爆炸后果分析修改

后果分析爆炸內(nèi)容提要概述爆炸的概念爆炸現(xiàn)象的特征爆炸的危害作用爆炸的種類爆炸后果分析方法

沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸

蒸氣云爆炸概述一、爆炸的概念爆炸是物質(zhì)的一種非常急劇的物理、化學(xué)變化，也是大量能量在短時(shí)間內(nèi)釋放并急劇轉(zhuǎn)化成機(jī)械功的現(xiàn)象，它通常借助于氣體的膨脹來實(shí)現(xiàn)。歷史爆炸記錄通古斯大爆炸三位一體大爆炸切爾諾貝利核事故哈利法克斯大爆炸德克薩斯城災(zāi)難概述二、爆炸現(xiàn)象的特征一般來說，爆炸現(xiàn)象具有以下幾個(gè)特征：（1）爆炸過程進(jìn)行得十分迅速；（2）爆炸點(diǎn)附近壓力急劇升高，產(chǎn)生沖擊

波超壓；（3）爆炸時(shí)發(fā)出或大或小的聲響；（4）爆炸點(diǎn)周圍介質(zhì)發(fā)生震動(dòng)，對(duì)附近的

人和建筑物造成傷害和破壞。概述三、爆炸的危害作用發(fā)生爆炸時(shí)，爆破能量在向外釋放時(shí)以沖擊波、碎片和容器殘余變形能量三種形式表現(xiàn)出來，其中空氣沖擊波占絕大部分，是爆炸的主要危害因素。概述沖擊波的傷害和破壞作用在很多情況下都是由超壓所引起的。當(dāng)沖擊波的壓力突然增加時(shí)會(huì)對(duì)人產(chǎn)生直接危害，主要是對(duì)敏感器官比如耳、肺的影響。如在超壓為16500—84000Pa時(shí)，戶外90%的人耳膜都會(huì)破裂；當(dāng)沖擊波的外部壓力大于胸腔內(nèi)部壓力時(shí)，由于沖量的作用，可能將人的胸腔擊碎。此外，沖擊波的超壓足以導(dǎo)致建筑物倒塌，也會(huì)使建筑物內(nèi)的人員受到傷害。概述

表1爆炸超壓對(duì)人的傷害概述

表2爆炸超壓對(duì)建筑物的破壞概述四、爆炸的分類按爆炸性質(zhì)可分為物理爆炸和化學(xué)爆炸。物理爆炸就是物質(zhì)狀態(tài)參數(shù)(溫度、壓力、體積)迅速發(fā)生變化，在瞬間放出大量能量并對(duì)外做功的現(xiàn)象。化學(xué)爆炸就是物質(zhì)由一種化學(xué)結(jié)構(gòu)迅速轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N化學(xué)結(jié)構(gòu)，在瞬間放出大量能量并對(duì)外做功的現(xiàn)象。在這里主要介紹兩種最為常見的爆炸形式的分析方法：一種是由液體可燃物泄露引起的沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸；另外一種是由可燃?xì)怏w泄露引起的蒸氣云爆炸。表7-2不同類型暴露的概率函數(shù)關(guān)系表幾個(gè)重要概念閃點(diǎn)易燃、可燃液體表面揮發(fā)的蒸氣與空氣形成的混合氣，當(dāng)火源接近時(shí)會(huì)產(chǎn)生瞬間燃燒，稱為閃燃，引起閃燃的最低溫度，就是閃點(diǎn)。燃點(diǎn)可燃物質(zhì)在空氣充足的條件下，達(dá)到某一溫度與火焰接觸即行著火（出現(xiàn)火焰或灼熱發(fā)光），并在移去火焰之后仍能繼續(xù)燃燒的最低溫度稱為該物質(zhì)的燃點(diǎn)或著火點(diǎn)。爆炸極限可燃?xì)怏w、可燃液體蒸氣或可燃粉塵與空氣混合并達(dá)到一定濃度時(shí)，遇火源就會(huì)燃燒或爆炸。這個(gè)遇火源能夠發(fā)生燃燒或爆炸的濃度范圍，稱為爆炸極限。爆炸后果分析方法沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）（一）基本概念和危害后果（二）爆炸后果分析（三）實(shí)例計(jì)算沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）（一）基本概念和危害后果

沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸(BLEVE)是指由于裝有液化氣(LPG)的容器發(fā)生災(zāi)難性的失效而導(dǎo)致的沸騰液體和擴(kuò)展蒸氣的爆炸性的泄放,如果液化氣是易燃易爆的,通常會(huì)有巨大的火球產(chǎn)生。

BLEVEs可以產(chǎn)生三種危害后果：沖擊波超壓、熱輻射和拋射碎片，造成人員傷害及財(cái)產(chǎn)損失。有時(shí)可能伴隨延遲發(fā)生的蒸氣云爆炸或閃火等事故災(zāi)害。沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）（二）爆炸后果分析

BLEVEs產(chǎn)生的爆炸影響不僅在于內(nèi)部液體的迅速氣化，還在于容器頂部氣相空間內(nèi)蒸氣的膨脹。這兩種方式產(chǎn)生的爆炸與其他充氣容器的爆炸頗為相似。正因?yàn)槿绱?，?jì)算沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸的數(shù)學(xué)模型是建立在充氣容器爆炸模型基礎(chǔ)上的。沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）現(xiàn)在被廣泛采用的計(jì)算爆炸后果的三種方法可以簡(jiǎn)單地稱之為基本方法（BasicMethod）精確方法（RefinedMethod）閃蒸爆炸方法（ExplosiveFlashingMethod）沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）1、基本方法這是Baker于1975年發(fā)展的一種計(jì)算充氣壓力容器破裂產(chǎn)生的爆炸后果的一種方法。置于水平地面上的球形或圓柱形壓力容器在較高的溫度和壓力條件下產(chǎn)生的爆炸波在遠(yuǎn)程區(qū)域與烈性炸藥爆轟的爆炸波非常相似，正是這種相似性構(gòu)成了這種方法的基礎(chǔ)。沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）

基本方法適用的對(duì)象：適合計(jì)算球形或圓柱形的充有理想氣體的容器的爆炸，而且容器是放在水平地面上，周圍無其他障礙物的干擾。下面是該方法的步驟：沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）（1）搜集相關(guān)數(shù)據(jù)容器內(nèi)壓P1；環(huán)境壓力P0，容器容積V1；氣體的比熱率γ1，容器中心到目標(biāo)物的距離r。（2）計(jì)算壓縮氣體的內(nèi)能沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）

（3）計(jì)算目標(biāo)物的無量綱距離（4）的檢驗(yàn)如果﹤2，用基本方法計(jì)算得到的超壓偏離實(shí)驗(yàn)觀測(cè)值太遠(yuǎn)，此時(shí)應(yīng)用精確方法。沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）（5）確定無量綱超壓從圖1中直接讀取對(duì)應(yīng)的無量綱超壓的值

（6）確定無量綱沖量

從圖2中直接讀取對(duì)應(yīng)的無量綱沖量的值；

圖1～曲線圖2～曲線沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）(7)調(diào)整和：上述方法適宜于完全對(duì)稱的爆炸波，比如直接放在水平地面上的半球形容器的爆炸。而實(shí)際上容器是球形或圓柱形的且可能放置在離地面一定的高度處。這樣就會(huì)影響爆炸參數(shù)，要用表3所列的乘數(shù)因子進(jìn)行調(diào)整。沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）

表3調(diào)整因子沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）（8）計(jì)算某點(diǎn)的超壓和沖量，其中P0近似為101.3kPa，C0＝340m/s

