浅析国内外重大危险源辨识中危险物质临界量的差异

维普资讯 http://www.cqvip.com 第３卷第４期　中国安全生产科学技术　Ｖｏ１．３　Ｎｏ．４　２００７年８月　Ｊｏｕｍａｌ　ｏｆ　Ｓａｆｅｔｙ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ａｕｇ．２００７　文章编号：１６７３—１９３ｘ（２００ｒ７）一０４—００３３—０４　浅析国内外重大危险源辨识中危险　物质临界量的差异　易光旺　（东北大学资源土木与工程学院，沈阳　１１０００４）　摘要：通过分析国内外重大危险源辨识标准中危险物质临界量的差异，以汽油和液化石油气为　例，分别选择池火灾和沸腾液体扩展蒸气云爆炸模型计算事故后果，并结合我国企业的安全管理　状况，说明了修改我国《重大危险源辨识》中危险物质临界量的必要性。　关键词：重大危险源；辨识；临界量　中图分类号：Ｘ９３７　文献标识码：Ａ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　ｉｎ　ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ　ｑｕａｎｔｉｔｙ　ｆｏｒ　ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍａｊｏｒ　ｈａｚａｒｄ　ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｓ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｄｏｍｅｓｔｉｃ　ａｎｄ　ａｂｏａｒｄ　ＹＩ　Ｇｕａｎｇ－ｗａｎｇ　（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　ｒｅｓｏｕ／￣ｅ　ａｎｄ　ｃｉｖｉｌ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ　１１１０００４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｄｉｆｅｒｅｎｃｅ　ｉｎ　ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ　ｑｕａｎｔｉｔｙ　ｆｏｒ　ｉｄｅｎｔｉｉｆｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍａｊｏｒ　ｈａｚａｒｄ　ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｓ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｄｏｍｅｓｔｉｃ　ａｎｄ　ａｂｏａｒｄ，ｅｆｆｅｃｔｅｄ　ａｒｅａ　ａｎｄ　ｒａｎｇｅ　ｗｅｒｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ　ｂｙ　ｍｏｄｅｌｓ　ｏｆ　ｐｏｏｌ　ｆｉｒｅｓ　ａｎｄ　ｂｏｉｌｉｎｇ　ｌｉｕｑｉｄ　ｅｘｐｅｎｄｉｎｇ　ｖａｐｏｒ　ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ　ｏｆ　ｇａｓｏｌｉｎｅ　ａｎｄ　Ｉ＿ＰＧ．