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压力容器爆炸事故后果预测分析


第3 1 1 9卷 0月 21 00年 第 O期   



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V 13 , o1  o.9 N .0
Oco e , 01   tb r 2 0

压 力 容器 爆 炸 事故 后 果预 测

分析 
赵 守辉 ,汪祯杰 ,胡  刚  
( 大连锅炉压力容器检验研究所 ,辽宁 大连 16 1 )   0 3  1

摘 

要 : 对 压 力 容 器不 同形 式 的 爆 炸 事 故 进行 分 析 , 对 不 同 条 件 下 爆 炸 的能 量 ,   并 以及 爆 炸 冲 击 

波 产 生 的破 坏 作 用 、 破坏 半 径 给 出 了预 测 方 法 , 以此 进 行 压力 容 器 爆 炸 事 故 后 果 预测 分 析 。  





词 : 压力容器 ; 爆炸事故 ; 后果预测  文献标识码 : A   文章编号 : 10 03 (0 0 1 19 — 3 0 4— 9 5 2 1 )0— 0 6 0 

中图分类号 : T  5  Q0 1

随着化 工行业 的蓬 勃 发展 , 力 容器 已经 成 为  压 应 用普遍 的特种设 备 之 一 , 压力 容 器 的 安全 问题 也  日益突 出 , 本文 主要 针对 压 力容 器 爆 炸事 故 进 行 了 

时所释放 的能量 。  


般 情况 下 , 化学爆 炸 主要有 以下几 种类型 :  

( )蒸气 云 团 的 可燃 混 合 气体 遇火 源 突 然 燃  1
烧, 是在无 限空 间 中的气 体爆 炸 。  

分析, 并提 出分析方 法 , 压力容 器爆 炸事故 进行预  对
测。  

( )受 限空间 内可燃混合 气体 的爆 炸 。 2  
( )化学 反应失控 或 工艺 异 常造成 的压力容 器  3
爆炸。  

1 压 力 容器 爆 炸 的形 式 
爆 炸是物 质的一 种非常 急剧 的物理 、 学变化 , 化  
也 是大量 能量在 短时 间 内迅 速释放或 急剧转 化机 械 

( )不稳 定 的固体或 液体爆 炸 。 4  
发 生化 学爆 炸 时会 释 放 出大 量 的化 学能 , 炸  爆

功的现象 。它通 常借 助于气 体的膨胀 来实 现 。  
从 物质 运 动 的表现 形 式来 看 , 炸就 是 物质 剧  爆 烈 运动 的一种 表现 。物 质 运动 急 剧 增加 , 一 种状  有
态转变 成另一 种状 态 , 在瞬 间 内 释放 出大量 的能  并
量。  

影响范 围较大 , 而物 理爆炸 仅释放 出机械 能 , 影响  其
范 围较 小 。  

2 物 理 爆 炸 的能 量 
物 理爆 炸 如 压力 容器 破 裂 时 , 体膨 胀 所释 放  气
的能量 不仅 与气体 压力 和容 器 的容 积 有关 , 而且 与 

爆 炸按性质 可分 为物理 爆炸和 化学爆 炸 。物 理 

爆炸就 是物 质 状态 参 数 ( 度 , 力 , 积 ) 速 发  温 压 体 迅 生变化 , 在瞬 间放 出大量 的能 量并对 外做 功 的现象 。   物理爆 炸 的特 点是 : 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 , 生 变化 的  发 仅是介 质 的状 态参 数 。例 如 锅炉 , 力 容器 和各 种  压
气体 或液化 气体钢瓶 的超压 爆炸 。化学爆 炸就 是物 

介质在 容器 内的物性 相态 有关 。不 同的物性相 态 的  介质爆 炸产生 的能量 不 同 , 炸过 程也不 完全相 同 , 爆   其能量 计算公 式也 不 同。  
2 1 液化气体 与水蒸 汽 的爆炸 能量  . 大部 分压 力 容器 内的介 质都 是 以 气态存 在 的 ,   即所谓 永久气 体 。永 久气 体 在 容器 破 裂 时 , 不产 生 

