2.2內裝液體介質裝置爆炸分析

　　對于液相介質，如果液體本身為過熱狀態(tài)，則會因為其在正常環(huán)境下不穩(wěn)定的性質而具有相對較高的危險性。過熱液體的儲存一般分為兩種情況，即高壓常溫和常壓低溫，這兩種情況所具有的危險性是不同的，所以分開考慮。

　　對于高壓常溫下的過熱液體，如果因外熱源、容器強度下降等原因，使得容器內壓力相對容器本身的承載能力下降，則可能會導致容器破裂，這樣的破裂通常發(fā)生在氣相部分。如果氣相裂口很大，則容器內的高壓迅速下降，使得容器內的液相介質迅速處于低壓過熱狀態(tài)，液體立刻全面沸騰，產生高于原始壓力數(shù)倍的高壓，立即破壞容器，產生爆炸效應，即所謂的平衡破壞型蒸氣爆炸。爆炸發(fā)生后有可能部分液體不能蒸發(fā)，形成液池；也有可能所有的液體都變成氣態(tài)彌散在空中。在空中的氣團如果立刻遇到點火源，則會形成所謂的沸騰液體擴展蒸氣云爆炸；如果在空中的氣團沒有立刻遇到點火源，則會按照一定的模式進行擴散。如果蒸氣屬于重氣，則按照重氣模型進行擴散；如果是非重氣，則按照高斯煙團模型進行擴散。不管是何種擴散模型，在遇到點火源的情況下，都可能會導致氣云爆炸的發(fā)生。對于在正常環(huán)境下不可燃的蒸氣，如液氮等，則要考慮其擴散引起的毒性和窒息作用。在容器周圍形成的液池在點燃源或由氣云爆炸引起的熱量的作用下，會引發(fā)池火災事故。
　　上面討論的是由外因或內因破壞產生大裂口的情況下的災害事故，對于小裂口情況，則災害事故又不相同。產生的小裂口由于面積不夠大，器內壓力不能迅速釋放，所以不會產生平衡破壞型蒸氣爆炸。如果裂口出現(xiàn)在氣相部分，則高壓的氣體從裂口噴出，若遇到點火源，則會引發(fā)噴射火事故，這樣的噴射火往往會成為周圍容器的外熱源，引起周圍容器發(fā)生如上分析的破壞事故。如果在噴射時沒有遇到點火源，則噴出的氣體會在空中擴散，發(fā)生與上述情形類似的擴散―爆炸模式。如果裂口發(fā)生在液相，由于液體的揮發(fā)，遇到點火源，同樣會導致噴射火事故，遇不到點火源，除了在空中揮發(fā)，還有一部分液體可能會形成液池，這樣的情況前面也已經討論過。

　　對于常壓低溫的過熱液體，往往不會發(fā)生平衡破壞型蒸氣爆炸，如果因外因或內因導致容器破裂，介質外泄，相似于高壓低溫液體，發(fā)生蒸發(fā)以及形成液池。這種情況下，由于傳熱發(fā)生時一般并不能有很快的速度，所以，過熱液體一般不會發(fā)生大規(guī)模的整體蒸氣爆炸。但如果外泄的介質遇到穩(wěn)定的大面積的熱載體，如液化氣泄漏在海面上，在一定的溫差范圍內，由于核沸騰與表面沸騰之間轉變的不穩(wěn)定性，使得過熱液體發(fā)生迅速的蒸發(fā)，引發(fā)所謂的傳熱形蒸氣爆炸。這樣，發(fā)生的情形與前面高壓常溫的情況相似，不再贅述。具體分析預測見圖2。

　　2.3內裝氣體介質裝置爆炸分析

　　對于氣相介質，其危害性主要分為氣體外泄后引起的擴散、毒害、火災、爆炸事故和容器內發(fā)生氣云爆炸。這幾種災害形式的關鍵主要在于氣體在容器中的壓力狀態(tài)，一般只有容器內介質處于負壓的情況下才會發(fā)生器內氣云爆炸事故，當然也有可能由于操作上的原因導致器內爆炸環(huán)境的形成，如誤操作引起助燃氣體充入器內可燃氣體環(huán)境中，這時候如果在器內發(fā)生靜電、金屬物撞擊火花以及明火等點火源，則會引起容器內的氣云爆炸事故。

　　工業(yè)生產中，一般使用氣體作為介質的反應器或者儲存容器均采用正壓參數(shù)，所以在固定作業(yè)中，發(fā)生器外事故的可能性遠遠超過器內事故，但在非固定作業(yè)中，如檢修、清洗等作業(yè)中，往往由于氣體介質的殘留會發(fā)生器內事故。對于器外事故，其發(fā)生的前提是物質的外泄，即需要容器上出現(xiàn)出氣口，一般出氣口可以分為人為排氣口和事故裂口。人為排氣口如儲罐上的呼吸閥，氣瓶上的爆破片等人為設置的為防止容器內壓超高的安全裝置。事故裂口則包括因為內壓升高、容器腐蝕、受損等原因引起的事故性裂口，如果內壓上升過快，則可能會引起容器超壓爆炸。如果發(fā)生局部裂口，則正壓的氣體會從裂口噴出，如果此時恰好遇到點火源，則會發(fā)生噴射火災，如果沒有遇到點火源，則泄漏出來的氣體會根據(jù)其物性的不同而發(fā)生不同形式的擴散，可燃的氣體在空氣中擴散，遇到點火源，則會引起氣云爆炸事故，在考慮氣體的爆炸危險性時，同時應該考慮擴散氣體引起的毒害影響。具體見圖3。
　　3? 破壞效應計算模型分析

