10.4.2 蒸气云爆炸（VCE）模型分析计算

    （1）蒸气云爆炸（VCE）模型

    当爆炸性气体储存在储槽内，如果一旦泄漏后，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：

式中WTNT——蒸气云的TNT当量，kg；

    β——地面爆炸系数，取β=1.8；

    A——蒸气云的TNT当量系数，取值范围为0.02%～14.9%；

    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）沼气储槽蒸气云爆炸（VCE）分析计算

由于生产装置产生的副产沼气具有低闪点、低沸点、爆炸极限较宽，且点火能量低等特点，且相对密度较空气重，一旦泄漏，最具蒸气云爆炸概率。

若污水部沼气储槽因泄漏遇明火发生蒸气云爆炸（VCE），因其最大储量为2500m3，则其TNT当量计算为：

取地面爆炸系数：β=1.8；

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=2500×1.29×1.5=4838（kg）；

沼气的爆热，取Qf=49000kJ/kg；

TNT的爆热，取QTNT=4500kJ/kg。

将以上数据代入公式，得

                    =13.6(WTNT/1000) 0.37

                    =13.6×3.7930.37

                    =13.6×1.64=22.3(m)

重伤半径R2，由下列方程式求解：

     △P2=0.137Z2-3+0.119 Z2-2+0.269 Z2-1-0.019

    Z2=R2/(E/P0)1/3

    △P2=△PS/P0

式中：

△PS——引起人员重伤冲击波峰值，取44000Pa；

    P0——环境压力（101300Pa）；

    E——爆炸总能量（J），E=WTNT×QTNT。

将以上数据代入方程式，解得：

    △P2=0.4344

    Z2=1.07

R2=1.07×（3793×4500×1000/101300）1/3

=1.07×55.2=59.1(m)

轻伤半径R3，由下列方程式求解：

△P3=0.137Z3-3+0.119 Z3-2+0.269 Z3-1-0.019

    Z3=R3/(E/P0)1/3

    △P3=△PS/P0

式中：△PS——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：

△P3=0.168，    Z3=1.95

轻伤半径R3=107.6（m）

（3）小结

    通过计算，如果沼气储槽因泄漏引发蒸气云爆炸，相当于3.8T TNT爆炸威力。其死亡半径22.3m，重伤半径59.1m，轻伤半径107.6m，将给所在区域人员及财产带来巨大伤害和损失。

10.4.3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

    液态存储的易燃液体突然瞬间泄漏时，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=2.9W1/3

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）乙醇储罐漏蒸气爆炸（BLEVE）模型分析计算

由于生产装置乙醇产品储罐区的乙醇为多罐储存，其中：500m3两只，300m3两只，其余为较小计量罐，装料系数一般为80%。

以500m3储罐为例，对其发生沸腾液体扩展蒸气爆炸计算如下：

取装料系数80%，乙醇相对密度（水=1）0.79代入公式：

    由W=90%×500×80%×0.79×1000=284000（kg）

    代入式中，得到：

    火球半径R=2.9(284000)1/3=191(m)

    火球持续时间按下式计算:

    t=0.45W1/3

    式中:火球持续时间,单位为S.

    将数据代入式中,得到:

    t=0.45×(284000)1/3=29.6(s)

    目标接收到热辐射通量的计算，按下式计算：

q(r)=q0R2r(1-0.058 Inr)/(R2+r2)3/2

式中：r——目标到火球中心的水平距离，m；

     q0——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=191m。

    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=-36.38+2.56 In(tq14/3)

式中：Pr=5

      t——火球持续时间，取t=10s。

解得  q1=32732W/m2。

重伤  可根据下式计算：

    Pr=-43.143+3.0188 In(tq24/3)

解得   q2=27830W/m2。

轻伤  可根据下式计算：

    Pr=-39.83+3.0188 In(tq34/3)

解得  q3=12219W/m2。

    通过q1、q2、q3可以求得对应的死亡半径R1、重伤半径R2及轻伤半径R3。（由于此方程式难以手算解出，故省略）。

（3）小结

    通过计算，如果产品区500m3乙醇储罐发生扩展蒸气爆炸，火球半径为191m。将可能造成其他储罐的连锁火灾和爆炸，造成灾难性的破坏。

10.4.4结论

    根据典型案例的分析和危险物质沼气及乙醇泄漏的模拟计算。可以看出：沼气与乙醇均属极其易燃、易爆的化学危险物质，由于其爆炸极限宽，闪点、沸点低，生产装置最大储存量乙醇高达2000T，沼气也达4.8T。一旦发生泄漏，瞬间的气体扩散及火灾、爆炸，除了现场人员来不及躲避外，还会给附近区域带来极大危险，后果将是极其严重的，企业应当对此有足够的重视，加强安全管理。防患于未然。并制定防止其发生火灾、爆炸的重大危险源应急救援预案，报当地安全监察部门备案。