火灾及爆炸伤害分析

1、火灾及爆炸伤害分析火灾及爆炸伤害分析 池火灾池火灾(pool fire) 喷射火喷射火(jet fire) 突发火突发火(flash fire) 沸腾液体扩展蒸气爆炸沸腾液体扩展蒸气爆炸(bleve) 蒸气云爆炸蒸气云爆炸(vce) 1、烧伤等级 i度烧伤：只伤及皮肤的外层，造成红肿及度烧伤：只伤及皮肤的外层，造成红肿及 产生剧烈的触痛。产生剧烈的触痛。 ii度烧伤：伤处起水泡，周围肿胀并变为红度烧伤：伤处起水泡，周围肿胀并变为红 肿肿 iii度烧伤：伤及皮肤的每一层，皮肤表面呈度烧伤：伤及皮肤的每一层，皮肤表面呈 苍白、蜡色，有时烧成焦碳，疼痛不剧烈。苍白、蜡色，有时烧成焦碳，疼痛不剧烈。

2、第一节：热辐射伤害准则第一节：热辐射伤害准则 人在无风而湿度低的人在无风而湿度低的 高温环境下可以忍耐高温环境下可以忍耐 的时间的时间 一般來說，一般來說，皮肤皮肤在在 4545時即生刺痛感，時即生刺痛感， 5454即即可能被烧伤可能被烧伤。 温度温度时间时间 50 数小时数小时 70 一小一小时时 13015分钟分钟 200 250 5分钟分钟 2、热辐射伤害准则、热辐射伤害准则 （1）热通量准则）热通量准则 热通量：是指单位时间、热通量：是指单位时间、单位面积单位面积发射或接收的热能发射或接收的热能 ； 热通量准则：以热通量作为衡量目标是否破坏的唯一参热通量准则：以热通量作为衡量目标是否破

3、坏的唯一参 数，当目标收到的热通量大于或等于引起目标破坏所需的数，当目标收到的热通量大于或等于引起目标破坏所需的 临界热通量时，目标被破坏，否则，目标不被破坏。临界热通量时，目标被破坏，否则，目标不被破坏。 热通量准则的适用范围为作用于目标的热通量比目标达到热热通量准则的适用范围为作用于目标的热通量比目标达到热 平衡的时间要长。平衡的时间要长。 破坏准则破坏准则 热通量准则热通量准则 热强度准则热强度准则 热通量热通量-热强度准则热强度准则 （2）热强度准则）热强度准则 热强度热强度：指热通量与：指热通量与作用时间作用时间的乘积；的乘积； 当目标接受到的热强度大于或等于目标被当目标接受到的热强

4、度大于或等于目标被 破坏的临界热强度时，目标被破坏，否则破坏的临界热强度时，目标被破坏，否则 不被破坏；不被破坏； 适用于作用于目标的热通量持续的时间比适用于作用于目标的热通量持续的时间比 较短，以至于目标接受到的热量来不及散较短，以至于目标接受到的热量来不及散 失掉。失掉。 （3）热通量）热通量-热强度准则热强度准则 当热通量和热强度准则的适用条件均不具当热通量和热强度准则的适用条件均不具 备时，应该使用热通量、热强度准则。认备时，应该使用热通量、热强度准则。认 为目标是否受到破坏应该由热通量和热强为目标是否受到破坏应该由热通量和热强 度的组合来确定。度的组合来确定。 3、热辐射伤害模型、热

5、辐射伤害模型 皮肤裸露时的死亡概率：皮肤裸露时的死亡概率： 4/3 r36.382.561pn tq t-人员暴露于辐射中的时间，采用火球持续的人员暴露于辐射中的时间，采用火球持续的 时间，池火灾或喷射火取时间，池火灾或喷射火取30s或或40s。 q-目标接受到的热辐射通量目标接受到的热辐射通量 pr -人员伤害概率人员伤害概率 伤害概率与百分比概率换算关系伤害概率与百分比概率换算关系 死亡率死亡率 （）（） 0123456789 02.672.953.123.253.363.453.523.593.66 103.723.773.823.873.923.964.014.054.084.12 2

6、04.164.194.234.264.294.334.364.394.424.45 304.484.504.534.564.594.614.644.674.694.72 404.754.774.804.824.854.874.904.924.954.97 505.005.035.055.085.105.135.155.185.205.23 605.255.285.315.335.365.395.415.445.475.50 705.525.555.585.615.645.675.715.745.775.81 805.845.885.925.955.996.046.086.136.186.23

