氯乙烯球罐的火灾爆炸事故风险分析.doc

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1
上海交通大学
2南开大学

聚氯乙烯(PVC是五大通用合成树脂之一,由于
它具有优良的耐化学腐蚀性并

且质轻
因而广泛应用于工业

是木材

纸张等传统材料的良好代用品,因此在塑料
工业中具有举足轻重的地位
摘
要
爆炸等危险事故
本文应用一些火
灾爆炸定量计算模型针对氯乙烯储罐特定情况下发生泄漏BLEVE火球以及
BLEVE
物理爆炸
中图分类号A

2005-06-06
作者简介
上海交通大学机械与动力工程学院工业工程专业2003
级工程硕士研究生
到五六十年代开始大量生产和使用
全世界每年生产2000
万吨PV
C
氯乙烯单体(VCM是生
产聚氯乙烯(PVC树脂的主要原料,全世界99%的VCM
产量用于生产聚氯乙烯
我

市场潜力巨大树脂生产能力在2021年
可突破

3.5Mt

但是氯乙烯气体易燃易爆
很容

易引发火灾人

员伤亡
因此大量的氯乙烯作为原料储存于球罐

中

而球罐容积趋于大型化
因此给球罐储存带来很多困难

爆炸

沸点为

V
一定浓度下可形成爆炸气体
迅速气

化

爆炸事故

1
遇火源将发生火灾爆

炸
如VCM

扩展蒸汽爆炸的火球

2制造缺
陷

当超量灌装

当防爆膜
在其薄弱处可能发生物理爆破1.3其它事故伤害
氯乙烯泄漏会引发急性中毒事故

当检修人员在罐顶巡查及罐内外检修时
爆炸风险
PVC生产工艺采用氯乙烯直接聚合生成聚

氯乙烯
有毒的特性使

球罐泄漏事故发生时容易发生火灾
图

1

BLEVE的火
球

由于球罐破损或操作失误引起泄漏

有毒压力储存的VCM
的释放
爆炸等重大事故发

生
而泄
漏的后果不仅与泄漏的数量

压力

而是

泄漏物扩散到广阔的区域
可燃蒸气
云被点燃

并与之混合后被点燃而
发生的一种非爆炸性的燃烧过程
不产生具有显著破坏性的超压

闪火的形成

初始阶段与蒸气云爆炸非常相似甚至相同

发生频率很高

火焰传播被加速

一般要发生

带破坏性超压的蒸气云爆炸应具备以下几个条件

1

必须在点燃之前即扩散阶段形成一个足够大的云团
产生的足够数量的云团处于该物质的爆炸极

限范围内才能产生显著的超压

由于某些原因造成容器破裂

作为汽

液两相的可燃性物质
即BLEVE
火球

冲击波超压
3.事故后果定量计算
假设某PVC工厂扩建工程新增一个VCM
球罐
22.85m
VCM球罐设计压力为
0.8Mpa
3.1泄漏量的计算
假设球罐泄漏为与罐体相连的管路的法兰
泄
漏孔可能是不规则的
液体泄漏速度可用流体力学的柏努利方程计算
Q=CdA[2(P-P0/p+2gh]1/2
式中
Cd
按表1
选取
P
Pa
g
g
h
m
65
55
106
Kg
15.23m
所以液面高度为12.95m
假设雷诺数Re>100,则液体泄漏系数选择
Cd
裂口面积
A
10-4m2P

106
Pa

+2gh]1/2
=13.99kg/s
=21.72m/s

时的动力粘度

此时Re
=
106
>100

从堵漏技术可行性考虑所以泄漏总量为
12591Kg

设云团厚度为
d火焰高度
H
w

3
]1/3

式中
d
m

m/s2;ρa
kg/m3;ρ0
kg/m
3

0.019假设厂房半径为
100m

70/2.3

W
52]1/2=51.87
目标物与火焰距离
5

X/b
4.761当Xr和Hr给定时,可以根据以下公式

可看作F
值
(Fh
2
AXrtan-1A]
F
v
[HrAtan-1
AXr20.5
B
Xr20.5
H
r1/2W可以求得5s
时
3
4
0.0346
5
20
30.43似计算
求得闪火平均值
qav下面分
析其伤害和破坏后果
5
在热辐射作用下
持续时间及人的年龄身体健
康状况有关
Pieterson在1990年用
下列公式来预测热辐射的影响
表
2计算结果

Pr
2.56ln
Pr
3.0188ln

Pr
3.0186ln

q
W/m2t

s;Pr
这里

采用
Pr=5
60秒两种情况考虑

发生闪火时由表3可见如果这次闪火发生时

也不排除题给
的在半径
r

30.43s

临界热通量
q
25400

10.31kW/m
2

但不排除在半径
r

爆炸发
生后
密度

开始时产生的最大正压力就是冲
-
击波阵面上的超压
其破坏和伤害程度的经验数据
列于表
4
5
燃烧热
870
计算如下:
(1.在热力学数据资料的基础上,确定燃料的闪蒸部分
FT/L]=0.09392式中F
Cp
kJ/
(kg
L
kJ/kg
Wf等于闪蒸系数F乘以泄漏的燃料数量
W
Wf
用下式