MATLAB在危险化学品灌区安全评价中应用.doc

MATLAB在危险化学品灌区安全评价中应用
摘要：随着化学工业的迅速发展，化工厂储存易燃、易爆 等危险化学品数量越来越多，其危险性也越大。本文分析了 某化工厂储罐区危险物质的危险性，通过MATLAB编程，对 该灌区发生蒸气云爆炸事故后果进集起来，形成预混蒸汽云。如果在稍后 的某一时刻遇火点燃，由于气液两相物质已经与空气充分混 合均匀，一经点燃其过程极为剧烈，火焰前沿速度可达50〜 lOOm/s,形成爆燃。对蒸汽云覆盖范围内的建筑物及设备产
生冲击波破坏，危及人们的生命安全［1］。
由2可知该化工厂储罐区构成了一级重大危险源，而且 储存的这几种物质本身危险性都很大，又都是爆炸性气体和 易挥发性液体，在储罐中可能会有各种意外原因发生泄漏， 泄漏后随着风向扩散，与周围空气混合形成易燃易爆混合 物，达到爆炸下限遇明火就会发生蒸气云爆炸。由此可知该 储罐区一旦发生蒸汽云爆炸事故后果会很严重，所以很有必 要对其危险性进行定量的分析。
、蒸气云爆炸能量的计算
储罐区形成的蒸气云爆炸产生的能量采用TNT当量法， 可由下式计算：
■ (1)
式中，Q为蒸气云当量系数，取a =0. 04； Wf为泄漏介 质在大气中的质量，kg； Qf为储罐内介质的燃烧热，MJ / kg； QTNT 为 TNT 爆热，取 QTNT=4. 2 MJ / kg。 3. 2、冲击波 伤害模型［2］
在安全分析中，通常把冲击波超压所破坏的范围分为人 员伤害分区和财产损失分区，人员伤害区又可分为死亡区， 重伤区，轻伤区和安全区。
在死亡区中，人员若无防护将受到严重伤害或死亡。其 半径可用下式计算:
Rl= (WTNT/1000) 0. 37 (2)
其中，WTNT为蒸气云爆炸时产生的TNT当量。
财产损失半径公式：
R2=4. 6 ・ WTNT1/3/ [1+ (3175/WTNT) 2] 1/6 (3)
其中，
在得到云团中燃料质量的情况下，可按下式计算爆炸冲 击波超压APs [3]
Ln (APs/Pa) =-0. 9126T. 5058 (LnZ) +0. 1675 (LnZ) 2- (LnZ) 3 (4)
0. 3WZW12 Z=R (E/Pa) (5)
E=l. 8aWQC (6)
式中：APs为 冲击波正相最大超压(Pa)； Z为无量纲 距离；Pa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); W为蒸气云中对爆炸冲击波有实际贡献 的燃料质量(Kg)； Qc为燃料的燃烧热(J/Kg)。
重伤半径R3和轻伤半径R4波面冲击波超压APs分别为 44000 Pa和17000Pa,都是已给定值，根据其可计算出重伤、 轻伤半径，但计算过程很复杂。
4、MATLAB实现蒸气云爆炸后果模拟
4. 1 MATLAB 简介
MATLAB是用于算法开发、数据可视化、数据分析以及 数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，其应用范围 包括信号与图像处理、通讯、控制系统设计、测试与测量、
财务建模与分析以及计算生物学等众多应用领域，其附加 的工具箱（单独提供的专用MATLAB函数集）扩展了 MATLAB 环境，以解决这些应用领域内特定类型的问题。MATLAB语 言结构简单，能够大大简化计