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1、,安全评价原理与数学模型,1 安全评价原理,进行安全评价，人们需要辨识工程或系统的危险、有害性及其程度，预测发生事故和职业危害的可能性，掌握其发生、发展的条件、规律，以便采取有效的对策措施和防止事故、减少职业危害，实现安全生产。,在安全评价时，评价的领域、种类、手段种类繁多，评价系统的特性、属性、特征千变万化，各不相同。,思维方式却是一致,相关原理；类推原理；惯性原理；量变到质变原理。,通用基本原理,一个系统的属性、特性与事故和职业危害存在着因果的相关性，这是系统因果评价方法的理论基础。1.系统的基本特征安全评价把研究的所有对象都视为系统。系统是指为实现一定的目标，由许多个彼此有机联系、具有独
2、立功能的要素组成的整体。系统有大有小，千差万别，但所有的系统都具有以下特征。,1.1 相关原理,（1）目的性：任何系统都具有目的性，要实现一定的目标（功能）。（2）集合性：每一个系统都是由若干个（两个以上）元素组成的整体，或是由若干个层次的要素（子系统、单元、元素集）集合组成的整体。（3）相关性：一个系统内部各要素（或元素）之间存在着相互影响、相互作用、相互依赖的有机联系，通过综合协调，实现系统的整体功能。（4）阶层性：在大多数系统中，存在着多个阶层，通过彼此作用，相互影响和制约，形成一个系统整体。（5）整体性：系统的要素集、相关关系集、各阶层构成了系统的整体。（6）适应性：系统对外部环境的变
3、化有着一定的适应性。,系统的整体目标（功能）的实现是组成系统的子系统、单元综合发挥作用的结果。不仅系统与子系统、子系统与单元之间有着密切的关系，而且各子系统之间、各单元之间、各元素之间，也都存在着密切的关系。所以，在评价过程中，只有找出这种相关关系，并建立相关模型，才能正确地对系统的安全作出评价。,系统的结构：,E=Max f(X,R,C),E最优结合效果；X系统组成的要素集；R要素的相关关系；C要素及其相关关系分布形式；fX、R、C 的结合效果函数。通过对系统的要素集(X)、关系集(R)和层次分布形式(C)的分析，可阐明系统整体的性质。欲使系统目标达到最佳程度，只有使上述三者达到最优组合，才
4、能产生最优的结合效果E。,最佳组合,最优效果E,实质上讲，安全评价就是寻找 X、R、C的最合理的结合形式,寻优,2.系统的结构,工艺过程,系统,分布关系,目的,X集,R集,C集,E集,在评价前,明确相互影响作用制约关系,关系,一定要研究系统的组成要素要素之间的相互关系各层次的分布,因果关系有因才有果，有果必有因，这是事物发展变化的规律。事物的原因和结果之间存在着密切的函数关系。通过研究、分析各个项目（工程）或系统之间的依存关系和影响程度，可以探求其变化的特征和规律，预测其未来的发展变化趋势。事故和导致事故发生的各种原因（危险因素）之间存在着相关关系，表现为依存关系和因果关系。危险因素是原因，事
5、故是结果，事故的发生是许多因素综合作用的结果。分析各因素的特征、变化规律、影响事故发生和事故后果的程度以及从原因到结果的途径，揭示其内在联系和相关程度，才能在评价中得出正确的分析结论，采取恰当的对策。,例如，可燃气体泄漏爆炸事故是可燃气体泄漏、泄漏的可燃气体与空气混合达到爆炸极限以及存在引燃能源三个因素共同作用的结果；而这三个因素又是设计失误、设备故障、安全装置失效、操作失误、环境不良、管理不当等一系列因素造成的；爆炸后果的严重程度又和可燃气体的性质（闪点、燃点、扩散性、燃烧速度、燃烧热值等）、可燃性气体的爆炸量、空间密闭程度及空间内设备的布置等有着密切的关系，在评价中需要分析这些因素的因果关