。(9)檢驗(yàn)：由于這種方法的精度有限，如果計(jì)算出來的超過容器初始內(nèi)壓P1，這在物理上是不現(xiàn)實(shí)的，這時(shí)候就用P1的值代替的值。沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）2、精確方法前面已經(jīng)討論過基本方法不能適用于計(jì)算近程區(qū)域的爆炸超壓和沖量。Baker等人發(fā)展了一種精確方法，較好地彌補(bǔ)了其中的不足，其模型步驟如下:沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）（1）壓縮氣體與環(huán)境空氣中的聲速之比C1/C0；周圍環(huán)境中空氣的比熱率γ0=1.40；對(duì)于理想氣體有：式中T0—環(huán)境中空氣的絕對(duì)溫度，K；

T1—壓縮氣體的絕對(duì)溫度，K；

M1—壓縮氣體的分子量，kg/kmol；

M0—環(huán)境空氣的分子量，29.0kg/kmol沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）（2）計(jì)算初始距離要將實(shí)際的體積為V1的容器轉(zhuǎn)化為等體積的半球形容器，其半徑為：得到初始距離沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）（3）計(jì)算初始無因次超壓

公式中各參數(shù)的含義同前，這個(gè)方程可以通過迭代法求解，也可通過查圖3獲得初始超壓的值：

圖3初始無因次超壓沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）（4）定位起點(diǎn)圖4

曲線中有多條試驗(yàn)曲線，通過在圖中描繪點(diǎn)(，)

可以確定一條曲線，若該點(diǎn)不在某條曲線上，則過該點(diǎn)畫一條與它距離最近的曲線平行的曲線。

圖4～曲線沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）（5）確定無量綱超壓先求一定距離r處的無量綱距離

根據(jù)在上一步得到的曲線上直接讀取相應(yīng)的無量綱超壓。以下的步驟接基本方法的第（6）步。沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）實(shí)例計(jì)算下面運(yùn)用基本方法和精確方法計(jì)算超壓和沖量。某高速公路上發(fā)生了一起嚴(yán)重的交通事故，多輛汽車相撞，泄露的汽油著火燃燒，其中的一輛罐車槽車被火包圍。該車的圓柱形貯罐內(nèi)裝有30立方米的液化丙烷，占總?cè)莘e的85%，在外火的灼燒下，當(dāng)內(nèi)壓達(dá)到18×105Pa時(shí)發(fā)生爆炸。已知丙烷的密度為585.3kg/m3，相對(duì)濕度為60%。對(duì)該罐車進(jìn)行維修后，用氮?dú)膺M(jìn)行高于設(shè)計(jì)壓力30%的壓力測(cè)試。如果容器在測(cè)試過程中發(fā)生爆炸，離容器20m遠(yuǎn)的儲(chǔ)罐和離容器120m的控制室分別受到什么影響。這些位置的超壓將是多少？沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）計(jì)算某點(diǎn)的超壓△P和沖量沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）（1）初始數(shù)據(jù)聲速C0環(huán)境壓力P0

設(shè)計(jì)壓力P測(cè)試壓力P1

340m/s0.1MPa1.9MPa2.57MPa容器體積V1

氮?dú)獗葻崧师?

至儲(chǔ)罐距離r至控制室距離r30m3

1.420m120m沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）（2）容器中氣體能量：（3）目標(biāo)物的無量綱距離：控制室儲(chǔ)罐沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）（4）的檢驗(yàn)

因?yàn)榭刂剖?7.76＞2，所以采用基本方法計(jì)算；因?yàn)閮?chǔ)罐=1.29＜2，宜采用精確方法計(jì)算。沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）（5）計(jì)算控制室爆炸超壓和沖量（基本方法）①無量綱超壓從～曲線直接讀取=7.76對(duì)應(yīng)的無量綱超壓的值，

沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）②無量綱沖量從～曲線直接讀取=7.76對(duì)應(yīng)的無量綱沖量的值，

=0.0065。沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）③調(diào)整的值：根據(jù)調(diào)整因子表，因>3.5，且

>1,得到調(diào)整后調(diào)整的值，=0.0065×1×1=0.0065

沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）④計(jì)算控制室處的超壓計(jì)算控制室處的沖量沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）（6）儲(chǔ)罐處的超壓和沖量（精確方法）①壓縮氣體與環(huán)境空氣中的聲速之比C1/C0