质 由一种化 学结构 迅 速 转变 为 另一 种 化 学结 构 , 在  瞬 间放 出大 量能量并 对外 做功 的现象 。例如 可燃气  体, 蒸汽或粉 尘与 空气混合 形成爆 炸混 合物 的爆炸 。  
化学爆 炸 的特点是 : 炸 发 生过 程 中介 质 的 化学 性  爆 质发 生 了变 化 , 成 爆 炸性 混 合物 爆 炸 。化 学爆 炸  形 的特 点是 : 炸发 生过 程 中介 质 的 化学 性 质 发生 了  爆 变化 , 形成爆 炸 的能源 来 自物 质 迅 速发 生 化 学变 化 

集态 变化 , 而仅仅 是降压 膨胀 , 一过 程是气 体 由容  这 器 破裂前 的压力 降至大 气压力 的简单 膨胀 过程 。由  于这 一过 程所经 历 的时 间 一般 都 很短 , 因此 不 管 容  器 内的工作 介质 与周 围大 气存 在 多 大 的温 差 , 可  都
以认 为 容 器 内 的 气 体 与 大 气 没 有 热 量 交 换 , 即 
收 稿 日期 : 2 1 ̄81  0 0 —3 作 者 简介 : 赵 守辉 (9 1 , , 程 师 。   18 一) 男 工  

第3 9卷 第 1 0期 

赵 守 辉 , :压 力 容 器 爆 炸 事 故 后 果 预 测 分 析  等

1 9  07

气体 的膨胀 是在 绝 热 状态 下 进 行 的 , 以永 久气 体  所 容器 的爆破 能量 也就 是气 体绝 热膨 胀所作 之 功 _ 。 1  ]
有 关 理 想 气 体 绝 热 膨 胀 所 作 之 功 的计 算 公 式 
为:  
=  

气液 两态存 在 的 , 如液 氨贮 罐 、 热锅 炉 的汽包 和  例 废
其他 液体 加热 器等 。介质 为 液化气 体或 高温饱 和水  的压力 容 器在破 裂 时所 释放 出 的能 量包 括容 器 内水  蒸气 的能 量 以及 处 于过热 状态 的液 体 的能量 。在大  多数情 况 下 , 类 容器 内 的饱 和 液体 占容 器 内介质  这 重量 的绝 大 部 分 , 的爆 破 能量 要 比饱 和 气 体 ( 它 水  蒸气 ) 得 多 。所 以 计 算 时 后 者 往 往 可 以 忽 略 不  大 计 。蒸汽 爆炸 一般 也 是 在很 短 时 间 内进 行 的 , 以  所 它也 是一 个 绝 热 过 程 J 。有 压 力 的 饱 和 液 体 绝 热  膨胀 为常 压时所 作 之 功 , 即处 于 过热 状 态 的 液体  亦 的爆破 能量 可 以按 下式计 算 :  
U =[ l 2 (l 2 T ] 1 (i —i) s —s) b肘  () 3  式 中:Ul 过热状态下液体的爆破能量 ,k ; 一 J  i一在容器破 裂前的压力或温度下饱和液体的焓 ,Jk ; 1 k/ g 


『   1_(

) ]x1 3   0 

() 1 



式 中 :U 一 气 体 的 爆 破 能 量 ,J  s k;

P一容器内气 体的绝对压力 , a  _ MP ; 。 一气体的体积( 压力容器 的容积 ), ; m  


气 体 的绝 热 指 数 , 气 体 的 定 压 比 热 容 与 定 容 比 热 容  即
的 比值 。  

压 力容 器 中常用 的压缩 气体 绝热 指数 的精 确值 
见表 1  。
表 1 常 见 气 体 的 绝 热 指 数   

在大气压 力下饱 和液体 的焓 ,J k ; k/ g 
( g? )  k ℃ ;

s一 在 容 器 破 裂 前 的 压 力 或 温 度 下 饱 和 液 体 的 熵 ,J  l k/

2 2 承 装液体 压 力容 器的 爆破 能量  .

