化学品泄漏后果计算 — 使用说明

地图版操作指引 · 模型移植自 CCPS《Guidelines for Consequence Analysis of Chemical Releases》,判据依据 GB/T 37243、AQ/T 3046、SH/T 3226

这个工具算什么

输入泄漏了什么物质、多少量、什么工况,算出多远范围内会受到多大伤害, 并把范围画在地图上。

后果类型算出什么分级依据
火灾(池火、喷射火、火球)各级热辐射强度对应的距离 AQ/T 3046 表 H.2(6 档,37.5~1.58 kW/m²)
爆炸(蒸气云、容器爆裂)各级超压对应的距离 GB/T 37243 6.6.7.4.2 + AQ/T 3046 表 H.3
毒气扩散各级毒性阈值对应的下风向距离 AQ/T 3046 表 H.1(ERPG-1/2/3)+ NIOSH IDLH; 另可附 GBZ 2.1 职业接触限值与自定义浓度
闪火爆炸下限(LFL)包络范围 GB/T 37243 6.6.7.4.1(区内死亡率 100%、区外 0)

操作流程:选物质 → 看危险特性 → 选事故场景 → 填气象条件 → 核对参数 → 点「计算」。共六步,下面逐步说明。

本工具给出的是计算结果,不是结论。 是否采信、取哪一档、如何折算到防护距离,须由具备资质的评价人员判断。 每个场景都会列出所用模型的适用条件与偏差告警,请一并阅读。

1选物质,看它有什么危险

在①输入名称、别名或 CAS 号;搜索框会显示物质库的实际条数。

选定后②会自动列出该物质的危险特性及判定依据 —— 优先用 GHS 分类,缺 GHS 时按物性推断并标注「可靠性较低」。

③随即给出可能的事故场景,按推荐度排序,每条都写明判定理由。

不同物质推荐的场景不同。 丙烷(易燃气体+加压)推出喷射火、蒸气云爆炸、BLEVE、闪火、容器物理爆炸五个; 氯气不可燃,只推毒气扩散。
物质选择与场景推荐
选定丙烷后自动辨识出四项危险特性,并推荐五个场景

2填气象条件

扩散计算离不开气象条件。这些参数原先散落在各模型的输入里(风速要按六个稳定度分别填六遍), 现在收在一处,各模型共用

项目说明
周边地貌5 档,对应 SH/T 3226 表 G.6.2-2 的地面粗糙度 z₀ = 0.03 / 0.1 / 0.3 / 1.0 / 3.0 m
全年平均风速、气温直接进扩散模型;气温同时供池火、喷射火使用
16 方位风速与风频见下方说明,两者作用完全不同
静风频率与 16 方位风频合计应为 100%
大气稳定度频率A~F 合计应为 100%;出现频率最高者作为计算稳定度
风速和风频的作用完全不同,不能混为一谈。
· 风速决定该方位的影响距离 —— 风大稀释快、距离近
· 风频只决定该方位被吹到的概率不改变距离, 要等做个人风险(LSIR)时才作方向加权
所以填完风频看不到距离变化,这是对的。
频率会自动校验。风频(含静风)或稳定度频率合计不等于 100% 时立即告警。 另外,并列最高时不会编造「主导风向」 —— 默认 16 方位各 6.25%, 界面会如实显示「无主导风向(各向均匀)」,而不是按顺序挑一个报成正北风。
默认值是占位示例,不是任何实际厂址的气象。 未改动前界面会持续红字告警,请按当地气象站常年统计替换。

一个尚未接入的部分

地貌(粗糙度)目前只影响显示,还没进主计算。粗糙度修正系数已按 SH/T 3226 附录 G.6 实现,但扩散模型 EX-13 用的是 CCPS 的 Pasquill-Gifford 系数,两套系数体系不同, 直接混用会算错。要接入需先决定是整体改用国标系数还是并行给出对照。

3核对参数,然后点「计算」

这一步最容易出错。 界面里的数值是建议值,不是贵项目的实际工况。 直接点计算得到的是「建议值算出来的数」,不能当作评价结论。

三种底色代表参数来源:

  • 绿底 ◆ —— 按所选物质自动填入(分子量、密度、燃烧热等), 鼠标悬停可看换算来源
  • 黄底 —— 你手工改过的值
  • 白底 —— 模型默认的建议值,最需要核对

* 的是必填项。

温度与风速不在这里填。扩散模型原本按六个稳定度各列一个风速输入 (风速 A 类~F 类),已统一由第 2 步气象条件给定,参数区不再重复出现, 原位置留有说明。完整取值仍可在「全部步骤参数」折叠区中查看。

改动任何参数,结果会立即收回、地图清空,必须重新点「计算」。 这是刻意设计的 —— 避免你看着旧结果、以为对应的是新参数。

参数区与计算按钮
物料量单独列在最前,下方实时显示换算过程

各场景需要填的「量」不一样

场景要填的量说明
蒸气云爆炸参与爆炸的物料质量 kg 指进入可燃云团并参与爆炸的部分,通常远小于储存总量。 自动按燃烧热换算成爆炸能量与云团体积
BLEVE 火球初始可燃物质量 kg容器内参与形成火球的物料总量
闪火释放总量 kg瞬时释放形成云团的总量
毒气扩散储存总量 kg 只填泄漏单元内可释放的总量(钢瓶、储罐存量)。 泄漏速率与持续时间不在这里填 —— 由孔径与压力自动算出, 见下方「源项:速率与时间怎么来的」
喷射火不需要 持续泄漏,流率由孔径与气体压力决定 —— 请调孔径、压力
池火不需要 液池尺寸由泄漏源项算出 —— 请调孔径、液位、密度
容器物理爆炸不需要 能量来自压缩气体膨胀功,与物料燃烧热无关 —— 请调容积、爆破压力

源项:泄漏速率与持续时间怎么来的

这两个量都不用你直接填,但都可以改。 工具先按物理关系算出来,你再按现场实际处置情况调整。
怎么算出来的什么时候该改
泄漏速率 kg/s 孔径与压力 → EX-1 质量流率 → EX-10 液池蒸发 → EX-13 释放速率。
孔径液面上方压力就会改变它
一般不用改。若已有实测或 DNV 等软件的推算值,可直接覆盖
人员暴露时长 min 默认=泄漏全程,即假定人员留在原地不撤离(保守) 有疏散预案时要改。它只影响致死档 —— ERPG/IDLH 是固定浓度阈值,不随暴露时间变。 例:氯泄漏 12.4 min,若 3 min 内撤离,半数致死半径由 177 m 降到 135 m
泄漏持续时间 s min(切断系统动作时间, 存量 ÷ 速率)
切断时间按 SH/T 3226 9.3.2 取:自动 60 s、半自动 300 s、 手动 1200 s、装卸现场切断 120 s
经常要改。自动值是「无人干预」的结果, 而现场往往有人处置 —— 报警后关阀、堵漏、倒罐, 这类时间算不出来,只能按预案与演练情况填

:1000 kg 氯钢瓶、10 mm 孔,算出速率 1.349 kg/s, 无切断时放空需 741 s,全部 1000 kg 都会漏光。 若现场报警后 5 分钟堵漏成功,在持续时间填 300, 释放量即降为 404.8 kg(存量的 40%)。

缩短泄漏时间,影响距离可能反而变大 —— 这不是算错。 按 SH/T 3226 G.7.1,当 t_d ≤ 0.6·x/u 时该档改按瞬时烟团计算, 模型把释放量当作一瞬间集中放出,峰值浓度高于同样质量拉长成的连续羽流。 上例中 741 s 时 ERPG-3 为 1128 m,改成 300 s 后变成 4247.7 m。 结果表每行都标出了实际所用模型,并给出另一模型的对照值,作结论时请说明所取口径。
释放量不会超过存量。 持续时间填得再长,也只按罐里实际有的物料算 —— 上例填 3600 s 时会提示「按所填时间应放出 4858 kg,已按存量 1000 kg 截断」。

