第三节 爆炸事故后果定量计算

伤害作用 轻微损伤 听觉器官损伤 或骨折 超压 ΔP / MPa 0.05 ~ 0.10 >0.10 伤害作用 内脏严重损伤或死亡 大部分人员死亡
超压 ΔP / MPa 0.02 ~ 0.03 0.03 ~ 0.05
1. 冲击波超压的伤害－破坏作用
1000kgTNT爆炸产生的冲击波超压对建筑物的破坏作用
第二章
火灾与爆炸事故后果 定量计算
第一节 火灾热量释放速率 第二节 火灾事故后果定量计算 第三节 爆炸事故后果定量计算
第三节 爆炸事故后果定量计算
一、爆炸概述 二、物理爆炸能量计算 三、爆炸冲击波及其伤害破坏作用 四、化学性爆炸与蒸气云爆炸能量计算 五、毒性液化气体泄漏区域
一、爆炸概述
1.爆炸定义
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 （UVCE）； 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
2. 按爆炸反应相分类

气相爆炸，气相爆炸可以分为可燃气体混合物爆炸与气体 热分解爆炸. 凝聚相爆炸，凝聚相爆炸可以分为液相爆炸与固相爆炸. 混合相爆炸，例如可燃粉尘爆炸.
当压力容器内介质为压缩气体，其发生物理性爆炸 时，爆炸能量为气体绝热膨胀做功，可以应用下式 计算： 1 4 pV 9.807 10 3 1 10 Lg 1 p 式中：Lg—压缩气体爆炸能量，kJ； p—气体绝对压力，Pa； V—容器容积，m3； γ—气体绝热指数，见下表。
一、爆炸概述
3. 爆炸分类
1）按发生爆炸的原因与性质分类 2）按爆炸反应相分类 3）按照爆炸传播速度分类
1） 按发生爆炸的原因与性质分类

物理爆炸，例如气体或液化气体钢瓶、锅炉与压力容器爆 炸. 化学爆炸，例如炸药爆炸和可燃气体、蒸气以及粉尘与空 气形成的爆炸性混合物爆炸，化学爆炸按发生爆炸时的化 学变化形式分类，可以分为简单分解爆炸、复杂分解爆炸 与爆炸性混合物爆炸. 核爆炸，例如原子弹、氢弹爆炸.
气体 二氧化硫 氨气 氰化氢 硫化氢 过热水蒸汽 干饱和水蒸 汽 氢氟酸
γ
1.25 1.32 1.31 1.32 1.3 1.135 1.31
1.压缩气体与水蒸气介质容器爆炸能量计算 对于绝热指数为1.4或接近1.4的空气、氮气、 氧气、氢气和一氧化碳等双原子气体，其发生物理 性爆炸时，爆炸能量可以应用下试计算：
1. 冲击波超压的伤害－破坏作用 影响冲击波破坏效应的因素
冲击波的性质
超压、正相持续时间、冲量
目标的性质 以人为例，包括年龄、性别、体重、身体素质等 冲击波与目标的相互作用方式
冲击波伤害-破坏作用准则 超压准则：冲击波是否对目标造成伤害，是由冲
击波超压唯一决定的，只有冲击波超压大于某一 临界值时，才会对目标造成一定伤害。
第三节 爆炸事故后果定量计算
一、爆炸概述 二、物理爆炸能量计算 三、爆炸冲击波及其伤害破坏作用 四、化学性爆炸与蒸气云爆炸能量计算 五、毒性液化气体泄漏区域
三、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 冲击波超压的估算 爆炸的伤害分区
2
3
1. 冲击波超压的伤害－破坏作用
压力容器爆炸的能量一般消耗于 1）撕裂容器 2）产生碎片 3）产生冲击波
0.126 0.081 60 0.018
冲击波预测危险基本步骤
1.计算爆炸能量E 2. 将E折算成mTNT 3. 求出效率因子α＝0.1 mTNT 1/3 4. 求出R0，即R0=R/ α 5. 根据R0值找出距离R0处的超压（中间值用差值 法） 6. 根据超压△p确定伤害破坏作用
3 10
式中：LS—干饱和水蒸汽爆炸能量，kJ； CS—干饱和水蒸汽爆炸能量系数，kJ/m3。
2．液体介质容器爆炸能量计算（介质全部是液体）
当压力容器内介质为液体，常温液体压力容器发 生物理性爆炸时，爆炸能量可以应用下式计算：
LL
p 1 V t
2
2
式中：LL—液体介质容器爆炸能量，kJ p—液体绝对压力，Pa V—容器容积，m3 βt—压力p、温度t时液体压缩系数，Pa-1
一、爆炸概述 二、物理爆炸能量计算 三、爆炸冲击波及其伤害破坏作用 四、化学性爆炸与蒸气云爆炸能量计算 五、毒性液化气体泄漏区域
二、物理爆炸能量计算
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
1.压缩气体与水蒸气介质容器爆炸能量计算（介质全部 是压缩气体）
1.压缩气体与水蒸气介质容器爆炸能量计算
气体 空气 氮气 氧气 氢气 氯气 甲烷 乙烷 丙烷
γ
1.4 1.4 1.391 1.412 1.35 1.315 1.18 1.13
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
气体 正丁烷 乙烯 丙烯 一氧化碳 二氧化碳 一氧化氮 一氧化二氮 二氧化氮
γ
1.10 1.22 1.15 1.395 1.295 1.4 1.274 1.31


3. 按照爆炸传播速度分类 爆燃，爆炸传播速度为每秒数十厘米至数米，如可 燃气体混合物在接近爆炸浓度上限或下限时的爆炸. 爆炸，爆炸传播速度为每秒十米至数百米，如可燃 气体混合物在大多数情况下的爆炸. 爆轰，爆炸传播速度为每秒一千米至数千米，如可 燃气体混合物在一定浓度范围内的爆炸.



