當Z≥1時，公式的精確度較高；當Z<1時，測點距爆炸點較近，因受到爆炸產(chǎn)物的影響，使得數(shù)據(jù)有一定的偏差。根據(jù)公式(5)～(7)，繪制出當爆炸前氣瓶儲氣壓力p1為20.101MPa時，氣瓶容積V1分別為50、70、90、120L的4種常用氣瓶，爆炸產(chǎn)生的沖擊波超壓峰值p與測點到爆炸點的距離d的關(guān)系曲線，見圖3。

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進一步分析可知，沖擊波超壓峰值與爆炸前氣瓶容積、儲氣壓力以及測點到爆炸點的距離有關(guān)：當氣瓶容積和儲氣壓力一定時，距離爆炸點越近，沖擊波超壓峰值越大；相同的距離，氣瓶容積越大、儲氣壓力越大，相應(yīng)的TNT當量越大，爆炸產(chǎn)生的沖擊波超壓峰值也越大；在距離爆炸點越近的地方，不同的氣瓶容積產(chǎn)生的沖擊波超壓峰值的大小差異越明顯。

衡量爆炸危害的方法主要有超壓準則、沖量準則和超壓一沖量準則等，由于有關(guān)沖量準測或超壓一沖量準則造成人員傷害或設(shè)備破壞的文獻數(shù)據(jù)比較缺乏，因此采用最常用的超壓準則，認為只要沖擊波超壓達到一定值，就會對目標產(chǎn)生破壞傷害作用。

①對人體的危害

沖擊波對人體的損傷程度，與人體受損傷時的姿勢、位置、沖擊波超壓峰值和作用時間有關(guān)，而且人體不同部位的損傷閾值不同。目前，國內(nèi)外還沒有統(tǒng)一的閾值標準，不同國家不同領(lǐng)域都是根據(jù)實際情況采用不同的閾值。

全球領(lǐng)先的專業(yè)風(fēng)險管理服務(wù)機構(gòu)挪威船級社(DNV)在SAFETI軟件的定量風(fēng)險評價中，根據(jù)沖擊波對人體的損傷程度，按沖擊波超壓峰值的大小，將爆炸產(chǎn)生沖擊波的危害程度分為死亡、重傷、中等傷害、輕傷、安全5個區(qū)域，并給出了各個區(qū)域?qū)?yīng)的爆炸沖擊波危害閾值標準^[8]。根據(jù)該閾值，本文采用MATLAB編制計算程序^[9]，計算出4種常見規(guī)格的氣瓶在20MPa的情況下破裂發(fā)生物理性爆炸達到人體危害閾值的距離，見表1。

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文獻[10]研究沖擊波對人體的危害作用時，根據(jù)沖擊波超壓峰值的大小，將危害程度大致地分為4個區(qū)域：當沖擊波超壓峰值大于100kPa時大部分人死亡，50～100kPa時內(nèi)臟嚴重損傷或死亡，30～50kPa時聽覺器官損傷或骨折，20～30kPa時輕微損傷。根據(jù)文獻[10]提供的危害范圍，編制計算程序，繪制出4種常用規(guī)格的氣瓶在20MPa的情況下破裂發(fā)生物理性爆炸對人體的危害程度，見圖4。

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對比圖4和表1中的數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析后可知，采用不同的危害閾值標準，計算出的危害范圍不同，但其差別不大。總的來說，常用規(guī)格的氣瓶破裂發(fā)生物理性爆炸時，距離爆炸點3m以內(nèi)的區(qū)域人員死亡的可能性很大。而圖4中輕微損傷以外的區(qū)域，即氣瓶物理性爆炸產(chǎn)生的沖擊波超壓峰值小于20kPa的區(qū)域，為人員的安全區(qū)域，該區(qū)域可用于事故即將發(fā)生時人員的撤離和事故的安全防范。

②對汽車的危害

沖擊波除了對人造成危害外，還對汽車以及周圍的物體等造成危害。本文中沖擊波超壓峰值的計算是基于自由場空氣的計算，但是實際上當汽車裝載的氣瓶發(fā)生爆炸時，車體內(nèi)壁與沖擊波相互作用后，經(jīng)過反射和疊加，會使得沖擊波出現(xiàn)兩個峰值，然后再逐漸衰減，這就使得車內(nèi)人員和車體本身所受到的傷害比在自由場空氣中爆炸受到的傷害更大^[11]。汽車對沖擊波的約束和阻礙作用不僅與氣瓶爆炸所產(chǎn)生的能量有關(guān)，而且與車內(nèi)物體的形狀、強度和彈性等參數(shù)有關(guān)^[12]。由于汽車結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性以及汽車裝載的隨機性，要確定沖擊波對汽車的危害程度很困難。

對于汽車車體，車門的抗沖擊能力要比主體車架小，沖擊波在車門處受到的約束較弱，沖擊波會將車門震掉，而汽車的主體車架對沖擊波的阻礙作用要比車門大，沖擊波會使得車體嚴重變形。汽車最脆弱的部分是汽車玻璃，當沖擊波超壓峰值為0.5～2kPa時，就可以使汽車的玻璃部分破碎，當沖擊波超壓峰值達到2～12kPa時，汽車玻璃全部破碎。一般CNG出租車長度在5m以內(nèi)，公交車在10m左右，而經(jīng)過計算可知，即使是50L的氣瓶在20MPa的情況下在自由場空氣中發(fā)生物理性爆炸，10m以內(nèi)產(chǎn)生的沖擊波超壓峰值也在9.89kPa以上。因此不論氣瓶放置在車上的任何位置，若無任何防護措施，氣瓶在20MPa的狀態(tài)下破裂發(fā)生物理性爆炸的能量，足以使該汽車的玻璃全部破碎。

另外，部分CNG汽車會將幾個氣瓶放在一起，且放置距離較近。當一個氣瓶發(fā)生爆炸時，可能會引發(fā)周圍的其他氣瓶爆炸，從而導(dǎo)致爆炸能量成倍增加。表2為不同數(shù)量的4種常用氣瓶在20MPa的情況下破裂后發(fā)生物理性爆炸的TNT當量。

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①氣瓶物理性爆炸產(chǎn)生沖擊波超壓峰值與爆炸前氣瓶容積、儲氣壓力以及測點到爆炸點的距離有關(guān)。氣瓶容積越大、儲氣壓力越大、距離爆炸點越近，爆炸產(chǎn)生的沖擊波超壓峰值越大。因此，在氣瓶使用過程中，應(yīng)嚴格控制其充裝壓力和工作壓力。

②本文得出了常用規(guī)格的氣瓶發(fā)生物理性爆炸時，對人體各種損傷程度的危害范圍(即不同程度損傷下測點到爆炸點的距離)，以及人員活動的安全區(qū)域，可以為事故的安全防范提供理論指導(dǎo)。

③本文研究的是在自由場空氣中氣瓶破裂后發(fā)生的物理性爆炸，不考慮有火源引起后續(xù)的化學(xué)性爆炸和可能發(fā)生的二次爆炸，以及爆炸燃燒輻射等復(fù)合效應(yīng)，并且假設(shè)文中所研究的受傷害對象沒有任何防護手段，直接暴露在事故現(xiàn)場。實際情況要復(fù)雜得多，因此，本文只為事故的防范提供參考，不能作為事故發(fā)生后的調(diào)查依據(jù)。

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