爆炸冲击波伤害破坏作用定量分析

爆炸冲击波伤害破坏作用定量分析

傅智敏,黄金印,臧　娜

(中国人民武装警察部队学院,河北廊坊065000)

　　摘　要:针对爆炸事故后果定量分析中存在的模糊认识,对冲击波超压估算方法和爆炸能量计算模型进行了系统论述。冲击波的破坏伤害作用主要取决于峰值超压的大小,立方根比例定律是定量估算冲击波超压最常用的方法。物理性爆炸产生的能量大小与容器内介质的状态和容器的容积有关,化学性爆炸能量的大小主要取决于参与爆炸性燃烧反应的可燃物质的量和燃烧热。蒸气云爆炸能量的估算方法主要有TNT法和TNO法两种,蒸气云爆炸及爆轰的破坏伤害作用既可使用立方根比例定律进行分析,也可以直接使用相关经验模型。

关键词:爆炸;冲击波;峰值超压;立方根比例定律;蒸气云爆炸

中图分类号:X932,TQ564　　文献标志码:A文章编号:1009-0029(2009)06-0390-06

表1　1000kgTNT地面爆炸时冲击波超压对建筑物的破坏作用

Δp/kPa5～66～1515～2020～3040～5060～7070～100100～200200～300

破坏作用

门、窗玻璃部分破碎

受压面的门窗玻璃大部分破碎窗框损坏墙裂缝

墙裂大缝,屋瓦掉落

木建筑厂房房柱折断,房架松动砖墙倒塌

防震钢筋混凝土破坏,小房屋倒塌大型钢架结构破坏

表2　冲击波超压对人员的伤害作用

Δp/kPa<19.6

冲击波破坏效应能保证人员安全人体受到轻微损伤损伤人的听觉器官或产生骨折严重损伤人的内脏或引起死亡

大部分人员死亡

研究表明,爆炸的破坏作用主要是由冲击波产生的。无论是化学性爆炸还是物理性爆炸都会形成冲击波。冲击波的破坏作用可用峰值超压、持续时间和冲量三个特征参数衡量。冲击波破坏伤害准则主要有超压准则、冲量准则和超压—冲量准则等,其中最常用的是超压准则。定量分析爆炸冲击波的伤害破坏作用,先要确定爆炸产生的冲击波超压与爆炸能量间的关系,进而分析不同爆炸情形下产生的能量及伤害破坏作用。1　冲击波破坏伤害作用的估算

冲击波是一种介质状态(压力、密度、温度等)突跃变化的强扰动传播,最常见的形式是空气冲击波,其传播速度大于声速。多数情况下,冲击波的破坏伤害作用是由超压引起的。超出周围压力的最大压力称为峰值超压Δp,一般情况下超压意味着侧向超压,即压力是在压力传感器与冲击波相垂直的条件下测量得到的。1.1　冲击波超压的破坏伤害作用

峰值超压Δp可以达到数个甚至数十个大气压。冲击波超压对建筑物的破坏作用和对人员的伤害作用如表1和表2所示。

冲击波波阵面上的超压与产生冲击波的能量有关。在其他条件相同的情况下,爆炸能量越大,冲击波强度越大,波阵面上的超压也越大。爆炸产生的冲击波是立体冲击波,它以爆炸点为中心,以球面或半球面向外扩展传播。随着半径增大,波阵面表面积增大,超压逐渐减弱。39019.6～29.429.4～49.049.0～98.0>98.0

1.2　立方根比例定律

立方根比例定律又称为Hopkinson-Cranz比例定律。两个几何相似但尺寸不同的同种炸药在相同的大气环境条件下爆炸,必然在相同的比例距离产生相似的冲击波。Hopkinson-Cranz比例距离见式(1)所示。z=R/E

式中:R为冲击距离,m;E为爆炸能量,kJ。1.2.1　当量比例距离法

1973年,Baker提出用TNT当量比例距离估算超压。即冲击波超压可由TNT当量mTNT,以及距地面上爆炸源点的距离R来估算,见式(2)所示。

1/3

(2)ze=R/mTNT

式中:mTNT=E/QTNT,QTNT为TNT的爆炸当量能量,

1/3

(1)

