1、第二節 爆炸事故后果定量分析第四章 火災與爆炸事故后果定量分析第一節 火災事故后果定量分析一、爆炸概述二、物理性爆炸能量的計算三、爆炸沖擊波及其破壞傷害作用四、蒸氣云爆炸事故后果分析五、有毒液化氣體容器爆炸時毒害區域的估算第二節爆炸事故后果定量分析二、物理性爆炸能量的計算（一）氣體介質壓力容器的爆炸能量（二）氣液兩相介質壓力容器的爆炸能量（三）液體介質壓力容器的爆炸能量一、爆炸概述二、物理性爆炸能量的計算三、爆炸沖擊波及其破壞傷害作用四、蒸氣云爆炸事故后果分析五、有毒液化氣體容器爆炸時毒害區域的估算第二節 爆炸事故后果定量分析三、爆炸沖擊波及其破壞傷害作用（一）沖擊波的能量（二）沖擊波破壞傷害

2、準則（三）沖擊波破壞傷害作用的估算（三）沖擊波破壞傷害作用的估算沖擊波超壓的破壞傷害作用1立方根比例定律2沖擊波對房屋的破壞23 超壓p/kPa 破壞作用 超壓p/kPa 破壞作用 5 6門窗玻璃部分破碎60 70木建筑廠房房柱折斷，房架松動 6 15受壓面的門窗玻璃大部分破碎 70 100 磚墻倒塌 15 20 窗框損壞100 200防震鋼筋混凝土破壞，小房屋倒塌 20 30 墻裂縫200 300 大型鋼架結構破壞 40 50 墻大裂縫，屋瓦掉下表3-8 1000kgTNT地面爆炸時沖擊波超壓對建筑物的破壞作用1.沖擊波超壓的破壞傷害作用（三）沖擊波破壞傷害作用的估算1.沖擊波超壓的破壞傷害

3、作用超壓P / kPa沖擊波破壞效應 超壓P / kPa沖擊波破壞效應98.0大部分人員死亡29.449.0損傷人的聽覺器官，或產生骨折表3-9 沖擊波超壓對人員的傷害作用（三）沖擊波破壞傷害作用的估算沖擊波的超壓與爆炸中心距離的關系：式中： 沖擊波波陣面上的超壓，MPa； R距爆炸中心的距離； n衰減系數，衰減系數在空氣中隨著超壓大小而變化，在爆炸中心附近時，n2.53，當超壓在整個大氣壓內時，n2，小于一個大氣壓時，n1.5。 1.沖擊波超壓的破壞傷害作用（三）沖擊波破壞傷害作用的估算（三）沖擊波破壞傷害作用的估算沖擊波超壓的破壞傷害作用1立方根比例定律2沖擊波對房屋的破壞232.立方根比

4、例定律HpokinsonCranz比例定律 兩個幾何相似但尺寸不同的同種炸藥在相同的大氣環境條件下爆炸，必然在相同的比例距離產生相似的沖擊波。式中：R沖擊距離，m； E爆炸能量，kJ。比例距離有量綱的參數（三）沖擊波破壞傷害作用的估算E1E2R1R2p1= p2HopkinsonCranz比例定律2.立方根比例定律（三）沖擊波破壞傷害作用的估算式中：E爆炸能量，kJ； QTNTTNT的爆炸當量能量，一般取平均值 4686kJkg-1。TNT當量比例距離Ze1973年Baker提出用梯恩梯當量比例距離Ze來估算沖擊波超壓，也就是可由TNT當量mTNT（kgTNT），以及距地面上爆炸源點距離R（m

5、）來估算。 發生在平坦地面上的TNT爆炸產生的側向峰值超壓與比例距離Ze間的關系如圖3-12所示。Hopkinson比例距離ZeP圖3-12平坦地面上TNT爆炸的側向峰值超壓與Ze間的關系經驗方程環境壓力對于發生在敞開空間的遠高于地面的爆炸，所得到的超壓值應乘以0.5立方根比例定律梯恩梯當量比例距離根據某些已知炸藥量的試驗所測得的超壓來確定在各種相應距離下任意炸藥量（當量）爆炸時的超壓。R0試驗爆炸時目標與爆炸中心的距離，mmTNT0試驗爆炸時的TNT炸藥量，kgp實際爆炸時目標處的超壓，kPap0試驗爆炸時目標處的超壓，kPa實際爆炸與試驗爆炸的無量綱模擬比R 目標與爆炸中心距離，mR0 目