7、906.286.346.416.486.556.646.756.887.057.33 4/3 r 37.232.561pn tq 4/3 43.143.0188ln r ptq 4/3 39.833.01861 r pn tq 有衣服保护时死亡概率：有衣服保护时死亡概率： 二度烧伤概率二度烧伤概率 ： 一度烧伤概率一度烧伤概率 ： 财产损失：按引燃木材所需的热通量计算财产损失：按引燃木材所需的热通量计算 4/5 673025400qt 第2节：池火灾伤害分析 1、池火灾现象（、池火灾现象（pool fire） 是可燃液体表面的自由燃烧。是可燃液体表面的自由燃烧。 eg.泄漏到地面上、堤坝内的液

8、体火灾、敞开泄漏到地面上、堤坝内的液体火灾、敞开 容器内液体的燃烧等均为池火灾。容器内液体的燃烧等均为池火灾。 特点：池火多在防火堤等有限制的范围内发特点：池火多在防火堤等有限制的范围内发 生，其上部空间没有限制，燃烧完全，火生，其上部空间没有限制，燃烧完全，火 焰多呈圆柱形或圆锥形。焰多呈圆柱形或圆锥形。 主要危害：高温热辐射主要危害：高温热辐射 池火灾池火灾 2、热辐射通量计算步骤 （1）确定油池半径）确定油池半径 s d 4 当油池发生在输油管道区，且无防火堤，若假设泄漏液体当油池发生在输油管道区，且无防火堤，若假设泄漏液体 无蒸发，并已充分蔓延，地面无渗透，则可根据泄漏液量无蒸发，并已

9、充分蔓延，地面无渗透，则可根据泄漏液量 和地面性质计算油池面积。和地面性质计算油池面积。 maxminmax min . w wvshs h s最大油池面积，最大油池面积，m2； 泄漏液体密度，泄漏液体密度，kg/m3; w泄漏液体质量，泄漏液体质量，kg; hmin最小油层厚度，最小油层厚度，m 最小油层厚度（最小油层厚度（m） 草地草地0.02平整地面平整地面0.01 粗糙地面粗糙地面0.025混凝土地面混凝土地面0.005 平静的水面平静的水面0.0018 （2）确定火焰高度）确定火焰高度 托马斯给出的经验公式托马斯给出的经验公式 61. 0 5 . 0 0 42l gd m d f 式

10、中式中l为火焰高度，为火焰高度，m； d为油池直径或当量直径，为油池直径或当量直径，m； mf为单位面积燃烧速度，为单位面积燃烧速度，kg/(m2.s)； 0为周围空气密度，为周围空气密度，kg/m3； g为重力加速度，为重力加速度，m/s2 （3）火焰燃烧速度确定）火焰燃烧速度确定 0 . c f pbv c h m ctth 式中：式中： mf液体单位面积燃烧速率，液体单位面积燃烧速率，kg/(m2.s)； c常数，常数，0.001kg/(m2.s)； hc液体燃烧热，液体燃烧热，kj/kg； hv液体在常压沸点下的蒸发热，液体在常压沸点下的蒸发热，j/kg； cp气体的比定压热容，气体的

11、比定压热容，j/(kg.k)； tb液体的沸点，液体的沸点，k； t0环境温度，环境温度，k。 当液池中液体的沸点低于环境温度时，如当液池中液体的沸点低于环境温度时，如 加压液化气或冷冻液化气，液池表面上单加压液化气或冷冻液化气，液池表面上单 位面积的燃烧速度位面积的燃烧速度 f m 0.001 c v h h = 一些可燃液体的燃烧热一些可燃液体的燃烧热 物质物质 密度密度(g/cm(g/cm3 3) )自燃点自燃点()()热值热值(kj/(kj/) ) 乙醇乙醇0.7890.7894234233098430984 丙醇丙醇0.8040.8044044043478934789 丁醇丁醇0.8

12、100.8103653653724737247 戊醇戊醇0.8170.8173003003900939009 液体燃烧速度表 （4）计算火焰表面热辐射通量）计算火焰表面热辐射通量 假定能量由圆柱形火焰侧面均匀辐射，假定能量由圆柱形火焰侧面均匀辐射， 则池火灾燃烧时放出的总热辐射通量则池火灾燃烧时放出的总热辐射通量q0为：为： 2 0 2 1 4 1 4 cf d h m f q ddl q0-火焰表面的热通量，火焰表面的热通量，kw/m2； hc-燃烧热（燃烧热（kj/kg）；）； f-热辐射系数，范围为热辐射系数，范围为0.13-0.35，保守取，保守取 值为值为0.35 散热面积散热面积

