重大危险源分级标准.doc

1、重大危险源分级标准（征求意见稿）1 适用范围本 规 范 规 定 了 重 大 危 险 源 评 估 分 级 的 方 法 和 程 序 。本规范为重大危险源评估分级技术规范，适用于包括储罐区、库区、生产场所等重大危险源。2 规范性引用文件下 列 文 件 中 的 条 款 ， 通 过 本 规 范 的 引 用 而 成 为 本 标 准 的 条 款 。 凡 是 标注 日 期 的 引 用 文 件 ， 其 随 后 所 有 的 修 改 单 （ 不 包 括 勘 误 的 内 容 ） 或 修 订 版 均不 适 用 于 本 规 范 ， 然 而 ， 鼓 励 根 据 本 规 范 达 成 协 议 的 各 方 研 究 是 否 可 使

2、 用 这些 文 件 的 最 新 版 本 。 凡 是 不 注 日 期 的 引 用 文 件 ， 其 最 新 版 本 适 用 于 本 规 范 。中华人民共和国安全生产法危险化学品安全管理条例 安全生产许可证条例重大危险源辨识 （GB18218）安全评价通则关于规范重大危险源监督与管理工作的通知(安监总协调字2005125 号)3 术语和定义下列术语和定义适用于本规范。3.1 重大危险源 major hazard installations重大危险源是指长期地或者临时地生产、搬运、使用或者储存危险物品，且危险物品的数量等于或超过临界量的单元（包括场所和设施）。4 重大危险源分级判据重大危险源分级判据如

3、表 1 所示。表 1 重大危险源分级判据分级判据危险源等级死亡人数一级重大危险源 可能造成 30 人（含 30 人）以上二级重大危险源 可能造成 10 一 29 人三级重大危险源 可能造成 39 人四级重大危险源 可能造成 1-2 人具体判别的依据如下：一级重大危险源：可能造成死亡 30 人（含 30 人）以上的重大危险源；二级重大危险源：可能造成死亡 10-29 人的重大危险源；三级重大危险源：可能造成死亡 3-9 人的重大危险源；四级重大危险源：可能造成死亡 1-2 人的重大危险源。5 重大危险源死亡人数及财产损失计算方法可能造成的死亡人数评价程序为：将重大危险源的周边区域划分成等间隔的网

4、格区，用一笛卡尔坐标体系的网格覆盖城市的区域地图(如图 1 所示)，网格间距大小取决于当地人口密度，以不影响计算结果为准。确定每一网格内的人员数量，通过火灾(室内火灾除外)、爆炸、毒物泄漏扩散事故后果模型计算重大危险源事故在每一网格中心处产生的热辐射、超压或毒物浓度的数值，然后通过热辐射、冲击波超压、中毒概率函数将其其转化为造成死亡的概率。将每一网格中心的死亡率与人口数量相乘，即得到死亡的人数。将所有网格的死亡人数求和，即得到总的死亡人数。具体用下式表示：（1）niiivSDN1式中，N 为总的死亡人数， Di为第 i 个网格的人口密度， S 为网格面积， vi为第 i 个网格的个人死亡率，

5、n 为网格的数目。图 1 死亡人数计算原理示意图采用财产损失半径的方法评估事故后果造成的损失，并假定此半径内没有损失的财产与此半径外损失的财产相互抵消，或者说此半径内的财产完全损失，此半径外的财产完全无损失。财产损失半径通过火灾、爆炸事故后果模型确定。财产损失半径按下式计算：（2）6/123751TNTiiWKR式中，R i 为 i 区半径，m； Ki 为常量。热辐射对建筑物的影响直接取决于热辐射强度的大小及作用时间的长短，以引燃木材的热通量作为对建筑物破坏财产损失半径，计算公式如下：（3）2540673/tq（4）cMWt/式中，q 为引燃木材的热通量（W/m 2） ，t 为热辐射作用时间，

