后果分析 (Consequence Analysis) 是重大事故危險(xiǎn)源危險(xiǎn)性評價(jià)的一部分, 其目的在于定量地描述重大事故后果的嚴(yán)重程度。它為企業(yè)或企業(yè)主管部門提供關(guān)于重大事故后果的信息和如何應(yīng)付重大事故的信息; 為設(shè)計(jì)者提供如何采取措施減輕事故影響的信息; 使操作者和周圍居民了解他們面臨的潛在危險(xiǎn)和企業(yè)已經(jīng)采取的重大危險(xiǎn)源控制措施。
后果分析的基本步驟包括:
?、?了解系統(tǒng);
② 設(shè)想重大事故危險(xiǎn)源導(dǎo)致事故及其后果的情況;
?、?選擇恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型計(jì)算事故后果的有關(guān)參數(shù);
④ 與相應(yīng)參數(shù)的允許值相比較;
?、?討論并得出分析結(jié)論。
重大事故的發(fā)生幾乎都是由于作為重大事故危險(xiǎn)源的易燃、易爆、有毒有害物質(zhì)的泄漏引起的。因此, 后果分析往往是從對物質(zhì)泄漏的分析開始的, 然后研究泄漏出的物質(zhì)的流動(dòng)、擴(kuò)散, 以及發(fā)生火災(zāi)、爆炸、中毒事故, 造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失的情況。
1. 泄漏分析
泄漏分析包括泄漏設(shè)備情況、泄漏后果分析和泄漏量計(jì)算。
(1 ) 泄漏設(shè)備情況
化工生產(chǎn)過程中利用的設(shè)備種類繁多, 分析時(shí)根據(jù)泄漏情況把容易發(fā)生泄漏的設(shè)備歸納分類。 (例如, 世界銀行國際信貸公司 ( IFC) 編寫的 《工業(yè)污染事故評價(jià)技術(shù)手冊》 中,把化工生產(chǎn)過程中的設(shè)備歸納為管道、撓性聯(lián)結(jié)器、過濾器、閥門、壓力容器或反應(yīng)罐、泵、壓縮機(jī)、儲(chǔ)罐、加壓或冷凍氣體容器, 以及火炬燃燒器或放散管共 10 類)。然后, 研究各類設(shè)備典型損壞情況及相應(yīng)的裂口尺寸, 供后面的分析參考。
(2 ) 泄漏后果分析
泄漏后果與泄漏物質(zhì)的相態(tài)、壓力、溫度、燃燒性、毒性等性質(zhì)有關(guān)。
重大事故后果分析中考慮的泄漏物質(zhì)主要有常壓液體、加壓液化氣體、低溫液化氣體、加壓氣體四種。
泄漏物質(zhì)的危險(xiǎn)性質(zhì)不同, 泄漏后果也不同。重大事故后果分析中主要考慮可燃?xì)怏w泄漏、有毒氣體泄漏和液體泄漏三種情況。
?、?可燃?xì)怏w泄漏。可燃?xì)怏w泄漏后與空氣混合, 達(dá)到燃燒界限遇到引火源就會(huì)發(fā)生燃燒或爆炸。可燃?xì)怏w泄漏后可能立即發(fā)火也可能滯后發(fā)火。泄漏后立即發(fā)火的場合, 發(fā)生擴(kuò)散燃燒, 產(chǎn)生噴射性火焰或火球, 影響范圍較小。泄漏后滯后發(fā)火的場合, 泄漏的可燃?xì)怏w與周圍空氣混合形成可燃?xì)庠茍F(tuán), 遇到引火源發(fā)生爆燃或爆炸, 影響范圍較大。
?、?有毒氣體泄漏。有毒氣體泄漏后形成云團(tuán)在空氣中擴(kuò)散, 有毒氣體濃度較大的濃密云團(tuán)籠罩很大范圍, 影響范圍較大。
③ 液體泄漏。一般情況下, 泄漏的液體在空氣中蒸發(fā)生成氣體, 泄漏后果取決于液體蒸發(fā)生成的氣體量。常溫常壓液體泄漏后聚集在防液堤內(nèi)或地勢低洼處形成液池, 液體表面緩慢蒸發(fā); 加壓液化氣體泄漏后瞬間迅速氣化, 沒來得及蒸發(fā)的液體形成液池, 吸收周圍熱量繼續(xù)蒸發(fā); 低溫液體泄漏后形成液池, 吸收周圍熱量蒸發(fā), 液體蒸發(fā)速度低于泄漏速度。
(3 ) 泄漏量計(jì)算
準(zhǔn)確計(jì)算泄漏量是研究泄漏物質(zhì)擴(kuò)散的基礎(chǔ)。
當(dāng)發(fā)生泄漏的設(shè)備裂口規(guī)則、裂口尺寸已知, 泄漏物質(zhì)的熱力學(xué)、物理化學(xué)性質(zhì)及參數(shù)已知時(shí), 可以根據(jù)流體力學(xué)中的有關(guān)公式計(jì)算泄漏量。當(dāng)裂口不規(guī)則時(shí), 采用等效尺寸計(jì)算; 考慮泄漏過程中壓力變化等情況時(shí), 往往采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算泄漏量。
2. 擴(kuò)散
危險(xiǎn)物質(zhì)從設(shè)備中泄漏出來后, 將向周圍擴(kuò)散。液體泄漏后形成液池; 液體蒸發(fā)形成的蒸汽、泄漏的氣體將在大氣中形成彌散的氣團(tuán) (或稱蒸汽云) 逐漸擴(kuò)散。
