4.8 储罐区的伤害模型及伤害破坏半径
原料罐区最大的火灾爆炸风险是丁二烯与丁烷罐的燃烧爆炸，是2.1类为爆炸性气体，如果液态贮存，且瞬态泄漏后立即遇到火源，则发生沸腾液体扩张为蒸汽爆炸；他们的沸点远小于环境温度，泄漏后将会由于自身的热量、地面传热、太阳辐射、气流运动等迅速蒸发，在液池上面形成蒸气云，与周围空气混合成易燃易爆混合物，并且随着风向扩散，扩散扩过程中如遇到点火源，也会发生蒸气云爆炸；如果遇不到火源，则将无害的消失掉。其伤害模型有两种：(1)蒸气云爆炸(VCE)模型；(2)沸腾液体扩展蒸汽爆炸(BLEVE)模型。前者属于爆炸型，后者属于火灾型。
不同的伤害模型有不同的伤害一破坏半径，不同伤害一破坏半径所包围的封闭面积内，人员多少、财产价值多少将影响事故严重度大小。伤害—一破坏半径划分为死亡半径、重伤(二度烧伤) 半径、轻伤(一度烧伤) 半径及财产破坏半径。
齐鲁石化公司橡胶厂液化烃储罐区内贮存的是丁二烯和丁烷，其中丁二烯储量是9900m 3 , 丁烷的储量是7200 m 3
因此丁二烯的总质量W 1=6600⨯621.1=4099262(kg)。
丁烷的总质量W 2=7200⨯580=4176000（kg ）。
总质量W=4099262+4176000=8275262（kg ）。
4.8.1 蒸气云爆炸
蒸气云爆炸是一类经常发生、且后果十分严重的爆炸事故。生产、贮存或使用易燃易爆气体过程中因故障导致气体泄漏和爆炸而造成人员伤亡的事故时有发生，而储罐区蒸气云爆炸正是此类事故中发生频率较高的一种，其事故周期短，爆炸性气体和易挥发性液体储存在储罐内，一旦泄漏，遇到火源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。后果严重采用TNT 当量法估计蒸气云爆炸的严重度。
长期以来，军事上一直对高能炸药破坏性很感兴趣，积累了很多TNT 量与破坏之间的关系的试验数据。因此，使用TNT 当量来描述事故爆炸的威力就比较方便。如果某次事故造成的破坏状况与xkgTNT 爆炸造成的破坏状况相当，则称此次爆炸的威力为xkgTNT 当量。
用TNT 当量法来预测蒸气云爆炸严重度的原理是这样的：假设一定百分比的
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。
1）TNT 当量计算
首先计算出总的爆炸能量，丁二烯的爆热Q B,1为46977.7 kJ/kg，丁烷的爆热Q B,2取231.1kJ/kg。根据公式（4-8）：
E =Q B,1W 1+Q B,2W 2=46977.7⨯4099260+231.1⨯4176000
=1.9⨯1011kJ
爆源的TNT 的当量（kg ），按下式计算：
W T N T =
(4-9)
式中：1.8——地面爆炸系数； 1. 8αE Q T N T
α——蒸气云当量系数，取α=0.04;
W TNT ——TNT 的当量（kg ）；
E ——爆炸总能量，kJ;
Q TNT ——TNT 爆热，可取Q TNT =4520kJ/kg。
所以物质的TNT 当量为：3.03⨯1010（kg,TNT ）。
2）死亡半径R 1W TNT 1. 8⨯0. 04⨯1. 9⨯1011==3082920. 2 4520
死亡区内的人员如缺少防护，则被认为将无例外地蒙受严重伤害或死亡，其内径为零，外径为R 0.5, 表示外圆周处人员因冲击波作用导致肺出血而死亡的概率为0.5，它与爆炸量之间的关系如下式确定：
R 0. 5
(4-10)
所以储罐区死亡半径：
⎛W ⎫R 1=13. 6 TNT ⎪⎝1000⎭0. 37⎛W ⎫=13. 6 TNT ⎪⎝1000⎭0. 37 ⎛3082920. 2⎫=13. 6⨯ ⎪⎝1000⎭0. 37=265. 7m 。
3）重伤半径R 2
重伤区的人员如缺少防护，则绝大多数将遭受严重伤害，极少数人可能死亡或受轻伤。其内径就是死亡半径R 0.5，外径记为Rd 0.5, 代表该处人员因冲击作用耳膜破裂的概率为0.5，它要求的冲击波峰值超压为44000P a 。计算公式为：