一般取平均值4686kJ/kg。

发生在平坦地面上的TNT爆炸产生的侧向峰值超压与比例距离间的关系如图1所示,其曲线关系可用式(3)描述。Δp=pa

16161+

1+

ze

0.0482

ze4.5ze0.3222

1+1+

ze

1.352

(3)

FireScienceandTechnology,June2009,Vol28,No.6

式中:pa为周围环境压力。

在确定出TNT当量比例距离ze后,即可由图1直接查得爆炸产生的冲击波峰值超压,或根据式(3)计算求得。对于发生在敞开空间的远高于地面的爆炸,所得到的超压值应乘以0.5。

表3　1000kgTNT空中爆炸时的冲击波超压R0/m56789101214161820253035

Δp/MPa2.942.061.671.270.950.760.500.3300.2350.1700.1260.0790.0570.043

R0/m404550556065707590109144166201

Δp/MPa0.03300.02700.02350.02050.01800.01600.01430.01300.01000.00750.00500.00400.0030

图1　平坦地面上TNT爆炸的侧向峰值超压与ze间的关系

1.2.2　模拟比法

根据立方根比例定律和BakerTNT当量比例距离可以得出式(4)。

R=

R0

3

R=

K·mTNT

317521+

mTNT

1/3

1/6

(5)

mTNT

= =0

mTNT0TΔpΔp

(4)

式中:R为冲击波作用下的房屋破坏半径,m;K为破坏常数,与房屋破坏程度有关,其取值参见表4。在精度不太高的财产损失计算中,根据B级破坏状况求出的半径可作为财产损失半径,并假定此半径内没有损失的财产与此半径外损失的财产相互抵消;也可以假定此半径范围内的财产全部损失,此半径外的财产完全没有损失。

表4　房屋破坏程度

破坏

等级ABCbCaD

破坏常数

K3.84.69.62856

破坏状况

房屋几乎被完全摧毁

房屋50%～75%的外部砖墙被摧毁,或不能继续安全使用,必须推倒

屋顶部分或完全坍塌,1～2个外墙部分被摧毁,承重墙严重破坏,需要修复

房屋隔板从接头上脱落,房屋结构至多受到轻微破坏

屋顶和盖瓦受到一定程度的破坏,10%以上的窗玻璃破裂,房屋经过修复可继续居住

式中:R0为试验爆炸时目标与爆炸中心的距离,m;mTNT0为试验爆炸时TNT炸药量,kg;Δp为实际爆炸时目标处的超压,kPa;Δp0为试验爆炸时目标处的超压,kPa;T为实际爆炸与试验爆炸的无量纲模拟比。

式(4)表明,不同数量的TNT炸药发生爆炸时,如果目标与爆炸中心的距离之比等于TNT炸药量的三次方根之比,则所产生的冲击波超压相同。利用式(4)就可以根据某些已知炸药量的试验所测得的超压来确定在各种相应距离下任意炸药量(当量)爆炸时的超压。表3为1000kgTNT发生空中爆炸时,在与爆炸中心不同距离处测得的冲击波超压。大多数爆炸都被认为是发生在地面上的,由表3所得到的超压值应乘以2。如果已知距离爆炸中心R处冲击波的破坏伤害作用,还可以反推爆炸中心的爆炸能量。1.3　冲击波对房屋的破坏

爆炸冲击波能不同程度地破坏周围的房屋和建筑设施,造成直接经济损失。房屋的破坏程度不仅与爆炸源性质、爆炸能量、冲击距离等因素有关,而且与房屋本身的结构有关。1968年Jarrett对100次爆炸事故(涉及TNT、硝化甘油、硝化棉和铝末混合炸药等爆炸物类型,药量从136.1kg到2.4×106kg)系统调查研究的结果进行了归纳总结,得出了英式砖石结构房屋破坏程度与药量、距离间的关系,见式(5)所示。