6、標與基準爆炸中心的相當距離，mE 爆炸時產生沖擊波所消耗的能量，TNT，kgE0 基準爆炸能量，TNT，kgP0基準目標處的超壓， MPaP目標處的超壓，MPa 炸藥爆炸試驗的模擬比距離R0/m56789101214超壓p0/MPa2.942.061.671.270.950.760.500.33距離R0/m1618202530354045超壓p0/MPa0.2350.170.1260.0790.0570.0430.0330.027距離R0/m505560657075超壓p0/MPa0.023 50.020 50.0180.0160.014 30.013表3-10 1000kgTNT空中爆炸時的

7、沖擊波超壓計算壓力容器爆破時沖擊波對距離爆炸物R距離處的傷害/破壞作用的步驟 首先根據容器內所裝介質的特性，計算爆炸能量E 將爆破能量E換算成TNT當量mTNT 求出爆炸模擬比 求出在1 000 kgTNT爆炸試驗中的相當距離R0，即 R0 = R/ 根據R0值找出距離為R0處的超壓（中間值用插入法），此即所求距離為R處的超壓。 根據超壓值找出對人員和建筑物的傷害-破壞作用（三）沖擊波破壞傷害作用的估算沖擊波超壓的破壞傷害作用1立方根比例定律2沖擊波對房屋的破壞3233.沖擊波對房屋的破壞式中：R沖擊波作用下的房屋破壞半徑，m； K破壞常數，與房屋破壞程度有關，其取值參見 表3-11，在精度不

8、太高的財產損失計算中，根據B 級破壞狀況求出的半徑可作為財產損失半徑。英式磚石結構房屋破壞等級破壞常數破壞狀況A3.8房屋幾乎被完全摧毀B4.6房屋5075的外部磚墻被摧毀，或不能繼續安全使用，必須推倒Cb9.6屋頂部分或完全坍塌，12個外墻部分被摧毀，承重墻嚴重破壞，需要修復Ca28房屋隔板從接頭上脫落，房屋結構至多受到輕微破壞D56屋頂和蓋瓦受到一定程度的破壞，10以上的窗玻璃破裂，房屋經過修復可繼續居住表3-11 房屋破壞程度一、爆炸概述二、物理性爆炸能量的計算三、爆炸沖擊波及其破壞傷害作用四、蒸氣云爆炸事故后果分析五、有毒液化氣體容器爆炸時毒害區域的估算第二節 爆炸事故后果定量分析 你

9、決定購買1桶50L的液體丙烷來取暖，你擔心桶發生破裂以及所有的丙烷可能發生爆炸，為確保全家人的人身安全，你應將丙烷桶放置距離你房屋多遠的地方？ X省X市燃氣公司已建設國家西氣東輸工程LNG儲罐站（總儲量200m3，單罐容量100m3），作為一名消防工程技術人員，如何運用安全系統工程的方法對其火災危險性進行分析，提出經濟合理的滅火控制技術方案？ 1998年3月5日西安市煤氣公司液化石油氣管理所發生液化石油氣嚴重泄漏事故，共造成11人死亡，31人受傷。 1997年6月27日北京東方化工廠石腦油A罐滿裝外溢，在空中形成蒸氣云，被引爆，引起一系列連鎖燃燒、爆炸，造成9人死亡，39人受傷，直接經濟損失1

10、.17億元。四、蒸氣云爆炸事故后果分析（一）基本概念（二）蒸氣云爆炸沖擊波預測模型（三）蒸氣云爆轟傷害作用區域（一）基本概述發生蒸氣云爆炸的主要場所： 蒸氣云爆炸的發生主要分布在石油化工、煉油廠、輕態烴氣體加工廠（乙烯、甲烷、丙烷、丁烷）、液化石油氣儲存場所（LPG罐區）。四、蒸氣云爆炸事故后果分析快速泄漏可燃物質空氣 預混云可燃物質蒸氣云爆炸蒸氣云爆炸形成過程：（一）基本概念 蒸氣云爆炸（VCEs，Vapor Cloud Explosions）是由于氣體或易于揮發的液體可燃物的大量快速泄漏，與周圍空氣混合形成覆蓋范圍很大的“預混云”，在某一有限空間遇點火源而導致的爆炸。四、蒸氣云爆炸事故后果

