2024年4月1日发(作者：)

球罐BLEVE碎片抛射的危害性研究*

钱新明,徐亚博,刘振翼

【摘 要】摘要:多米诺效应是造成重大事故损失加剧、灾难升级的一个重要原因。

爆炸碎片是化工区多米诺事故的重要诱因之一。以球罐液体沸腾进而扩展为蒸

气云爆炸(BLEVE)为例，从爆炸碎片飞行过程的规律性及碎片产生抛射的不确定

性出发，采用蒙特卡罗方法进行模拟，利用相关数据和资料确定爆炸碎片产生

和飞行中的不确定性参数，计算出碎片的抛射范围。并在此基础上，计算得到

了不同充装水平下的球罐爆炸后产生碎片碰撞两种目标容器的概率。研究发现：

当目标容器不同时，储罐爆炸产生碎片的碰撞概率差别较大；当目标容器一定

时，不同充装水平的储罐可造成的多米诺效应虽有不同，但差别不大。研究结

果对于定量评价储罐爆炸碎片的危害性，减缓和控制碎片产生的风险，确定罐

区之间防护碎片危害所需的安全距离等提供了指导和借鉴。

【期刊名称】高压物理学报

【年(卷),期】2009(023)005

【总页数】6

【关键词】关键词:球罐；碎片；BLEVE；蒙特卡罗法；不确定性

1 引 言

多米诺事故通常会造成非常严重的后果，其严重性远远大于初始事故后果的严

重性，因此十分有必要对其进行深入研究[1-3]。安全距离是预防发生重特大事

故的重要措施之一。近年来，因安全防护距离不符合要求导致的事故风险日益

突出，已成为相当严重的事故隐患。据估计，有30%以上的危险化学品生产企

业存在周边安全距离不符合规定的问题，因此亟需开展此方面的研究。

爆炸碎片是化工区多米诺事故的重要诱因。容器的灾难性失效会产生碎片，并

将其投射出较远的距离，投射的碎片能够在距初始事故较远的地方发生二次事

故。在几个工业事故中，碎片投射是造成人员伤亡、财产损失和设备损坏的根

源，如1984年墨西哥城液化石油气爆炸事故等[4]。根据Cozzani等对100起

多米诺事故的统计分析，碎片引发多米诺事故主要是由球罐液体沸腾扩展为蒸

气云爆炸(Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion,BLEVE)造成的[1]。本

研究针对球罐发生BLEVE事故时碎片抛射的情况，利用蒙特卡罗法和三维体系

内碎片抛射方程，得到了不同充装水平下球罐产生碎片的抛射轨迹，以及碎片

撞击两种形状不同的目标容器的概率。

2 碎片抛射方程和碰撞目标容器概率的确定

2.1 碎片抛射方程

由于碎片的飞行速度一般不超过音速，因此三维体系中碎片在飞行过程中的加

速度状态方程为[5-7]

式中：x、y为水平方向的坐标，z为竖直方向的坐标，k为阻力系数，t为时间，

g为重力加速度。上升阶段，由于阻力与重力方向相同，故(3)式中的符号为

“+”；而下降阶段，情况正好相反，符号为“-”。

利用Matlab求解加速度方程，得到和z(t)的表达式。

x方向

y方向

z方向上升阶段

z方向下降阶段

式中：a=(k/g)1/2，β=arctan (a v0sin φ)，χ=2k/a，v0为碎片的初速度，θ