6、即火灾持续时间（s ） 。 6 重大危险源评价分级程序重大危险源的评价分级程序如下图所示。如果一种危险物质具有多种事故形态，按照后果最严重的事故形态考虑，即遵循“最大危险原则” 。各类重大危险源具体事故情景选择、后果计算及死亡概率计算过程参见附录 A。危险源调查分析选取事故情景计算事故后果火灾模型 爆炸模型 泄漏扩散模型计算财产损失半径确定评价区域划分网格计算死亡概率热辐射概率方程冲击波超压概率方程计算死亡人数按死亡人数分级毒物中毒概率方程财产调查人口调查按财产损失分级确定重大危险源等级图 2 重大危险源评价分级程序附录 A：重大危险源事故后果模型A.1 储罐区重大事故后果分析A.1.1 储罐

7、区的主要事故后果类型A.1.1.1 池火灾易燃液体如汽油、苯、甲醇、乙酸乙酯等，一旦从储罐及管路中泄漏到地面后，将向四周流淌、扩展，形成一定厚度的液池，若受到防火堤、隔堤的阻挡，液体将在限定区域（相当于围堰）内得以积聚，形成一定范围的液池。这时，若遇到火源，液池可能被点燃，发生地面池火灾。A.1.1.2 蒸气云爆炸易燃易爆气体如 H2、天然气等，泄漏后随着风向扩散，与周围空气混合成易燃易爆混合物，在扩散扩过程中如遇到点火源，延迟点火，由于存在某些特殊原因和条件，火焰加速传播，产生爆炸冲击波超压，发生蒸气云爆炸。易燃易爆的液化气体如液化石油气、液化丙烷、液化丁烷等，其沸点远小于环境温度，泄漏后将

8、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。A.1.1.3 喷射火对于易燃易爆气体如 H2、天然气，以及易燃易爆的液化气体来说，泄漏后可能因摩擦产生的静电立即点火，产生喷射火。A.1.1.4 沸腾液体扩展蒸气云爆炸易燃易爆的液化气体容器在外部火焰的烘烤下可能发生突然破裂，压力平衡被破坏，液体急剧气化，并随即被火焰点燃而发生爆炸，产生巨大的火球。这种事故被称为沸腾液体扩展为蒸气云爆炸。A.1.1.5 中毒事故毒性的液化气体如液氯、液氨等，由于沸点小于环境温度，泄漏后

9、会因自身热量、地面传热、太阳辐射、气流运动等迅速蒸发，生成有毒蒸气云，密集在泄漏源周围，随后由于环境温度、地形、风力和湍流等因素影响产生漂移、扩散，范围变大，浓度减小。A.1.2 储罐区主要事故后果模型A.1.2.1 池火灾事故后果模型池火灾火焰的几何尺寸及辐射参数按如下步骤计算。计算池直径根据泄漏的液体量和地面性质，按下式可计算最大可能的池面积。（1）式中，S 为液池面积（m 2） ，W 为泄漏液体的质量（ kg） ， 为液体的密度（kg/m 3）H min为最小油层厚度（m） 。最小物料层厚度与地面性质对应关系见表 1。表 1 不同性质地面物料层厚度表地面性质 最小物料层厚度（ m）草地

10、0.020粗糙地面 0.025平整地面 0.010混凝土地面 0.005平静的水面 0.0018确定火焰高度计算池火焰高度的经验公式如下：（261.00)/(42gDmDLhf）式中：L 为火焰高度（m） ，D 为池直径（m） ，m f 为燃烧速率（kg/m 2s） ， 0 为空气密度（kg/m 3） ，g 为引力常数。计算火焰表面热通量假定能量由圆柱形火焰侧面和顶部向周围均匀辐射，用下式计算火焰表面的热通量：（3DLfmHqC205.）min/HS式中，q 0 为火焰表面的热通量（kw/m 2） ，H C 为燃烧热（kJ/kg） ， 为圆周率，f 为热辐射系数（可取为 0.15） ，m f

