(shè)計(jì)中應(yīng)選用合理的控件，盡量簡(jiǎn)化界面，從而簡(jiǎn)化相應(yīng)程序的編寫(xiě)，避免使用界面中所有控件。同時(shí)布局也要合理，體現(xiàn)出界面中元素的不同的重要性。4.2軟件開(kāi)發(fā)思路為了使軟件使用起來(lái)簡(jiǎn)單明了，給軟件設(shè)置兩級(jí)菜單，第二級(jí)菜單下再分設(shè)子菜單。軟件開(kāi)發(fā)思路如圖4.2所示。主界面主界面氫氣泄漏油品泄漏噴射火泄漏擴(kuò)散火球蒸氣云爆炸噴射火火球蒸氣云爆炸開(kāi)始圖4.2軟件開(kāi)發(fā)總體思路4.3主界面系統(tǒng)主界面是用戶(hù)操作的基礎(chǔ)，主要功能有選擇氫氣泄漏和油品泄漏，分別由菜單欄的氫氣泄漏、油品泄漏菜單項(xiàng)實(shí)現(xiàn)，氫氣泄漏菜單欄下有泄漏擴(kuò)散、噴射火、火球和蒸氣云爆炸子菜單，油品泄漏菜單下面有噴射火、火球和蒸氣云爆炸子菜單。主要運(yùn)用了菜單編輯器和StaticText控件進(jìn)行設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的主界面如圖4.3所示。圖4.3系統(tǒng)主界面4.4氫氣泄漏4.4.1噴射火界面根據(jù)GUI界面設(shè)計(jì)一致性和合理性原則，本文將軟件中所有模塊設(shè)計(jì)為相同風(fēng)格。噴射火界面主要包括危險(xiǎn)源、參數(shù)確定、泄漏量計(jì)算、噴射火計(jì)算、傷害半徑和熱輻射量計(jì)算6個(gè)模塊，共使用了PushButton、EditText、StaticText、Axes、Panel等6個(gè)控件，并且運(yùn)用AlignObject進(jìn)行控件對(duì)齊，使各模塊之間簡(jiǎn)單清晰。熱輻射計(jì)算模塊中還加入了作圖子模塊，可以作出熱輻射量與距離的函數(shù)圖像，更加直觀的反應(yīng)熱輻射量的變化。圖4.4氫氣泄漏噴射火界面4.4.2圖4.5氫氣泄漏擴(kuò)散界面氫氣泄漏擴(kuò)散界面需要設(shè)置質(zhì)量流速、風(fēng)速、泄漏時(shí)間、氫氣爆炸下限、氫氣爆炸上限和當(dāng)量爆炸濃度6個(gè)參數(shù)，由于后三個(gè)參數(shù)是固定值，所以輸入?yún)?shù)后設(shè)置為不可修改。4.4.氫氣泄漏火球界面主要包括參數(shù)確定、火球系數(shù)、計(jì)算傷害半3個(gè)模塊，如圖4.6所示。參數(shù)確定模塊中只需輸入充裝系數(shù)、反應(yīng)器體積和氫氣密度三個(gè)參數(shù)即可計(jì)算出泄漏量，泄漏量計(jì)算結(jié)果保存并導(dǎo)入火球系數(shù)、計(jì)算傷害模塊中，減少了輸入環(huán)節(jié)，從而降低了失誤幾率。圖4.6氫氣泄漏火球界面4.4.4蒸氣云爆炸界面蒸氣云爆炸界面如圖4.7所示，包括參數(shù)確定、中間參量、爆炸傷害區(qū)域半徑3個(gè)模塊，可以計(jì)算出TNT當(dāng)量質(zhì)量，從而確定爆炸傷害區(qū)域半徑，并可以用圖形表示爆炸所釋放能量的變化。圖4.7氫氣泄漏蒸氣云爆炸界面4.5油品泄漏4.5.噴射火界面主要包括泄漏量計(jì)算、噴射火計(jì)算、傷害半徑、危險(xiǎn)源和熱輻射計(jì)算5個(gè)模塊，只需在泄漏量計(jì)算模塊選擇氣體泄漏系數(shù)，輸入泄漏口面積、介質(zhì)壓力、環(huán)境壓力和油品密度即可計(jì)算出泄漏質(zhì)量流速，計(jì)算出的泄露質(zhì)量流速自動(dòng)填入下一模塊可以計(jì)算出火焰長(zhǎng)度，從而計(jì)算出傷害半徑和熱輻射強(qiáng)度，并可以作出熱輻射強(qiáng)度變化圖。圖4.8油品泄漏噴射火爆炸界面4.5.2火球界面火球界面設(shè)置危險(xiǎn)源、參數(shù)確定、火球系數(shù)、熱通量和計(jì)算傷害半徑四個(gè)模塊，在參數(shù)確定模塊中輸入處理量和泄露時(shí)間，即可計(jì)算出泄漏量，從而計(jì)算出火球系數(shù)、熱通量和傷害半徑，并可以作出火球表面熱輻射強(qiáng)度變化圖。