消防科学与技术2009年6月第28卷第6期

2　物理性爆炸能量的计算

物理性爆炸如压力容器破裂时,爆炸能量与介质

在容器内的物性相态和容器的容积有关。有的介质以气态存在,如空气、氧气、氢气等,有的以液态存在,如高温饱和水、液氨、液氯等液化气体。容积与压力相同而相态不同的介质,在容器破裂时的爆炸过程不同,爆炸产生的能量也不同。

2.1　气体介质压力容器的爆炸能量

盛装气体的压力容器在破裂时,气体膨胀所释放

391的能量与压力容器的压力和容积有关。其爆炸过程是容器内的气体由容器破裂前的压力降至大气压力的一个简单膨胀过程,所以历时一般都很短,不管容器内介质的温度与周围大气存在多大的温差,都可以认为容器内的气体与大气无热量交换,即此时气体介质的膨胀是一个绝热膨胀过程。因此其爆炸能量亦即为气体介质膨胀所做的功,见式(6)所示。

pVEg=κ-11-0.1013p

κ-1κ　　对于干饱和水蒸气,κ=1.135,其爆炸能量可用式(8)计算。

(8)Ev=Cv·V

式中:Ev为干饱和水蒸气介质压力容器的爆炸能量,

3

kJ;Cv为干饱和水蒸气的爆炸能量系数,kJ/m。Cv=7.5p1-0.1013p

0.1189×103,常用压力下干

1.135)

×10

3

(6)

饱和水蒸气的爆炸能量系数如表7所示。

表7　常用压力下干饱和水蒸气及饱和水的爆炸能量系数(κ=

p/MPa0.40.60.91.42.63.1

Cv/kJ·m-34.5×1028.5×1021.5×1032.8×1036.2×1037.7×103

Cw/kJ·m-3

9.6×1031.7×1042.7×1044.1×1046.7×1047.7×104

式中:Eg为压缩气体介质压力容器的爆炸能量,kJ;p

为爆炸前气体的绝对压力,MPa;V为压力容器的容积,m;κ为气体的绝热指数,可按气体分子的组成近似确定,如双原子分子κ为1.4,三原子和四原子分子κ为1.2～1.3。常用气体绝热指数见表5。

绝热指数为1.4或接近1.4的空气、氮气、氧气、氢气和一氧化碳等双原子气体的爆炸能量见式(7)所示。

E双=C双·V

C双为压缩气体的爆炸能量系数,kJ/m。

C双=2.5p1-0.1013p

0.28573

3

(7)

2.2　气液两相介质压力容器的爆炸能量

液化气体和高温饱和水一般在容器内以气液两相存在,当容器破裂发生爆炸时,除了气体的急剧膨胀做功外,还有过热液体激烈的蒸发过程。在大多数情况下,这类容器内的饱和液体占有容器介质质量的绝大部分,它的爆破能量比饱和气体大得多,一般计算时不考虑气体膨胀做的功。过热状态下液体在容器破裂时释放的能量可按式(9)计算。

EgL=[(H1-H2)-(S1-S2)Tb]·m

(9)

式中:E双为双原子气体介质压力容器的爆炸能量,kJ;

3

×10

C双是气体绝对压力p的函数,常用压力下压缩气体爆炸能量系数见表6。

表5　常用气体的绝热指数

气　体空　气氮　气氧　气氢　气氯　气甲　烷二氧化碳一氧化二氮一氧化氮二氧化氮二氧化硫

氨

κ1.4001.4001.3971.4121.3501.3151.2951.2741.4001.3101.2501.320

气　体乙　烷丙　烷正丁烷乙　烯丙　烯一氧化碳硫化氢氰化氢氯甲烷氯乙烷干饱和水蒸气过热水蒸气

κ1.1801.1301.1001.2201.1501.3951.3201.3101.2801.1901.1351.300

式中:EgL为液化气体介质压力容器的爆炸能量,kJ;H1为爆炸前液化气体的焓,kJ/kg;H2为大气压力下液化气体的焓,kJ/kg;S1为爆炸前液化气体的熵,kJ/(kg·K);S2为大气压力下液化气体的熵,kJ/(kg·

K);Tb为大气压力下液化气体的沸点,K;m为液化气体的质量,kg。

高温饱和水发生物理爆炸时,爆炸能量可由式(10)计算。

(10)Ew=Cw·V

式中:Ew为高温饱和水介质压力容器的爆炸能量,kJ;