13、释放热量释放热量 距离油池中心某一距离（距离油池中心某一距离（r）处的目标接受到的热）处的目标接受到的热 通量为：通量为： 0f q rq v 大气透射大气透射 率率 视角因子视角因子 火焰表面火焰表面 热辐射通热辐射通 量量 （5）目标接收到的热通量）目标接收到的热通量 （6）大气透热率确定）大气透热率确定 辐射不在真空中传播，受水蒸气、二氧化碳等的影响，辐辐射不在真空中传播，受水蒸气、二氧化碳等的影响，辐 射在传播中有损失射在传播中有损失 1 0.058lnr 视角因子：视角因子： 接受体所能接受的来自发热体的辐射能量接受体所能接受的来自发热体的辐射能量 的百分数，大小取决于发射体和接受体

14、的的百分数，大小取决于发射体和接受体的 形状、距离和相对角度。形状、距离和相对角度。 （7）视角因子的确定）视角因子的确定 视角系数视角系数vf与目标到火焰垂直轴的距离与火焰半与目标到火焰垂直轴的距离与火焰半 径之比径之比s，火焰高度与直径之比，火焰高度与直径之比h有关。有关。 vf=f(s,h) x h ds=2x/dh=h/d 视角系数按照rai和kalelkar提供的方法计算 )( 22 hv vvv bavh 5 . 02 5 . 0 1 ) 1/( 11 11 tan)/1( b sb sb sba 5 . 02 5 . 0 1 ) 1/( 11 11 tan)/1( a sa sa

15、 sab skjhsshvv/ )(/ ) 1/(tan 5 . 021 5 . 0 1 5 . 0 2 11 11 tan 1 sa sa a a j 5 . 0 1 1/1tan ssk )2/() 1( 22 ssha )2/()1 ( 2 ssb 其中其中a、b、j、k、vh、vv是为了描述方便而引是为了描述方便而引 入的中间变量，入的中间变量，为圆周率。为圆周率。 假设全部辐射热都是从液池中心点的一个微小的球面发出的则假设全部辐射热都是从液池中心点的一个微小的球面发出的则 在距液池中心某一距离的入射热辐射通量在距液池中心某一距离的入射热辐射通量q为：为： q单位时间辐射总热量，单位时

16、间辐射总热量，w； 大气透射率；大气透射率； r对象点到火焰中心距离。对象点到火焰中心距离。 （8）简化计算公式）简化计算公式 2 q 4 fc d m h f 2 4 r q q 第第3节：节： 沸腾液体扩展蒸汽爆炸沸腾液体扩展蒸汽爆炸 1、沸腾液体扩展蒸汽爆炸现象（火球燃烧）沸腾液体扩展蒸汽爆炸现象（火球燃烧） boiling liquid expanding vapour explosion （bleve） 装有可燃液化气的储罐，如果受到外部火焰的长时间烘烤，装有可燃液化气的储罐，如果受到外部火焰的长时间烘烤， 储罐的强度将逐浙降低，当强度下降到一定程度时，储罐储罐的强度将逐浙降低，当强

17、度下降到一定程度时，储罐 将突然破裂，由此带来压力突然降低，液化气迅速气化并将突然破裂，由此带来压力突然降低，液化气迅速气化并 燃饶，导致沸腾液体扩展蒸气爆炸事故的发生。燃饶，导致沸腾液体扩展蒸气爆炸事故的发生。 注意：注意： 热辐射是沸腾液林扩展蒸气间炸事故的主热辐射是沸腾液林扩展蒸气间炸事故的主 要危害。即沸腾液体扩展蒸气爆炸发生后，要危害。即沸腾液体扩展蒸气爆炸发生后， 主要危害是爆炸产生的火球热辐射，而不主要危害是爆炸产生的火球热辐射，而不 是爆炸冲击波。是爆炸冲击波。 沸腾液体扩展蒸气爆炸产生的火球具有烧伤范围广、沸腾液体扩展蒸气爆炸产生的火球具有烧伤范围广、 烧伤速度快和伤害程度深

18、等特点。烧伤速度快和伤害程度深等特点。 2、火球产生过程 （1）发生发展阶段：）发生发展阶段： 该阶段可分为两个阶段，每个时间段大约持续该阶段可分为两个阶段，每个时间段大约持续1s 左右。左右。 第一个阶段：火焰边界为黄白色，火焰温度约为第一个阶段：火焰边界为黄白色，火焰温度约为 1300度，火球增长到最大直径的一半左右。度，火球增长到最大直径的一半左右。 第二个阶段：火球直径增长到最大，但其表面约第二个阶段：火球直径增长到最大，但其表面约 10%左右为黑暗区，其余为白色、桔黄色或红白左右为黑暗区，其余为白色、桔黄色或红白 色，火焰温度约为色，火焰温度约为9001300度；度； （2）稳定燃烧