圖4.9油品泄漏火球界面4.5.3蒸氣云爆炸蒸氣云爆炸界面中設(shè)置參數(shù)確定、中間參量、爆炸傷害半徑3個(gè)模塊，參數(shù)確定模塊中需要輸入8個(gè)參數(shù)，分別為恒壓比熱、泄漏量、溫差、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、煤焦油氣化熱、TNT燃燒熱、TNT當(dāng)量系數(shù)和油品燃燒熱。計(jì)算出中間參量后即可計(jì)算出爆炸傷害半徑，并可作出爆炸能量變化圖。圖4.10油品泄漏蒸氣云爆炸界面5實(shí)例計(jì)算5.1裝置事故模型某煤焦油加氫反應(yīng)器體積為20，氫油體積比2500：1，泄漏點(diǎn)的壓力15.7MPa，溫度320℃。由于發(fā)現(xiàn)及時(shí)，經(jīng)工作人員及時(shí)搶修，更換了連接件從而消除了隱患，反應(yīng)器連接的管線受溫度變化發(fā)生伸縮變化，從而引起法蘭連接處松動(dòng)假設(shè)泄漏部位見(jiàn)圖5.1所示，對(duì)其后果進(jìn)行模擬計(jì)算分析。。圖5.1煤焦油加氫反應(yīng)器泄漏部位表5.1加氫反應(yīng)器的主要操作條件操作名稱(chēng)平均值處理量322.3系統(tǒng)壓力15.7反應(yīng)溫度320氫油體積比1：2500安全閥啟動(dòng)壓力165.2氫氣泄漏泄漏點(diǎn)在反應(yīng)器中間部位，介質(zhì)通過(guò)反應(yīng)器中間部位冷氫法蘭連接件處的小孔泄漏，通過(guò)以上事故描述，屬于工藝單元中氣體經(jīng)小孔泄漏的源模式。泄漏點(diǎn)的壓力15.7MPa、溫度320℃，設(shè)備內(nèi)的介質(zhì)主要是煤焦油與氫氣，泄漏后迅速減壓汽化，并向外擴(kuò)散，加氫反應(yīng)器的操作條件見(jiàn)表5.1，系統(tǒng)中氫氣性質(zhì)見(jiàn)表5.2，。泄漏出來(lái)經(jīng)過(guò)一小段短管，該短管為DN1568，即內(nèi)徑為140mm。5.2.1噴射火假設(shè)氫氣泄漏，泄漏口孔徑為1mm、10mm、50mm和70mm，泄漏口面積分別為、、和。將各參數(shù)輸入軟件中，計(jì)算結(jié)果列入表5.2。表5.2反應(yīng)器中氫氣的性質(zhì)介質(zhì)氫氣外觀與性狀無(wú)色無(wú)臭氣體熔點(diǎn)(℃)-259.2沸點(diǎn)(℃)-252.8密度8.97燃燒熱/241爆炸極限4.0%~74.0%臨界壓力1.30溶解性不溶于水，不溶于乙醇、乙醚主要用途用于合成氨和甲醇等，石油精制，有機(jī)物氫化及作火箭燃料表5.3噴射火計(jì)算結(jié)果名稱(chēng)計(jì)算結(jié)果計(jì)算結(jié)果計(jì)算結(jié)果計(jì)算結(jié)果泄漏口半徑/1mm10mm50mm70mm泄漏口面積/流動(dòng)類(lèi)型音速流動(dòng)音速流動(dòng)音速流動(dòng)音速流動(dòng)質(zhì)量流速/0.00430.4310.781521.1318火焰長(zhǎng)度/1.29329.99241.791692.817/131318/141621/152230/18375125m處熱輻射強(qiáng)度/0.00350.35048.760153.0503圖5.2噴射火熱輻射強(qiáng)度變化圖5.2.2泄漏擴(kuò)散查得東北地區(qū)夏季風(fēng)速為3.2，為了便于計(jì)算，將氫氣的濃度劃分為3個(gè)等級(jí)，分別為氫氣的爆炸下限（0.0036）、爆炸上限（0.02682）和氫氣在空氣中的當(dāng)量爆炸濃度（0.0666），相對(duì)應(yīng)的體積分?jǐn)?shù)分別為4%、29.8%和74%。