-3-2-1 ∆p s =0. 137Z +0. 119Z +0. 269Z -0. 019
(4-11)
Z =R 2
⎛E ⎫ p ⎪⎪⎝o ⎭13=0. 00194R 2
∆p s =44000=0. 4344 p o
注意这里的∆p 的单位是psi,1psi=6.9kPa 。
所以重伤半径R 2=562.1m。
4）轻伤半径R 3
轻伤区的人员如缺少防护，则绝大多数人员将遭受轻微伤害，少数人将受重伤或平安无事，死亡的可能性极小。轻伤区内径为重伤区的外径R d0.5, 外径为R d0.01，表示外界处耳膜因冲击波作用破裂的概率为0.01，它要求的冲击波峰值超压为17000 Pa 。应用超压准则，计算公式采用(4-11) 。
∆p s =0. 137Z -3+0. 119Z -2+0. 269Z -1-0. 019
Z =R 3
⎛E ⎫ p ⎪⎪⎝o ⎭
∆p s =13=0. 00194R 3 14000≈0. 1678 p o
所以轻伤半径R 3=1008.7m。
5）财产损失半径R 财
对于爆炸性破坏，财产损失半径R 财的计算公式为：
R 财=1/3K II W TNT ⎡⎛3175⎫⎢1+ W ⎪⎪⎢TNT ⎭⎝⎣21/6⎤⎥⎥⎦
(4-12）
式中 KII ——二级破坏系数，取5.6。
财产损失半径R 财=814.9m.
将结果列表如表（4-10）。
伤害/破坏区域如图4-3所示。
表4-10 蒸气云爆炸伤害
Table 4-10 UVCE
蒸气云爆炸伤害
破坏半径/m 死亡半径 265.7 重伤半径 562.1 轻伤半径 1008.7
财产损失半径 814.9
图4-3橡胶厂的伤害模型及伤害/破坏半径
Figure 4-3 rubber plant damage model and damage /destruction radius
4.8.2 扩展蒸汽爆炸（BLEVE ）
沸腾液体扩展蒸气爆炸是指LNG 储罐在外部火焰的烘烤下突然破裂, 压力平
衡破坏,LNG 急剧气化, 并随即被火焰点燃而产生的爆炸。沸腾液体扩展蒸气爆炸发生后, 主要危害是爆炸产生的火球热辐射。同时, 爆炸产生的碎片和冲击波超压也有很严重的危害, 但次于火球热辐射危害。沸腾液体扩展蒸气爆炸的主要危害是火球产生的强烈热辐射伤害，近场以外的压力效应并不重要。火球的特征采用国际劳工组织(International Labour Organization，简称ILO) 提出的模型进行计算并采用瞬间火灾作用下的热通量准则确定人员伤亡和财产损失的区域。
火球半径的计算 实验证明，火球半径是可燃物质量的立方根成正比的，火球半径的计算公式为：
R =2. 9 (4-13)
式中： R——火球半径，m ；
W——火球中消耗的可燃物质量，kg ，对单罐贮存，W 取罐容量的50%，对双罐贮存，
W取罐容量的70%，多罐贮存时按多罐总容量的90％计，单罐充装系数取90%。
所以液化烃储罐区的火球半径：
R=2.9W1/3=2.9⨯（0.9⨯8275262）1//3=566.3m
火球持续时间的计算 实验证明，火球持续时间也和可燃物质量W 的立方根成正比。火球持续时间的计算公式如下：
t=0.45W1/3
(4-14)
式中 t ——火球持续时间，s 。
所以液化烃储罐的火球持续时间：
t=0.45W1/3=0.45⨯（0.9⨯8275262）1//3=87.9s
当伤害几率P r =5时，伤害百分数D=⎰e -∞P r -u 22du =50%，死亡、一度、二度烧伤
及烧毁财物，都以D=50%定义。
下面求不同伤害、破坏时的热通量：
1）死亡热通量计算公式为：
P r =-37. 23+2. 56ln tq 14/3
（4-15）
式中 Pr ——取5；
t ——火球持续时间，t=87.9s。
则q 1=8224.3W /m 2。
2）二度烧伤(重伤） 计算公式为：
4/3 P r =-43. 14+3. 0188ln tq 2 ()()