②初始距離的計(jì)算將實(shí)際的體積為V1=30的容器轉(zhuǎn)化為等體積的半球形容器沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）③由下式迭代求出

得到，因?yàn)檫x取定位起點(diǎn)為（0.157，3.0），在圖～曲線圖中描繪此點(diǎn)可以確定一條曲線。

沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）④確定無量綱超壓根據(jù)根據(jù)上一步得到的曲線在～曲線圖直接查得=0.32沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）⑤確定控制室處的無量綱沖量從～曲線直接讀取=1.29對(duì)應(yīng)的無量綱沖量的值，

=0.0035。沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）⑥調(diào)整無量綱超壓和無量綱沖量的值調(diào)整因子表

因儲(chǔ)罐的為1.29，

>1且在0.3~1.6之間，

沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）⑦計(jì)算儲(chǔ)罐處的超壓和沖量沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）（6）爆炸造成的傷害與破壞后果

①控制室距離爆炸容器120m，顯然受爆炸影響較少，超壓Ps－P0=3388Pa=0.034×105pa，不會(huì)造成任何破壞，也不會(huì)造成控制室人員的任何傷害。

②儲(chǔ)罐距離爆炸容器只有20m，受爆炸影響較大，超壓Ps－P0=56320Pa=0.5632×105pa，會(huì)造成儲(chǔ)罐嚴(yán)重受損，儲(chǔ)罐處若有人員暴露可能導(dǎo)致內(nèi)臟嚴(yán)重挫傷，并可能導(dǎo)致死亡。沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）3、閃蒸爆炸的方法前面討論的兩種方法都假定壓力容器內(nèi)裝的是理想氣體，而實(shí)際多數(shù)壓力容器內(nèi)貯的流體其行為不能用理想氣體率描述。另外，許多容器所貯的過熱液體在減壓時(shí)會(huì)迅速地甚至爆炸式地蒸發(fā)氣化。沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）先前所用的能量方程對(duì)于計(jì)算貯存真實(shí)氣體或過熱液體的壓力容器的爆炸是并不適用的。一個(gè)可行的辦法是通過流體的熱力學(xué)計(jì)算其膨脹過程中對(duì)周圍空氣所作的功并以此膨脹功作為爆炸能量，然后就可以用基本方法計(jì)算相應(yīng)的爆炸參數(shù)。該法的計(jì)算步驟如下:沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）（1）收集數(shù)據(jù)容器爆炸時(shí)的內(nèi)壓P1，環(huán)境壓力P0，流體的量（質(zhì)量或體積V1），容器中心到目標(biāo)物的距離r，容器形狀是球形的還是圓柱形的，沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）（2）確定初始狀態(tài)的內(nèi)能量u1（初始狀態(tài)的P1，V1均已知）

式中下標(biāo)“1”表示初始狀態(tài)；

h—比焓，J/kg；

u—比內(nèi)能，J/kg；

P—絕對(duì)壓力，Pa；

V—比容，m3/kg沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）（3）確定膨脹后狀態(tài)的內(nèi)能u2

膨脹后體積未知，比內(nèi)能可由下式計(jì)算式中X—蒸氣比，

S—比熵，J/kg；下標(biāo)f—飽和液體在環(huán)境壓力下的狀態(tài)；下標(biāo)g—飽和蒸汽在環(huán)境壓力下的狀態(tài)上面這個(gè)公式的適用條件是Xε[0,1]。沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）（4）計(jì)算比功即單位質(zhì)量流體對(duì)周圍環(huán)境空氣所做的功，有（5）計(jì)算膨脹能量式中m1——泄露液體的質(zhì)量，kg；其中系數(shù)2是考慮到地面對(duì)爆炸波的反射影響。沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）（6）計(jì)算目標(biāo)物的無量綱距離（7）確定無量綱超壓根據(jù)計(jì)算所得的從~曲線圖中直接讀取對(duì)應(yīng)的無量綱超壓的值（8）確定無量綱沖量根據(jù)計(jì)算所得的從~曲線圖中直接讀取對(duì)應(yīng)的無量綱沖量的值沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）（9）調(diào)整和的值（10）計(jì)算超壓和沖量沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）