19、阶段：）稳定燃烧阶段： 持续时间约持续时间约10s左右，火球近似为球形，左右，火球近似为球形， 火焰不再增长。此阶段开始时，火焰开始火焰不再增长。此阶段开始时，火焰开始 上升，上升过程中，火球会变成蘑菇云形上升，上升过程中，火球会变成蘑菇云形 状。温度约状。温度约11001200度；度； （3）熄灭阶段：持续时间约）熄灭阶段：持续时间约5s，火球尺寸，火球尺寸 维持不变，但火焰越来越透明。维持不变，但火焰越来越透明。 0阶段 1a1b2 火球典型发展过程火球典型发展过程 （1）火球半径的计算）火球半径的计算 实验证明，火球半径和可燃物质量的立方根成正比，火球半实验证明，火球半径和可燃物质量的立

20、方根成正比，火球半 径的计算公式为径的计算公式为 式中：式中：d火球直径，火球直径，m； m火球中消耗的可燃物质量，火球中消耗的可燃物质量，kg 对单罐储存，对单罐储存，m取罐容量的取罐容量的50%；对双罐储存，取罐；对双罐储存，取罐 容量的容量的70%；对多罐储存，取罐容量的；对多罐储存，取罐容量的90%。 3、火球热伤害计算、火球热伤害计算 1/3 5.8dm （2）火球持续时间计算）火球持续时间计算 式中，式中，t为火球持续时间（为火球持续时间（s） 1/3 0.45tm b amd d cmt 模型模型 abcd lihou m泄漏速度，泄漏速度，kg/s; hc燃烧热，燃烧热，j/k

21、g； n点源数目。点源数目。 n fmh e c 总辐射通量是各点辐射之和：总辐射通量是各点辐射之和： 1 n i i qq 燃烧下限燃烧下限 3、喷射高度计算 喷射火的长度可以认为等于喷喷射火的长度可以认为等于喷 口到燃烧速度下限的长度。口到燃烧速度下限的长度。 气体泄漏时从裂口射出形成气体射流。一般情况下，泄气体泄漏时从裂口射出形成气体射流。一般情况下，泄 漏的气体的压力将高于周围环境大气压力，温度低于环漏的气体的压力将高于周围环境大气压力，温度低于环 境温度。在进行射流计算时，应该以等价射流孔口直径境温度。在进行射流计算时，应该以等价射流孔口直径 来计算，等价射流的孔口直径按下式计算来计

22、算，等价射流的孔口直径按下式计算: 0 0 dd 式中，式中，d0裂口直径，裂口直径，m； 0泄漏气体的密度，泄漏气体的密度，/m3； 周围环境条件下气体密度，周围环境条件下气体密度，/m3。 如果气体泄漏瞬间便达到周围环境的温度、压力状况，如果气体泄漏瞬间便达到周围环境的温度、压力状况， 即，则等价射流孔口直径等于裂口直径。即，则等价射流孔口直径等于裂口直径。 （1）等价射流孔口径计算）等价射流孔口径计算 （2）轴线浓度分布）轴线浓度分布 在射流轴线上距孔口在射流轴线上距孔口x处的气体浓度处的气体浓度 c（x） 132. 0 )( 0 1 21 d x b bb xc 式中，b1，b2是分布

23、函数： b1=50.5+48.2-9.952 b2=23.0+41.0 如果把上式写成如果把上式写成x是是c(x)的函数形式，则给定某浓度值的函数形式，则给定某浓度值c(x)， 可以计算出具有该浓度的点到孔口的距离可以计算出具有该浓度的点到孔口的距离x。 在过射流轴上点在过射流轴上点x且垂直于射流轴线的平面且垂直于射流轴线的平面 内任一点处的气体浓度内任一点处的气体浓度c(x，y)为：为： c(x，y)=c(x) 2 2 ( / )by x e 式中，式中，c(x)射流轴线上距孔口射流轴线上距孔口x处的气体浓度，处的气体浓度， kg/m3； b2分布参数，同前分布参数，同前 y对象点到射流轴线

24、的距离，对象点到射流轴线的距离，m。 第5节：突发火 突发火突发火 泄漏的可燃气体、液体蒸发的蒸汽在空气中扩散，泄漏的可燃气体、液体蒸发的蒸汽在空气中扩散， 遇引火源突然燃烧而没有爆炸。此种情况下，处遇引火源突然燃烧而没有爆炸。此种情况下，处 于气体燃烧范围内的全部室外人员将遇难死亡；于气体燃烧范围内的全部室外人员将遇难死亡； 建筑物内的部分人员将死亡。建筑物内的部分人员将死亡。 突发火后果分析主要计算可燃混合气体燃烧下限突发火后果分析主要计算可燃混合气体燃烧下限 随气团扩散到达的范围。为此可按气团扩散模型随气团扩散到达的范围。为此可按气团扩散模型 计算气团大小和可燃混合气体的浓度。计算气团大