11、为燃烧速率（ kg/m2s） ，其它符号同前。目标接收到的热通量的计算目标接收到的热通量 q(r)的计算公式为：（4Vrqr)ln058.1()0）式中，q(r)为目标接收到的热通量（kw/m 2） ， q0 为由式（3）计算的火焰表面的热通量（kw/m 2） ，r 为目标到油区中心的水平距离（ m） ，V 为视角系数。视角系数的计算角系数 V 与目标到火焰垂直轴的距离与火焰半径之比 s，火焰高度与直径之比 h 有关。 )(2HV（5）BA（6）5.025.01 )1/(tan)/( bsbsb（7）5.025.01 )/(t)/(aB（8）sKJhsshV/)/(tan5.021 （9）5.

12、015.02taJ（10）5.01/tansK（11）)2(2h（12）/)1sb（13）其中 A、B、J、K、V H、V V 是为了描述方便而引入的中间变量， 为圆周率。A.1.2.2 蒸气云爆炸事故后果模型蒸气云爆炸产生的冲击波超压是其主要危害。冲击波超压可通过传统的TNT 当量系数法进行计算，将事故爆炸产生的爆炸能量等同于一定当量的 TNT，也可根据爆炸能量直接计算。（1）TNT 当量法确定闪蒸系数在热力学数据资料的基础上，用下式估算燃料的闪蒸部分。 LTCFpex1（14）式中，F 为蒸发系数，C p 为燃料的平均比热(kJ/kgK)， T 为环境压力下容器内温度与沸点的温差(K)，L

13、 为汽化热(kJ/kg)。计算云团中燃料的质量：（15）FWf2式中，W f 为云团中燃料的质量(kg) ，W 为泄漏的燃料的质量(kg)，F 为闪蒸系数。计算 TNT 当量：（16TNfeTNH/）式中，W TNT 为燃料的 TNT 当量(kg)，W f 为云团中燃料的质量(kg)，H f 为燃料的燃烧热(MJ/kg)，H TNT 为 TNT 的爆热(MJ/kg)， e 为 TNT 当量系数，推荐e=0.03。将实际距离转化为无因次距离： 3/1TNWR（17）式中， R 为离爆炸点的实际距离(m)， 为无因次距离(m) 。在离爆炸点距离为 R 处，根据无因次超压（9806.65Pa） 1/

14、3-3mkgwTN实 际 距 离无 因 次 距 离 /-实 际 距 离刻 度 距 离图 1 曲线 P R相应的 R值，查图 1 得到超压，进而预测人员受伤害和建筑受破坏的情况。（2）直接计算法在得到云团中燃料的质量的情况下，可按下式直接计算爆炸冲击波超压p。（18）32)(ln0.)(ln1675.0)(ln58.1926.0)/ln( ZZZpas （0.3Z12） （19）31)/(aPERz（20）CWQ8.式中，p s为冲击波正相最大超压（Pa） ，Z 为无量纲距离，P a为环境压力，R 为目标到爆源的水平距离（m） ，E 为爆源总能量（J） ， 为蒸气云当量系数，一般取 0.04，W

15、 为蒸气云中对爆炸冲击波有实际贡献的燃料质量（Kg） ，Q C为燃料的燃烧热（J/Kg） 。A.1.2.3 喷射火事故后果模型加压的可燃物泄漏时形成射流，如果在泄漏裂口处被点燃，则形成喷射火。假定火焰为圆锥形，并用从泄漏处到火焰长度 4/5 处的点源模型来表示。火焰长度计算喷射火的火焰长度可用如下方程得到：（21）6.1)(4.0mHLC式中，L 为火焰长度（m） ，H C为燃烧热（J/kg） ，m 为质量流速（kg/s） 。热辐射的通量计算距离火焰点源为 X(m)处接收到的热辐射通量可用下式表示：（22）1042XfqC式中，q 为距离 X 处接收的热辐射的通量（KW/m 2） ，f 为热辐