3

Cw为高温饱和水的爆炸能量系数,kJ/m,参见表7;V

表6　常用压力下压缩气体的爆炸能量系数(κ=1.4时)p/MPa0.30.50.70.91.11.7

·m-3C双/kJ2.0×1024.6×1027.5×1021.1×1031.4×1032.4×103

p/MPa2.64.15.16.515.132.1

·m-3C双/kJ3.9×1036.7×1038.6×1031.1×1042.7×1046.5×104

为压力容器内饱和水的体积,m。

2.3　液体介质压力容器的爆炸能量

介质为常温液体的压力容器发生物理性爆炸时,所释放的能量等于液体加压时所做的功,见式(11)。

(p-p0)VTt

EL=2

2

3

(11)

式中:EL为液体介质压力容器的爆炸能量,J;p为爆

炸前液体的绝对压力,Pa;p0为大气压力,Pa;V为压

392FireScienceandTechnology,June2009,Vol28,No.6

力容器的容积,m3;at为压力p、温度t时液体的压缩系数,Pa-1。3　化学性爆炸与蒸气云爆炸事故后果分析

化学性爆炸通常发生在容器、装置内部或某一局部空间,它是由于剧烈的化学反应(主要是燃烧反应)产生大量气体和热量所致的爆炸。

3.1　化学性爆炸能量的理论计算

爆炸性混合气体爆炸所放出的能量,可根据参与反应的可燃气体量和气体的燃烧热(高热值)直接计算求得,见式(12)所示。

E=V·ΔHc

(12)

脂肪烃,通常推荐值是3%;对于某些烯烃,观察到的值大约是6%。含氧燃料趋向于高的效率因子,可以达到16%～18%。表8列出了一些物质的爆炸效率因子。

表8　一些物质的爆炸效率因素

爆炸效率因子

乙　醛丙　酮

乙　烷乙　醇

甲　烷甲　醇

物质名称乙酸丙酯丙　烯二氯丙烷苯乙烯

氰甲基异丙基苯

癸　烷二氯苯二氯乙烷二甲醚氢氰酸氢硫化氢异丁醇

异辛烷戊　烷石油醚邻苯二甲酸酐

丙烷丙　醇异丙醇异丁烯二甲苯萘

丙烯腈乙酸乙酯乙酸甲酯乙酸戊酯戊　醇3%

苯

乙　胺

甲　胺

乙　苯甲基丁基酮四氟乙烯氯乙烷

氯甲烷

甲　苯

式中:E为化学性爆炸时的爆炸能量,kJ;V为参与爆

3

炸反应的可燃气体(蒸气)在标准状态下的体积,Nm;

·Nm-3。ΔHc为可燃气体(蒸气)的体积燃烧热,kJ3.2　蒸气云爆炸事故后果分析

作为化学性爆炸的一种,蒸气云爆炸(VCEs,VaporCloudExplosions)是由于气体或易于挥发的液

体可燃物的大量快速泄漏,与周围空气混合形成覆盖范围很大的“预混云”,在某一有限空间遇点火源而导致的爆炸。蒸气云爆炸主要因冲击波造成破坏和伤害。

根据蒸气云爆炸冲击波预测模型的特点和复杂性,可将其分成数值模型、物理模型和相关模型三种。数值模型大多数是基于CFD(ComputationalFluidDynamics)方法,由于其需要高性能的计算机以及模拟计算时间长等缺点,使得此方法在蒸气云模拟方面的应用和推广受到限制;物理模型属于简化模型,物理模型用简化的方法来描述蒸气云的物理过程,能够预测大范围内的爆炸超压,但由于其简化了蒸气云的爆炸过程,因而此类模型的模拟与预测精度受到影响。相关模型也就是缩放比率模型,是依靠实验结果而建立起来的,典型的蒸气云相关模型包括TNT当量模型、TNO模型、ME模型和CAM模型等。比较而言,相关模型更易应用于火灾风险评价领域,笔者重点讨论蒸气云爆炸的TNT当量法和TNO多能法。