　　從上面的事故模式分析和圖1～圖3的分析預測流程圖可以看出，無論從哪種介質出發(fā)，工業(yè)過程最終的爆炸事故模式只有幾種，即凝聚相爆炸、氣云爆炸、沸騰液體擴展蒸氣云爆炸以及各類形式的容器爆炸。對于這幾種爆炸事故模式的破壞效應，前人已經作了比較詳盡的研究［4,6—8］，下面對這幾種爆炸模式破壞效應的計算模型作簡要的分析。

　　凝聚相爆炸和容器爆炸。凝聚相爆炸物的體積相對于其爆炸影響范圍是比較小的，所以可以當作點爆源處理，工程上通常采用TNT當量法來衡量其爆炸的破壞效果。一般容器的爆炸，通常也是具有相對小的爆源體積，所以對于容器一類的爆炸，也可以采用TNT當量法來衡量其爆炸的破壞效應，包括容器內的氣云爆炸、容器的超壓爆炸等。

　　對于氣云爆炸，由于其爆炸機理與一般的炸藥差別很大，通常不可以采用TNT當量法來預測爆炸的破壞效應，目前存在的模型應用較為成功的有TNO模型、多能模型，以及現(xiàn)今流行的CFD（計算流體力學）方法。但綜合考慮使用的簡便性以及結果的準確性，多能模型是比較合理的一個選擇。

　　對于沸騰液體蒸氣云爆炸，宇德明在研究了目前存在的幾個傷害模型后，綜合了各模型的優(yōu)點，摒棄了各模型的不足，提出了一個相對較好的沸騰液體擴展蒸氣云爆炸事故傷害模型。
　　4例子

　　以某廠氫氣罐充裝過程中發(fā)生爆炸為例考慮可能的事故和破壞效應。氫氣罐的規(guī)格為2m3,滿罐壓力為15MPa，實際充裝壓力為13MPa。因為氫氣為氣體介質，所以根據(jù)圖3的流程進行判斷。因為罐內為正壓狀態(tài)，故接著判斷是否為外因破裂。當不是外因破裂時，則考慮為內壓超高導致破裂，此時的爆炸為容器爆炸。因為氫氣可燃，爆炸后如遇點火源可形成火球。當為局部破裂時，由于氫氣密度?。ǚ侵貧猓瑪U散速度較快，在空中形成蒸氣云的可能性很小，最終的破壞形式也為容器爆炸或噴射火災。容器爆炸存在物理爆炸和化學爆炸兩種可能。物理爆炸即單純的超壓爆炸，爆炸能量較??；化學爆炸是由于氣瓶或氣罐中混入空氣或氧氣，形成預混合氣體，爆炸能量較大。當進行爆炸評估、抗爆、抗沖擊設計時，一般要考慮爆炸的最大破壞作用，則該爆炸可考慮為高壓容器化學爆炸，爆炸能量的計算包括兩個部分：即氫氣從罐中向外膨脹所釋放的能量和氫氣與空氣混合成燃爆性氣體并發(fā)生爆炸所釋放的能量。這個例子通過上述分析得到的的最終爆炸能量的計算和文獻［9］中的計算方法具有很好的一致性。

　　5結論

　　筆者從工業(yè)生產中的介質類型出發(fā)進行分析，預測了可能發(fā)生的爆炸事故模式和破壞效應，結果表明：

　　1）無論裝置中為何種介質，在不同的觸發(fā)條件下，工業(yè)過程最終的爆炸事故模式只有凝聚相爆炸、氣云爆炸、沸騰液體擴展蒸氣云爆炸以及各類形式的容器爆炸。中間過程可能產生的火災事故模式有噴射火災和池火災；泄漏擴散模式有重氣模式、瞬時重氣模式、高斯煙羽模型、高斯煙團模型；其他傷害有窒息、粉塵傷害、毒害等。

　　2）對于這幾種爆炸模式破壞效應的計算模型，凝聚相爆炸和容器爆炸可用TNT當量法來計算爆炸能量；對于氣云爆炸，應用多能模型計算爆炸能量較為適合；對于沸騰液體蒸氣云爆炸，宇德明［7］的沸騰液體擴展蒸氣云爆炸事故傷害模型最為合理。

　　3）筆者的研究是對爆炸事故模式中爆炸源的一個定性分析，是爆炸能量計算的前提和基礎，可以為爆炸事故評估調查和抗爆、抗沖擊設計提供理論依據(jù)。該研究對企業(yè)的安全生產及預防此類事故的發(fā)生具有較好的指導意義，對于該領域今后的研究具有一定的參考價值。

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