6、系和相互影响程度，并定量地加以评述。,事故的因果关系是：事故的发生有其原因因素，而且事故往往不是由单一原因因素造成的，而是由若干个原因因素结合在一起，当符合事故发生的充分与必要条件时，事故就必然会立即爆发，多一个原因因素不需要，少一个原因因素事故就不会发生，而每一个原因因素又由若干个二次原因因素构成，依此类推，还有三次原因因素、四次原因因素等。消除一次原因因素、二次原因因素、三次原因因素，n次原因因素，破坏发生事故的充分与必要条件，事故就不会产生，这就是采取技术、管理、教育等方面的安全对策的理论依据。,S22w,S222,S221,S2p,S11,S22,S21,S1m,S12,Sn,Sn-1
7、,S2,S1,事故,一次原因(直接原因),二次原因(间接原因),三次原因(间接原因),n次原因(间接原因),图2-1事故及其发生的原因层次分析,找出事故相关关系,评价,建立模型,结论,借鉴历史资料同类情况数据典型案例,越真实越好,具体,定性定量分析,准确,“类推”亦称“类比推理”。类比推理是人们经常使用的一种逻辑思维方法，常用来推出一种新知识。在人们认识世界和改造世界的活动中，类比推理有着非常重要的作用，在安全评价中同样也有着特殊的意义和重要作用。类比推理是根据两个或两类对象之间存在的某些相同或相似的属性，从一个已知对象具有某个属性来推出另一个对象也具有此种属性的一种推理方法。,1.2 类推原
8、理,例如，颤振曾是空气动力学中的一个难题，飞机的机翼在高速飞行中会产生颤振现象（一种有害的振动），飞行越快，机翼的颤振越强烈，甚至造成机翼折断，发生机毁人亡的空难悲剧。研究人员从蜻蜒的翅膀上获得了灵感：蜻蜒之所以能够有效地、灵活自如地控制翅膀的颤振，是因为在它的半透明翅膀的前缘有一块加厚的色素斑，这种色素斑称为“翅痣”，可使蜻蜒在快速飞行和转弯时不受颤振的困扰。如果将翅痣去掉，蜻蜓飞行时就变得荡来荡去。实验证明，蜻蜓翅痣的角组织使蜻蜓飞行时消除了颤振。人们就模仿蜻蜓，在飞机机翼末端的前缘装上了类似的加厚区，颤振现象竞奇迹般地被克服了。,类比推理的基本模式为：若A、B表示两个不同对象，A有属性P
9、1、P2、Pm、Pn，B有属性P1、P2、Pm，且nm，则对象B亦具有属性Pn。对象A与B的类比推理可用如下公式表示：,类比推理的结论不是必然的，所以，在应用时要注意提高其结论的可靠性，其方法有：要尽量多地列举两个或两类对象所共有或共缺的属性；两个类比对象所共有或共缺的属性愈本质，则推出的结论愈可靠；两个类比对象共有或共缺的属性与类推的属性之间如果具有本质的和必然的联系，则推出结论的可靠性就高。,1.平衡推算法平衡推算法是根据相互依存的平衡关系来推算所缺的有关指标的方法。例如:利用海因利希关于重伤死亡、轻伤和无伤害事故的比例为129300的规律，在已知重伤死亡数据的情况下，可推算出轻伤和无伤害
10、数据；利用事故的直接经济损失与间接经济损失的比例为14的关系，可从直接损失推算出间接损失和事故总经济损失；利用爆炸破坏情况推算离爆炸中心一定距离处的冲击波超压(p，MPa)或爆炸坑(漏斗)的大小，进而推算爆炸物的TNT当量。,2.代替推算法代替推算法是利用具有密切联系(或相似)的有关资料和数据来推算所需的资料和数据的方法。例如，对新建装置的安全预评价，可使用与其类似的已有装置的资料和数据对其进行评价。在安全评价中，人们常常通过类比同类或类似装置的检测数据进行评价。因素推算法因素推算法是根据指标之间的联系，从已知因素的数据推算有关未知指标数据的方法。例如，已知系统事故发生概率P和事故损失严重度S