Ｔｈｅ　ｎｅｃｅｓｓｉｙｔ　ｏｆ　ａｄｊｕｓｔｉｎｇ　ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ　ｑｕａｎｔｉｙｔ　ｉｎ　ｉｄｅｎｔｆｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍａｊｏｒ　ｈａｚａｒｄ　ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｓ　ｗａｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｄｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｓａｆｅｔｙ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｄｏｍｅｓｔｉｃ　ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｍａｊｏｒ　ｈａｚａｒｄ　ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｓ；ｉｄｅｎｔｉｉｆｃａｔｉｏｎ；ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ　ｑｕａｎｔｉｙｔ　近年来，重特大事故时有发生，造成严重的人员　表１临界量比较　伤亡、财产损失和环境破坏，其中大部分重特大事故　临界量（ｔ）　是由重大危险源失控导致的。　物质名称—　ｉ　———　重大危险源的管理首先是重大危险源的辨识，　我国采用的辨识标准是２０００年颁布了《重大危险源　辨识》标准（ＧＢ１８２１８—２０００），国际上普遍采用的有　２临界量的汽油和ＬＰＧ发生爆炸后果计算　１９８４年生效的《欧共体指南》（塞韦索指南）。上述　两标准规定的危险物质临界量差异大，本文对此作　２．１　ＬＰＧ发生沸腾液体扩展蒸气云爆炸模拟计算　粗浅探讨。　２．１．１储量为１０　ｔ的Ｉ＿ＰＧ发生沸腾液体扩展蒸气　云（ＢＬＥｖＥ）爆炸模拟计算　１标准规定的临界量　一般情况下，Ｉ＿ＰＧ是由丙烷和丁烷按４：６或３：７　本文以汽油和Ｉ＿ＰＧ储罐为例加以说明，《重大　混合而成的，由于相同环境温度下丙烷的储存压力　危险源辨识》标准（ＧＢ１８２１８—２０００）和《欧共体指南》　较丁烷高，计算结果（死亡半径、重伤半径、轻伤半　规定的临界量见下表１。　径）较丁烷大，故以丙烷计算。　若丙烷储罐（取储罐压力为１．２Ｍｐａ，环境温度　为２５℃）外部受到火焰的烘烤突然破裂或受外力冲　收稿日期：２００７—０５—２１　击导致破裂，遇火源将产生的爆炸。热辐射是其最　维普资讯 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・３４・　中国安全生产科学技术　第３卷　主要的伤害。根据点源模型模拟丙烷储罐发生　ＢＬＥＶＥ事故后果，计算过程如下：　（１）火球最大直径和火球持续时间，计算式如　下：　：表２　１０ｔ丙烷储罐ＢＬＥＶＥ模拟评价结果　火球直径（ｍ）　火球持续时间（ｓ）　１２４．９２　９．６９　９０．７３　１０９．９９　１９１．ｏ３　１１３．７４　５９７．５４　死亡半径（ｍ）　重伤半径（ｍ）　轻伤半径（ｍ）　财产损失半径（ｍ）　碎片危害距离（ｍ）　５．８ｍｙ　（１）　『０．４５ｍｙ　ｍｙ＜３００００　一（２ａ）　【２．６ｍｙ　ｍｙ≥３００００　（２ｂ）　式中：Ｄ　——火球最大直径，ｍ；　火球持续时间，ｓ；　ｍ，——火球内燃料质量，１００（Ｏ　ｋｇ。　计算得Ｄ　为１２４．９２ｍ，ｔ为９．６９ｓ。　（２）热辐射通量　火球热辐射通量计算式如下：　ｑ＝ａｂｃｍｔＱ￣。／（４￣ｒｒ　）　（３）　。：０．２７　ｐＯ・３２　（４）　式中：ｑ——目标接受的热剂量，ｋＪ／ｍ２；　ｏ——热辐射系数；　６——储罐形状系数，对于柱形罐，ｂ＝１；　ｃ——储罐数量影响因子，单罐，ｃ＝Ｏ．５；　ｐ——燃烧热，ｋＪ／ｋｇ，４６４９０（丙烷）；　大气投射率；　Ｐ——储存压力，１．２ＭＰａ。　Ｐｉｅｔｅｒｓｅｎ热辐射伤害方程：　死亡：Ｐｒ＝一３７．２３＋２．５６Ｉｎ（ｔｑ　）　（５）　二度灼伤：Ｐｒ＝一４３．１４＋３．０１８８Ｉｎ（ｔｑ　）（６）　一度灼伤：Ｐｒ＝一３９．８３＋３．０１８６Ｉｎ（ｔｑ　）（７）　引燃木材：ｑ＝６７３０ｔ－ｏ　＋２５４００　（８）　式中：ｑ——人体接受的热通量，Ｗ／ｍ２；　——人体暴露于热辐射的时间，Ｓ；　Ｐ，——伤害几率单位，当Ｐ，＝５时对应的人　员伤害百分数为５０％。　