（4-16)
式中 Pr ——取5；
t ——火球持续时间，t=87.9s。
则q 2=5447.4W /m 2。
3）一度烧伤（轻伤） 计算公式为
4/3 P r =-39. 83+3. 0186ln tq 3 ()
（4-17）
式中 Pr ——取5；
t ——火球持续时间，t=87.9s。
则q 3=2395.4W /m 2。
4）财产损失 计算公式为： 6730t +25400 （4-18） 式中 t ——火球持续时间，t=87.9s。
则q 4=25587.4W /m 2。
按上述q 1、q 2、q 3、q 4热辐射通量值，计算伤害/破坏半径，由热辐射通量计算
公式：
q (r )=
（4-19） q 0R 2r (1-0. 058ln r ) -45(R 2+r 322
式中 R ——火球半径，取R=566.3m；
q 0——球形罐取200000W /m 2；
r ——目标到火球中心的水平距离。
已知火球半径R=566.3m，伤害/破坏半径应有R i >R。求解为：
1）按死亡热通量q 1=8224.3W /m 2，计算扩散蒸汽爆炸的死亡半径
R 1=1969.1m;
2）按重伤（二度烧伤）热通量q 2=5447.4W /m 2，计算扩展蒸汽爆炸时的重伤（二度烧伤）半径R 2=2441.3m;
3）由轻伤（一度烧伤）热通量q 3=2395.4W /m 2，计算轻伤（一度烧伤）半径R 3=3679.7m;
4）有财产烧毁热通量q 4=25587.4W /m 2，用上述同样方法计算得到扩展蒸汽爆炸的财产破坏半径R 4=992.5m;
综合各项，得扩散蒸汽爆炸伤害/破坏半径如表4-11所示。
伤害/破坏区域如图4-4所示。
表4-11沸腾液体扩散蒸汽爆炸伤害/破坏半径/m
Table 4-11 proliferation of boiling liquid vapor explosion injury / damage radius / m
死亡半径
1961.9 重伤半径 2441.3 轻伤半径 3679.7 财产破坏半径 992.5
图4-4扩展蒸气云爆炸伤害/破坏区域
Figure 4-4 Extension UVCE / damaged areas
4.9 事故严重度B 12的估计
4.9.1 基本假设
在估算事故的严重度时，采用以下假设：
1）事故的伤害或破坏效用是各向同性的，伤害和破坏区域是以单元中心为圆心、以伤害或破坏半径为圆形区域。在伤害和破坏区域内无障碍物。
2）死亡区内的人员死亡概率为50％，死亡区的半径为死亡半径。如果认为死亡区内没有死亡的人数正好等于死亡区外死亡的人数，则可以假设死亡区的人员将全部死亡，而死亡区外的人员将无一死亡。
3） 财产损失半径指表中破坏等级为2时的半径（爆炸模型）或引燃木材半径（火灾模型）。
4）在伤害（死亡、重伤和轻伤）区内人员全部被伤害；在伤害区外人员均不被伤害。
5）在爆炸破坏区内财产全部被损失，在爆炸破坏区外财产毫无损失；在火灾破坏区内一半财产被损失，在火灾破坏区外财产无损失。
6) 事故发生使正常生产、生活和经营受到影响，由此而引起的间接损失不予考虑。
7) 除综合模型外，不考虑各种事故预防措施对事故严重度的影响。
因为有蒸气云爆炸和扩展蒸气爆炸两种模型，对于死亡人数、重伤人数、轻
伤人数、财产损失必须分别进行计算。计算过程如下。
4.9.2 死亡人数的计算
假定死亡半径为R 1(m)，则死亡人数N 1（人）可按式（4-20）计算：
2 N 1=3. 14ρR 12-R 0 ()
(4-20)
式中 R 0——无人区半径，m ，对池火灾模型取池半径，对其他模型，R 0 取零； ρ——平均人员密度，人/m2。
其中人员密度ρ=厂区总人数1903==2.69⨯10-3人/m2. 。 厂区占地面积704840
所以蒸气云爆炸模型的死亡人数：N 1=567人；
扩展蒸汽爆炸模型的死亡人数：N 1=32751人。 1
4.9.3 重伤人数的计算