(1 ) 泄漏后的擴(kuò)散
液體危險(xiǎn)物質(zhì)離開設(shè)備后沿地面流動(dòng)直到低洼處或人工邊界 (如防液堤) , 形成液池。
液體離開裂口后就不斷蒸發(fā), 當(dāng)蒸發(fā)速度與泄漏速度相等時(shí), 液池中的液體量將維持不變。如果泄漏液體是揮發(fā)性液體或低沸點(diǎn)液體, 則大量蒸汽在液池上面形成蒸汽云。
液體蒸發(fā)分為閃蒸、熱量蒸發(fā)、質(zhì)量蒸發(fā)三種情況。根據(jù)液體蒸發(fā)的具體情況選擇相應(yīng)的公式計(jì)算液池液體蒸發(fā)量。
氣體從裂口連續(xù)泄漏時(shí)形成氣體射流, 根據(jù)射流公式可以計(jì)算距裂口某一距離處的氣體濃度值。液體閃蒸或加壓氣體瞬時(shí)泄漏的場合, 氣體擴(kuò)散屬于絕熱擴(kuò)散過程, 可以根據(jù)絕熱擴(kuò)散公式計(jì)算氣團(tuán)各處的氣體濃度。
(2 ) 氣團(tuán)在大氣中的擴(kuò)散
液體、氣體泄漏后在泄漏源附近擴(kuò)散, 在工廠上方形成氣團(tuán), 氣團(tuán)將進(jìn)一步擴(kuò)散, 影響廠外廣大區(qū)域。
氣團(tuán)在大氣中的擴(kuò)散情況與氣團(tuán)自身性質(zhì)有關(guān)。當(dāng)氣團(tuán)密度大于空氣密度時(shí), 氣團(tuán)將沿地面擴(kuò)散, 危害很大。在后果分析中應(yīng)主要考慮密度接近或大于空氣密度的氣團(tuán)。
氣團(tuán)的擴(kuò)散還受大氣穩(wěn)定度、風(fēng)速、風(fēng)向、地表粗糙度等因素影響, 呈現(xiàn)十分復(fù)雜的函數(shù)關(guān)系。利用高斯氣羽模型可以計(jì)算氣羽狀氣團(tuán)中任一點(diǎn)處的氣體濃度; 利用高斯氣團(tuán)模型可以計(jì)算瞬時(shí)泄漏形成的氣團(tuán)中任一點(diǎn)處的氣體濃度。
3. 估計(jì)事故后果
在氣團(tuán)擴(kuò)散計(jì)算的基礎(chǔ)上估計(jì)火災(zāi)、爆炸、中毒事故造成人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失情況。
(1 ) 火災(zāi)
泄漏的易燃液體、氣體遇到引火源后會(huì)被點(diǎn)燃而發(fā)火燃燒, 其燃燒方式有池火 ( Poolfire )、噴射火 ( Jet fire )、火球 ( Fire ball) 和突發(fā)火 ( Flash fire ) 四種?；馂?zāi)通過熱輻射的方式影響周圍環(huán)境。當(dāng)火災(zāi)產(chǎn)生的熱輻射強(qiáng)度足夠大時(shí), 可以使周圍的物體燃燒或變形; 強(qiáng)烈的熱輻射可能燒死、燒傷人員, 燒毀、烤毀設(shè)備。
對于池火、噴射火和火球, 可以計(jì)算人員或設(shè)備處熱輻射通量來估計(jì)火災(zāi)事故后果。突發(fā)火的后果分析主要是確定可燃混合氣體燃燒下限隨氣團(tuán)擴(kuò)散達(dá)到的范圍, 一般認(rèn)為在此范圍內(nèi)的人員將全部死亡。
(2 ) 爆炸
爆炸時(shí)瞬間釋放出巨大的能量, 造成傷亡和破壞。爆炸的破壞性取決于爆炸產(chǎn)生的沖擊波和碎片的情況。
在計(jì)算出物理爆炸或化學(xué)爆炸釋放的爆炸能的基礎(chǔ)上, 可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算爆炸沖擊波的影響半徑、碎片的飛散速度和打擊深度, 估計(jì)爆炸事故的后果。
(3 ) 中毒
在有毒物質(zhì)大量泄漏的場合, 根據(jù)有毒氣團(tuán)的擴(kuò)散范圍、濃度分布和接觸毒物的人數(shù)等估計(jì)中毒事故的后果。由于毒物對人員的危害程度取決于毒物的性質(zhì)、毒物的濃度和人員接觸毒物時(shí)間等因素, 有些因素在事故發(fā)生前很難搞清楚, 所以估計(jì)中毒事故的后果比較困難?！豆I(yè)污染事故評價(jià)技術(shù)手冊》 建議用有毒物質(zhì)在人群中造成死亡的概率來估計(jì)中毒事故后果。
重大事故后果分析涉及一系列數(shù)學(xué)物理模型的選擇、大量有關(guān)數(shù)據(jù)的收集和復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算, 是一項(xiàng)十分繁重的工作。目前國內(nèi)外已經(jīng)開發(fā)出了許多后果分析計(jì)算機(jī)軟件, 推動(dòng)了后果分析工作的廣泛開展。
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