当爆炸性气体储存在贮槽内,一旦泄漏,遇到延迟点火则可能发生蒸气云爆炸,如果遇不到火源,则将扩散并消失掉。用TNT当量法来预测其爆炸严重度。其原理是这样的:假定一定百分比的蒸气云参与了爆炸,对形成冲击波有实际贡献,并以TNT当量来表示蒸气云爆炸的威力。其公式如下:
WTNT=
式中WTNT——蒸气云的TNT当量,kg;β——地面爆炸系数,取β=;
A——蒸气云的TNT当量系数,取值范围为%~%;Wf——蒸气云中燃料的总质量:kg;Qf——燃料的燃烧热,kJ/kg;
QTNT——TNT的爆热,QTNT=4120~4690kJ/kg。(2)水煤气储罐蒸气云爆炸(VCE)分析计算
由于合成氨生产装置使用的原料水煤气为一氧化碳与氢气混合物,具有低闪点、低沸点、爆炸极限较宽、点火能量低等特点,一旦泄漏,极具蒸气云爆炸概率。
若水煤气储罐因泄漏遇明火发生蒸气云爆炸(VCE),设其贮量为70%时,则为吨,则其TNT当量计算为:
取地面爆炸系数:β=;
蒸气云爆炸TNT当量系数,A=4%;蒸气云爆炸燃烧时燃烧掉的总质量,Wf=×1000=2810(kg);
水煤气的爆热,以CO30%、H
2
43%计(氢为1427700kJ/kg,一氧化碳为10193
kJ/kg):取Q
f
=616970kJ/kg;
TNT的爆热,取Q
TNT
=4500kJ/kg。
将以上数据代入公式,得
WTNT
死亡半径R1=(WTNT/1000)
=×重伤半径R2,由下列方程式求解:
△P2=+Z2-2+
Z2=R2/(E/P0)1/3
△P2=△PS/P0
式中:
△P
S
——引起人员重伤冲击波峰值,取44000Pa;
P
——环境压力(101300Pa);
E——爆炸总能量(J),E=W
TNT×Q
。
将以上数据代入方程式,解得:
△P2=
Z2=
R2=×(27739×4500×1000/101300)1/3=×107=115(m)
轻伤半径R
3
,由下列方程式求解:
△P3=+Z3-2+
Z3=R3/(E/P0)1/3
△P3=△PS/P0
式中:△P
——引起人员轻伤冲击波峰值,取17000Pa。将以上数据代入方程式,解得:
3=,Z
=
=209(m)
2、沸腾液体扩展蒸气爆炸(BLEVE)模型分析计算
(1)沸腾液体扩展蒸气爆炸(BLEVE)模型
液态存贮的易燃液化气体突然瞬间泄漏时,立即遇到火源就会发生剧烈的燃烧,产生巨大的火球,形成强烈的热辐射,此种现象称为沸腾液体扩展蒸气爆炸,简称BLEVE。
沸腾液体扩展蒸气爆炸的主要危险是强烈的热辐射,近场以外的压力效应不重要。其火球的特征可用国际劳工组织(ILO)建议的蒸气爆炸模型来估算。
火球半径的计算公式为:
R=3
式中R——火球半径,m;
W——火球中消耗的可燃物质量,kg。
对单罐储存,W取罐容量的50%;双罐储存;W取罐容量的70%;多罐储存,取W为罐容量的90%。
(2)液氨储罐沸腾液体扩展蒸气爆炸(BLEVE)模型分析计算
由于生产装置液氨贮罐区的液氨罐为多罐贮存,(共六只贮罐,其中三只50M3,三只100M3)最大库存量为250T。氨比重约,取100M3罐,则由W=100××1000×90%=54000(kg)
代入式中,得到:
火球半径R=(54000)1/3=109(m)
t=3
将数据代入式中,得到:
t=×(54000)1/3=17(s)
目标接收到热辐射通量的计算,按下式计算:
q(r)=q
R2rInr)/(R2+r2)3/2
式中:r——目标到火球中心的水平距离,m;
q
——火球表面的辐射通量,W/m2。对柱形罐取270kW/m2,球形罐取200kW/m2。
R——火球半径,m。R=109m。
有了热辐射q(r),即可求不同伤害、破坏时的热通量及其半径。下面求不同伤害时的热通量:
死亡可根据下式计算:
Pr=+In(tq
1
4/3)
式中:P
r
=5
解得q
=21985W/m2。
重伤可根据下式计算:
r=+In(tq
=18693W/m2。轻伤可根据下式计算:
=8207W/m2。
通过q
1、q
、q
可以求得对应的死亡半径R
、重伤半径R
及轻伤半径R
。(由
于此方程式难以手算解出,故省略)。
(3)小结
通过计算,如果贮存区液氨储罐发生扩展蒸气爆炸,火球半径为109m。将可能造成其他贮罐的连锁火灾和爆炸,造成灾难性的破坏。