重大事故后果分析方法：爆炸(2)

V——容器内饱和水所占的容积，m3；

Cw——饱和水爆破能量系数，kJ／m3，其值如表4所示。

表4 常用压力下饱和水爆破能量系数

2 爆炸冲击波及其伤害－破坏作用

2．1 冲击波超压的伤害－破坏作用

压力容器爆破时，爆破能量在向外释放时以冲击波能量、碎片能量和容器残余变形能量3种形式表现出来。根据介绍，后二者所消耗的能量只占总爆破能量的3％～15％，也就是说大部分能量是产生空气冲击波。

冲击波是由压缩波迭加形成的，是波阵面以突进形式在介质中传播的压缩波。容器破裂时，容器内的高压气体大量冲出，使它周围的空气受到冲击而发生扰动，使其状态(压力、密度、温度等)发生突跃变化，其传播速度大于扰动介质的声速，这种扰动在空气中传播就成为冲击波。在离爆破中心一定距离的地方，空气压力会随时间迅速发生而悬殊的变化。开始时，压力突然升高，产生一个很大的正压力，接着又迅速衰减，在很短时间内正压降至负压。如此反复循环数次，压力渐次衰减下去。开始时产生的最大正压力即是冲击波波阵面上的超压△p。多数情况下，冲击波的伤害一破坏作用是由超压引起的。超压△p可以达到数个甚至数十个大气压。

冲击波伤害一破坏作用准则有：超压准则、冲量准则、超压一冲

量准则等。为了便于操作，下面仅介绍超压准则。超压准则认为，只要冲击波超压达到一定值时，便会对目标造成一定的伤害或破坏。超压波对人体的伤害和对建筑物的破坏作用如表5和表6所示。

表5 冲击波超压对人体的伤害作用

表6 冲击波超压对建筑物的破坏作用

2．2 冲击波的超压

冲击波波阵面上的超压与产生冲击波的能量有关，同时也与距离爆炸中心的远近有关。冲击波的超压与爆炸中心距离的关系：

△p∝R—n (9)

式中 △p——冲击波波阵面上的超压，MPa； R——距爆炸中心的距离，m； n——衰减系数。

衰减系数在空气中随着超压的大小而变化，在爆炸中心附近内为2．5～3；当超压在数个大气压以内时，n=2；小于1atm(0．1MPa)时，n=1．5。

实验数据表明，不同数量的同类炸药发生爆炸时，如果距离爆炸中心的距离R之比与炸药量q三次方根之比相等，则所产生的冲击波超压相同，用公式表示如下：

如

(10)

式中 R——目标与爆炸中心距离，m；

R0——目标与基准爆炸中心的相当距离，m； q0——基准爆炸能量，TNT，kg；

q——爆炸时产生冲击波所消耗的能量，TNT，kg； △p——目标处的超压，MPa； △p0——基准目标处的超压，MPa； α——炸药爆炸试验的模拟比。 式10也可写成为：

△p(R)=△p0(R／α) (11)

利用式11就可以根据某些已知药量的试验所测得的超压来确定在各种相应距离下任意药量爆炸时的超压。

表7是1 000kgTNT炸药在空气中爆炸时所产生的冲击波超压。

表7 1 000k8TNT爆炸时冲击波超压

综上所述，计算压力容器爆破时对目标的伤害／破坏作用，可按下列程序进行。

(1)首先根据容器内所装介质的特性，分别选用式2～式8计算出其爆破能量正。

(2)将爆破能量q换算成TNT当量q0，因为1kg TNT爆炸所放出的爆破能量为4230 kJ／kg～4 836kJ／kg，一般取平均爆破为4 500kJ／kg，故其关系为：

q=E／qINT=E／4 500 (12) (3)按式10求出爆炸的模拟比α，即：

α=(q／q0)1/3=(q／1 000) 1/3=0．1q1/3 (13) (4)求出在1 000kgTNT爆炸试验中的相当距离R0，即R0=R／α。 (5)根据R0值在表7中找出距离为R0处的超压△p0(中间值用插入法)，此即所求距离为R处的超压。

(6)根据超压△p值，从表5和表6中找出对人员和建筑物的伤害一破坏作用。

2．3 蒸气云爆炸的冲击波伤害一破坏半径

爆炸性气体以液态储存，如果瞬态泄漏后遇到延迟点火或气态储存时泄漏到空气中遇到火源，则可能发生蒸气云爆炸。导致蒸气云形成的力来自容器内含有的能量或可燃物含有的内能，或两者兼而有之。“能”主要形式是压缩能、化学能或热能。一般说来，只有压缩能和热能才能单独导致形成蒸气云。

根据荷兰应用科研院(TNO(1979))建议，可按下式预测蒸气云爆炸的冲击波损害半径：

R=Cs(NE)1/3 (14)

式中 R——损害半径，m；

E——爆炸能量，kJ，可按下式取：

E=VHc (15)

V——参与反应的可燃气体的体积m3；

Hc——可燃气体的高燃烧热值，取值情况如表8所示； N——效率因子，其值与燃料浓度持续展开所造成损耗的比例和燃料燃烧所得机械能的数量有关，一般取N=10％；

Cs——经验常数，取决于损害等级，其取值情况如表9所示。

表8 某些气体的高燃烧热值(kJ／m3)

表9 损害等级表