已知伤害几率单位和根据式（２）计算出的火球　持续时间，可求出人体接受的热通量。再根据点源　模型式（３）解方程计算出人员伤害和财产损失范围。　ＢＬＥＶＥ造成的人员伤亡半径、人数、直接财产损失、　总损失及事故后果严重度等级见表２。　（３）碎片危害范围　实际上大多数碎片散射的倾角是随机的，当碎　片按水平飞射角为４５。飞射时的距离是最远的，在此　假设碎片与水平方向呈４５。飞射，碎片危害距离计算　式如下：　ｒ：２８．６ｍ￣・３　（９）　式中：ｍ——燃料质量，１００００ｋｇ；　ｒ——碎片危害距离，ｍ。　计算得到碎片危害距离为５９７．５４ｍ。见图１。　蠹囊　　５Ｏ　ｌＯＯ　ｌ５０２００　２５０　３００　３５０４００　４５０　５００　距储罐距离，ｍ　图１　１０ｔ丙烷ＢＬＥＶＥ热剂量一距离间的关系　２．１．２储量为２００　ｔ的Ｉ２Ｇ发生沸腾液体扩展蒸气　云爆炸模拟计算　模拟评价结果见表３、图２。　２．２汽油罐池火模型计算　对于常压汽油储罐发生泄漏，介质泄漏后流到　地面沿地面流淌，被防火堤阻拦，在限定范围内形成　一定面积的液池，遇到火源发生燃烧形成池火。根　据池火模型逐步计算燃烧速度、火焰高度、热辐射通　量、目标入射热辐射强度，确定出热辐射危害。　池火模型评价过程及结果如下：２０ｔ和５万ｔ储　罐瞬时泄漏介质流淌至地面阻隔于防火堤内，等效液　池半径分别为２．９１ｍ和１４５．６７ｍ（假设防火堤呈方形，　防火堤高度取１．２ｍ，有效容盛汽油高度１．０ｍ，汽油密　度为０．７５×１０３ｋｇ／ｍ３）。　维普资讯 http://www.cqvip.com 第４期　中国安全生产科学技术　・３５・　表３　２００ｔ丙烷储罐ＢＬＥＶＥ模拟评价结果　火球直径ｍ）　３３９．０５　火球持续时间（Ｓ）　１９－８９　死亡半径ｍ）　３３５．０１　重伤半径ｍ）　４０４．１１　轻伤半径ｍ）　５８４．９０　财产损失半径ｍ）　３２９．３９　碎片危害距离ｍ）　１６０５．８５　—　一，　／　／　／　一ｊ　５０　ｌ００　ｌ５Ｏ　２００　２５０　３００　３５０　４００　４５０　５００　距储罐距离／ｍ　图２　２００ｔ丙烷ＢＬＥＶＥ热剂量一距离间的关系　（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可用式（１０）进　行计算：　ｄｍ　０．００１ＨＣ　ｄｆ—　（Ｔｂ—　）＋Ｈ　（１０）　式中：ｄｍ／ｄｆ一单位表面积燃烧速度，ｋｇ／（ｍ２・ｓ）；　油料的最大发热量，Ｊ／ｋｇ；　液体的定压比热，Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）；　液体的沸点，Ｋ；　环境温度，Ｋ；　液体的汽化热，Ｊ／ｋｇ。　可燃液体的燃烧速度也可从手册直接得到，燃　烧速度为９１．９８（对于航空汽油）～８０．８５（对于车用　汽油）ｋｇ／（ｍ２・ｈ），取平均值８６．４１５　ｋｇ／（ｍ２・ｈ），即　０．０２４　ｋｇ／（ｍ２・ｓ）。　（２）火焰高度　设液池为一半径ｒ的圆池，其火焰高度可按式　（１１）计算：　８４ｒ　ｄｍ／ｄ　ｔ　１。－　（１１）　ｐ　Ｚ　…ｐ　ｚｇｒ…　式中：７ｚ一火焰高度，ｍ；　ｒ一液池半径，ｍ；等效液池半径分别为２．９１ｍ　和１４５．６７ｍ；　』０ｏ一周围空气密度，计算取值１．１６ｋｇ／ｍ３；　重力加速度，９．８Ｉｎ／ｓ２。　已知液池半径为２．９１ｍ和１４５．６７ｍ，空气密度　为１．１６ｋｇ／ｍ３，汽油的燃烧速度为０．０２４ｋｇ／（ｍ２・ｓ），　则汽油燃烧的火焰高度为：　ｈ＝７．０９ｍ（２０ｔ汽油）　ｈ＝１０９．７５ｍ（５万ｔ汽油）　（３）热辐射通量　液池燃烧时放出的总辐射通量可按式（１２）计　算：　Ｑ＝（１ｒｒ２＋２　）　×７×Ｈｃ／［７２（￣ｔｔ）。‘　＋１］　（１２）　式中：ｐ一总辐射通量，ｗ；　叩效率因子，介于０．１３～０．