压力容器物理爆炸事故及压力容器泄漏物发生蒸汽云爆炸事故后果模拟分析

2019-08-05鲁昱昊

中国设备工程 2019年12期

鲁昱昊

（华东冶金地质勘查局八一一地质队，安徽滁州 239000）

事故后果模拟分析是安全系统工程的一个重要组成部分，该方法可以定量地描述出一个可能发生的事故对周围设施、人员和对环境造成危害的严重程度。分析结果为管理者或主管部门提供关于事故后果的信息，为决策者和设计者提供采取何种防护措施的参考，如自动灭火系统、火灾报警系统或机械安全连锁系统等的信息，以达到减少和避免事故影响的目的。该方法适用于火灾、爆炸、有毒有害物质泄漏等重大事故的事故危害程度的评价，是将一个复杂的问题或事故现场用数学的模型来描述。事故后果模拟分析的数学模型往往是在一系列的假设前提下按照理想的情况建立的，有部分容易模拟的模型经过试验的验证，有的则可能与实际情况有较多出入，但是对事故后果评价来说是可以参考的。

1 10m3 空气储气罐超压发生物理爆炸事故模拟分析

10m3空气储气罐超压发生物理爆炸为模型进行事故模拟分析过程，模拟分析如下：

（1）压缩气体爆破能量值计算公式为：

式中：Eg为气体爆破能量，kJ；Cg为压缩气体爆破能量系数，kJ/m3，介质为空气，表压为0.85MPa。查表得：Cg=1.2×103kJ/m3；V 为储气罐容积，m3。

（2）换算成TNT 当量为：1kg TNT 爆炸所发出的爆炸能量为4230 ～4836kJ，取其平均值4500kJ/kg 计算。

q=Eg/4500=1.2×104/4500=2.66kg(TNT)

（3）爆炸模拟比为a：a=0.1×2.661/3=0.14

（4）求出在1000kgTNT 爆炸试验中相当距离Ro的相应值：Ro=R/a=R/0.14

用单位球面衬托镜面的变化,从某种层度上讲是受向量方法的影响,也就是将向量的模特殊化,这类似于三角函数中借助单位圆思考问题.对于不熟悉空间向量的学生来说,也许会有一定的难度.在立体几何初步教学中,长方体或直棱柱等几何体是学生较为熟悉的空间模型,在这样的几何体中研究问题,学生往往更能找到“空间感觉”.因此,我们也可以尝试用学生熟悉的模型来研究问题.

1000kg TNT 在空气中爆炸试验中所产生的冲击波距离Ro/m 值计算结果见表1，冲击波伤害见表2、3。依据表2 和表3，计算储气罐超压物理爆炸的伤害距离：1000kg 的TNT，可致人轻微损伤的标准距离为R0=55m，最小冲击波超压△P0=0.02MPa，则：

储气罐超压爆炸致人轻、微伤的距离：

R=aR0=0.14×55=7.7m

1000kg 的TNT，可致人听觉器官损伤或骨折的标准距离为R0=42.5m，最小冲击波超压△P0=0.03MPa，则：

储气罐超压爆炸致人重伤的实际距离：

表1 1000kg TNT 爆炸时的冲击波超压数值

表2 冲击波对人体的伤害作用

表3 冲击波对建筑物的破坏作用

R=aR0=0.14×42.5=5.95m

1000kg 的TNT，可致人死亡的标准距离为R0=32.5m，最小冲击波超压△P0=0.05MPa，则：

储气罐超压爆炸致人死亡的实际距离：

l000kg 的TNT，导致防震钢筋混凝土破坏，房屋倒塌的标准距离为R0=22.3m，最小冲击波超压△P0=0.1MPa，则：

储气罐超压爆炸导致钢筋混凝土破坏，房屋倒塌的实际距离：R=aR0=0.14×22.3=3.12m。

通过模拟计算，如发生压缩空气储罐超压爆炸事故，将造成一定范围内的人员伤害，因此严禁将压缩空气储罐设置在控制室、休息室等人员密集场所。

2 石油液化气钢瓶泄漏后发生蒸汽云爆炸事故后果模拟分析

易燃易爆气体，以液态存储发生瞬时泄漏后遇到延迟点火源或气态存储时泄漏到空气中遇到点火源，都可能发生蒸汽云爆炸。石油液化气（主要成分是丁烷），一旦泄漏，能与空气形成爆炸性气体混合物，如果达到爆炸极限，遇到点火源时能形成爆炸事故。本次模拟一只石油液化气钢瓶中的丁烷全部泄漏（丁烷质量按照40kg 计算）。模拟场景中，泄漏出的丁烷在空气中形成爆炸性混合物，遇明火发生蒸汽云爆炸。通过建立爆炸数学模型，计算火灾、爆炸事故造成人员伤亡的范围。可按照下式预测蒸汽云爆炸冲击波的损害半径：R=CS(NE)1/3

式中：R 为损伤半径，m；E 为爆破能量，kJ，可按下式：取，E=V×Hc；V 为参与反应的可燃气体体积，m3；Hc为可燃气体的高燃烧热值，kJ/m3；N 为效率因子，一般取N=10%；Cs为经验常数，取决于损害等级，取值情况见表4。