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        Excel在蒸氣云爆炸模型模擬計算中的應(yīng)用

        2012-12-02 08:11:22李國慶
        杭州化工 2012年4期
        關(guān)鍵詞:財產(chǎn)損失蒸氣當(dāng)量

        李國慶

        (杭州錢江經(jīng)濟開發(fā)區(qū)管理委員會,浙江 杭州311100)

        在石油、化工、能源等行業(yè)中,易燃易爆物質(zhì)在生產(chǎn)、 儲存和運輸過程中可能由于泄漏至開敞空間而形成蒸氣云,蒸氣云如被意外點燃就有可能形成破壞極大的氣相爆炸,造成巨大的經(jīng)濟損失和人員傷亡。 科學(xué)分析事故的嚴(yán)重程度和影響范圍,對事故預(yù)防、控制、應(yīng)急救援和減少事故損失等有重大意義。

        蒸氣云爆炸模型作為一種事故模擬分析手段,能夠為安全生產(chǎn)監(jiān)督管理、事故應(yīng)急救援、安全評價等提供技術(shù)依據(jù),但其計算過程較為復(fù)雜,現(xiàn)多采用模擬計算軟件來實現(xiàn),但應(yīng)用不是很廣泛。 而Excel 作為微軟公司開發(fā)的辦公軟件,應(yīng)用極為普遍,其函數(shù)功能能夠?qū)崿F(xiàn)蒸氣云爆炸模型的數(shù)據(jù)計算,具有方便、快捷、準(zhǔn)確率高等優(yōu)點,且沒有編程調(diào)試的煩惱。

        1 蒸氣云爆炸模型[1-3]

        蒸氣云爆炸是由于氣體或易于揮發(fā)的液體燃料的大量快速泄漏,與周圍空氣混合形成覆蓋范圍很大的的“預(yù)混云”,在某一有限空間遇點火而導(dǎo)致的爆炸。 模型用于定量化模擬評價與分析可燃氣體或液化介質(zhì)的生產(chǎn)或儲存場所可能發(fā)生的事故后果的嚴(yán)重度和危險等級、影響范圍。

        蒸氣云爆炸模型包括TNT 當(dāng)量法和TNO 模型法。 TNT 當(dāng)量法是把蒸氣云爆炸的破壞作用轉(zhuǎn)化成TNT 爆炸的破壞作用,從而把蒸氣云的量轉(zhuǎn)化成TNT 當(dāng)量。 本文采用TNT 當(dāng)量法。

        ①根據(jù)可燃物質(zhì)的最大容量確定可燃物蒸氣云爆炸的TNT 當(dāng)量:

        式中:WTNT——可燃物質(zhì)的TNT 當(dāng)量,kg;

        1.8——地面爆炸系數(shù);

        α ——參與蒸氣云爆炸事故并對爆炸波的產(chǎn)生有實際貢獻的燃料占泄漏燃料的百分比,取4%;

        Wf——可燃物質(zhì)泄漏的最大質(zhì)量,kg;

        Qf——可燃物質(zhì)燃燒熱值,KJ/kg;

        QTNT——TNT 的爆熱,KJ/kg,取4520kJ/kg。

        ②根據(jù)可燃物質(zhì)的TNT 當(dāng)量確定爆炸能量:

        E=WTNTQTNT

        ③根據(jù)可燃物質(zhì)的TNT 當(dāng)量確定破壞半徑:

        1)死亡半徑

        2)重傷半徑

        重傷半徑R2由下列方程式求解:

        Δ Ps=0.137Z-3+0.119Z-2+0.269Z-1-0.019

        式中:P0——大氣壓,Pa,取101300 Pa。

        3)輕傷半徑

        輕傷半徑R3由下列方程式求解:

        4)財產(chǎn)損失半徑Δ Ps

        對于爆炸性破壞、財產(chǎn)損失半徑R 財?shù)挠嬎愎綖椋?/p>

        式中:K2——二級破壞系數(shù),4.6。

        若已知可燃物質(zhì)區(qū)域的人員密度和財產(chǎn)密度,即可評價確定人員的傷亡數(shù)和財產(chǎn)損失大小。

        2 Excel 計算[4-5]

        以某企業(yè)化學(xué)品儲罐區(qū),儲量為100 t 的低溫乙烯發(fā)生泄漏并遇火源發(fā)生爆炸為例。

        表1 蒸氣云爆炸模型模擬計算建表

        整個模型計算的Excel 工作表(表1)主要包括參數(shù)(B 列和C 列)、單位(D 列)、數(shù)值(E 列)、公式函數(shù)(F 列)和備注(F 列)。 參數(shù)(B 列和C列)是需要提供和計算的參數(shù)名稱;單位(D 列)是各參數(shù)對應(yīng)的單位;數(shù)值(E 列)是需要提供的參數(shù)和計算參數(shù)對應(yīng)的數(shù)值;公式函數(shù)(F 列)是計算參數(shù)所需的計算公式對應(yīng)的Excel 輸入公式。 我們在計算時只要F 列中的函數(shù)前加“=”填入對應(yīng)的E 列,同時把所需的參數(shù)填入E列中,便能迅速地得到死亡半徑和財產(chǎn)損失半徑,如表2。

        表2 乙烯儲罐爆炸事故死亡/財產(chǎn)損失半徑計算列表

        重傷半徑和輕傷半徑是這個模型中最難計算的。為了便于計算,我們采用假設(shè)值帶入計算出已知參數(shù),然后進行對比來確定假設(shè)值的正確性,這種方式使用起來較為便利。 下面以重傷半徑求解進行說明。

        假定重傷半徑為已知值,帶入算式,計算△Ps重′,并將其與Ps 重比較,當(dāng)Ps重=Ps重′ 時,即表明重傷半徑求算成功。計算時,取死傷半徑的2 倍左右的數(shù)值(一般小于財產(chǎn)損失半徑)作為重傷半徑假定值帶入計算,當(dāng)計算得Ps重′ >Ps重時,假設(shè)值要增大,反之減小,逐漸縮小范圍便能很快求解。輕傷半徑和重傷半徑求解過程一致,一般輕傷半徑以死亡半徑的4 倍選取假設(shè)值。 重傷半徑和輕傷半徑計算結(jié)果如表3。

        表3 乙烯儲罐爆炸事故重傷/輕傷半徑計算列表

        通過上述模擬計算,可以很容易得到乙烯儲罐泄漏發(fā)生爆炸的損失半徑,其計算結(jié)果如表4。

        表4 乙烯儲罐泄漏爆炸影響范圍計算結(jié)果列表(m)

        3 結(jié)束語

        利用Excel 進行蒸氣云爆炸模型計算,使用方便,可直接定量描述事故可能影響的危害區(qū)域和造成的生命財產(chǎn)損失,避免了繁重的手算。Excel 計算雖沒有專業(yè)計算軟件能夠?qū)崿F(xiàn)事故模擬影響圖,但卻操作方便、直觀,運作良好,不易出錯,具有很強的實用和推廣價值。

        [1]吳宗之,高進東,張興凱. 工業(yè)危險辨識與評價[M].北京:氣象出版社,2000:135-141.

        [2]吳宗之,高進東.重大危險源辨識與控制[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2003:25-27.

        [3]胡婷婷,馬杰,宋建池. 氯乙烯泄漏發(fā)生蒸氣云爆炸后果模擬分析[J].河南化工,2010,27(8):58-59.

        [4]葉婷鵑,李秋石,邵愛民.Word/Excel 辦公專家2010 中文版從入門到精通[M].北京:中國青年出版社,2010:245-248.

        [5]王建偉,白宏潔,胡亞朋.Excel 在水工混凝土結(jié)構(gòu)計算中的應(yīng)用[J].水利與建筑工程學(xué)報,2008,8(4):190-192.

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