實(shí)例計(jì)算某高速公路上發(fā)生了一起嚴(yán)重的交通事故，多輛汽車相撞，泄露的汽油著火燃燒，其中的一輛罐車槽車被火包圍。該車的圓柱形貯罐內(nèi)裝有30立方米的液化丙烷，占總?cè)莘e的85%，從19×105Pa突然減壓到環(huán)境壓力，發(fā)生了沸騰液體擴(kuò)散蒸汽爆炸，用閃蒸爆炸的方法，預(yù)測(cè)在目標(biāo)物距離r=80m處的爆炸后果。假設(shè)仍是同一圓柱形貯罐。沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）（1）收集數(shù)據(jù)容器爆炸時(shí)的內(nèi)壓P1=19×105Pa，環(huán)境壓力P0=1×105Pa，容器體積V1=30m3，容器中心到目標(biāo)物的距離r=80m，圓柱形容器，圓柱形的容器置于卡車上離地面一定高度。另從相關(guān)的化工手冊(cè)上課查到其熱力學(xué)數(shù)據(jù)，見下表；沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）T1（K）P1(MPa)hf(kJ/kg)hg(kJ/kg)327.71.9674.31948.32230.90.1421.27849.19Vf(m3/kg)Vg(m3/kg)Sf(kJ/kg.K)Sg(kJ/kg.K)2.278×10-30.02324.76855.60511.722×10-30.4193.87215.7256沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）（2）由確定初始狀態(tài)的內(nèi)能量u1

壓力容器內(nèi)有85%的液化丙烷，還有15%的飽和丙烷蒸汽，故液化丙烷丙烷蒸汽沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）（3）確定膨脹后狀態(tài)內(nèi)能u2液化丙烷飽和蒸汽沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）（4）計(jì)算比功液化丙烷丙烷蒸汽沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）（5）計(jì)算膨脹爆炸能量泄露液化丙烷的質(zhì)量m1=11194.0kg泄露丙烷蒸汽的質(zhì)量m1=194.0kg在一般的預(yù)測(cè)計(jì)算中，總是假定液體蒸發(fā)產(chǎn)生的爆炸和丙烷蒸汽膨脹爆炸同時(shí)發(fā)生，則總的爆炸能量為：沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）（6）計(jì)算目標(biāo)物的無量綱距離沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）（7）確定無量綱超壓根據(jù)計(jì)算所得的從~曲線圖中直接讀取對(duì)應(yīng)的無量綱超壓的值（8）確定無量綱沖量根據(jù)計(jì)算所得的從~曲線圖中直接讀取對(duì)應(yīng)的無量綱沖量的值沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）（9）調(diào)整和的值由于該事故中儲(chǔ)罐為圓柱形且放在距地面一定高度根據(jù)沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVEs）得到調(diào)整后（10）計(jì)算超壓和沖量可見，離油車80m遠(yuǎn)處的超壓為0.089×105kpa，這個(gè)壓力足以震碎門窗玻璃，但人員安全。爆炸后果分析◆蒸氣云爆炸（一）一般概念和發(fā)生條件（二）蒸氣云爆炸的物理機(jī)制（三）蒸氣云爆炸后果分析