重伤人数N 2（人）可按式（4—21）估计：
2 N 2=3. 14ρR 2-R 12 ()
(4-21)
所以蒸气云爆炸模型的死亡人数：N 2=2669人；
扩展蒸汽爆炸模型的死亡人数：N 1
2=50342人。
4.9.4 轻伤人数的计算
轻伤人数N 3（人）可按式（4-22）估计：
22 N 3=3. 14ρR 3 -R 2()
(4-22)
所以蒸气云爆炸模型的死亡人数：N 3=8595人；
扩展蒸汽爆炸模型的死亡人数：N 1
3=114369人。
4.9.5 财产损失的计算
假定财产损失半径为R 4（m ），则事故直接财产损失C （万元）可按式（4-23）估算：
2 C=3.14R 4ρ4
(4-23）
式中 ρ2——破坏区平均财产密度，万元/m2。
5国有资产11. 8⨯10财产密度ρ2==1.67万元/m2。 =厂区总面积704840
所以蒸气云爆炸模型的财产损失：C=3482208.4万元；
扩展蒸汽爆炸模型的财产损失：C 1=5165438.0万元。
4.9.6 损失工作日的计算
由于人员伤亡而损失的工作日数N （天）为：
N=6000N 1+3000N 2+105N 3
（4-24）
式中 6000,3000,105——分别为死亡、重伤和轻伤一人折合成的损失工作日数。所以蒸气云爆炸模型的损失工作日： N=6000⨯567+3000⨯2669+105⨯8595=12311475（天）；
扩展蒸气云爆炸模型的损失工作日：
N 1=6000⨯32751+3000⨯50342+105⨯114396=359543580（天）。
4.9.7 事故总后果的计算
事故严重度B 12用符号S 表示，它反应发生事故造成的经济损失大小。事故严重度包括人员伤害和财产损失两个方面，并把人的伤害也折算成财产损失（万元）。
可用总财产损失S （万元）这个统一的量来表示事故的严重程度，确定严重度S 的公式为： S =C +（4-25）
式中 b —死亡一人损失的价值，建议取为20万元。C 由式 (4-23）给出，N/6000表示有由式（4-24）得到的总损失工作日数N 相当的死亡人数。
事故严重度B 12取决于伤害/破坏半径构成圆面积财产价值和死伤人数。由于该储罐区的爆炸伤害模型有两个，即蒸气云爆炸和扩展蒸气爆炸，并可能同时发生，则贮罐爆炸事故严重度应是两种严重度加权求和，对于2.1类爆炸性物质发生事故时，事故严重度S 按下式计算：
S=AS1+(1-A)S2 Nb 6000
(4-26)
S 1 、S 2——蒸气云、沸腾液体扩展为蒸汽的爆炸伤害模型计算的事故后果
A 、1-A ——蒸气云爆炸和沸腾液体扩展为蒸汽爆炸发生的概率，取A=0.9。
蒸气云爆炸的可能性远大于扩展蒸气爆炸，蒸气云爆炸是主要的。事故严重度计算结果为：
S 1=C +
1
Nb 12311475⨯20
=3482208.4+=3523246.65万元；
60006000
N 1b 359543580⨯20
S 2=C +=5165438+=6363916.6万元。
60006000
S=AS1+(1-A)S2 =0.9⨯3523246.65+0.1⨯6363916.6=3807313.65万元。 液化烃储罐区爆炸事故的严重度计算如表4-12。
4.9.8 固有危险性B 1
⨯3807313.65=1.3565⨯1011 储罐区的固有危险性为：B 1=B 11B 12=35628.72
表4-12 储罐区爆炸事故严重度 Table 4-12 Storage area explosion severity
死亡
事故模型
半径/m
波及范围暴露人员
蒸气云爆
265.7
罐区生
整个厂
产区约567人 厂区全
1969.1
部人员
爆炸
2441.3
3679.7
992.5
产
562.1
区
区域
全部财
1008.7
其他
814.9
域
半径/m
重伤
波及范
范围
围暴露人员
人员 波及
广泛区
半径/m
暴露
人员
半径/m
围暴露
轻伤
波及
波及范
财产破坏
贮炸
罐爆
炸扩展
蒸汽