DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2018.01.065
2018 NO.01SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯关于危险化学品火灾爆炸事故危害范围的探讨
朱明辉 武成杰 徐敏 刘超（防化学院 北京 102205）
①
摘 要:本文结合近年来几起重大危险化学品火灾爆炸事故的相关数据，通过数值模拟的方式对化学危险品火灾爆炸事故中存在的震爆伤害、热辐射伤害、次生化学灾害等杀伤破坏因素的危害范围进行了探讨，所得结论可以为相关部门实施救援行动提供理论支持。关键词:危险化学品 火灾爆炸事故 危害范围
中图分类号:X928.7 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2018)01(a)-0065-04
Abstract: This paper analyzes the hazard range of the explosive fire accident about dangerous chemical in different damage factors by numerical simulation.Some conclusions obtained can provide theoretical support for the relevant department in the rescue operation.
Key Words: Dangerous chemical；Explosive fier accident；Hazard range
随着社会经济的快速发展,我国已成为危险化学品生产和使用的大国，但是危险化学品事故也不断频发。其中，尤以危险化学品火灾爆炸事故发生的概率高，造成的影响大。如2013年11月28日，中石化东黄输油管道发生泄漏爆炸特别重大事故，造成62人死亡，136人受伤；2015年8月12日，天津港特大火灾爆炸事故,造成165人死亡，8人失踪，798人受伤，直接损失高达700亿。这些事故严重危害了人民群众的生命和财产安全，造成了巨大的经济损失和社会影响。
危险化学品在生产、储藏、运输环节，以及遭恐怖袭击都有可能发生火灾爆炸，为减少伤亡需第一时间内疏散附近一定范围内的居民，并及时给他们提供庇护的场所。事故期间，对民众产生伤害的作用主要包括爆炸时冲击波引起的震爆伤害及飞溅容器碎片引发的伤害、爆炸火球的热辐射伤害、次生化学灾害三大方面。本文中笔者通过对该类事故不同杀伤破坏因素进行数值模拟，探讨了事故的危害范围，以期对救援部门及时确定疏散范围提供理论支持。
爆炸威力巨大，其爆炸实际威力经专业技术部门事后测算高达230～280t TNT。其爆炸冲击波的危害效应可借鉴TNT当量法模型进行估算,具体公式如下。
爆炸物TNT当量的折算公式:
(1)
式中，WTNT为爆炸物的TNT当量(kg)，W为可燃物质质量(kg)，QV为可燃物的爆热(kcal/kg)，QTNT为TNT的爆热（取1000kcal/kg）。
冲击波超压的计算公式:
(2)
式中，Pa为冲击波超压(Pa),R为距爆炸中心的距离(m),WTNT为爆炸物的TNT当量(kg)。
爆炸冲击波的危害阈值主要考虑超压。爆炸超压对于无防护人员伤害阈值标准见表1。
参考该起事故数据，WTNT取280T，其危害边界值的估算结果见表2。
参照表2，在该事故爆炸现场，冲击波最大伤害半径不
1 爆炸伤害的危害范围分析
本节结合近年来发生的某起危险化学品火灾爆炸事故案例的相关数据进行分析。
该起事故起火库区内共储存危险货物7大类111种，共计11383.79t，参与爆炸的易燃易爆危险品品种繁杂、数量多，
超过500m，而现场可寻的爆炸飞溅的较大集装箱残片涉及范围约为1200m。假如危害品爆炸事故设定为此类大型危险化学品储存仓库，估计所产生的危害后果应不大于该起近年来广泛引起大家关注的火灾爆炸事故。
综上所述，在震爆伤害中，事故产生的杀伤破坏范围为
①作者简介:朱明辉(1982,2—),男，汉族，江苏如东人，硕士研究生，讲师，研究方向:工程防化。
科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION
65
科技资讯2018 NO.01SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION表1 冲击波对无防护人员伤害阈值