1、TNT當(dāng)量法

2、復(fù)合能量法

3、實(shí)例計(jì)算蒸氣云爆炸（VCE）（一）一般概念和發(fā)生條件在一些綜合性石油化工企業(yè)，交通運(yùn)輸、輸氣管道都有可能發(fā)生可燃?xì)怏w的泄露。泄露之后可能發(fā)生下列情況：在遇到點(diǎn)火源前就分散掉，不形成爆炸危險(xiǎn)；也可能一泄露即遇到火源而被點(diǎn)燃，這種情況僅引起燃燒，一般不會(huì)發(fā)生爆炸；還有一種情況是泄露物擴(kuò)散到廣闊的區(qū)域，形成彌漫相當(dāng)大空間的云狀可燃?xì)怏w混合物，經(jīng)過一段延滯時(shí)間后，可燃?xì)庠票稽c(diǎn)燃，接著發(fā)生火災(zāi)，由于存在某種特殊原因和條件，火焰?zhèn)鞑ケ患铀伲a(chǎn)生危險(xiǎn)的爆炸沖擊波超壓。后一種情況我們要討論的蒸氣云爆炸。蒸氣云爆炸（VCE）一般要發(fā)生帶破壞性超壓的蒸氣云爆炸應(yīng)具備以下幾個(gè)條件：

※泄漏物必須可燃且具備適當(dāng)?shù)臏囟群蛪毫l件。這些物質(zhì)如非加壓的可燃性氣體（氫氣、甲烷、乙烯、乙炔），加壓后的液化氣（丙烷、丁烷）和普通的可燃液體（環(huán)已胺、石腦油等）。蒸氣云爆炸（VCE）※必須在點(diǎn)燃前即擴(kuò)散階段形成一個(gè)足夠大的云團(tuán)，如果在一個(gè)工藝區(qū)域內(nèi)發(fā)生泄漏，經(jīng)過一段延滯時(shí)間形成云團(tuán)再點(diǎn)燃，則往往會(huì)產(chǎn)生劇烈的爆炸。在實(shí)際發(fā)生的事故中多數(shù)的延滯時(shí)間在十幾秒到幾十秒的范圍內(nèi)。蒸氣云爆炸（VCE）※產(chǎn)生的足夠數(shù)量的云團(tuán)處于該物質(zhì)的爆炸極限范圍內(nèi)才能產(chǎn)生顯著的超壓。蒸氣云團(tuán)可分為三個(gè)區(qū)域：泄漏點(diǎn)周圍是富集區(qū)；云團(tuán)邊緣是貧集區(qū)；介于二者之間的區(qū)域內(nèi)的云團(tuán)處于爆炸極限范圍內(nèi)。這部分蒸氣云所占的比例取決于多個(gè)因素，包括泄露物的種類和數(shù)量，泄漏時(shí)的壓力，泄露孔口的大小，云團(tuán)受約束程度，以及風(fēng)速、濕度和其他的環(huán)境條件。蒸氣云爆炸（VCE）（二）蒸氣云爆炸的物理機(jī)制泄漏物質(zhì)遇火源被點(diǎn)燃后，若發(fā)生層流或近似層流燃燒，對(duì)普通碳?xì)浠衔锒?，其火焰速度約為5～30m/s。這種速度太低，不足以產(chǎn)生顯著的爆炸超壓。在這種情況下蒸氣云僅僅是燃燒。所以，討論蒸氣云爆炸的發(fā)生機(jī)制就是考察蒸氣云如何從低速燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂休^高速度的燃爆。蒸氣云爆炸（VCE）實(shí)驗(yàn)表明，紊流是其中的關(guān)鍵因素。在燃燒傳播過程中，由于遇到障礙物或受到局部約束，引起局部紊流，火焰與火焰相互作用產(chǎn)生更高的體積燃燒速率，使膨脹流加劇，而這又使紊流更強(qiáng)烈，從而又能導(dǎo)致更高的體積燃燒速率，結(jié)果火焰?zhèn)鞑ニ俣炔粩嗵岣?，可以達(dá)到層流燃燒的十幾倍乃至幾十倍，發(fā)生爆炸。蒸氣云爆炸（VCE）其中，紊流發(fā)生的方式主要有以下三種：

※源激發(fā)生的紊流，比如噴射型泄露或?yàn)?zāi)難性的容器破裂導(dǎo)致的劇烈擴(kuò)散中，云團(tuán)與周圍的空氣產(chǎn)生強(qiáng)烈的紊流。

