火灾爆 炸事故定量分析.pdf

第三章 火灾爆炸事故后果定量分析第一节 火灾热量释放速率 第二节 火灾事故后果定量分析 第三节 爆炸事故后果定量分析Industrial Fire Protection第三节 爆炸事故后果定量分析一、爆炸冲击波及其伤害-破坏作用 二、物理性爆炸能量的计算 三、蒸气云爆炸事故后果分析 四、有毒液化气体容器破裂爆炸时 毒害区域的估算Industrial Fire Protection一、爆炸冲击波及其 伤害-破坏作用1. 冲击波超压的伤害-破坏作用2. 冲击波超压的估算Industrial Fire Protection1. 冲击波超压的伤害-破坏作用（1）冲击波的形成 温度、 压力和 密度突 跃变化 的过程冲击波的球形传递过程冲击波的球形传递过程Industrial Fire Protection1. 冲击波超压的伤害-破坏作用（2）冲击波的特征参量图冲击波的压力–时间曲线峰值超压 持续时间 冲量Industrial Fire Protection1. 冲击波超压的伤害-破坏作用（2）冲击波的特征参量图爆炸后不同瞬间的压力–距离曲线Industrial Fire Protection1. 冲击波超压的伤害-破坏作用（3）冲击波伤害-破坏准则 1）超压准则 2）冲量准则 3）超压-冲量准则Industrial Fire Protection1. 冲击波超压的伤害-破坏作用冲击波超压对人体的伤害作用超压 Δp / MPa伤害作用超压 Δp / MPa伤害作用0.02-0.03 轻微损伤0.05-0.10 内脏严重损 伤或死亡0.03-0.05 听觉器官损 伤或骨折> 0.10 大部分人员 死亡Industrial Fire Protection冲击波超压对建筑物的破坏作用超压Δp / MPa破坏作用超压Δp / MPa破坏作用0.005 ~ 0.006门窗玻璃 部分破碎0.06 ~ 0.07木建筑厂房房柱 折断，房架松动0.006 ~ 0.015受压面的门窗 玻璃大部分破碎0.07 ~ 0.10砖墙倒塌0.015 ~ 0.02窗框损坏0.10 ~ 0.20防震钢筋混凝土 破坏，小房屋倒塌 0.02 ~ 0.03墙裂缝0.20 ~ 0.30大型钢架结构破坏0.04 ~ 0.05墙大裂缝， 屋瓦掉下Industrial Fire Protection1000 kgTNT空中爆炸时的冲击波超压距离 R0 / m56789101214超压 Δp0 / MPa2.942.061.671.270.950.760.500.33距离 R0 / m1618202530354045超压 Δp0 / MPa0.2350.170.126 0.081 0.057 0.043 0.033 0.027距离 R0 / m505560657075超压 Δp0 / MPa0.02350.02050.0180.0160.01430.013Industrial Fire Protection2. 冲击波超压的估算立方根比例定律两个几何相似但尺寸不同的同种炸药在 相同的大气环境条件下爆炸，必然在相 同的比例距离产生相似的冲击波。

Industrial Fire Protection2. 冲击波超压的估算冲击波超压可由TNT当量（kgTNT），以及距地面 上爆炸源点的距离R（m）来估算（1）用梯恩梯（TNT）当量比例距离估算超压1/3 TNTemRz =TNTTNTQEm=E——爆炸能量，kJQTNT——TNT的爆炸当量能量， 取平均值4686 kJ·kg–1ezIndustrial Fire Protection2. 冲击波超压的估算发生在平坦地面上的TNT爆炸产生的侧向峰值超压 与比例距离间的关系2 e2 e2 e2 ea35. 1132. 01048. 015 . 411616⎟⎠⎞⎜⎝⎛+⎟ ⎠⎞⎜⎝⎛+⎟ ⎠⎞⎜⎝⎛+⎥⎥ ⎦⎤⎢⎢ ⎣⎡ ⎟⎠⎞⎜⎝⎛+=∆zzzzpp对于发生在敞开空间的远高于地面 的爆炸，所得到的超压值应乘以0.5 ap——周围环境压力Industrial Fire Protection2. 冲击波超压的估算（2）用爆炸模拟比估算超压不同数量的TNT炸药发生爆炸时，如果目标与爆炸 中心的距离之比等于TNT炸药量的三次方根之比， 则所产生的冲击波超压相同03 TNTTNT00ppmm RR∆=∆⇔==αIndustrial Fire Protection2. 冲击波超压的估算03 TNTTNT00ppmm RR∆=∆⇔==α0TNTmp∆0p∆ αR0——试验爆炸时目标与爆炸中心的距离，m——试验爆炸时的TNT炸药量，kgTNT——实际爆炸时目标处的超压，kPa——试验爆炸时目标处的超压，kPa——实际爆炸与试验爆炸的无量纲模拟比Industrial Fire Protection计算压力容器爆破时冲击波对目标伤害/破坏作用的步骤① 首先根据容器内所装介质的特性，计算爆炸能量E② 将爆破能量L换算成TNT当量mTNT③ 求出爆炸模拟比α④ 求出在1 000 kgTNT爆炸试验中的相当距离R0，即 R0= R/α ⑤ 根据R0值找出距离为R0处的超压 （中间值用插入 法），此即所求距离为R处的超压。