序号12345
爆炸超压(kPa)﹤1010～2525～4545～75﹥75
人员伤害的效应安全轻伤中等伤害重伤死亡
表2 冲击波伤害边界值估算
序号123
冲击波伤害阈值(kPa)轻伤中度伤害重伤
10～2525～4545～75
边界值(m)324～503245～324192～235
工 程 技 术
表3 不同热辐射通量的伤害效应
序号1234567
热通量(kW/m2）
1.41.61.72.14.04.77.0
人员伤害的效应
无特殊防护的人员不会造成伤害
长期暴露不会引起不适感觉疼痛的最小要求1min后感觉疼痛的最小要求暴露20s后能引起疼痛,皮肤可能会起泡
15～20s引起疼痛,30s后烧伤穿戴防护服的消防员最大可忍受的限值
方圆500～1200m，其中冲击波杀伤破坏半径通常不超过500m。
放巨大热能，产生巨大的火球和强烈的热辐射。该类爆炸产生的破片和冲击波虽也有一定的危害，但和爆炸产生的火球热辐射危害相比，危害可以忽略，远场情况尤其如此。
2 燃爆火球的危害范围分析
对北京市石化类目标分析，可以发现绝大多数易燃爆的危化品多以高压储罐的形式存储，一旦遭袭将导致体系突然卸压迅速汽化，造成容器内蒸气压力骤升而引起爆炸，此类爆炸称之为沸腾液体膨胀蒸汽爆炸。沸腾液体扩展为蒸汽爆炸的能量主要来源于两个方面：一方面，液化气罐本身是高压容器，它的突然破裂能够释放出巨大的能量，产生冲击波并将容器破片抛向远方；另一方面，液化气剧烈燃烧释
关于沸腾液体膨胀蒸汽爆炸有H.R.Greenberg和J.J.Cramer提出的模型，以及A.F.Roberts提出的模型，笔者通过比对分析，选用了Greenberg和Cramer模型，并对其计算公式进行了修正,具体模型如下。
火球半径计算公式：
R=2.9W3 (3)
1
式中，R为火球半径(m)，W为火球中消耗的可燃物质质量(kg)。
66科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION
工 程 技 术
2018 NO.01SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯表4 各油库燃爆热辐射伤害边界范围估算
边界值(m)
序号
油库
平时储存量(T)汽油50000T,柴油
1
油库一
40000T
汽油17000T,柴油
2
油库二
13000T
汽油7195T,柴油
3
油库三
10321T
汽油13000T,柴油
4
油库四
12000T
汽油2880T,柴油
5
油库五
6800T
汽油9000T,柴油
6
油库六
10000T
备注
假设:(1)该数据来源于各单位2014年上报的统计资料;(2)储罐按非球罐计,E=270kW/m2;(3)W按照储油总量的20%计算
表5 各化学危险品遭袭泄漏距离
序号
化学危险品
储存罐体情况
泄漏点距罐底距离(m)
重度
1
乙烯
球罐,最大装920T,平时装480T,储罐低温-100℃
2
苯
球罐体积20000m3,装载量6800T,设定储罐高度15m
3
液氨
卧式储罐体积60m3,长10m,直径2.76m,装填40T
4
丙酮
储罐体积2000m3,按照装载量1000T计算,设定储罐度10m
5
间二甲苯
卧式储罐,体积100m3,长8m,直径4m,装载量80T
(1)危险化学品储罐的储量按照平时储量来计算;(2)各类危化品阈值主要考虑毒物吸入伤害,采用的是由美国工业卫生协会指定的ERPGs标准(ERPG-1:几乎全部人员可以暴露1h,除了轻微、临时的不良健康效应或不当气味之外,不会产生其他不良影响的空气中最大浓度;ERPG-2:几乎全部人员可以暴露1h,而不致造成不可逆或其他严重健康效应或影响人员采取防护行动能力的症状的空气中最大浓度;ERPG-3:几乎全部人员可以暴露1h,而不致造成生命威胁的空气中最大浓度)
1
900
200
150
62
117
138
3
8500
8500
1000
114
114
469
1
750
150
25
956
2600
7700
3
1000
150
50
345
1200
2400
3
15000
中度3000
轻度400
重度454
中度1100
轻度3300
各污染区边界浓度(ppm)
各污染区边界距中心的距离(m)
2025
2474
3670
1636
1999
2968
2207
2698
4000
1973
2412
3578
2338
