重大事故后果分析方法：爆炸

重大事故后果分析方法：爆炸

爆炸是物质的一种非常急剧的物理、化学变化，也是大量能量在短时间内迅速释放或急剧转化成机械功的现象。它通常借助于气体的膨胀来实现。

从物质运动的表现形式来看，爆炸就是物质剧烈运动的一种表现。物质运动急剧增速，由一种状态迅速地转变成另一种状态，并在瞬间内释放出大量的能。

一般说来，爆炸现象具有以下特征： (1)爆炸过程进行得很快；

(2)爆炸点附近压力急剧升高，产生冲击波； (3)发出或大或小的响声；

(4)周围介质发生震动或邻近物质遭受破坏。

一般将爆炸过程分为两个阶段：第一阶段是物质的能量以一定的形式(定容、绝热)转变为强压缩能；第二阶段强压缩能急剧绝热膨胀对外做功，引起作用介质变形、移动和破坏。

按爆炸性质可分为物理爆炸和化学爆炸。物理爆炸就是物质状态参数(温度、压力、体积)迅速发生变化，在瞬间放出大量能量并对外做功的现象。物理爆炸的特点是：在爆炸现象发生过程中，造成爆炸发生的介质的化学性质不发生变化，发生变化的仅是介质的状态参数。例如锅炉、压力容器和各种气体或液化气体钢瓶的超压爆炸。化学爆炸就是物质由一种化学结构迅速转变为另一种化学结构，在瞬间放出大量能量并对外做功的现象。例如可燃气体、蒸气或粉尘与空气混合形成爆炸性混合物的爆炸。化学爆炸的特点是：爆炸发生过程中介质的化学性质发生了变化，形成爆炸的能源来自物质迅速发生化学变化时所释放的能量。化学爆炸有3个要素：反应的放热性、反应的

快速性和生成气体产物。

从工厂爆炸事故来看，有以下几种化学爆炸类型：

(1)蒸气云团的可燃混合气体遇火源突然燃烧，是在无限空间中的气体爆炸；

(2)受限空间内可燃混合气体的爆炸；

(3)化学反应失控或工艺异常造成压力容器爆炸； (4)不稳定的固体或液体爆炸。

总之，发生化学爆炸时会释放出大量的化学能，爆炸影响范围较大，而物理爆炸仅释放出机械能，其影响范围较小。

1 物理爆炸的能量

物理爆炸如压力容器破裂时，气体膨胀所释放的能量(即爆破能量)不仅与气体压力和容器的容积有关，而且与介质在容器内的物性相态有关。有的介质以气态存在，如空气、氧气、氢气等，有的以液态存在，如液氨、液氯等液化气体、高温饱和水等。容积与压力相同而相态不同的介质，在容器破裂时产生的爆破能量也不同，爆炸过程也不完全相同，其能量计算公式也不同。

1．1 压缩气体与水蒸气容器爆破能量

当压力容器中介质为压缩气体，即以气态形式存在而发生物理爆炸时，其释放的爆破能量为：

(1)

式中 Eg——气体的爆破能量，kJ； p——容器内气体的绝对压力，MPa； V——容器的容积，m3；

κ——气体的绝热指数，即气体的定压比热与定容比热之比。 常用气体的绝热指数数值如表1所示。

表1 常用气体的绝热指数

从表1可看出，空气、氮、氧、氢及一氧化氮、一氧化碳等气体的绝热指数均为1．4或近似1．4，如用κ=1．4代入式(1)中，得到气体的爆破能量为：

(2)

Eg=CgV (3) 式中 Cg——常用压缩气体爆破能量系数，kJ／m3。

压缩气体爆破能量系数Cg是压力p的函数，各种常用压力下的气体爆破能量系数如表2所示。

表2 常用压力下的气体容器爆破能量系数(κ=1．4时)

如将κ=1．135代入式(1)，可得干饱和蒸汽容器爆破能量为：

(4)

用式4计算有较大的误差，因为没有考虑蒸汽干度的变化和其他一些影响，但可以不用查明蒸汽热力性质而直接计算，对危险性评价可提供参考。

对于常用压力下的干饱和蒸汽容器的爆破能量可按下式计算：

Es=CsV (5)

式中 Es——水蒸气的爆破能量，kJ； V——水蒸气的体积，m3；

Cs——干饱和水蒸气爆破能量系数，kJ／m3。

各种常用压力下的干饱和水蒸气容器爆破能量系数如表3所示。

表3 常用压力下干饱和水蒸气容器爆破能量系数

1．2 介质全部为液体时的爆破能量

通常用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，计算公式如下：

(6)

式中 EL——常温液体压力容器爆炸时释放的能量，kJ； p——液体的压力(绝)，Pa； V——容器的体积，m3；

βt——液体在压力卢和温度T下的压缩系数，Pa—1。

1．3 液化气体与高温饱和水的爆破能量

液化气体和高温饱和水一般在容器内以气液两态存在，当容器破裂发生爆炸时，除了气体的急剧膨胀做功外，还有过热液体激烈的蒸发过程。在大多数情况下，这类容器内的饱和液体占有容器介质重量的绝大部分，它的爆破能量比饱和气体大得多，一般计算时不考虑气体膨胀做的功。过热状态下液体在容器破裂时释放出爆破能量可按下式计算：

E=[(H1—H2)—(S1—S2)T1]W (7)

式中 E——过热状态液体的爆破能量，kJ； H1——爆炸前液化液体的焓，kJ／kg； H2——在大气压力下饱和液体的焓，kJ／kg； S1——爆炸前饱和液体的，熵，kJ／(kg·℃)； S2——在大气压力下饱和液体的熵，kJ／(kg·℃)； T1——介质在大气压力下的沸点，℃； W——饱和液体时质量，kg。 饱和水容器的爆破能量按下式计算：

Ew=CwV (8)

式中 Ew——饱和水容器的爆破能量，kJ；