⑥ 根据超压值找出对人员和建筑物的伤害-破坏作用TNTTNT/QEm=()()1/3 TNT3/1 TNT3/1 TNTTNT1 . 01000//0mmmm===αIndustrial Fire Protection2. 冲击波超压的估算冲击波对房屋的破坏612TNT31 TNT31751 ⎥⎥ ⎦⎤⎢⎢ ⎣⎡ ⎟⎟ ⎠⎞ ⎜⎜ ⎝⎛+⋅=mmKRR——冲击波作用下的房屋破坏半径，m K——破坏常数，与房屋破坏程度有关Industrial Fire Protection破坏 等级破坏 常数破坏状况A3.8房屋几乎被完全摧毁B4.6房屋50 ~ 75%的外部砖墙被摧毁，或不能继续 安全使用，必须推倒 Cb9.6屋顶部分或完全坍塌，1 ~ 2个外墙部分被摧 毁，承重墙严重破坏，需要修复 Ca28房屋隔板从接头上脱落，房屋结构至多受到轻 微破坏 D56屋顶和盖瓦受到一定程度的破坏，10%以上的 窗玻璃破裂，房屋经过修复可继续居住表房屋破坏程度二、物理性爆炸能量的计算1．压缩气体与水蒸气介质容器爆炸能量计算 2．液体介质容器爆炸能量计算 3．液化气体和高温饱和水介质爆炸能量计算Industrial Fire Protection1. 压缩气体与水蒸气介质容器 爆炸能量计算—— 气体绝热指数Eg—— 气体的爆炸能量，kJp —— 容器内气体的绝对压力，MPaV —— 容器的容积，m3压力容器中介质以气态形式存在而发生物理爆炸 时，爆炸能量κ31g101013. 011× ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎟⎟ ⎠⎞ ⎜⎜ ⎝⎛−−=− κκκppVEIndustrial Fire Protection双原子气体的绝热指数均为1.4或近似1.4，则气体 的爆炸能量双C——常用压缩气体爆炸能量系数，kJ·m–3令则32857. 0 101013. 015 . 2× ⎥⎥ ⎦⎤⎢⎢ ⎣⎡ ⎟⎟ ⎠⎞ ⎜⎜ ⎝⎛−=ppVE双32857. 0 101013. 015 . 2× ⎥⎥ ⎦⎤⎢⎢ ⎣⎡ ⎟⎟ ⎠⎞ ⎜⎜ ⎝⎛−=ppC双VCE⋅=双双1. 压缩气体与水蒸气介质容器 爆炸能量计算Industrial Fire Protection对于干饱和蒸汽(绝热指数为1.135)，则其爆炸能量为——常用压缩气体爆破能量系数， kJ·m–3vC31189. 0v101013. 014 . 7× ⎥⎥ ⎦⎤⎢⎢ ⎣⎡ ⎟⎟ ⎠⎞ ⎜⎜ ⎝⎛−=ppVEVCE⋅=vv1. 压缩气体与水蒸气介质容器 爆炸能量计算Industrial Fire ProtectionEL—— 常温液体压力容器爆炸时释放的能量，J p —— 液体的压力(绝)，Pa V —— 容器的体积，m3 αt—— 液体在压力p和温度T下的压缩系数，Pa液体加压时所做的功作为常温液体压力容器爆炸 时释放的能量2. 液体介质容器爆炸能量计算1−() 220LtVppEα−=Industrial Fire Protection3. 液化气体和高温饱和水介质 爆炸能量计算过热状态下液体在容器破裂时释放出的爆破能量 () ()[]WTSSHHL⋅−−−=12121L —— 过热状态液体的爆破能量，kJ H1—— 爆炸前液化液体的焓，kJ·kg–1 H2—— 在大气压力下饱和液体的焓，kJ·kg–1 S1—— 爆炸前饱和液体的熵，kJ·kg–1·℃–1 S2—— 在大气压力下饱和液体的熵，kJ·kg–1·℃–1 T1—— 介质在大气压力下的沸点，℃ W —— 饱和液体的质量，kgIndustrial Fire Protection3. 液化气体和高温饱和水介质 爆炸能量计算饱和水容器的爆破能量VCE⋅=wwEw—— 饱和水容器的爆破能量，kJ V —— 容器内饱和水所占的容积，m3 Cw—— 饱和水爆破能量系数，kJ·m–3Industrial Fire Protection例题2 一锅炉汽包，直径为2 m，长为5 m，运 行中（表压力为0.8 MPa）发生爆炸，爆炸前 水位在汽包中心上约0.2 m处，试计算该锅炉 汽包发生爆炸时的破坏作用？二、物理性爆炸能量的计算例题1求压力为1 MPa，容积为1 m3压缩空气容 器发生爆炸时的破坏作用？Industrial Fire Protection二、物理性爆炸能量的计算例题3 某钢铁厂轧钢车间一除磷高压水罐，容积为 20 m3，工作压力为20 MPa，在常温下，高压水 罐受损而发生爆炸，试计算该高压水罐发生爆炸 时的破坏作用？已知在常温下，10 MPa以下， 水的压缩系数为4.52×10–4MPa–1，10 ~ 50 MPa之间，水的压缩系数为4.4×10–4MPa–1。