※火焰在受約束的空間傳播產(chǎn)生的紊流，如隧道、橋梁，設(shè)備裝置密集的廠房，擁擠的停車場(chǎng)等。正因?yàn)槿绱?，工藝設(shè)備布局密集的化工廠、煉油廠、鐵路機(jī)車調(diào)度站等是蒸氣云爆炸的多發(fā)地點(diǎn)。

※初始的紊流，實(shí)際上，強(qiáng)點(diǎn)火源不僅能引起燃爆，甚至可以直接導(dǎo)致爆轟，而爆轟時(shí)的燃燒速度是每秒幾千米。由于爆燃需要的點(diǎn)火能量約為104焦耳，而爆轟則需要106焦耳。所以在實(shí)際事故中爆轟是極為罕見的。蒸氣云爆炸（VCE）（三）蒸氣云爆炸后果分析

1、TNT當(dāng)量法這里采用傳統(tǒng)的TNT當(dāng)量系數(shù)法，是將事故性爆炸產(chǎn)生的爆炸能量同一定當(dāng)量的TNT聯(lián)系起來的一種方法。在TNT當(dāng)量系數(shù)法中，當(dāng)量的TNT質(zhì)量與云團(tuán)中的燃料的總質(zhì)量相關(guān)?？梢酝ㄟ^下面幾步加以確定：蒸氣云爆炸（VCE）（1）在實(shí)際的熱力學(xué)數(shù)據(jù)資料基礎(chǔ)上確定燃料的閃蒸部分?？梢杂孟率絹砉浪悖?/p>

式中F—蒸發(fā)系數(shù)；

Cp—燃料的平均比熱，kJ/(kg·K)；

ΔT—環(huán)境壓力下容器內(nèi)溫度與沸點(diǎn)的溫差，K；

L—汽化潛熱，kJ/kg.蒸氣云爆炸（VCE）（2）云團(tuán)中燃料的質(zhì)量WfWf等于閃蒸系數(shù)乘以泄露的燃料數(shù)量，考慮到噴霧狀物和氣溶膠的形成，云團(tuán)總量應(yīng)再乘以2。式中Wf—云團(tuán)燃料質(zhì)量，kg；

W—泄露的燃料質(zhì)量，kg；

F—閃蒸系數(shù)。蒸氣云爆炸（VCE）（3）TNT當(dāng)量式中WTNT—TNT當(dāng)量，kg；

Wf—云團(tuán)燃料質(zhì)量，kg；

Hf—燃料的燃燒熱，MJ/kg；

HTNT—TNT的爆熱，MJ/kg；

ae—TNT當(dāng)量系數(shù)，U.K.HSE(1986)推薦ae=0.03蒸氣云爆炸（VCE）（4）將實(shí)際距離轉(zhuǎn)化為無因次距離式中R—離爆炸點(diǎn)的實(shí)際距離，m；

—無因次距離。蒸氣云爆炸（VCE）（5）確定無量綱超壓

對(duì)于離爆炸點(diǎn)不同距離R處，根據(jù)相應(yīng)的查下圖曲線得到超壓，可以預(yù)測(cè)相應(yīng)的人員所受到的傷害和建筑物的破壞情況。R(m)ΔP(MPa)傷害情況破壞情況502.901.20大部分人員死亡小房屋倒塌鋼筋混凝土破壞1005.800.35人體輕微損傷墻裂縫20011.600.12人員安全門窗玻璃大部分破碎50029.020.033人員安全無破壞100058.040.016人員安全無破壞蒸氣云爆炸（VCE）蒸氣云爆炸（VCE）2、復(fù)合能量法這種方法的基本觀點(diǎn)認(rèn)為，只有在那些存在強(qiáng)烈紊流條件下燃燒的云團(tuán)部分才會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的爆炸，這樣蒸汽云爆炸就被視為相應(yīng)的許多子爆炸云團(tuán)的組合，這種方法分四步：蒸氣云爆炸（VCE）（1）識(shí)別潛在的強(qiáng)烈爆炸中心