3.2.1　TNT当量法估算蒸气云爆炸能量

TNT当量法是把蒸气云爆炸的破坏作用转化成TNT爆炸的破坏作用,可燃蒸气云爆炸时的TNT当量mTNT计算见式(13)所示。

T·m·ΔHc

mTNT=QTNT

(13)

6%

丁二烯甲酸乙酯甲基乙基酮乙酸乙烯酯丁　烷丙酸乙酯甲酸甲酯丁　烯乙酸丁酯一氧化碳丙烯醛二硫化碳

糠　醇

甲硫醇

氯乙烯偏氯乙烯水煤气

庚　烷甲基丙基酮己　烷乙　醚

乙　烯

甲基乙烯酯环己烷环氧丙烷

乙烯醚亚硝酸乙酯

丙　炔

乙烯基乙炔

乙　炔硝酸乙酯硝酸异丙酯硝基甲烷19%

亚乙基氧

联　氨

　　求出可燃蒸气云爆炸时的TNT当量后,由式(2)

及图1或式(3)、式(4)及表3即可估算出冲击波超压大小及其破坏伤害作用。TNT当量法适用于很强的蒸气云爆炸且用以模拟爆炸远场时偏差较小,模拟爆炸近场时可能会高估蒸气云爆炸产生的超压。3.2.2　TNO多能法估算蒸气云爆炸能量

TNO多能法由荷兰国家应用科学研究院(TheNetherlandsOrganizationforAppliedScienceResearch,TNO)于1985年在大量的实验和数值研究基础上提出并逐步完善起来的,是目前模拟预测蒸气云爆炸的常用方法。

TNO多能法以半球形蒸气云为模型,假设中心点火,火焰以恒定的速度传播。通过数值模拟,得到如图2和图3所示的爆炸冲击波特性曲线。图2和图3分别给出了Sachs比拟侧向峰值超压Δps(Δp/pa)与Sachs

R比拟距离R(1/3及冲击波无量纲正相比拟距离R

E/pa)

间的关系曲线。其中,Δp为侧向峰值超压,kPa;pa为周围环境压力,kPa;R为目标到蒸气云中心的距离,m;E为可燃蒸气云的爆炸能量,kJ;t+为冲击波正相持续时间,s;c0为周围环境的音速,m/s。

在图2和图3中,爆炸冲击波初始强度是一个可变参数,取值为1到10之间的任一整数。1代表最弱的初始强度,10代表最强的初始强度,即气体爆轰产生的爆炸强度。实线表示高强度的爆炸冲击波,虚线表示

393式中:T为可燃蒸气云爆炸效率因子,统计平均值为0.04;m为蒸气云中可燃物的质量,kg。

爆炸效率因子是爆炸事故后果分析中最重要也是最难准确知道的参数,其范围为2%～20%。对于多数

消防科学与技术2009年6月第28卷第6期

低强度的爆炸冲击波。由图2和图3可以看出,在初始强度大于6或7的情况下,如果冲击距离大于某个临界值,爆炸强度几乎与初始强度无关。爆炸冲击波初始强度的大小与蒸气云所处空间的受限程度有关,其所处空间受限程度越大,对增加气云湍流度越有利,初始强度等级越高。根据前人的实际应用经验,在工程上应用多能法模拟计算蒸气云爆炸时,爆炸冲击波初始强度的选取依据如下:对于敞开空间区域,初始强度等级为1;对于敞开空间且有少量树木存在的区域,初始强度等级为2;对于敞开空间但一开始就存在湍流或由于喷射泄漏产生的湍流,初始强度等级为3;对于储罐库区等一定程度受限的空间,初始强度等级为7;对于工艺装备,初始强度等级为10。因此,对于一般的蒸气云爆炸,选取爆炸冲击波初始强度等级为7。选取爆炸冲击波初始强度等级为10进行蒸气云爆炸模拟计算是最保守的处理方法。

见式(14)。　lnΔp=-0.9126-1.5058ln2R-0.032ln3Rps

(14)

R。1/3≤12(E/pa)