4读结果

每一档给出该伤害等级对应的距离,前面的勾选框控制它是否画在地图上。

标「未达到」表示当前工况下辐射/超压达不到该档阈值,属正常结果。

标「超出模型范围」表示参数越出了模型的适用区间, 此时不给数值 —— 给一个越界外推的数比不给更危险。

务必看告警。 黄色方框里的内容是模型适用性提示,例如「本模型为拥塞射流,火焰长度可能严重偏短」 「火球持续时间用错分支,方向非保守」。 这些是逐条核对标准原文后写入的,不是套话。
计算结果
蒸气云爆炸五档超压距离,并注明本图采用 TNO 多能法的原因

毒气扩散:四类浓度档位,分工不同

热辐射与超压的分级是固定表,浓度不是 —— 它随物质而变,工具会同时给出下面几类:

档位出处性质severity默认上图
1% / 50% 致死GB/T 37243 6.6.7.2 式(6),常数取 AQ/T 3046 表 I.2(22 种) 剂量算,随泄漏持续时间变化(见下) 致死
ERPG-3 / ERPG-2AQ/T 3046—2013 表 H.1(144 种) 急性,按接触 1 h。3 级危及生命,2 级不可逆损害 伤害
IDLH美国 NIOSH(403 种,可匹配本库 297 种) 急性,按30 min 逃生。与 ERPG 来源独立,可互相印证 伤害
LFL物质的爆炸下限 闪火火焰区边界(GB/T 37243 6.6.7.4.1 阶跃判据) 伤害
ERPG-1同上 「仅有轻微短暂不适或可察觉异味 提示是(虚线)
½LFL爆炸下限的一半 可燃气体检测报警常用设定值,不是伤害判据 提示是(虚线)
MAC
PC-TWA
PC-STEL
GBZ 2.1—2019 表 1(358 种,可匹配本库 264 种) 职业接触限值,非事故判据 —— 针对 8 h 工作日的慢性接触 提示
自定义你自己填(ppm 或 mg/m³,可多档) 无标准出处,想看任意浓度到多远时用

结果按「伤害等级」标注

图上标签、结果表与计算书都以伤害等级打头,物理量放在括号里 —— 读的人关心的是死亡/重伤/轻伤半径,而不是 37.5 kW/m² 本身。

后果类型死亡半径重伤/伤害半径依据
热辐射37.5 kW/m²25 kW/m²(重伤)
12.5 kW/m²(轻伤)
AQ/T 3046 表 H.2
冲击波超压30 kPa10 kPa GB/T 37243 6.6.7.4.2:≥30 kPa 死亡概率 100%、≤10 kPa 为 0
闪火LFL 边界 GB/T 37243 6.6.7.4.1 阶跃判据:区内 100% 死亡、区外 0
毒气50% / 1% 致死浓度ERPG-2(不可逆损害) GB/T 37243 6.6.7.2 式(6) 剂量反解
热辐射的「死亡半径」不能脱离暴露时间引用。 AQ/T 3046 表 H.2 原文是「37.5 kW/m²:1% 死亡(10 s);100% 死亡(1 min)」—— 同一档位,暴露 10 秒和 1 分钟差一百倍。工具在等级旁始终一并列出完整后果描述, 引用时请连暴露时间一起写。
超压和闪火没有这个问题,国标给的是无条件判据。
超压的中间三档标的是「建筑物破坏」,不是人员伤害。 20.7 / 17.2 kPa 取自 AQ/T 3046 表 H.3,那张表是对建筑物的影响, 与人员死亡分级不是一回事,两者曾被混用,属概念错误。

「提示档」与「伤害档」:图上最容易误读的地方

不是所有圈都是伤害范围。 ERPG-1 的官方定义是「可察觉异味」,½LFL 是报警器设定值, 职业接触限值针对 8 h 慢性接触 —— 三者都不是伤害边界。 偏偏它们的浓度阈值最低,算出的距离往往是伤害档的好几倍, 画在图上就是最大的那个圈,极易被当成「事故影响范围」。

所以这类档位在地图上降级为虚线细线、淡填充,标签带「(提示档)」, 与实线的伤害档一眼可分。数据仍然保留,勾选框照常可用。

实例(氨 2000 kg,人工把泄漏时间改为 10 s,实际只漏出 3.9 kg):