11、，就可利用风险率R与P、S的关系来求得风险率R。,4.抽样推算法抽样推算法是根据抽样或典型调查资料推算系统总体特征的方法。这种方法是数理统计分析中常用的方法，以部分样本代表整个样本空间来对总体进行统计分析的一种方法。5.比例推算法比例推算法是根据社会经济现象的内在联系，用某一时期、某一地区、某一部门或某一单位的实际比例，推算另一类似时期、类似地区、类似部门或类似单位有关指标的方法。例如，控制图法的控制中心线是根据上一个统计期间的平均事故率来确定的。国外行业安全指标通常也都是根据前几年的年度事故平均数值来确定的。,6.概率推算法概率是指某一事件发生的可能性大小。事故的发生是一种随机事件。任何随机
12、事件，在一定条件下是否发生是没有规律的，但其发生概率是一客观存在的定值。因此，根据有限的实际统计资料，采用概率论和数理统计方法可求出随机事件出现各种状态的概率。用概率值来预测系统未来发生事故的可能性大小，以此来衡量系统危险性的大小和安全程度的高低。,任何事物在其发展过程中，从其过去到现在以及延伸至将来，都具有一定的延续性，这种延续性称为惯性。利用惯性可以研究事物或一个评价项目（工程）或系统的未来发展趋势。1.惯性的大小惯性越大，影响越大；反之，则影响越小。一个生产经营单位，如果疏于管理、违章作业、违章指挥、违反劳动纪律的现象严重，则事故就多；若任其发展则会愈演愈烈，而且有加速的态势，惯性会越来
13、越大。对此，必须立即采取相应对策，破坏这种格局，亦即中止或改变这种不良惯性，才能防止事故的发生。,1.3 惯性原理,2.互相联系与影响一个项目(工程)或系统的惯性是这个系统内的各个内部因素之间互相联系、互相影响、互相作用并按照一定的规律发展变化的一种状态趋势。因此，只有当系统稳定，受外部环境和内部因素的影响产生的变化较小时，其内在联系和基本特征才可能延续下去，该系统所表现的惯性发展结果才基本符合实际。但是，绝对稳定的系统是没有的，因为事物发展的惯性在外力作用时可使其加速或减速甚至改变方向，这样就需要对一个系统的评价进行修正，即在系统主要方面不变，而其他方面有所偏离时，应根据其偏离程度对所出现的
14、偏离现象进行修正。,任何一个事物在发展变化过程中都存在着从量变到质变的规律。同样，在一个项目（工程）或系统中，许多有关安全的因素也都存在着从量变到质变的规律。在评价一个项目（工程）或系统的安全时，也都离不开从量变到质变的原理。许多定量评价方法中，有关等级的划分，一般都应用了从量变到质变的原理。如预先危险性分析危险性等级划分，从I，经过了、的量变到质变的不同变化层次，即分别为“安全的”、“临界的”、“危险的”、“灾难性的”；而在评价结论中，“临界的”及其以下的级别是“可以接受的”，而“危险的”、“灾难性的”则是“不能接受的”。,1.4 量变到质变原理,我国根据噪声作业量级(LD8095)，将噪声
15、按噪声值（dB(A)）和接噪时间分别划分为0级、级、级、级和级；而且规定，噪声超过115（dB(A)）的作业，不论接噪时间长短，均属级。爆炸时产生的冲击波超压p(MPa)值达到0.020.03时，人体“轻微损伤”；达到0.030.05时，人体“听觉器官损伤或骨折”；达到0.050.10时，人体“内脏严重损伤或死亡”；大于0.10时，则大部分人员死亡。时间就是生命，心跳停止46min后，由于大脑严重缺氧而使脑细胞受到严重损害，甚至不能恢复，需要立即进行心肺复苏：心跳停止4min内复苏者有50可能被救活；46min开始复苏者，10可被救活；超过6min复苏者，存活率只有4；10min以后开始复苏者