3.2.4　蒸气云爆轰伤害作用区域

其适用范围为:0.3≤R=

假设化学计量比的丙烷—空气混合物在低空发生爆轰,冲击波的伤害破坏作用区域分别估算如下,其计算精确度为95%。

(1)死亡区域半径。人在冲击波作用下50%头部撞击致死的区域半径R1的计算见式(15)。

R1=1.980mp

0.447

(15)

式中:R1为死亡半径,m;mp为蒸气云中可燃气体的丙

T·m·ΔHc

烷当量,kg;mp=,其中Qp为丙烷的燃烧

Qp

热,一般取50290kJ·kg-1。

(2)重伤区域半径。重伤区域半径R2是指人在冲击波作用下50%耳鼓膜破裂的区域半径,对应的冲击波超压值为44kPa。R2的计算见式(16)。

1/3

R2=9.187mp

(16)

(3)轻伤区域半径。轻伤区域半径R3是指人在冲击波作用下1%耳鼓膜破裂的区域半径,对应的冲击波超压值为17kPa。R3的计算见式(17)。

R3=17.877mp

1/3

(17)

3.2.5　蒸气云爆炸的冲击波损害半径

1979年,TNO根据真实气体蒸气云爆炸实验数据提出了计算蒸气云爆炸冲击波损害半径的经验公式,见式(18)。与丙烷当量模型相比,该模型计算结果相对保守,偏于安全。

R=C(NE)

1/3

(18)

式中:R为冲击波损害半径,m;C为经验常数,取0.03～0.4,见表9;N为效率因子,与可燃蒸气云持续扩散所造成的浓度下降和燃烧效率有关,可近似取10%;E为可燃蒸气云的爆炸能量,kJ,E的计算方法与化学性爆炸能量的理论计算方法相同。

表9　损害等级与经验常数

损害等级

C

建筑物、设备破坏

人员伤害

1%人员死亡、人员肺部伤害、

50%以上的人员耳膜破裂、50%以上的人员被碎片击伤1%人员耳膜破裂、1%人员被碎片击伤

人员被碎玻璃击伤

根据蒸气云爆炸初始强度和爆炸能量的不同选用爆炸冲击波特性曲线,就可以确定蒸气云爆炸产生的冲击波特性参数,再根据冲击波特性参数的大小估计目标的破坏伤害程度。

3.2.3　蒸气云爆轰产生的冲击波超压

蒸气云爆轰时,产生的冲击波正相超压满足关系3941

建筑物、设备破坏

0.03

严重0.06

建筑物外部可修复性破坏

234

0.15玻璃破碎0.40

10%玻璃破碎

FireScienceandTechnology,June2009,Vol28,No.6

4　结束语

在爆炸火灾事故中,爆炸冲击波往往会造成强烈的伤害破坏作用。进行爆炸冲击波伤害破坏作用分析需要首先估算爆炸能量的大小,然后选择合适的冲击波破坏伤害准则进行定量分析判断。冲击波的破坏伤害作用主要取决于超压的大小,立方根比例定律是定量估算冲击波超压最常用的方法。无论是物理性爆炸还是化学性爆炸,都有可能会形成冲击波。物理性爆炸能量与介质在容器内的物性相态和容器的容积有关,分为气体介质压力容器的爆炸能量、气液两相介质压力容器的爆炸能量和液体介质压力容器的爆炸能量三类。化学性爆炸能量的大小主要取决于参与爆炸性燃烧反应的可燃物质的量和燃烧热;蒸气云爆炸能量的估算方法主要有TNT法和TNO法,蒸气云爆炸及爆轰的破坏伤害作用既可使用立方根比例定律进行分析,也可以直接使用相关经验模型。依据这些模型进行爆炸事故后果定量分析,可以为消防重大危险源的确定与分级、重大爆炸火灾事故的预防、灭火救援预案的制订以及爆炸火灾事故救援决策提供科学依据与理论指导,最大限度地降低爆炸火灾事故发生的可能性和事故的危害性,减少事故处置过程中可能造成的次生损失和影响。

参考文献:

[1]傅智敏,黄金印,付敏.烃类流体火灾伤害破坏作用定量分析[J].中

国安全科学学报,2008,18(9):29-36.

