摘要：随着计算机应用技术的飞速发展及事故计算机模拟技术的日益成熟，安全评价结果逐渐由定性向定量方向发展，定量分析模拟结果已是安全评价领域发展的趋势。利用Matlab强大的数据分析和计算能力及数据可视化功能，针对安全评价中的锅炉物理爆炸，开发出了定量分析模拟模块，。

关键词：安全评价；定量分析；火灾；爆炸

中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2010) 14-0000-02

Application of Matlab Simulation Technology in Safety Evaluation

Chen Liang

（Zhongzhou University,Zhengzhou450044,China）

Abstract:Safety evaluation result develops from qualitative simulation to quantitative simulation in the background of rapid development of computer application technology and computer accident simulation technology,quantitative analysis simulation result has been the future tendency of safety evaluation.Using powerful data analysis,calculation ability and data visualization of Matlab,develops quantitative analysis simulation modules for boiler physical explosion.

Keywords:Safety evaluation;Quantitative analysis;Fire Disaster; Explosion

随着计算技术水平的提高，安全评价中定量计算的要求增高，计算难度增大，数据量增多，这些不利因素限制了安全评价行业中定量分析的广泛应用。因此寻找一种简单实用的数据分析处理工具，简化安全评价定量计算成为当务之急。Matlab作为一种简单、高效、功能强大的计算和绘图语言，不但易学易用，而且能够满足安全评价中科学计算和绘图的需要，

本文利用Matlab对数据强大的计算分析处理能力，针对安全评价中的锅炉物理爆炸，开发出了定量分析模拟模块，该模块能很好的模拟了锅炉爆炸事故发生后的伤害情况，对企业和安全监督管理部门在事故的预防和控制上有很好的参考价值。

一、安全评价中定量分析模型介绍

火灾、爆炸、中毒是常见的重大事故，经常造成严重的人员伤亡、巨大的财产损失和环境污染事故，影响社会稳定。在安全评价中火灾、爆炸、中毒均有相对完善的评价模拟模型，以便于分析出事故发生后的影响范围，增加相应的防范措施。

（1）火灾定量分析模型主要分为室外火灾模型和室内火灾模型。火灾模型主要针对火灾引起的热通量、热剂量对周围设备及人员受到的伤害的预测。

（2）爆炸模型主要分为物理爆炸模型和化学爆炸模型。建立的爆炸事故伤害模型主要是针对爆炸引起的超压、冲量对附近的房屋和设备、人员受到的伤害。

（3）中毒模型主要计算毒气气团在空气中飘移、扩散的范围、浓度、接触毒物的人数等。

二、Matlab简介

MATLAB语言被称为第四代计算机语言。他使人们从繁琐的程序代码中解放了出来。它丰富的函数库使开发者省去了大量的重复编程。MATLAB语言最大的特点就是简单和快捷。MATLAB语言有如下特点：编程效率高；用户使用方便；扩充能力强，交互性好；移植性，开放性好；语句简单，内涵丰富；高效方便的矩阵和数组运算；方便的绘图功能。

三、实例应用

（一）模拟对象介绍

本文针对某发电有限责任公司2台自然循环蒸汽锅炉，型号为DG1025/18.2-Π4-540/540，进行物理爆炸的事故模拟。

锅炉汽包压力为P=18.2MPa，总长22.25m，汽包直边段长L=20.168m，内直径Di=1792mm。锅炉汽包的事故放水进口设置于正常水位线处，在汽包中心线以下100mm，经计算汽包容积为53.879m3，蒸汽空间容积V=31.802m3，水空间容积22.078m3，对应汽包压力的水的质量为W=11830kg。

（二）爆炸能量计算

锅炉爆炸的能量主要包括两部：干饱和水蒸汽的爆炸能量和高温饱和水的爆炸能量。

1.干饱和水蒸汽的爆炸能量计算：

因干饱和水蒸汽爆炸时仅在瞬间发生泄压，来不及与外界发生热量交换，因此是一绝热膨胀过程，其爆炸能量为理想气体绝热膨胀所产生的能量：

（1-1）

式中Eg为气体的爆破能量，kJ；P为容器内气体的绝对压力，MPa；V为容器的容积，m3，k为气体的绝热指数，即气体的定压比热与定容比热之比。

2.高温饱和水的爆炸能量：

锅炉破裂后，不仅气体要泄压膨胀，而且原来处于气液平衡的饱和液体在压力下降到大气压力时温度超过了大气压力下的沸点（也称过热），过热状态的水急剧蒸发沸腾，体积激烈膨胀而引发爆炸。

（1-2）

式中：Ew为高温饱和水的爆破能量，kJ；H1为爆炸前压力和温度下饱和水的焓，kJ/kg；H2为在大气压力下饱和水的焓，kJ/kg；s1为爆炸前压力和温度下饱和水的熵，kJ/kg•℃；s2为在大气压力下饱和水的熵，kJ/kg•℃；T1为介质在大气压力下的沸点，kJ/kg•℃；W为饱和水的质量，kg。

（三）爆炸冲击波超压计算：

将锅炉爆炸能量换算成TNT当量q：

（1-3）

式中：q为TNT当量，kg。

实验数据表明，不同数量的同类炸药发生爆炸时，如果目标与爆炸中心距离R与目标与基准爆炸中心的相当距离R0之比与爆炸时产生冲击波所消耗的炸药量q与基准炸药量q0之比的三次方根相等，则

（1-4）

所产生的目标处冲击波超压ΔP与基准目标处冲击波超压ΔP0相同。爆炸模拟比α：一般基准炸药量q0取1000kgTNT炸药，则 。TNT在无限空气介质中爆炸时，空气冲击波峰值超压计算式为：

（1-5）

（1-6）

（四）爆炸死亡人数的计算：

通过爆炸的事故后果模型得出计算位置处的冲击波超压数值，进而由冲击波超压概率方程确定死亡率。

冲击波超压伤害概率方程通常使用Purdy等人的经典概率方程：

（1-7）

式中：ΔP冲击波超压，MPa；Y冲击波超压概率。

按式（1-7）求出冲击波超压概率Y，然后根据Y与死亡率的换算关系[3]，求出死亡率。死亡人数=死亡率×人口密度，进而计算出死亡人数。本例中人口密度选择均匀分布0.04人/m2。

图1.Matlab中显示出锅炉爆炸超压-冲量概率曲线和伤害概率曲线（YR）

四、总结

本文利用Matlab软件对锅炉的物理爆炸事故进行了模拟，其模拟结果计算出了死亡半径和在此事故范围内的死亡人数。

用Matlab软件进行安全评价中重大事故定量分析模拟，计算模拟过程简单，快捷，重要的是Matlab软件容易掌握，为实践中进行定量评价提供了依据。事故的模拟分析结果对企业减少安全投资、增加安全设施的针对性、减轻事故损失以及在编制应急救援预案方面有相当的积极作用。在重大危险源监控和管理过程中，事故的模拟分析结果也有重要的意义。

参考文献：

[1]林柏泉.安全学原理.北京:煤炭工业出版社,2002

[2]王显政.安全评价方法及应用指南.北京:化学工业出版社,2005

[3]宇德明.易燃、易爆、有毒危险品储运过程定量风险评价.北京:中国铁道出版社,2000

[4]黄华江.实用化工计算机模拟—MATLAB在化学工程中的应用.北京:化学工业出版社,2004

[5]求是科技.MATLAB7.0从入门到精通.北京:人民邮电出版社,2006

作者简介：

陈良（1981-），女，重庆大学毕业，硕士研究生学历，主要研究方向：建筑电气及自动化。