16、，存活的可能性更小。,我国对硫化氢危害的描述,四个评价原理是人们经过长期研究和实践总结出来的。掌握评价的基本原理可以建立正确的思维程序，对于评价人员开拓思路、合理选择和多活运用评价方法都是十分必要的。由于世界上没有一成不变的事物，评价对象的发展也不是过去状态的简单延续，评价的事件也不会是自己的类似事件的机械再现，相似不等于相同。因此，在评价过程中，还应对客观情况进行具体细致的分析，以提高评价结果的准确程度。,2 安全评价模型,评价模型不是直接研究现实世界的某一现象或过程的本身，而是设计出一个与该现象或过程相类似的模型，通过模型间接地研究该现象和过程。2.1 安全评价模型简介1）形象模型形象模型
17、是系统实体的放大或缩小，如建造舰船和飞机用的模型、作战计划用的沙盘、土木工程用的建筑模型等。2）模拟模型模拟模型是在一组可控制的条件下，通过改变特定的参数来观察模型的响应，预测系统在真实环境条件下的性能和运动规律。如：在水池中对船模进行航行模拟试验；飞机模型在风洞中模拟飞行过程；在实验室条件下利用计算机模拟自动系统的工作过程等。,3）数学模型数学模型也称符号模型，它是用数学表达式来描述实际系统的结构及其变量间的相互关系的。如化工装置利用ICI蒙德法进行单元评价时，其火灾、爆炸、毒性指标由下式来描述：,式中：D为DOWICI全体指标；B为物质系数；M为特殊物质危险性；P为一般工艺危险性；S为特殊
18、工艺危险性；Q为量危险性；L为配置危险性；T为毒性危险性。,评价模型不是直接研究现实世界的某一现象或过程的本身，而是设计出一个与该现象或过程相类似的模型，通过模型间接地研究该现象和过程。设计评价模型最本质的一条就是抓住“相似性”。具体地说，就是在两个对象之间可以找到某种相似性，两个对象之间就存在着“原型模型”关系。对于庞大、复杂的系统，如社会系统或军事技术系统，要做实验很难或根本不可能做，而评价模型可以取而代之。评价模型是现实系统的抽象或者模仿，是由那些与分析的问题有关的部分或者因素构成的，它表明了这些有关部分或因素之间的关系。,2.2 安全评价模型的特点,使用评价模型的优点在于：（1）使现实
19、系统被简化，易理解；（2）可操作性强，一些参数的改变比在实际中要容易；（3）敏感度大，可显示出哪些因素对系统影响更大，而且可通过不断改进，寻求更符合现实特性的模型，以此指导建立现实系统，并使之达到最佳状态；（4）通过模拟试验满足系统要求，耗资少。评价模型是描述现实系统的，因此必须反映实际情况。由于它是抽象的，因而又高于实际，且又便于研究实际系统的共性，从而有助于解决被抽象的实际系统中的问题。同样，评价模型也能指导其他有这些共性的实际问题的解决。,重庆科技学院安全工程学院,评价模型是现实系统的一个抽象表示形式，如果搞得太复杂甚至和实际情况一样，就失去利用评价模型的意义。一般总是做一个比实际对象远
20、为简单的模型，同时又希望在实际中使用它来预测及解释一些现象时有足够的精确度。任何一个实际现象总要涉及大量的因素(或变量)，但确定导致其现象产生的本质因素时，往往只要抓住其主要因素即可。用字母、数字及其他符号来体现变量以及它们之间的关系，是最一般、最抽象的模型，它使人们一点也想像不出原来所代表的现实是什么。符号模型通常采用数学表达的形式。由于数学模型中的参数和变量最容易改变，因此最容易操作。数学模型在系统工程和运筹学等方面是十分重要的。,1.火灾模型和火灾损失1）火灾模型火灾对周围环境的影响主要在于其辐射热。若辐射热足够大，会引起包括生物体在内的其他物体燃烧。但火灾辐射热的影响范围一般均在距火焰
21、200m左右的近火源区域，对较远区域影响不大。辐射热损害可由单位表面积在受辐射时间内所接受的能量或单位面积上得到的辐射功率来计算确定。易燃、易爆的气体或液体泄漏后遇到引火源就会着火燃烧，它们的燃烧方式有池火、喷射火、火球和爆燃、固体火灾以及突发火五种。,2.3 常用的几种安全评价模型,（1）池火。可燃液体(如汽油、柴油等)泄漏后流到地面形成液池，或流到水中并覆盖水面，遇到火源燃烧便形成池火。池火可用以下几个参数来描述。燃烧速度。当液池中的可燃液体的沸点高于周围环境温度时，液体表面上单位面积的燃烧速度为,（2-1）,式中：dmdt单位表面积燃烧速度，kg(m2s)；Hc-液体燃烧热，Jkg；Cp