３５之间，计算取平　均值０．２４。　液池半径ｒ＝２．９１ｍ，１４５．６７ｍ，油料的最大发热　量Ｈｃ＝４３７２８．８Ｈ／ｋｇ，ｄｍ／ｄｔ＝０．０２４ｋｇ／（ｍ２・ｓ　），　火焰高度ｈ＝７．０９ｍ，１０９．７５ｍ，叩＝０．２４，则汽油罐发　生池火灾产生的热辐射通量为：　Ｑ＝４．５３×１０３ｋＷ（２０ｔ汽油）　Ｑ＝４．８２×ｌＯ６ｋｗ（５万ｔ汽油）　（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释放出　来，在距液池中心某点距离　处的入射热辐射强度　为：　，：　（１３）　，￣ＪｒＺ　式中：，一热辐射强度，Ｗ／ｍ２；　ｐ一总辐射通量，ｗ；　ｆ　一热传导系数，在无相对理想的数据时，可　取１；　目标点到液池中心的距离，１１１。　目标入射热辐射强度公式反映了入射热辐射通　量与受害目标到池火中心距离之间关系。当入射热　辐射通量一定的情况下，可以计算出目标受害距离，　即：　维普资讯 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・　３６・　中国安全生产科学技术　第３卷　＝　（１４）　当２０ｔ汽油，Ｑ：４．５３×１０ｓｋＷ时：　当，＝３７．５ｋＷ／ｍ２时，　＝３．１０；　当，＝２５．０ｋＷ／ｍ２时，　＝３．８０；　当，＝１２．√５ｋＷ／ｍ２时，　　＝５．３７；　当，＝４．当，＝１．互　ＯｋＷ／ｎ１２时，　＝９．５０；　６ｋＷ／ｍ２时，　＝１５．０２；　当５万ｔ汽油，Ｑ＝４．８２×１０６ｋＷ时：　当，＝３７．５ｋＷ／ｍ２时，　＝１０１．１０；　当，＝２５．０ｋＷ／ｍ２时，　＝１２３．８２；　当，＝１２．５ｋＷ／ｍ２时，　＝１７５．１４；　当，＝４．０ｋＷ／ｍ２时，　＝３０９．５６；　当，＝１．６ｋＷ／ｍ２时，ｙ＝４８９．４６；　当目标与池火中心距离一定的情况下，可计算　出目标所受到的入射热辐射通量。根据入射热辐射　通量的大小，查热辐射的不同入射通量所造成的损　失表，可知目标受到的危害程度。　（５）热辐射危害　热辐射危害火灾通过辐射方式影响周围环境，　当热辐射强度足够大时，可使周围物体燃烧或变形，　强烈的热辐射可能烧毁设备并造成人员伤亡。热辐　射产生的危害见表４和表５。　３计算结果分析　按《重大危险源辨识》标准（ＧＢ１８２１８—２０００）和　《欧共体指南》规定的临界量的ＩＰＧ储罐发生整体　爆炸时，死亡半径、重伤半径、轻伤半径、财产损失半　径和碎片危害距离均相差３～４倍；按《重大危险源　辨识》标准（ＧＢ１８２１８—２０００）和《欧共体指南》规定的　临界量的汽油储罐发生整体爆炸时，造成的损失相　差约３０倍　４结论　《重大危险源辨识》标准（ＧＢ１８２１８—２０００）规定　的危险物质的临界量远远小于《欧共体指南》规定的　危险物质的临界量，上述两标准规定临界量的ＩＰＧ　和汽油储罐发生整体爆炸时造成的损失相差很大，　按照《重大危险源辨识》标准（ＧＢ１８２１８—２０００）进行　辨识，重大危险源的数量非常大，初步估计我国广东　省重大危险源数量超过８０００个，而英国目前重大危　险源数量大约是１　１６０个，澳大利亚重大危险源数量　表４热辐射的不同入射通量所造成的损失　（２０ｔ汽油）　髓计算出的　ｍ－２）　对设备的损害　对人的伤害　目标受害　距离（ｍ）　入射通量　计算出的　（ｋＷ・ｍＩ２）　对设备的损害　对人的伤害　目标受害　距离（ｍ）　不到３００个。而另一方面，我国安全生产监管力量、　监管手段与发达国家有一定的差距，大多数企业的　生产技术水平、安全生产管理水平也比不上发达国　家，重大危险源失去了其“重大”意义，因此有必要提　出更加科学合理的重大危险源辨识的危险物质临界　量。　参考文献　［１］陈宝智．系统安全评价与预测．北京：冶金工业出版　社，２００５　［２］王智新等译．重大事故控制实用手册．北京：中国劳动　出版社，１９９３　［３］吴宗之，高进东．重大危险辨识与控制．北京：冶金工　业出版社，２００１