所以分別取氫氣擴(kuò)散后的濃度為0.0036、0.02682、0.0666時(shí)，假設(shè)泄漏口半徑為70mm，泄漏時(shí)間為5min、、15min、20min、25min，通過(guò)軟件畫(huà)出其擴(kuò)散后的范圍傷害圖。圖5.35min擴(kuò)散圖圖5.410min擴(kuò)散圖圖5.515min擴(kuò)散圖圖5.620min擴(kuò)散圖圖5.720min擴(kuò)散圖5.2.3火球假設(shè)加氫反應(yīng)器內(nèi)氫氣全部泄漏，代入各參數(shù)得計(jì)算結(jié)果列入表5.4，得目標(biāo)在不同距離接收火球熱輻射強(qiáng)度的變化圖，如圖5.8所示。。表5.4火球計(jì)算結(jié)果名稱(chēng)計(jì)算結(jié)果氫氣泄漏量/170.43火球半徑/16.0785火球持續(xù)時(shí)間/2.4949死亡熱通量/118939.4621重傷熱通量/78774.9207輕傷熱通量/34639.2001死亡半徑/0重傷半徑/17輕傷半徑/35圖5.8火球熱輻射強(qiáng)度變化圖5.2.4蒸氣云爆炸假設(shè)加氫反應(yīng)器內(nèi)氫氣全部泄漏，代入各參數(shù)得計(jì)算結(jié)果列入表5.5，得到蒸氣云爆炸能量變化圖如圖5.9所示。表5.5氫氣泄漏蒸氣云爆炸計(jì)算結(jié)果名稱(chēng)計(jì)算結(jié)果蒸氣總質(zhì)量/161.46TNT當(dāng)量/122.6214爆炸總能量/583677.9死亡半徑/6重傷半徑/20輕傷半徑/35圖5.9熱輻射強(qiáng)度變化圖5.3油品泄漏5.3.1噴射火假設(shè)煤焦油發(fā)生小孔泄漏，已知泄漏口面積為0.003，反應(yīng)器內(nèi)壓力15.7Mpa，環(huán)境壓力，表5.6列出了該加氫反應(yīng)器中的煤焦油理化性質(zhì)，將各參數(shù)代入軟件中得到計(jì)算結(jié)果列入表5.7，得到熱輻射強(qiáng)度變化圖如圖5.10所示。表5.6反應(yīng)器中煤焦油的性質(zhì)介質(zhì)煤焦油外觀與性狀黑色粘稠液體，具有特殊臭味，有刺激性熔點(diǎn)(℃)80.6閃點(diǎn)(℃)200（開(kāi)口）密度/6.72燃燒熱/恒壓比熱汽化熱溶解性微溶于水，溶于苯、乙醇、乙醚、氯仿、丙酮等多數(shù)有機(jī)溶劑主要用途可分餾得出各種芳香烴、烷烴、酚烴等，也可制取油氈、燃料和炭黑表5.7煤焦油泄漏噴射火計(jì)算結(jié)果名稱(chēng)計(jì)算結(jié)果質(zhì)量流速/43.44火焰長(zhǎng)度/77.45/25/30/42/7225m處熱輻射強(qiáng)度/35.2934圖5.10熱輻射強(qiáng)度變化圖5.3.2火球已知處理量為，假設(shè)泄漏時(shí)間為5min、、15min、20min、25min。輸入后計(jì)算結(jié)果列入表5.8，并得到10min泄漏時(shí)間下的熱輻射強(qiáng)度圖，如圖4.11所示。表5.8沸騰液體擴(kuò)展蒸氣云爆炸計(jì)算結(jié)果名稱(chēng)5min10min15min20min25min泄漏量/26857.2653727.4180575107433.23134291.77火球半徑/74.81793.858107.158117.728126.640火球持續(xù)時(shí)間/30.572538.353243.78848.10751.749死亡熱通量/18160.323415320.410813870.92212926.00212237.640重傷熱通量/12027.782910146.87759186.8658561.03398105.1087輕傷熱通量/5288.90134461.82264039.68233764.48953564.0084死亡半徑/221301361410452重傷半徑/276375448509561輕傷半徑/421569679769847圖5.11泄漏10min熱輻射強(qiáng)度變化圖5.3.3蒸氣云爆炸已知煤焦油恒壓比熱為2100，煤焦油沸點(diǎn)為350℃，反應(yīng)器內(nèi)溫度為250℃，故溫差為30℃，TNT當(dāng)量系數(shù)取0.05，將這些參數(shù)都代入軟件。