Industrial Fire Protection三、蒸气云爆炸事故后果分析——蒸气云爆炸TNT当量，kgα——可燃蒸气云爆炸效率，统计平均值为0.04m ——蒸气云中可燃物质量，kg∆Hc——蒸气云中可燃物燃烧热，kJ·kg–1QTNT ——TNT爆炸释放热量，4686 kJ·kg–11. TNT当量法TNTc TNTQHmm∆⋅⋅=αTNTmIndustrial Fire Protection某些气体的高燃烧热值（kJ·m–3）气体名称高热值气体名称高热值 氢 气12,770乙 烯64,019 氨 气17,250乙 炔58,985 苯47,843丙 烷101,828 一氧化碳17,250丙 烯94,375 生成SO225,708正丁烷134,026 生成SO330,146异丁烷132,016 甲 烷39,860丁 烯121,883 乙 烷70,425硫化氨Industrial Fire Protection三、蒸气云爆炸事故后果分析（1）死亡区域半径人在冲击波作用下50%头部撞击致死的区域半径R1R1——死亡半径，m mp——蒸气云中可燃气体的丙烷当量，kg Qp——丙烷的燃烧热，一般取50 290 kJ·kg–12. 蒸气云爆轰伤害作用区域447. 0 p1980. 1mR =pc pQHmm∆⋅⋅=αIndustrial Fire Protection三、蒸气云爆炸事故后果分析（2）重伤区域半径重伤区域半径R2是指人在冲击波作用下50%耳鼓膜破裂的区域半径，对应的冲击波超压值为44 kPa。

2. 蒸气云爆轰伤害作用区域31 p2187. 9mR =Industrial Fire Protection三、蒸气云爆炸事故后果分析（3）轻伤区域半径 轻伤区域半径R2人在冲击波作用下1 %耳鼓膜破裂的 区域半径，对应的冲击波超压值为17 kPa 2. 蒸气云爆轰伤害作用区域31 p3877.17mR =Industrial Fire Protection三、蒸气云爆炸事故后果分析例题4某储罐区有两个丁二烯。