如高速噴嘴周圍，設(shè)備密集區(qū)域，平行平面之間的部分或管架結(jié)構(gòu)的內(nèi)部空間等。（2）確定該子源的能量

一般用3.5×106J/m3乘以這部分空間的體積。Harris于1983年測(cè)定了部分碳?xì)浠衔锱c空氣混合在理想配比下的燃燒熱，結(jié)果表明取3.5×106J/m3是個(gè)較為合理的平均值。蒸氣云爆炸（VCE）（3）確定初始爆炸烈度

實(shí)驗(yàn)表明，蒸氣云爆炸產(chǎn)生的超壓范圍很大，從幾個(gè)毫巴到超過10巴，理論上將此劇烈程度分為10級(jí)。在實(shí)際預(yù)測(cè)過程中，對(duì)于強(qiáng)烈的蒸氣云團(tuán)爆炸部分通常取烈度為7而其余部分的爆炸要微弱得多，通常取烈度為2。

蒸氣云爆炸（VCE）（4）計(jì)算爆炸影響計(jì)算的依據(jù)主要是圖4和圖5兩張經(jīng)驗(yàn)圖。無因次距離式中R——離爆炸中心的實(shí)際距離，m；

E——燃燒能量，J；

P0——環(huán)境壓力，Pa。蒸氣云爆炸（VCE）實(shí)際爆炸超壓持續(xù)時(shí)間式中C0——環(huán)境中的聲速，m/s。圖4圖5蒸氣云爆炸（VCE）3、實(shí)例計(jì)算

1）用TNT當(dāng)量法計(jì)算由于管道斷裂液化丙烷泄露導(dǎo)致的蒸氣云爆炸。根據(jù)估計(jì)當(dāng)時(shí)丙烷的泄流量為30000kg，環(huán)境溫度為15℃,微風(fēng)。已知丙烷燃燒熱46.3MJ/kg，比熱為2.41kJ/kgK，汽化潛熱為410kJ/kg，環(huán)境壓力下丙烷的沸點(diǎn)231K。蒸氣云爆炸（VCE）計(jì)算如下：（1）確定燃料蒸發(fā)系數(shù)（2）確定云團(tuán)中燃料質(zhì)量蒸氣云爆炸（VCE）（3）確定TNT當(dāng)量（4）將實(shí)際距離轉(zhuǎn)化為無因次距離

在（4）中R取不同的值得到相應(yīng)的無因次距離，從圖3曲線中得到相應(yīng)的超壓，將結(jié)果列入下表圖3R(m)ΔP(MPa)傷害情況破壞情況502.901.20大部分人員死亡小房屋倒塌鋼筋混凝土破壞1005.800.35人體輕微損傷墻裂縫20011.600.12人員安全門窗玻璃大部分破碎50029.020.033人員安全無破壞100058.040.016人員安全無破壞蒸氣云爆炸（VCE）蒸氣云爆炸（VCE）

參照上表的結(jié)果可知，蒸汽云爆炸所造成的傷害破壞情況?？梢?00m處的超壓仍足以是大部分門窗玻璃破碎，100m內(nèi)的人員將受到傷害。蒸氣云爆炸（VCE）2）用復(fù)合能量法計(jì)算由于貯罐液化丙烷泄露導(dǎo)致的蒸氣云爆炸。

某區(qū)域有一個(gè)直徑為40m的丙烷球形貯罐置于高1m的鋼架上，貯罐區(qū)不遠(yuǎn)處的停車場(chǎng)上正停放著80輛汽車。由于某種原因，泄露丙烷10000kg后遇到火源發(fā)生蒸氣云爆炸，預(yù)測(cè)其影響范圍。已知丙烷燃燒熱為46.3MJ/kg。蒸氣云爆炸（VCE）計(jì)算如下：（1）識(shí)別爆炸子源貯罐下方鋼架部分的空間、停車場(chǎng)和云團(tuán)的其余部分共3個(gè)子源。（2）確定各子源的爆炸能量子源Ⅰ：這部分空間的體積為π×(40/2)2×1=1256.6m3

則E1=1256.6×3.5=4398.1MJ蒸氣