假設(shè)泄漏時(shí)間為5min、10min、15min、20min、25min，分別計(jì)算結(jié)果列入下表5.9，并得到泄漏10min的TNT能量變化圖，如圖5.12所示。表5.9蒸氣云爆炸計(jì)算結(jié)果名稱(chēng)5min10min15min20min25min蒸氣總質(zhì)量/11965.076123935.943935897.010547862.532159828.9448TNT當(dāng)量/4901.65939805.691314705.708119607.549924509.7568爆炸總能量/23331898.471846675090.635369999170.397493331937.6147116666442.323死亡半徑/2432374144重傷半徑/678496106114輕傷半徑/120151173190205圖5.12泄漏10minTNT能量變化圖5.4事故概率由表2.1可知加氫反應(yīng)器連接件處管道泄露的概率，根據(jù)式(3.1)計(jì)算得氫氣泄漏時(shí)立即點(diǎn)火概率為：；根據(jù)式(2.2)計(jì)算得氫氣泄漏時(shí)延遲點(diǎn)火概率為：；根據(jù)式(2.4)計(jì)算得氫氣泄漏時(shí)立即點(diǎn)火概率為；可知?dú)錃庑孤r(shí)發(fā)生噴射火或沸騰液體擴(kuò)展蒸氣云爆炸的概率為：；發(fā)生蒸氣云爆炸的概率為。同理得煤焦油泄漏時(shí)發(fā)生噴射火或沸騰液體擴(kuò)展蒸氣云爆炸的概率為；發(fā)生蒸氣云爆炸的概率為：。6總結(jié)本文通過(guò)了解油品加氫技術(shù)路線，分析了加氫反應(yīng)器存在的風(fēng)險(xiǎn)以及可能發(fā)生的事故后果，計(jì)算出了發(fā)生噴射火、沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸和蒸氣云爆炸的事故概率。然后通過(guò)參考相關(guān)文獻(xiàn)，建立了煤焦油加氫反應(yīng)器冷氫法蘭的泄漏模型、小孔泄漏源模型、沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸模型以及蒸氣云爆炸模型，并將這些模型輸入MATLAB軟件編制定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)程序，最后選取實(shí)際案例計(jì)算出噴射火、沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸和蒸氣云爆炸情況下的人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失半徑。從軟件計(jì)算結(jié)果來(lái)看，理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)際要求基本相符合，氫氣泄漏質(zhì)量流速，煤焦油泄漏質(zhì)量流速，小于裝置的最大處理量，火災(zāi)和爆炸的事故后果危險(xiǎn)程度較大，符合重大危險(xiǎn)源裝置特點(diǎn)，計(jì)算出的傷害半徑均在可接受范圍內(nèi)。因此認(rèn)為對(duì)該加氫反應(yīng)器的事故后果定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)基本合理，能夠反映煤焦油加氫反應(yīng)器的事故后果情況，可以為石油化工企業(yè)采取預(yù)防措施、制定應(yīng)急預(yù)案提供依據(jù)，從而減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。本次畢設(shè)仍有許多不足之處，我認(rèn)為主要