当压缩 液体 盛放在 压力 容器 内超 压或 容器 受损  发生爆 炸时 , 所释 放 出的能 量为压 缩 液体压 力 、 体积 

S一在大气压力下饱和液体 的熵 ,J ( g? )  2 k/ k ℃ ;
肘一 饱 和 液 体 的 质 量 ,g  k;


介质在 大气压力下 的沸点 ,   K。

.  

变化 的函数 。其计 算公 式 为 :  
E L=( / ) p 卢 ×1  12 a     0 () 2 

各 种饱 和压 力下饱 和 水容 器 的爆 破能 量按 下式 
计算 :  
Uw= C  

式 中: £ E 一容器内液体的爆破 能量,J  k; △P 一压缩液体 的增压 , 即压缩液体的表压 , a  MP ;


液 体 的压 缩 系 数 , a ; MP 一  


式 中 : 一 和 水 的 体 积 , 。    饱 m;
C 一 饱 和水 的爆 炸 能量 系数 ,Jm 。   k/   

液 体 的 体 积 ,    m。

2 3 液化 气体 与 高温饱 和水 容器 的爆破 能 量  .

饱 和水 的爆 炸 能量 系 数 由 它 的压力 决 定 , 种  各 常用 压力 下 的饱 和水容 器 的爆破 能量 系数见 表 2   。

在 压力 容 器 中 , 有一 小 部 分介 质 在 容 器 内是 以 

表 2 常 用 压 力 下 的 饱 和 水 容 器 爆 破 能 量 系数   

3 压力 容器 爆 炸 冲击 波 的破 坏 作 用 及  其计算 
3 1 冲击 波超压 的破 坏作 用  .

遭 到严重 破坏 。 即使是 在 1 大气 压力 以 内的 冲击  个 波也 具有 很 大 的 破 坏 作 用 ,  P 5k a的 超 压 就 可 以使 
门窗 玻璃破 碎 。  

压 力容 器破 裂时 , 容器 内的高压 气体 大量 冲 出 ,   使周 围 的空气 受 到 冲 击 而 发 生 扰 动 , 其 压 力 、 使 密 

度 、 度等产 生 突跃变 化 , 温 这种扰 动在 空气 中的传播  就成为 冲击 波 。空气 冲击 波 中状 态 的突跃 变化 最 明  显地表 现在 压力 上 , 冲击 波 超 压 。图 1表示 爆 炸  即
场 内某 点 的压力 变化 。  

在 爆 炸 中心 附 近 , 空气 冲击 波 波 阵面 上 的超 压 
△ P可 以达 到几 个 甚 至 十 几 个 大 气 压 力 , 这 样 高  在 的压力 冲击下 , 筑 物将 被 摧 毁 , 备 、 建 设 管道 等 均 会 
图 1 爆 炸 作 用 场 内 某 点 的 压 力 变 化 情 况   

19   08

辽 

宁  

化 

工 
R :C ( E   sN )

21 0 0年 l   0月
() 6 

冲击波 除 了破 坏建 筑 物 以外 , 还会 直 接危 害所 

涉及范 围 内的人 身安全 。表 3是空气 冲击波 对人体 
的伤 害作 用 。  
表 3 冲 击 波 对 人体 的伤 害 作 用   
超压 A / P  P Ma
0 O ~0 O   .2 . 3 0 O ~0 O   .3 . 5 0 O ~0 1   .5 .0
>O. 0 1 

式 中: 一损害半径 ,     m;
E 爆 炸 能 量 l , 取 E=V C; 一 < 可 J H  

参 与 反 映 的可 燃 气体 的体 积 ,    m;

肌 一可燃气体的高燃烧热值 ;   Ⅳ一效率 因子 , 其值与燃料浓度持续展开所造损耗的比例 
和燃 料 燃 烧 所 得 机 械 能 的数 量 有 关 ;   c一经验常数, 决于损害等级。 s 取  

破 坏 情 况 

轻微伤害  听 觉 器官 损 伤 或 骨 折 
内脏 严重 损 伤 或 死 亡  大 部分 人 员 死 亡 

其 取值如 表 4所示 。  

3 2 冲击波超 压计算  .