22、-液体的比定压热容，J(kgK)；Tb液体的沸点，K；T0环境温度，K；H液体的气化热，Jkg。,当液体的沸点低于环境温度时，如加压液化气或冷冻液化气，其单位面积的燃烧速度为,(2-2),表2-1一些可燃液体的燃烧速度,火焰高度。设液池为一半径为r的圆池子，其火焰高度可按下式计算：,(2-3),式中：h火焰高度，m；r液池半径，m；0周围空气密度，kgm3；g重力加速度，9.8ms2；dmdt单位表面积燃烧速度，kg(m2s)。,热辐射通量。液池燃烧时放出的总热辐射通量为,(2-4),式中：Q总热辐射通量，W；效率因子，可取0.130.35。,目标入射热辐射强度。假设全部辐射热量由液池中心点的
23、小球面辐射出来，则在距离池中心某一距离(x)处的入射热辐射强度为,(2-5),式中：I热辐射强度，Wm2；tc热传导系数，在无相对理想的数据时，可取值为1；x目标点到液池中心距离，m。,（2）喷射火。加压的可燃物质泄漏时形成射流，如果在泄漏裂口处被点燃，则形成喷射火。喷射火辐射热计算方法是一种包括气流效应在内的喷射扩散模式的扩展。把整个喷射火看成是由沿喷射中心线上的全部点热源组成的，每个点热源的热辐射通量相等。热辐射通量 点热源的热辐射通量按下式计算：,(2-6),式中：q点热源热辐射通量，W；效率因子，取0.35；V0泄漏速度，kgs；Hc燃烧热，Jkg。,从理论上讲，喷射火的火焰长度等于从
24、泄漏口到可燃混合气燃烧下限(LFL)的射流轴线长度。对表面火焰热通量，则集中在LFL1.5处。对危险评价分析而言，点热源数n一般取5就可以了。点热辐射强度。射流轴线上某点热源i到距离该点x处一点的热辐射强度为,(2-7),式中：Ii点热源i至目标点x处的热辐射强度，Wm2；f辐射系数，可取0.2；x点热源到目标点的距离，m。,目标入射热辐射强度。某一目标点处的入射热辐射强度等于喷射火的全部点热源对目标的热辐射强度的总和，即,(2-8),式中：n计算时选取的点热源数，一般取n=5。,（3）火球和爆燃。低温可燃液化气由于过热，容器内压增大，使容器爆炸，内容物释放并被点燃，发生剧烈的燃烧，产生强大的
25、火球，形成强烈的热辐射。火球半径为,(2-9),式中：R火球半径，m；M急剧蒸发的可燃物质的质量，kg。,火球持续时间,式中：t火球持续时间，s。,(2-10),火球燃烧时释放出的辐射热通量,式中：Q火球燃烧时的辐射热通量，W；效率因子，取决于容器内可燃物质的饱和蒸气压p，=0.27p0.32。,目标接受到的入射热辐射强度,式中：tc传导系数，保守取值为1；x目标距火球中心的水平距离，m。,(2-11),(2-12),（4）固体火灾。固体火灾的热辐射参数按点源模型估计。模型认为火焰射出的能量为燃烧的一部分，并且辐射强度与目标至火源中心距离的平方成反比，即,(2-13),式中：Ir目标接受到的辐
26、射强度，Wm2；f辐射系数，可取f=0.25；Mc燃烧速率，kgs。,（5）突发火。泄漏的可燃气体、液体蒸发的蒸气在空中扩散，遇到火源发生突然燃烧而没有爆炸。此种情况下，处于气体燃烧范围内的室外人员将会全部烧死；建筑物内将有部分人被烧死。突发火后果分析，主要是确定可燃混合气体的燃烧上、下极限及其下限随气团扩散变化的范围。为此，可按气团扩散模型计算气团大小和可燃混合气体的浓度，还要考虑不同条件下气雾内的人群数量。,2）火灾损失火灾通过热辐射的方式影响周围环境。当火灾产生的热辐射强度足够大时，可使周围的物体燃烧或变形，强烈的热辐射可能烧毁设备甚至造成人员伤亡等。火灾损失估算建立在辐射强度与损失等级
