氫氣氣瓶爆炸事故后果模擬分析

1、氫氣氣瓶爆炸事故后果模擬分析摘要：氫氣是一種極易燃燒，無色透明、無臭無味的氣體，廣泛的應用于化工、冶金、電力、食品、電子等多種行業(yè)，氫氣通常以壓縮氣體的形式盛裝在氣瓶中。本文通過對氫氣氣瓶物理爆炸進行事故后果模擬分析，為使用氫氣氣瓶的單位提供參考。關鍵詞：氫氣氣瓶物理爆炸事故后果模擬1 氫氣的危險性分析氫氣為無色、無臭的氣體，沸點-252.8C，氣體密度0.0899g/L，極易燃。氫氣廣泛的應用于化工、冶金、電力、食品、電子等多種行業(yè)，通常以壓縮氣體的形式盛裝在氣瓶中。氫氣氣瓶屬于壓力容器，由于氣瓶質量不合格或儲存使用不當等均可能會導致氣瓶發(fā)生爆炸事故。氫氣瓶爆炸屬于物理爆炸，物理爆炸就是物質

2、狀態(tài)參數（溫度、壓力、體積）迅速發(fā)生變化，在瞬間釋放出大量能量并對外做功。氣瓶爆炸時，氣體膨脹所釋放的能量不僅與氣體壓力和容器的容積有關，而且與介質在容器內的物性相態(tài)相關。容積與壓力相同而相態(tài)不容的介質，在容器破裂時產生的爆破能量也不同，而且爆炸過程也不完全相同，其能量計算公式也不同。2 事故后果模擬2.1氣瓶爆炸事故后果模擬1、氣瓶爆炸能量計算氫氣瓶中的氫氣是以氣態(tài)形式存在而發(fā)生物理爆炸，爆炸的能量與氣瓶內氣體的壓力和體積有關，其釋放的爆炸能量的計算公式為：式中：Eg氣體的爆炸能量，kJ；P容器內的絕對壓強，MPa；V容器的容積，m3；k氣體的絕熱指數，即氣體的定壓比熱與定容比熱之比。2、爆

3、炸沖擊波及其傷害、破壞作用壓力容器爆炸時，能量向外釋放時以沖擊波能量、破片能量和容器殘余變形能量3種形式表現出來，但后兩者所消耗的能量只占總能量的3%15%，即絕大部分的能量以沖擊波的形式釋放，沖擊波是由壓縮波疊加形成的，是波陣面以突進形式在介質中傳播的壓縮波。超壓準則認為，只要爆炸波的超壓達到一定值，便會對建筑物構件及各種生物造成一定程度的破壞或損傷。超壓沖擊波對人體的傷害和對建筑物的破壞作用見表2.1-1和表2.1-2。表2.1-1沖擊波超壓對人體的傷害準則則式中：R目標與爆炸中心距離，m；RO目標與基準爆炸中心的相當距離，m；qO基準炸藥量，TNT，kg；q爆炸時產生沖擊波所消耗的炸藥量

4、，TNT，kg； p目標處的超壓，MPa； p0基準目標處的超壓，MPa；a炸藥爆炸試驗的模擬比。本文采用TNT當量法對氫氣氣瓶爆炸所產生的沖擊波超壓的傷害、破壞作用進行計算。一般情況下選用lOOOkgTNT作為基準炸藥量（qO）,lOOOkgTNT炸藥在空氣中爆炸時產生的沖擊波超壓見表2.1-3。表2.1-3lOOOkgTNT爆炸時的沖擊波超壓將爆破能量q換算成TNT當量qTNT。因為IkgTNT爆炸所放出的爆破能量為42304836kJ/kg,般取平均爆破能量4500kJ/kg，故其關系為：3、氫氣氣瓶爆炸計算過程 根據公式（1）計算出氣瓶爆炸的能量； 根據公式（3）將氣瓶爆炸的能量換算成

5、TNT當量； 根據沖擊波對人或建筑物造成不同后果的沖擊波超壓值在表2.1-3中計算相對應的目標與爆炸重型的距離R0（中間值用插入法）； 根據公式（2）計算出氣瓶爆炸造成的不同事故后果的半徑。2.2模擬計算結果本文選用工程壓力為12MPa，容積為40L的氫氣氣瓶進行物理爆炸事故后果模擬計算,氫氣的氣體絕熱指數取1.412,計算結果如下：表2.2-1爆炸對人體傷害事故后果模擬表3 結論由計算結果可知，氫氣瓶一旦發(fā)生物理爆炸事故，會對爆炸影響范圍內的人員和建構筑物造成傷害。因此，氣瓶的設計、制造、充裝和使用應嚴格執(zhí)行氣瓶安全監(jiān)察規(guī)程等國家相關規(guī)定，氣瓶必須是具有“氣瓶制制造可證”的企業(yè)生產的產品，氣瓶應定期檢驗，不得超過有效期，瓶外表面的顏色標志要符合規(guī)定新瓶首次充裝前一定要進行抽空處理，嚴格落實氣體八不充裝的規(guī)定，防止氣瓶爆炸事故的發(fā)生。使用單位宜設置專用的氣瓶間，氣瓶間根據潛在的破壞程度進行專門的防爆設計，嚴格按照有關安全使用規(guī)定正確使用氣瓶，工作人員的作業(yè)崗位也應盡量布置在爆炸范圍之外，以減少爆炸帶來的人員傷害。參考文獻1 鄭建國，丁德馨，葉勇軍.小議氮氣氣瓶爆炸事故后果模擬分析J.中國新技術新產品,2012,（12）:9.2 國家安