25、小和可燃混合气体的浓度。 1、爆炸能量组成、爆炸能量组成 压力容器发生爆炸时，能量释放有三种形式压力容器发生爆炸时，能量释放有三种形式 （1）冲击波能量）冲击波能量 （2）碎片能量）碎片能量 （3）容器残余变形能量）容器残余变形能量 第6节：爆炸伤害准则 如果活塞突然向右移动，便有波向右传播。 在扰动传播过程中，扰动介质与未扰动介质之间存在 一个界面，这个界面就叫波阵面波阵面(wave front)。 扰动在介质中的传播速度 叫做波速波速(wave velocity)。 （要与介质的质点速度区分） 2 、冲击波 波的基本概念波的基本概念 冲击波冲击波 （shock wave），又称激波激波，冲

26、击波是冲击波是 由压缩波叠加形成的，是波阵面以突进形由压缩波叠加形成的，是波阵面以突进形 式在介质中传递的压缩波。式在介质中传递的压缩波。 发生爆炸时，容器内高压气体大量冲出，发生爆炸时，容器内高压气体大量冲出， 使周围空气发生扰动，使其状态（压力、使周围空气发生扰动，使其状态（压力、 密度、温度）发生突跃变化，使其传播速密度、温度）发生突跃变化，使其传播速 度大于扰动介质的声速，这种扰动在空气度大于扰动介质的声速，这种扰动在空气 中传播就形成冲击波。中传播就形成冲击波。 3、超压、超压 在离爆炸中心一定距离的地方，空气压力在离爆炸中心一定距离的地方，空气压力 会随时间发生迅速而悬殊的变化。开

27、始时会随时间发生迅速而悬殊的变化。开始时 压力突然升高、产生很大的正压、接着又压力突然升高、产生很大的正压、接着又 迅速衰减、在很短的时间内降至负压。如迅速衰减、在很短的时间内降至负压。如 此循环往复数次，压力逐渐衰减。开始产此循环往复数次，压力逐渐衰减。开始产 生的最大正压力，就是冲击波波阵面上的生的最大正压力，就是冲击波波阵面上的 超压。超压。 0 -0.2 0.5 1.0 51015 压力kgf/cm2 冲击波波阵面的负压阶段虽然时间较长，冲击波波阵面的负压阶段虽然时间较长， 但最大负压值要比最大正压值小很多，仅但最大负压值要比最大正压值小很多，仅 为最大正压值的几分之一，故在多数情况为

28、最大正压值的几分之一，故在多数情况 下冲击波的破坏作用主要是由波阵面上的下冲击波的破坏作用主要是由波阵面上的 超压引起的。超压引起的。 时间 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 10.020.030.040.0 超压超压-距离关系曲线距离关系曲线 超压超压kgf/cm2 m 4、爆炸伤害准则、爆炸伤害准则 （1）超压准则）超压准则 爆炸波对目标是否构成伤害，由爆炸波超爆炸波对目标是否构成伤害，由爆炸波超 压唯一确定，只有爆炸波超压大于某一临压唯一确定，只有爆炸波超压大于某一临 界值，才可能对目标构成破坏。界值，才可能对目标构成破坏。 p pcr 不同超压对建筑物的破坏作用不同超压对

29、建筑物的破坏作用 超压超压p，kpa破坏情况破坏情况 4. .905. .88 5889. .81 14. .7119. .61 19. .6129. .42 39. .2349. .03 58. .8468. .65 68. .6598. .07 98. .07196. .1 196. .1294. .2 门窗玻璃部分破碎门窗玻璃部分破碎 受压面的门窗玻璃大部分破碎受压面的门窗玻璃大部分破碎 窗框损坏窗框损坏 墙裂缝墙裂缝 墙裂大缝，屋瓦掉下墙裂大缝，屋瓦掉下 木建筑厂房屋柱折断，房架松动木建筑厂房屋柱折断，房架松动 砖墙倒塌砖墙倒塌 防震钢筋混凝土破坏，小屋倒塌防震钢筋混凝土破坏，小屋倒塌

30、 大型钢架结构破坏大型钢架结构破坏 100kg梯恩梯爆炸中心不同距离处冲击波超压梯恩梯爆炸中心不同距离处冲击波超压 距离，距离，m151620253035 超压超压p，kpa91.275.351.132.418.811.8 超压对人体的伤害超压对人体的伤害 超压超压p/mpa伤害程度伤害程度 0.020.03轻微损伤轻微损伤 0.030.05听觉器官受损或骨折听觉器官受损或骨折 0.050.1内脏损伤或死亡内脏损伤或死亡 0.1大部分人员死亡大部分人员死亡 死亡超压：死亡超压：90kpa；重伤超压：；重伤超压：44kpa； 轻伤超压：轻伤超压：17kpa；财产损失超压：；财产损失超压：13.8