档位距离它到底是什么
50% 致死13.1 m真正的伤害范围
1% 致死23.6 m
ERPG-3 1000 ppm257.3 m危及生命
IDLH 300 ppm413.3 m30 min 内应能逃离
ERPG-2 200 ppm484.9 m不可逆损害
ERPG-1 25 ppm 1099.5 m 只是能闻到味 —— 图上那个最大的圈

3.9 kg 氨的气味飘到 1 km 外,物理上并不离谱(手算与模型吻合到 0.07%)。 但若把这个圈当作事故影响范围,就会得出与事实相差近百倍的结论 —— 真正需要防护的是十几米

小量释放还会额外告警。 实际释放不足 50 kg 却算出 300 m 以上时,工具会提示: 高斯弥散系数是经验拟合值,这个量级外推到千米尺度无实测支撑,不宜据此定防护距离。

为什么改了泄漏时间,多数距离却不变

连续羽流的稳态浓度是 C(x) = Q / (2π·u·σy·σz), 分子只有释放速率 Q,没有时间。物理含义是:只要泄漏还在持续且已建立稳态, 下风向某点的浓度就是那个值 —— 放 20 分钟和放 42 分钟,那一点的浓度一样。 所以按 ERPG/IDLH/LFL 这类固定浓度阈值反解出的距离,不随泄漏时间变化。

要让时间真正起作用,得用剂量判据。 国标的中毒死亡概率是 Pr = a + b·ln(Cn·t), 时间 t 在对数里面。工具由此反解出「暴露 t 分钟造成 x% 死亡所需的浓度」:
C = [ exp((Pr − a)/b) / t ] 1/n
时间短 → 致死所需浓度高 → 距离近。这组档位才会随泄漏时长变化。

(氨 1000 kg、10 mm 孔):

泄漏持续时间50% 致死1% 致死ERPG-3(对照)
2 min24.5 m44.2 m140.5 m
始终不变
5 min30.9 m55.8 m
10 min36.8 m66.6 m
20 min43.9 m79.6 m
30 min48.7 m88.4 m
60 min48.7 m88.4 m
暴露时长可单独填。 地图版默认=泄漏全程(假定人员不撤离,保守);完整版没有源项链条, 默认取国标上限 30 min。有疏散预案时按实际撤离时间填 —— 它只影响致死档,ERPG/IDLH 是固定浓度阈值,不随暴露时间变。
三个出口(地图版、完整版、导出的计算书)用的是同一套档位,结果一致。
暴露时间按 30 min 封顶(GB/T 37243 6.6.7.2), 所以上表 60 min 与 30 min 结果相同 —— 标准认为人员应能在 30 分钟内撤离。
另需注意:该档位假定人员在泄漏全过程留在原地不撤离,是保守取法; 实际有疏散时,暴露时间应短于泄漏时间。

毒性常数表只有 22 种物质(AQ/T 3046 表 I.2),不在表内的不出这两档。

注意:表 I.2 的 22 种并不是「最毒的 22 种」。 按 ERPG-3 排序最剧毒的十几种里,只有光气和丙烯醛在表内 —— 砷化氢、甲基异氰酸酯、硒化氢、TDI 这些都没有 probit 常数; 反倒是二氧化碳(ERPG-3 五万 ppm)和乙烯这类进了表。 所以没有致死档不等于不致死。选到剧毒但缺常数的物质时, 工具会明确提示,请按 ERPG-3/IDLH 判断并在报告中说明原因。
职业接触限值不能用来定外部安全防护距离。 GBZ 2.1 的定义是「劳动者长期反复接触不引起健康损害的浓度」, 事故性瞬时释放不在其适用范围,档位又远低于急性判据。 实测 1000 kg 氯:ERPG-3 是 1128 m,而 MAC(1 mg/m³)直接超出 20 km 计算范围。 所以这组档位单独折叠、默认不勾选、不计入全风向包络圆, 计算书的分级表里也不会出现它们。想看的话展开勾上即可。

