李國(guó)慶

（杭州錢江經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)管理委員會(huì)，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(chǔ)存和運(yùn)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(diǎn)燃就有可能形成破壞極大的氣相爆炸，造成巨大的經(jīng)濟(jì)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(duì)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?yàn)榘踩a(chǎn)監(jiān)督管理、事故應(yīng)急救援、安全評(píng)價(jià)等提供技術(shù)依據(jù)，但其計(jì)算過程較為復(fù)雜，現(xiàn)多采用模擬計(jì)算軟件來實(shí)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(jì)算，具有方便、快捷、準(zhǔn)確率高等優(yōu)點(diǎn)，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(diǎn)火而導(dǎo)致的爆炸。 模型用于定量化模擬評(píng)價(jià)與分析可燃?xì)怏w或液化介質(zhì)的生產(chǎn)或儲(chǔ)存場(chǎng)所可能發(fā)生的事故后果的嚴(yán)重度和危險(xiǎn)等級(jí)、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(duì)爆炸波的產(chǎn)生有實(shí)際貢獻(xiàn)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(cái)產(chǎn)損失半徑Δ Ps

對(duì)于爆炸性破壞、財(cái)產(chǎn)損失半徑R 財(cái)?shù)挠?jì)算公式為：

式中：K2——二級(jí)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(cái)產(chǎn)密度，即可評(píng)價(jià)確定人員的傷亡數(shù)和財(cái)產(chǎn)損失大小。

2 Excel 計(jì)算[4-5]

以某企業(yè)化學(xué)品儲(chǔ)罐區(qū)，儲(chǔ)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(jì)算建表

整個(gè)模型計(jì)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(jì)算的參數(shù)名稱；單位（D 列）是各參數(shù)對(duì)應(yīng)的單位；數(shù)值（E 列）是需要提供的參數(shù)和計(jì)算參數(shù)對(duì)應(yīng)的數(shù)值；公式函數(shù)（F 列）是計(jì)算參數(shù)所需的計(jì)算公式對(duì)應(yīng)的Excel 輸入公式。 我們?cè)谟?jì)算時(shí)只要F 列中的函數(shù)前加“＝”填入對(duì)應(yīng)的E 列，同時(shí)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(cái)產(chǎn)損失半徑，如表2。

表2 乙烯儲(chǔ)罐爆炸事故死亡／財(cái)產(chǎn)損失半徑計(jì)算列表

重傷半徑和輕傷半徑是這個(gè)模型中最難計(jì)算的。為了便于計(jì)算，我們采用假設(shè)值帶入計(jì)算出已知參數(shù)，然后進(jìn)行對(duì)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(jìn)行說明。

假定重傷半徑為已知值，帶入算式，計(jì)算△Ps重′，并將其與Ps 重比較，當(dāng)Ps重＝Ps重′ 時(shí)，即表明重傷半徑求算成功。計(jì)算時(shí)，取死傷半徑的2 倍左右的數(shù)值（一般小于財(cái)產(chǎn)損失半徑）作為重傷半徑假定值帶入計(jì)算，當(dāng)計(jì)算得Ps重′ ＞Ps重時(shí)，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(jì)算結(jié)果如表3。

表3 乙烯儲(chǔ)罐爆炸事故重傷／輕傷半徑計(jì)算列表

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

表4 乙烯儲(chǔ)罐泄漏爆炸影響范圍計(jì)算結(jié)果列表（m）

3 結(jié)束語

利用Excel 進(jìn)行蒸氣云爆炸模型計(jì)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(cái)產(chǎn)損失，避免了繁重的手算。Excel 計(jì)算雖沒有專業(yè)計(jì)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(yùn)作良好，不易出錯(cuò)，具有很強(qiáng)的實(shí)用和推廣價(jià)值。

[1]吳宗之，高進(jìn)東，張興凱. 工業(yè)危險(xiǎn)辨識(shí)與評(píng)價(jià)[M].北京：氣象出版社，2000：135-141.

[2]吳宗之，高進(jìn)東.重大危險(xiǎn)源辨識(shí)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(guó)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(jì)算中的應(yīng)用[J].水利與建筑工程學(xué)報(bào)，2008，8（4）：190-192.