31、kpa （2）冲量准则）冲量准则 由于伤害效应不仅与冲击波超压有关，而由于伤害效应不仅与冲击波超压有关，而 且还与持续的时间有关，爆炸波冲量是超且还与持续的时间有关，爆炸波冲量是超 压与持续时间的函数。压与持续时间的函数。 爆炸波是否对目标构成伤害，取决于爆炸爆炸波是否对目标构成伤害，取决于爆炸 波冲量的大小，如果冲量大于临界值，则波冲量的大小，如果冲量大于临界值，则 目标被破坏。目标被破坏。 iicr (3)超压超压-冲量准则冲量准则 综合考虑了超压和冲量两个方面，如果超综合考虑了超压和冲量两个方面，如果超 压和冲量共同作用，满足某一临界条件，压和冲量共同作用，满足某一临界条件， 目标就被破

32、坏。目标就被破坏。 crcr ppiic p超压；超压； pcr临界超压；临界超压； i冲量；冲量； icr临界冲量临界冲量 c常数，与目标的性质与破坏等级有关。常数，与目标的性质与破坏等级有关。 物理爆炸的爆炸能物理爆炸的爆炸能 压力容器在内部介质压力作用下发生的爆压力容器在内部介质压力作用下发生的爆 炸属于物理爆炸。炸属于物理爆炸。当压力容器内部介质相当压力容器内部介质相 态不同时，发生物理爆炸时的爆炸能计算态不同时，发生物理爆炸时的爆炸能计算 公式也不相同。公式也不相同。 第第7节：物理爆炸伤害分析节：物理爆炸伤害分析 （1）当盛装高压气体的压力容器发生爆炸）当盛装高压气体的压力容器发生

33、爆炸 时，其释放的爆炸能时，其释放的爆炸能e为：为： ) 10 (1 ) 1(10 e 1 5 p pv p爆炸前容器内部介质的压力，爆炸前容器内部介质的压力， pa v压力容器的容积，压力容器的容积，m3 气体的热容比。气体的热容比。 常见气体的热容比常见气体的热容比 气体名称气体名称值值气体名称气体名称值值 空气空气1.41.4丙烯丙烯1.151.15 氮气氮气1.41.4一氧化碳一氧化碳1.3951.395 氧气氧气1.3911.391二氧化碳二氧化碳1.2951.295 氢气氢气1.4121.412一氧化氮一氧化氮1.41.4 甲烷甲烷1.3151.315一氧化二氮一氧化二氮1.274

34、1.274 乙烷乙烷1.181.18二氧化氮二氧化氮1.311.31 丙烷丙烷1.131.13氢氰酸氢氰酸1.311.31 正丁烷正丁烷1.101.10硫化氢硫化氢1.321.32 乙烯乙烯1.221.22二氧化硫二氧化硫1.251.25 (2)当盛装液化气体的压力容器发生爆炸时，当盛装液化气体的压力容器发生爆炸时， 其爆炸能其爆炸能e可按下式计算可按下式计算 2 e 2 vp p爆炸前后介质的压力差，爆炸前后介质的压力差，p pa a； v v压力容器的容积，压力容器的容积，m m3 3； 液体的压缩系数，液体的压缩系数，papa-1 -1 。 （3）过热状态下液体在容器破裂时）过热状态下液

35、体在容器破裂时 ，除了，除了 气体的急剧膨胀外，尚有液体的激烈蒸发气体的急剧膨胀外，尚有液体的激烈蒸发 过程，其爆炸能为：过程，其爆炸能为： e=(h1-h2)-(s1-s2)t1w h1爆炸前液化气体的焓，爆炸前液化气体的焓，kj/； h2大气压力下饱和液化气体的焓，大气压力下饱和液化气体的焓，kj/； s1爆炸前液化气体的熵，爆炸前液化气体的熵，kj/ s2大气压力下饱和液化气体的熵，大气压力下饱和液化气体的熵，kj/； w饱和液化气体的质量，；饱和液化气体的质量，； t1介质在大气压力下的沸点，介质在大气压力下的沸点，k。 压力容器爆炸时，爆炸能量在相外释放时压力容器爆炸时，爆炸能量在相

36、外释放时 以冲击波能量、碎片能量和容器残余变形以冲击波能量、碎片能量和容器残余变形 能三种形式表现出来，即，能三种形式表现出来，即， 321 eeee 式中，式中，e-压力容器爆炸时释放的总能量，压力容器爆炸时释放的总能量，j； e1-冲击波能量，冲击波能量，j； e2-碎片能量，碎片能量，j； e3-容器残余变形能量，容器残余变形能量，j。 由于容器残余变形能量与其余两种形式能由于容器残余变形能量与其余两种形式能 量相比可以忽略不计，所以近似的认为：量相比可以忽略不计，所以近似的认为： 21 eee 根据一些实验研究，可以按下述公式计算爆炸时的冲击波根据一些实验研究，可以按下述公式计算爆炸时