11、分析（一）基本概念（二）蒸氣云爆炸沖擊波預測模型（三）蒸氣云爆轟傷害作用區域預測模型物理模型數值模型相關模型TNT當量模型TNO模型ME模型CAM模型(二)蒸氣云爆炸沖擊波預測模型TNT當量法 蒸氣云 爆炸轉化 TNT 爆炸 可燃蒸氣云爆炸效率，統計平均值為0.04；m蒸氣云中可燃物的質量，kg； 可燃氣體的標準燃燒熱，kJkg-1 TNT的爆炸當量能量，一般取平均值4686 kJkg-1Hopkinson比例距離ZeP圖3-12 平坦地面上TNT爆炸的側向峰值超壓與Ze間的關系例題1 1000kg甲烷從儲罐中泄漏出來，并同空氣混合發生爆炸。計算距離爆炸50m處的側向超壓峰值。（甲烷的燃燒熱5

12、1168.75 kJkg-1 ）解：TNT當量法優點：簡單易行缺陷：(1)高估了近場處的超壓；(2) 可變性比較大 TNT當量法仍是應用最廣泛的爆炸后果分析方法四、蒸氣云爆炸事故后果分析（一）基本概念（二）蒸氣云爆炸沖擊波預測模型（三）蒸氣云爆轟傷害作用區域（四）蒸氣云爆轟傷害作用區域（1）丙烷當量： 可燃蒸氣云爆炸效率，統計平均值為0.04；m蒸氣云中可燃物的質量，kg； 可燃氣體的標準燃燒熱，kJkg-1 丙烷的燃燒熱，一般取平均值50290 kJkg-1蒸氣云中可燃氣體的丙烷當量（2）死亡區域半徑：（3）重傷區域半徑： 人在沖擊波 作用下50 頭部撞擊 致死的區域 半徑 人在沖擊波 作用

13、下50 耳鼓膜破裂 的區域半徑（四）蒸氣云爆轟傷害作用區域（4）輕傷區域半徑： 人在沖擊波 作用下1 耳鼓膜破裂 的區域半徑（四）蒸氣云爆轟傷害作用區域例題3 某儲罐區有兩個丁二烯儲罐，每個儲罐的儲存量為64m3，試分析該儲罐區丁二烯泄漏后發生蒸氣云爆炸的破壞作用范圍。已知液態丁二烯的密度為620kgm-3丁二烯的燃燒熱為46977.26kJkg-1。 解題思路：R170.58mR2131.99mR3256.73m小結歸納：蒸氣云爆炸事故后果定量分析爆炸沖擊波爆轟作用傷害區域爆炸沖擊波損害半徑財產損失半徑TNT當量法TNO多能法丙烷當量模型TNO模型一、爆炸概述二、物理性爆炸能量的計算三、爆炸

14、沖擊波及其破壞傷害作用四、蒸氣云爆炸事故后果分析五、有毒液化氣體容器爆炸時毒害區域的估算爆炸事故后果定量分析五、有毒液化氣體容器爆炸時毒害區域的估算mtc容器破裂1atmt0Q設這些熱量全部用于器內液體的蒸發，若其汽化熱為Hv（kJ/kg），則其蒸發量為：標準沸點若介質的相對分子質量為M，則在沸點溫度下形成的蒸氣的體積Vg（m3）：有毒物質濃度C（）有毒空氣體積半球形擴散一、爆炸概述二、物理性爆炸能量的計算三、爆炸沖擊波及其破壞傷害作用四、蒸氣云爆炸事故后果分析五、有毒液化氣體容器爆炸時毒害區域的估算第二節爆炸事故后果定量分析傷害模型類別工 作 介 質傷 害 模 型可燃氣體蒸氣云爆炸模型有毒可燃氣體毒氣泄漏模型、蒸氣云爆炸模型可燃氣體液態蒸氣云爆炸模型、沸騰液體擴展蒸氣爆炸模型有毒可燃氣體液態毒氣泄漏模型、蒸氣云爆炸模型、沸騰液體擴展蒸氣爆炸模型可燃性液體（容器位于室外）池火災模型某儲罐區有六個LP