16、射率， 为大气传输率。大气传输率 按下式计算：（23）Xln056.1A.1.2.4 沸腾液体扩展为蒸气云爆炸事故后果模型计算主要包括如下步骤。火球直径（24）327.065.WD式中，D 为火球直径（m） ，W 为火球中消耗的可燃物质量（Kg） 。对单罐储存，W 取罐容量的 50%；对双罐储存，W 取罐容量的 70%；对多罐储存，W取罐容量的 90%。火球持续时间（25）327.089.1t式中，t 为火球持续时间（s） ，W 同式（24） 。火球抬升高度火球在燃烧时，将抬升到一定高度。火球中心距离地面的高度 H 由下式估计：（26）DH火球表面热辐射能量假设火球表面热辐射能量是均匀扩散的。

17、火球表面热辐射能量 SEP 由下式计算：（27）)/(2tDmHFSEPas式中，F s 为火球表面辐射的能量比，H a 为火球的有效燃烧热（J/Kg ） 。Fs 与储罐破裂瞬间储存物料的饱和蒸气压力 P（MPa）有关：（28）32.07P对于因外部火灾引起的 BLEVE 事故，上式中的 P 值可取储罐安全阀启动压力 Pv（MPa）的 1.21 倍，即：（29）v21.Ha 由下式求得：（30）TCHpvca式中，H c 为燃烧热（ J/kg） ，H v 为常沸点下的蒸发热（J/kg） ，C p 为恒压比热（J/(kg.K)） ，T 为火球表面火焰温度与环境温度之差（K） ，一般来说T=170

18、0K。视角系数视角系数 F 的计算公式如下：（31）2)/(rD式中，r 为目标到火球中心的距离（m） 。令目标与储罐的水平距离为 X（m） ，则：（32）5.02)(Hr大气热传递系数火球表面辐射的热能在大气中传输时，由于空气的吸收及散射作用，一部分能量损失掉了。假定能量损失比为 ，则大气热传递系数 1a。 和大气中的 CO2 和 H2O 的含量、热传输距离及辐射光谱的特性等因素有关。a可由以下的经验公式来求取：（33）09.)(.rpwa式中，p w 为环境温度下空气中的水蒸气压（ N/m2） ，r为目标到火球表面的距离（m） 。（34）RHpWw0式中，0为环境温度下的饱和水蒸气压（ N

19、/m2） ，RH 为相对湿度。（35）2/Dr火球热辐射强度分布函数在不考虑障碍物对火球热辐射产生阻挡作用的条件下，距离储罐 X 处的热辐射强度 q（W/m 2）可由下式计算：（36）aFSEPA.1.2.5 中毒事故后果模型（1）泄漏模型液体泄漏速率模型液体泄漏可根据流体力学中的柏努力方程计算泄漏量。当裂口不规则时，可采取等效尺寸代替；当泄漏过程中压力变化时，则往往采用经验公式。柏努力方程如下：（37）ghPACQd2)(0式中，Q 为液体泄漏速率(kg/s)，C d 为无量纲泄漏系数， 是液体密度(kg/m3)，A 是泄漏孔面积(m 2)，P 为罐压(Pa)，P 0 为大气压力 (Pa)，

20、g 为引力常数(9.8m/s 2)，h 为液压高度(m)。液体出口速度可按下式计算：（38）ACQud式中，u 为液体出口速度（m/s） ，其他符号如前。持续时间按下式计算：（39）)/(/0AgutTds式中，u 0 为初始流速（m/s） ，A T 为罐内液面积(m 2)。泄漏系数 Cd 的取值通常可从标准化学工程手册中查到。对于管道破裂，C d的典型取值为 0.8。表 2 为常用的液体泄漏系数数据。表 2 液体泄漏系数 Cd裂 口 形 状雷诺数 Re圆形（多边形） 三角形 长方形100 0.65 0.60 0.55100 0.50 0.45 0.40这个方法没有考虑泄漏速率对时间的依赖关系