4 结

论 

在 相 同的爆炸条 件下 , 离爆 炸 中心 越近 , 距 波阵 
面上 的超压 也就 越 大 。实验 表 明 , 同数 量 的 同类  不

本 文 主要 研究 了压力 容器在 一般情 况下 的爆 炸 
事故 , 可用 于相关 的事故 分析 和后果 预测研究 , 也可  用 于压力容 器爆 炸能量 的计算 和爆炸后 果破 坏情况  的预测 , 压力容 器 的使 用 和 防护 有 一定 的指 导作  对
用。  
表 4 损 害等 级 及 经 验 常 数 取 值   

炸药 发生爆 炸时 , 果距 离爆 炸 中心 的距 离 R之 比  如
与炸 药量 q 次根 之 比相 等 , 所产 生 的 冲击 波 超压    则
相同, 用公式 表示 即为 :  


[ ] = 则A 卫   n, a=A 0 P 
qo  

() 4 

0  

式中 : o=( /0  ,称 为 炸药 爆 炸 实 验 的模 拟 比 。 qq)  

式 ( ) 可 以写成 : 4也  
A ( P R)=A 0 R a  P(/) (   5)

根据此 公式就 可 以从 某些 已知药 量 的实验 中所  测 到 的超 压来确 定任意 药量爆 炸时在 各种相 应距离 
下的超压 。  

3 3 蒸气 云爆 炸的冲 击波伤 害 一破坏 半径  .

参 考 文 献 
[ ] 吴粤. 1 压力容器安全技术 [ . M]北京 : 化学工业出版社 ,93  19 . [ ] 彭蔚华 , 2 熊大彬.压力容器安全工程学 [ .北京 : M] 北京航空 
工 业 出 版社 ,9 3  19 .

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 有能 量 或 可 燃 物 含 有 的 内能 或 两 者 兼 而 有 
之 。能量 的主要 形式 为 压缩 能 、 学 能 或热 能 。一  化

[ ] 张国顺.燃烧爆炸危险与安全技术 [ .北京 : 3  M] 中国电力 出版 
社 .0 3  20 .

[ ] 吴宗之.危险评价方法及其应 用 [ .北京 :冶 金工业 出版  4 M]
社 .0 4  20 .

般来说 , 只有 压缩 能和 热 能才 能单 独 导 致形 成 蒸 气 
。 

[ ] 郭吉红.压力容器爆炸事故分析和后果预测[ ] 5 J .工业安全 与 

蒸气云爆 炸 的冲击波 伤害半径 计算 公式为 :  

环 保 ,05,1 9 :2—5 . 20 3 ( )5 3 

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Z A  huh i A GZ e- HU n  H O So —u,W N  hn &,   g j ( ai   oe n  r sr  esl npci   s t e D l n16 1 , hn ) D l nB ir dPe ueV s   set nI tu , a a   0 3 C i   a l a s eI o n it i 1 a
Ab ta t s r c :Di e e t i ain   f x lso   c i e t o  e s l  r   n lz d A d s v r l t o st o e a t x lso   n r y a   f rn   t t so   p o in a cd ns fv s eswee a a y e . n   e e a  h d  of r c s  p o in e e g ,d m— f su o e   me e a e e e t  n   e tu t n r du   e e p tfr a d On t i b ss , o s q e c  o e a to   rs u e v se se p o in a cd n sc n b   g   f c sa d d sr ci   a i sw r  u   w r .  h s a i c n e u n e f rc s f e s r   e s l  x l s   c i e t a   e o o     p o  
c rid o . are   ut   Ke   r y wo ds:P e s r  e s l r s u e v se ;Ex l so   c i e t ;Co s q ns  oe a t p o in a c d n s n e ue e fr c s 


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