27、的相应关系的基础上，表3-2为不同入射强度造成伤害或损失的情况。从表中可看出，辐射强度较低时，火灾致人重伤需要一定的时间，这时人们可以逃离现场或掩蔽起来。,表2-2热辐射的不同入射强度所造成的损失,2.爆炸模型爆炸是物质的一种非常急剧的物理、化学变化，也是大量能量在短时间内迅速释放或急剧转化成机械功的现象。它通常是借助于气体的膨胀来实现。,1.爆炸过程很快2.爆炸点压力急剧升高，产生冲击波发出响声4.周围介质发生震动,爆炸特征,按爆炸性质可分为物理爆炸和化学爆炸。物理爆炸：爆炸发生仅是介质的状态参数变化。（状态参数：温度、压力、体积）化学爆炸：爆炸介质的化学性质发生变化。（三要素：放热、气体产
28、物、快速）,1）物理爆炸的能量发生物理爆炸，如压力容器破裂时，气体膨胀所释放的能量(即爆破能量)不仅与气体压力和容器的容积有关，而且与介质在容器内的物性相态有关。因为有的介质以气态存在，如空气、氧气、氢气等；有的介质以液态存在，如液氨、液氯等液化气体、高温饱和水等。容积与压力相同而相态不同的介质，在容器破裂时产生的爆破能量也不同，而且爆炸过程也不完全相同，其能量计算公式也不同。,（1）压缩气体与水蒸气容器的爆破能量。当压力容器中介质为压缩气体，即以气态形式存在而发生物理爆炸时，其释放的爆破能量为,(2-14),式中：Eg气体的爆破能量，kJ；p容器内气体的绝对压力，MPa；V容器的容积，m3；
29、k气体的绝热指数，即气体的定压比热与定容比热之比。,表2-3常见气体的绝热指数,从表中可看出，空气、氮、氧、氢及一氧化氮、一氧化碳等气体的绝热指数均为1.4或近似为1.4，若将k=1.4代入式(3-14)中，则,(2-15),令,(2-16),则式(3-15)可简化为,Eg=CgV,(2-17),式中：Cg常用压缩气体爆破能量系数，kJm3。,表2-4常见的几种压力下的气体容器爆破能量系数(k=1.4时),将干饱和蒸气的绝热指数k=1.135代入式(3-14)中，可得干饱和蒸气容器爆破能量为,(2-18),用上式计算有较大的误差，因为它没有考虑蒸气干度的变化和其他的一些影响，但它可以不用查明蒸
30、气热力性质而直接进行计算，因此可供危险性评价参考。,常见的几种压力下的干饱和蒸气容器的爆破能量可按下式计算：,式中:Es干饱和蒸气的爆破能量，kJ；V干饱和蒸气的体积，m3；Cs干饱和蒸气的爆破能量系数，kJm3。,(2-19),表2-5常见的几种压力下的干饱和蒸气容器爆破能量系数,（2）介质全部为液体时的容器爆破能量。通常将液体加压时所做的功作为常温液体压力容器爆炸时释放的能量，计算公式如下：,(2-20),式中 EL常温液体压力容器爆炸时释放的能量，kJ；p液体的压力(绝)，Pa；V容器的体积，m3；t液体在压力p和温度t下的压缩系数，Pa-1。,(3)液化气体与高温饱和水的容器爆破能量。
31、液化气体和高温饱和水一般在容器内以气液两态存在，当容器破裂发生爆炸时，除了气体的急剧膨胀做功外，还有过热液体激烈的蒸发过程。在大多数情况下，这类容器内的饱和液体占有容器介质质量的绝大部分，它的爆破能量比饱和气体大得多，计算时考虑气体膨胀做的功。过热状态下液体在容器破裂时释放出的爆破能量可按下式计算：,式中：E过热状态液体的爆破能量，kJ；H1爆炸前饱和液体的焓，kJkg；H2在大气压力下饱和液体的焓，kJkg；Sl爆炸前饱和液体的熵，kJ(Kg)；S2在大气压力下饱和液体的熵，kJ(kg)；T1介质在大气压力下的沸点，kJ(kg)；W饱和液体的质量，kg。,饱和水容器的爆破能量按下式计算：,E