37、的冲击波 能量能量e1和碎片能量和碎片能量e2 fee 1 efe)1 ( 2 其中其中f为碎片破裂能屈服系数，对于脆性破裂，为碎片破裂能屈服系数，对于脆性破裂，f=0.2， 对于塑性破裂，对于塑性破裂，f=0.6。 脆性破裂特征：脆性破裂特征： （1）容器没有明显的伸长变形，其内径也没有增）容器没有明显的伸长变形，其内径也没有增 大；大； （2）裂口齐平，断口呈金属光泽的结晶状；）裂口齐平，断口呈金属光泽的结晶状； （3）容器常常破裂成若干碎块；）容器常常破裂成若干碎块； （4）脆性破裂多数在温度较低的情况下发生；）脆性破裂多数在温度较低的情况下发生； （5）脆性破裂常用于高强度钢制造的容器

38、。）脆性破裂常用于高强度钢制造的容器。 塑性破裂的特征：塑性破裂的特征： （1）破裂压力容器器壁有明显的伸长变形；）破裂压力容器器壁有明显的伸长变形； （2）压力容器断口呈暗灰色纤维状，断口不齐平；）压力容器断口呈暗灰色纤维状，断口不齐平； （3）压力容器韧性断裂一般不产生碎片，而只是在）压力容器韧性断裂一般不产生碎片，而只是在 中部裂开一个中部裂开一个 形状为形状为“x”的口。的口。 4、冲击波影响范围、冲击波影响范围 冲击波以爆炸源为中心向外传播，冲击波冲击波以爆炸源为中心向外传播，冲击波 超压逐渐衰减。超压逐渐衰减。 冲击波超压大于某一破坏压力的范围即为冲击波超压大于某一破坏压力的范围即

39、为 冲击波影响范围，一般以冲击波影响半径冲击波影响范围，一般以冲击波影响半径 来量度。来量度。 压力容器爆炸时冲击波影响半径 式中，式中，r1影响半径变化率，可查。影响半径变化率，可查。 e1冲击波能量，冲击波能量，j； d压力容器直径，压力容器直径，m。 r可以按下式计算：可以按下式计算： r=0.022r1e1+d/2 5、碎片打击计算 碎片能量及碎片打击碎片能量及碎片打击 压力容器爆炸时碎片具有很大的动能向四压力容器爆炸时碎片具有很大的动能向四 周飞散，当碎片击中人员或设备、建筑物周飞散，当碎片击中人员或设备、建筑物 时将发生伤害或破坏。时将发生伤害或破坏。 压力容器内介质为液体时，容器

40、爆炸瞬间压力容器内介质为液体时，容器爆炸瞬间 碎片具有的能量较小，可以不考虑其影响。碎片具有的能量较小，可以不考虑其影响。 当容器内介质为气体或液化气体时，碎片当容器内介质为气体或液化气体时，碎片 具有较大的破坏力。具有较大的破坏力。 压力容器爆炸时碎片发出的初速度压力容器爆炸时碎片发出的初速度 v p f m v 1 2 0 0 m0压力容器本体质量，压力容器本体质量， f碎片破裂能屈服系数；碎片破裂能屈服系数； p爆炸前后的压力差，爆炸前后的压力差，pa； 热容比；热容比； v压力容器内气体体积，压力容器内气体体积，m3 受空气阻力影响，碎片飞行受空气阻力影响，碎片飞行s距离以后，其距离以

41、后，其 速度变为速度变为v： )exp( 00 s m a vv v0碎片的初速度，碎片的初速度，m/s； a碎片面积，碎片面积，m2； m碎片质量，；碎片质量，； 0空气密度，空气密度，/m3； s碎片飞行距离，碎片飞行距离，m。 高速飞行的碎片撞击到设备、建筑物，碎高速飞行的碎片撞击到设备、建筑物，碎 片的打击深度取决于碎片具有的动能和结片的打击深度取决于碎片具有的动能和结 构的强度。可以按下式计算碎片的打击深构的强度。可以按下式计算碎片的打击深 度度x： x=1.85 33. 133. 08 10vmcp cp贯透常数，其取值情况见表贯透常数，其取值情况见表 m碎片质量，；碎片质量，；

42、v碎片打击时的速度，碎片打击时的速度，m/s。 材料材料强度强度mn/mmn/m2 2贯透常数贯透常数c cp p 炭钢炭钢1 1 不锈钢不锈钢0.60.6 混凝土混凝土15152020 混凝土混凝土( (强化强化) )22221212 钢筋混凝土钢筋混凝土40407 7 砖砖5050 松软地面松软地面9090 不同结构的贯透常数不同结构的贯透常数cp 科克斯（科克斯（cox）等建议按下式计算打击深度）等建议按下式计算打击深度x： 12 x nn km v 式中，式中，m碎片质量，；碎片质量，； v碎片打击时的速度，碎片打击时的速度，m/s； k， n1,n2被打击物体的参数，其取值情况见表被