2858
4240
3305
4041
5990
重度
中度
轻度
备注
目标接受到的热辐射通量的计算公式：
(4)
式中，q(r)为对目标的热辐射通量(kW/m2)，E为火球表面辐射通量(kW/m2，对于柱状、卧式和立式储罐，E取270 kW/m2；对于球罐，E取200kW/m2)，r为火球半径（m），R
为目标与评价对象之间的地面水平距离(m)。
不同热辐射通量的伤害效应见表3。
参照表3，依据热辐射对人体的伤害程度，笔者将事故阈值分为重度、中度和轻度三级，阈值分别为重度伤害阈值7kW/m2，中度伤害阈值4.7kW/m2，轻度伤害阈值2.1
科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION
67
科技资讯2018 NO.01SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATIONkW/m2。依据不同伤害等级结合式(4)可算出相应边界值。
本节以北京市6个大型油库为评价对象进行分析。假设所有储油量的20%顷刻间发生爆炸，并由此估算极端的危害范围。六大商品油库战时遭袭可能产生的热辐射伤害边界如表4所示。
表4中估算数据均为开阔地域的理论计算值，属于极端情况，而在实际生活中很难发生，受城市地形和建筑等多因素的制约，实际波及范围肯定远小于理论值。根据笔者估计，在城市中石油化工等易燃易爆类目标发生火灾爆炸事故，爆炸火球所产生的热辐射伤害半径不会超过3000m，其中核心危害区半径不超过2000m。
3 次生化学灾害危害范围分析
除了直接爆炸导致的震破伤害及爆炸火球所产生的热辐射伤害外，危险化学品燃烧爆炸所产生的有毒有害云团，会随着风向扩散，对下风方向的民众造成伤害。在此影响范围内的民众，需要提前疏散和工程待蔽获得防护。
爆炸产生的有毒有害物质随着云团向下风方向的扩散过程可近似于危险化学品储罐泄漏有害物质的扩散。本节即以北京某大型石化企业危险化学品相关调研数据为例，假设单个储罐被恐怖袭击的弹片击穿，不考虑其爆炸过程，仅考虑其泄漏，可利用ALOHA[ALOHA是由美国化学制品突发事件和预备办公室，国家海洋和大气管理响应和恢复办公室共同开发的程序。ALOHA包括了一个近1000种常用化学品的数据库。信息包括化学品类型、意外事故位置、天气情况，还有意外事故变量(存储物料、泄漏孔尺寸、存储压力)等。该软件采用的数学模型有高斯模型、DEGADIS重气扩散模型、蒸气云爆炸、BELEVE火球等成熟的计算模型]软件估算其泄漏范围。
具体假设情况为：温度25℃，湿度50%，风速3m/s，大气稳定度D，弹片击穿裂缝近似为长方形，设定长30cm，宽10cm，地爆飞溅弹片按概率多集中在离地1～3m高，按照平时储存量泄漏计算，目标附近为开阔地域。
计算结果见表5。
危险化学品燃烧爆炸所产生的有毒有害物质的扩散范围是与当时风速、目标附近的地形地貌、环境的温湿度以及有毒有害物质本身的性质有关联的。根据表5计算结果分析，在开阔地域各泄漏物质的轻度浓度边界范围从138～7700m不等，考虑城市内高楼耸立的情况，扩散距68
科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION
工 程 技 术
离明显受限，如按65%的衰减率计算，最远扩散距离约为
5000m。
4 结语
通过对危险化学品燃烧爆炸所产生的不同危害效应的分析，初步得出这样的结论：当发生危险化学品燃烧爆炸的较大事故时，目标周围方圆2km内的民众应第一时间疏散转移至安全待蔽场所实施防护；2～5km范围内的民众条件允许时视危害类型也需要考虑转移待蔽。
本文通过模拟计算的方式对危险化学品火灾爆炸事故危害范围做了一定层面的探讨，根据理论值所得结论可以为救援部门决策提供理论支持，但在具体行动时还需根据现
场实际情况进行适度调整。
参考文献
[1] 陈雷,樊海宾.苯的蒸气云爆炸伤害风险分析[J].西部探矿工程,2009,21(S1):214-216.
[2] 青岛安全工程研究院.石化装置定量风险评估指南[M].北京:中国石化出版社,2007.
[3] 郭海鹏,李浩.液化蒸汽爆炸——火球对人体的伤害评价[J].世界海运,2002,25(5):17-18.
[4] 师立晨,多英全.重大事故危害阈值的探讨[J].中国安全科学学报,2009,19(12):51-56.
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容