32、w=CwV,(2-22),式中：Ew饱和水容器的爆破能量，kJ；V容器内饱和水所占的容积，m3；Cw饱和水爆破能量系数，kJm3，其值见表3-6。,表2-6 常用压力下饱和水爆破能量系数,2）爆炸冲击波及其伤害、破坏作用压力容器爆炸时，爆破能量在向外释放时以冲击波能量、碎片能量和容器残余变形能量三种形式表现出来。后两者所消耗的能量只占总爆破能量的315。大部分能量的作用是产生空气冲击波。（1）爆炸冲击波。冲击波是由压缩波叠加形成的，是波阵面以突进形式在介质中传播的压缩波。,容器破裂时，容器内的高压气体大量冲出，使它周围的空气因受到冲击而发生扰动，使其状态（压力、密度、温度等）发生突跃变化，这种
33、扰动传播的速度大于被扰动的介质的声速，其在空气中的传播就成为冲击波。在离爆破中心一定距离的地方，空气压力会发生迅速的变化，而且变化幅度大。冲击波伤害、破坏作用的衡量准则：超压准则、冲量准则、超压-冲量准则等。超压准则认为，只要冲击波超压达到一定值，便会对目标造成一定的伤害或破坏。,超压波对人体的伤害和对建筑物的破坏作用见表2-7和表2-8。表2-7冲击波超压对人体的伤害作用,表2-8冲击波超压对建筑物的破坏作用,(2)冲击波的超压。冲击波波阵面上的超压与产生冲击波的能量有关，同时也与波阵面距离爆炸中心的远近有关。冲击波的超压与爆炸中心距离的关系为,(2-23),式中：p冲击波波阵面上的超压，M
34、Pa；R距爆炸中心的距离，m；n衰减系数。衰减系数在空气中随着超压的大小而变化，在爆炸中心附近为2.43；当超压在数个大气压以内时，n=2；小于1个大气压时，n=1.5。,实验数据表明，不同数量的同类炸药发生爆炸时，如果,(2-24),则,p=p0,(2-25a),即满足一定位置关系的不同数量的同类炸药所产生的冲击波超压相同。,式中：R目标与爆炸中心距离，m；R0目标与基准爆炸中心的相当距离，m；q0基准炸药量，TNT，kg；q爆炸时产生冲击波所消耗的炸药量，TNT，kg；p目标处的超压，MPa；p0基准目标处的超压，MPa；a炸药爆炸试验的模拟比。,式(3-25a)也可写成:,p(R)=p0
35、(R0),(2-25b),表2-91000kgTNT爆炸时的冲击波超压,重庆科技学院安全工程学院,综上所述，计算压力容器爆破时对目标的伤害、破坏作用，可按下列程序进行。首先根据容器内所装介质的特性，分别计算出其爆破能量E。将爆破能量E换算成TNT当量qTNT。1kgTNT爆炸所放出的爆破能量为42304836kJkg，一般取平均爆破能量为4500kJkg，故其关系为,(2-26),重庆科技学院安全工程学院,求出爆炸的模拟比a，即,(2-27),求出在1000kgTNT爆炸试验中的相当距离R0，即R0=Ra。根据R0值在表2-9中找出距离为R0处的超压R0(中间值用插入法)，此即所求的距离为R处
36、的超压。根据超压p值，从表2-7、表2-8中查找出相应的对人员和建筑物的伤害、破坏作用。,（3）蒸气云爆炸的冲击波伤害、破坏半径。爆炸性气体如果以液态储存瞬间泄漏后遇到延迟点火，或气态储存时泄漏到空气中遇到火源，则可能发生蒸气云爆炸。导致蒸气云形成的力来自容器内含有的能量或可燃物含有的内能，或两者兼而有之。能的主要形式是压缩能、化学能或热能。一般说来，只有压缩能和热量才能单独导致蒸气云的形成。根据荷兰应用科研院TNO的建议(1979)，可按下式预测蒸气云爆炸时的冲击波的损害半径：,式中：R损害半径，m；N效率因子，与燃烧浓度持续展开所造成的损耗的比例和燃料燃烧所得的机械能的数量有关，取N=10