[2]李伟,汪佩兰.某LNG储罐蒸气云火灾爆炸数值模拟[J].北京理工

大学学报,2003,23(增刊):307-311.

[3]赵刚.火电厂贮氢罐物理爆炸事故后果定量分析[J].湖北电力,

2004,28(4):40-41.

[4]吴宗之,高进东,魏利军.危险评价方法及其应用[M].北京:冶金

工业出版社,2004.

[5]刘诗飞,詹予忠.重大危险源辨识及危害后果分析[M].北京:化学

工业出版社,2004.

[6]蒋军成.事故调查与分析技术[M].北京:化学工业出版社,2004.[7]蒋军成,郭振龙.工业装置安全卫生预评价方法[M].北京:化学工

业出版社,2004.

[8]王若菌,蒋军成.LPG蒸气云爆炸风险评估中的参数不确定性分析

[J].南京工业大学学报,2005,27(6):12-15.

[9]郭吉红.压力容器爆炸事故分析和后果预测[J].工业安全与环保,

2005,31(9):52-54.

[10]魏新利,李惠萍,王自健.工业生产过程安全评价[M].北京:化学

工业出版社,2005.

[11]张瑞华,陈国华,张晖,等.TNO多能法在蒸气云爆炸模拟评价中

的工程应用[J].华南理工大学学报(自然科学版),2006,34(5):109-114.

[12]涂吉兴,揭业香.LNG储罐组泄漏爆炸事故后果模拟[J].安防科消防科学与技术2009年6月第28卷第6期

技,2006(11):25-27.

[13]霍然,杨振宏,柳静献.火灾爆炸预防控制工程学[M].北京:机械

工业出版社,2007.

[14]傅智敏.工业企业防火[M].北京:中国人民公安大学出版社,

2008.

[15]丹尼尔A.克劳尔,约瑟夫F.卢瓦尔.化工过程安全理论及应用

[M].蒋军成,潘旭海(译).北京:化学工业出版社,2004.

[16]CenterforChemicalProcessSafety.GuidelinesforEvaluatingthe

CharacteristicsofVaporCloudExplosions,FlashFires,andBLEVE’s[M].NewYork:Engineers,1994.

AmericanInstituteforChemical

Quantitativeanalysisforconsequence

ofexplosionshockwave

FUZhi-min,HUANGJin-yin,ZANGNa

　　(ChinesePeople'sArmedPoliceForceAcademy,HebeiLangfang065000,China)

:BothphysicalexplosionandchemicalexplosionmayAbstract

resultinseriousdamageduetoshockwave.Theestimatingmethodsforshockwaveoverpressureandcalculatingmodelsfor

systemataciallyto

quantitativelyanalyzethedamageofshockwave.Thedamageofshockwavemainlydependsonpeakoverpressureandscaledcuberootdistanceisthemostcommonmethodtoestimatetheshock

waveoverpressure.

Energy

released

by

physical

explosionisrelatedtophaseofmaterialandvolumeofthecontainer.Energyreleasedbychemicalexplosiondependsonquantityofcombustiblesubstancesandcombustionheat.TherearetwomethodsofTNTequivalentmethodandTNOmulti-energymethodtocalculatetheenergyofvaporcloudexplosion.Thedamageofvaporcloudexplosionanddetonationcanbeanalyzedbyeitherscaledcuberootlaworrelevantexperiencemodels.Quantitativeanalysisonconsequenceofexplosionaccidentsisofgreatpracticalsignificanceforidentificationandclassificationoffiremajorhazard,mappingoutfire-fighting&rescuepreplananddecisionmakingfor

explosion&fireaccidentsrescue.

Keywords:explosion;shockwave;peakoverpressure;scaledcuberootlaw;vaporcloudexplosion

explosion

energy

are

studied

作者简介:傅智敏(1968-),女,中国人民武装警察部队学院消防工程系防火工程教研室主任,教授,博士,主要从事消防工程专业教育、工业企业防火、火灾风险分析技术、易燃易爆危险品消防以及灭火剂方面的教学、科研和管理工作,河北省廊坊市,065000。

收稿日期:2009-02-25

395