43、打击物体的参数，其取值情况见表 被打击物体的有关参数被打击物体的有关参数 物料物料 k kn1n1n2n2 混凝土，积压强度混凝土，积压强度 (35n/m(35n/m2 2) ) 1.81.81010-5 -5 0.40.41.51.5 砖结构砖结构2.32.31010-5 -5 0.40.41.51.5 软钢软钢0.60.61010-5 -5 0.330.331.01.0 1、蒸气云爆炸现象、蒸气云爆炸现象 side viewtop view h heat transfer from water to lng pool lng pool vapor cloud water l qualita

44、tive gas c o n c e n t r a t i o n contours vapor cloud 是指可燃气体或蒸气与空气的云状混合物在开阔地上空遇到是指可燃气体或蒸气与空气的云状混合物在开阔地上空遇到 点火源引发的爆炸。蒸气云爆炸的发生有一定的条件，包括点火源引发的爆炸。蒸气云爆炸的发生有一定的条件，包括 一定量的液化石油气泄漏，并与周围空气预混、延迟点火、一定量的液化石油气泄漏，并与周围空气预混、延迟点火、 局限化的空间等有关局限化的空间等有关。 第第8节：蒸气云爆炸伤害计算节：蒸气云爆炸伤害计算 2、tnt当量法当量法 （1）基本原理）基本原理： 将参加爆炸的可燃气体释放的

45、能量将参加爆炸的可燃气体释放的能量 折合成释放相同能量的折合成释放相同能量的tnt炸药的炸药的 量，这样就可以利用量，这样就可以利用tnt爆炸效应爆炸效应 的实验数据预测蒸汽云爆炸效应。的实验数据预测蒸汽云爆炸效应。 tnt tnt三硝基甲苯是一种带三硝基甲苯是一种带苯环的有机化合物，溶的有机化合物，溶 点为摄氏点为摄氏81度。它带有爆炸性，常用来制造炸药。度。它带有爆炸性，常用来制造炸药。 它经由甲苯的氮化作用而制成。呈黄色粉末或鱼它经由甲苯的氮化作用而制成。呈黄色粉末或鱼 鳞片状，难溶于水，可用于水下爆破。鳞片状，难溶于水，可用于水下爆破。 假定一定百分比的蒸气云参与了爆炸，对形成冲击波有

46、假定一定百分比的蒸气云参与了爆炸，对形成冲击波有 实际贡献，并以实际贡献，并以tnt当量来表示蒸气云爆炸的威力。用下式当量来表示蒸气云爆炸的威力。用下式 来估计蒸气云爆炸的来估计蒸气云爆炸的tnt当量当量wtnt ff tnt tnt w q w q tnt的爆炸热，的爆炸热，4.2304.836mj/kg，一般取，一般取 4.52mj/kg tnt q f q f w tnt w 蒸气云的爆炸效率因子，取值范围蒸气云的爆炸效率因子，取值范围0.0214.9%。 蒸气云的蒸气云的tnt当量，当量，kg； 蒸气云中燃料的总质量，蒸气云中燃料的总质量，kg； 燃料的燃烧热，燃料的燃烧热，mj/kg

47、 （2）tnt当量计算当量计算 tnt ff tnt q qw w 8 . 1 （3）伤害半径计算）伤害半径计算 超压与距离的关系超压与距离的关系 1）爆炸中心与给定超压的距离）爆炸中心与给定超压的距离 2 1/3 0.3967exp 3.5031 0.7241ln0.0398 ln tnt xwpp 超压单位超压单位psi，1psi=6.9kpa psi=pounds per square inch 23 0 ln(/)0.9126 1.5058(ln)0.1675(ln)0.0320(ln) s ppzzz 2）距离爆炸中心某一点处冲击波超压）距离爆炸中心某一点处冲击波超压 （0.3z12） 13 0 /() e zr p 1.8 fc ew q 适用范围适用范围 死亡区半径死亡区半径 37. 0 5 . 0 1000 6 .13 tnt w r 财产损失半径财产损失半径 6/1 3/1 4 3175 1 tnt tnt w kw r 3）经验公式 4、伤害概率 2.47 1.43ln r pp死亡概率 冲击波超压伤害概率方程通常使用冲击波超压伤害概率方程通常使用purdy等人的概等人的概 率方程率方程 计算示例 设2000m3汽油罐发生较大规模泄漏，泄漏量 37857kg，经蒸发形成油蒸气，遇点火源发生爆 炸事故