37、；Cs经验常数，取决于损害等级，取值见表2-10；E爆炸能量，kJ，可按下式取,E=VHc,V参与反应的可燃气体的体积，m3；Hc可燃气体的高燃烧热值，kJm3，取值情况见表2-11。,R=Cs(NE)1/3,(2-28),表2-10损害等级决定的Cs的取值,表2-11 损害等级表,中毒模型有毒物质泄漏后生成有毒蒸气云，它在空气中飘移、扩散，直接影响现场人员，并可能波及居民区。大量剧毒物质泄漏可能造成严重的人员伤亡和环境污染。毒物对人员的危害程度取决于毒物的性质、毒物的浓度及人员与毒物接触的时间等因素。有毒物质泄漏初期，其毒气形成气团，密集在泄漏源周围，随后由于环境温度、地形、风力和湍流等的影
38、响使气团飘移、扩散，扩散范围变大，有毒物质浓度减小。在后果分析中，往往不考虑毒物泄漏的初期情况，即工厂范围内的现场情况，主要计算毒气气团在空气中飘移和扩散的范围、浓度、接触毒物的人数等。,1）毒物泄漏后果的概率函数法概率函数法是用一定时间内一定浓度的毒物能造成影响的概率来描述毒物泄漏后果。概率与中毒死亡百分率有直接关系，两者可以互相换算，见表2-12。概率值在010之间。概率值Y与接触毒物的浓度及接触时间的关系如下：,(2-30),式中：A，B，n取决于毒物性质的常数，表2-13列出了一些常见有毒物质的有关参数；C接触毒物的浓度，10-6；t接触毒物的时间，min。,表2-12 概率与死亡百分
39、率的换算,使用概率函数表达式时，必须计算评价点的毒性负荷(Cnt)，因为在一个已知点，其毒物浓度随着气团的稀释而不断变化，瞬时泄漏就是这种情况。确定毒物泄漏范围内某点的毒性负荷时，可把气团经过该点的时间划分为若干区段，计算每个区段内该点的毒物浓度，得到各时间区段的毒性负荷，然后再求出总毒性负荷，即,总毒性负荷=各时间区段内毒性负荷,表2-13一些毒性物质的常数,一般说来，接触毒物的时间不会超过30min。因为在这段时间里人员可以逃离现场或采取保护措施。当毒物连续泄漏时，某点的毒物浓度在整个云团扩散期间没有变化。当设定某死亡百分率时，由表2-12查出相应的概率Y值，根据式(2-30)有,(2-3
40、1),由上式可以计算出C值，于是按扩散公式可以算出中毒范围。,2）有毒液化气体容器破裂时的毒害区估算液化介质在容器破裂时会发生蒸气爆炸。当液化介质为有毒物质时，如液氯、液氨、二氧化硫、硫化氢、氢氰酸等，爆炸后若不燃烧，会出现大面积的毒害区域。设有毒液化介质质量为W(单位：kg)，破裂前容器内介质温度为t(单位：)，液化介质比热容为Cp(单位：kJ(kg)。当容器破裂后，容器内压力降至大气压，处于过热状态的液化气温度迅速降至标准沸点t0(单位：)，此时全部液体所放出的热量(单位：kJ)为,(2-32),设这些热量全部用于容器内液体的蒸发，如它的气化热为q(单位：kJkg)，则其蒸发量（单位：kg
41、）为,(2-33),如介质的相对分子量为M，则在沸点下蒸发蒸气的体积Vg(单位：m3)为：,(2-34),表2-14一些有毒物质的有关物化性能,表2-15一些有毒气体的危险浓度,若已知某种有毒物质的危险浓度，则可求出其危险浓度下的有毒空气体积。如二氧化硫在空气中的浓度达到0.05时，人吸入510min即致死，则体积为Vg的二氧化硫可以产生令人致死的有毒空气体积为,(2-35),假设这些有毒空气以半球形向地面扩散，则可求出该有毒气体扩散半径为,式中：R有毒气体的半径，m；Vg有毒介质的蒸气体积，m3；C有毒介质在空气中的危险浓度值，。,(2-36),思考题,1.论述相关性原理对安全评价的指导意义。2.简述安全评价的类推原理,并列出常用的类推方法。论述惯性原理对安全评价的指导意义。4.论述量变到质变原理对安全评价的指导意义。5.论述安全评价模型对安全评价的意义。6.简述计算压力容器爆炸时对目标的破坏作用的程序。7.试举一例，建立安全评价模型，并进行简要分析。,