21、（压力随时间而降低以及液压高度下降） 。因此，计算出的泄漏速率是保守的最大可能泄漏速率。气体泄漏模型压力气体泄漏通常以射流的方式发生，泄漏的速度与其流动的状态有关，其特征可用临界流（最大出口速度等于声速）或亚临界流来描述。Perry 等人用如下的关系式作为临界流的判断准则：当式（40）成立时，气体流动属音速流动；当式（41）成立时，气体流动属亚音速流动。（40）102kP（41）10k式中，P 0为环境大气压力(Pa)，P 为容器压力(Pa)，k 为气体的绝热指数，即定压比热 CP和定容比热 Cv之比。对于很多气体，临界比值（P/P o） c r近似为 2，也就是说储压近似等于大气压力的两倍，

22、此时流体泄漏的出口速度近似等于声速。临界流的质量泄漏速率可按下式计算：（42）12kdRTMAPCQ气体呈亚音速流动时，其泄漏量为：（43）12kdY式中， Q 是气体泄漏速率（kgs） ， Cd为气体泄漏稀疏， A 为裂口面积（m 2） ， M 是气体相对分子质量， R 是普适气体常数（8.31436 J mol-1K-1） ， T 是气体的储存温度（K） ， Y 为气体膨胀因子，按式（44）计算。（44）kkkPk102011上述考虑的为理想气体的不可逆绝热扩散过程。此外，没有考虑气体泄漏速率随时间的变化，因此使用初始储存条件必然导致保守的结果。两相流泄漏模型Cude 在 1975 年建议

23、了两相流泄漏关系式。假设源容器和泄漏点之间的管道长度和管道直径之比 LD12，泄漏点压力与泄漏点上流压力之比 Pc/P=0.55。具体计算方法如下：第一步，按下式计算两相流的质量分数：（45）VpCvHTM)(式中， MV为蒸发的液体占液体总量的比例， Tc是对应于泄漏点压力 Pc的平衡温度（K） ，T 是对应于泄漏点上流压力 P 的平衡温度（K） ， CP是液体的定压比热J（kgK） ， Hv是液体的蒸发热（J/kg） 。第二步，按下式计算两相流的平均密度：（46）1VVM式中， 、 和 分别是两相流、蒸气和液体的密度（ kgm 3） 。v第三步，按下式计算两相流的质量泄漏速率 Q（kgS）

24、：（47）)(2CdPAQ式中，C d为泄漏系数，多数情况下，取 Cd0.8， A 为裂口面积（m 2） ，P 为两相混合物的压力（Pa） ， PC为临界压力（Pa） 。如果 LD st)，w=0(当 st)， 为恒定压力下理想配比时燃烧的膨胀比(碳氢化合物一般取 =8)， 为燃料所占混合物的体积比， st为理想配比时燃料占的体积比。燃烧速度 s=2.3 Uww。如果知道蒸气云团的组成和火焰的几何形状，就可以计算闪火产生的热辐射影响。火焰宽度火焰宽度 W 随时间变化关系：（96）2/12)(StR热辐射能平面物体单位面积上接收的辐射能由下式计算：（97）aEFq式中， E 为辐射能(KW/m

25、2)， F 为几何视角系数， a为大气传输率。W在保守计算场合，若是干燥晴朗的天气一般可取 a=1，已知湿度时可用（98）)1.4log(13.08.XRHa式中， RH 为相对湿度， X 为到目标物的距离(m)。几何视角因子假设辐射面和接受面是两个互相平行的平面，则 F 可用 Fmax 表示，计算关系如下：Fmax=(Fh2+FV2)0.5 （99）Fh=tan-1(1/Xr)-AXrtan-1(A) /Fv=HrAtan-1(A)+(B/Hr)tan-1(B) /A=1/(Hr2+Xr2)0.5B=Hr/(1+Xr2)0.5Hr=H/bXr=X/bb=1/2W当 Xr 和 Hr 给定时，可以根据以上公式计算出最大视角系数 F，也可以查表7 或图 4 得到 F 值。 图 4 最大视角系数表 7 最大视角系数 Fmax的值HrXr 0.1 0.2 0.3 0.5 1.0 1.5 2.0 3.0 5.0