4.爆炸破坏作用
1）冲击波 2）碎片冲击 3）震荡作用 4）造成二次事故
广西烟花爆竹厂爆炸事故
河南恒生中科化工股份 有限公司爆炸事故
河南新郑鞭炮厂爆炸事故
湖南浏阳发生 鞭炮作坊爆炸事故
山东平原永恒 橡胶厂爆炸事故
商丘民宅煤气爆炸事故
石家庄居民楼 天然气爆炸事故
四川泸州气体爆炸事故
第三节 爆炸事故后果定量计算


物理爆炸的特点： 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。 化学爆炸的特点： 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反应时所释放的能量。 化学爆炸有三个要素：反应的放热性、反应的快速性和 生成气体产物。
L双 C双V
式中： L双—压缩气体爆炸能量，kJ； C双—压缩气体爆炸能量系数，kJ/m3。
1.压缩气体与水蒸气介质容器爆炸能量计算 对于干饱和水蒸汽，其发生物理性爆炸时，爆炸能 量可以应用下式计算：
10 LS 7.4 PV 1 P
5
0.1189
LS C SV
3．液化气体和高温饱和水介质容器爆炸能量计算（介质为气液两相共存）
当压力容器内介质为液化气体，其发生物理性爆炸时， 爆炸能量可以应用下式计算：
L H 1 H 2 S 1 S 2 T1 W
式中：L—液化气体爆炸能量，kJ；H1—爆炸前液化气体焓，kJ/kg；H2—大 气压力下液化气体焓，kJ/kg；S1—爆炸前液化气体熵，kJ/(kg·K)；S2— 大气压力下液化气体熵，kJ/(kg·K)；T1—大气压力下液化气体沸点， K；W—液化气体质量，kg。
△P
经验方程
Hopkinson比例距离Ze
立方根比例 定律 梯恩梯当量 比例距离
mTNT R 3 P P0 R0 mTNT 0
不同数量的同类炸药发生爆炸时，如果距离爆炸中心 的距离值之比与炸药量E三次方根之比相等，则所产生的 冲击波超压相同。
1000 kgTNT空中爆炸时冲击波超压
1. 冲击波超压的伤害－破坏作用
2）冲量准则（I ＞Icr）—与△p和正相作用时间t＋相关。
t 0.4
I p (t )dt
0
有什么疏漏呢？
t
1. 冲击波超压的伤害－破坏作用
3）超压—冲量准则
(p pcr )( I I cr ) C
常数，与破坏等级 和目标性质有关
超压 Δp/MPa 0.005 ~ 0.006 0.006 ~ 0.015 0.015 ~ 0.02 0.02 ~ 0.03 0.04 ~ 0.05 破坏作用 门窗玻璃部分破碎 受压面的门窗玻璃大 部分破碎 窗框损坏 墙裂缝 墙大裂缝，屋瓦掉下 超压 Δp/MPa 0.06 ~ 0.07 0.07 ~ 0.10 0.10 ~ 0.20 0.20 ~ 0.30 破坏作用 木建筑厂房房柱折 断，房架松动 砖墙倒塌 防震钢筋混凝土破 坏，小房屋倒塌 大型钢架结构破坏
《消防基本术语》 GB 5907－86 爆炸：由于物质急剧氧化或 分解反应产生温度、压力 增加或两者同时增加的现 象。
东耶路撒冷商店煤气爆炸事故
一、爆炸概述
2.爆炸特征
1） 爆炸过程进行得非常快； 2） 爆炸中心附近压力急剧升高，多数爆炸伴有温度升 高； 3） 发出或大或小的响声； 4） 周围介质发生震动或是邻近物体遭到破坏。
超压伤害区
伤害 越大
超 压 无伤害区 冲量伤害区
冲量
超压－冲量准则伤害区示意图
三、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 冲击波超压的估算 爆炸的伤害分区
2
3
2. 冲击波超压的估算— 立方根比例定律
冲击波的超压与爆炸中心距离的关系：P
R
n
式中△p—冲击波波阵面上的超压，MPa； R—距爆炸中心的距离； n—衰减系数。
衰减系数在空气中随着超压大小而变化，在爆炸 中心附近时，n＝2.5～3，当超压在数个大气压内 时，n＝2，小于一个大气压时，n＝1.5。
2. 冲击波超压的估算— 立方根比例定律
Hopkinson－Cranz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。