没有值的档不显示。氯只有 MAC,就只出 MAC 一行; 氨没有 MAC 而有 PC-TWA 与 PC-STEL,就出那两行。不会留空占位。

标 [10% LEL] 的 IDLH 要当心。 NIOSH 有 26 种物质的 IDLH 是被爆炸下限截断的,意思是「再高就有爆炸危险」, 不是毒性上限。例如乙醇的 IDLH 3300 ppm 恰是其 LFL(3.3%) 的十分之一。 选到这类物质时工具会出告警,毒性影响范围应另按 ERPG 判断。

5看地图:不同后果画法不同

后果场的几何形态本就不同,一律画同心圆会失真。本工具按场景分别绘制:

场景图形为什么
蒸气云爆炸、容器爆炸同心圆超压各向同性
池火液池实心圆 + 热辐射圈有燃烧本体
BLEVE火球实心圆 + 热辐射圈有火球本体
喷射火热辐射圈 + 文字标注火焰高度 本模型是垂直喷射火,俯视投影就是泄漏点本身, 画水平火舌是编造
毒气扩散、闪火舌形羽流,可转风向下风向扩散场
蒸气云爆炸同心圆
蒸气云爆炸:五档超压同心圆,标签标注阈值与半径
毒气扩散羽流
氯气扩散:三档 ERPG 舌形羽流。横向半宽逐点解出, 公式为 y = σy·√(2·ln(C/C))

扩散场有三种呈现方式

结果区可切换,各有用途:

方式形状用途
单一风向(默认)舌形羽流,按填入的风向旋转 事故推演、判断疏散方向
全风向包络圆,半径取下风向轴线距离 外部安全防护距离论证应取此范围(最保守)
风玫瑰按 16 方位各自风速分别求距离,连成多边形 反映常年风况的方向性差异
风向按气象约定填「来向」:0° 表示北风,即风从北面吹来、羽流向南延伸。 改风向只旋转图形、不改变距离,无需重新计算。切到全风向包络时风向输入会自动禁用。
风玫瑰在瞬时释放工况下会退化成圆,这不是错误。 瞬时烟团模型(EX-15C)没有风速输入 —— 云团峰值浓度只由总释放量和扩散系数决定, 风速只决定云团多久到达、不改变浓度。所以各方位距离必然相同。 只有走连续释放(EX-13)的档位才有方位差异,明细表中标 的档位即不依赖风速。
实测 2000 kg @ 1 kg/s:ERPG-3 走连续模型,风速 1 m/s 的方位影响 1484 m, 风速 8 m/s 的方位只有 433 m。
表中距离是下风向轴线距离,不是半径。 做外部安全防护距离论证时应切到全风向包络

重气物质可切换模型

相对蒸气密度大于 1.2 的物质(氯、液化石油气等)会多出一个 「用重气模型」开关,切换到 Britter-McQuaid(SH/T 3226 附录 G.7.2)。

重气模型有明确的适用边界。 B-M 图只覆盖浓度比 0.002~0.1。ERPG 多在 ppm 量级(换算后约 1e-6), 远低于下界,此时各档会被钳制到同一条曲线 —— 本工具会直接标「超出模型范围」并提示改用高斯模型。 重气模型适用于 LFL 这类高浓度阈值的近场评价。

6定位与底图

已知局限

以下是工具当前做不到或不够准的地方,评价时须留意:

数值怎么核对的。 标准正文与表格的数值均经 PDF 渲染原图逐项核对,不采用 OCR 文本 —— 扫描件 OCR 在上下标、表格与公式符号上失真严重。 带文本层的 PDF(如 GBZ 2.1)按表格线坐标提取原生文本,再抽页目视复核。 核对中发现的标准印刷问题(如量纲标注、公式括号、转抄漏译) 均在对应场景的告警中注明。
发现的数据问题也照实标出,不擅自修改原始数据:例如 NIOSH 的 Hydrogen Iodide 一条,官方文件写「45 ppm 或 70 mg/m³」, 而按其分子量 45 ppm 应为 235 mg/m³,两者相差 3.4 倍 —— 此类条目在结果中附「数据存疑」说明。