低溫壓力容器發(fā)生物理爆炸的事故后果模擬分析

劉煒

（中國醫(yī)藥集團(tuán)重慶醫(yī)藥設(shè)計院)

0 前言

在安全評價工作中，需要對低溫常壓液體儲罐發(fā)生物理爆炸的事故后果進(jìn)行模擬分析。但查閱有關(guān)安全評價方面的資料，沒有合適的數(shù)學(xué)模型可供運(yùn)用，因此只能以低溫液體的蒸發(fā)潛熱作為爆破能量來進(jìn)行事故后果的模擬分析。本文通過計算，定量地給出了低溫常壓液體儲罐發(fā)生爆炸時的致死、致傷以及建筑物受損的程度。

1 蒸發(fā)潛熱的計算過程

某液氧儲罐為常壓容器，容積為300 m3，裝料系數(shù)按0.92考慮，液氧儲罐中液氧的實際質(zhì)量為314.64 t。假設(shè)液氧儲罐接觸到外界熱源，造成儲罐中5%的低溫液氧氣化，即有15.73 t低溫液氧溫度迅速升高而全部蒸發(fā)為氧氣，在受限的空間里體積迅速膨脹，且蒸發(fā)潛熱全部轉(zhuǎn)化為爆破能量。

根據(jù)Riedel法，正常沸點(diǎn)下的蒸發(fā)潛熱ΔHvb=1.093RTc[Tbr(lnpc-1)/（0.93-Tbr）]，查得液氧的Tb=90 K，Tc=155 K，pc=5.08 MPa，R=8.326×10-3kJ/(mol·K)，則

式中E——爆破能量；

w——蒸發(fā)的液氧的質(zhì)量。

2 沖擊波的超壓計算

將爆破能量E換算成TNT當(dāng)量q：

爆炸的模擬比α：

在1000 kg TNT爆炸試驗中的相當(dāng)距離R0=R/α，其中R為實際距離。1000 kg TNT爆炸時的沖擊波超壓如表1所示。沖擊波超壓對人體和建筑物的傷害作用如表2所示。

表1 1000 kg TNT爆炸時的沖擊波超壓

表2 沖擊波超壓對人體和建筑物的傷害作用

3 傷害范圍

當(dāng)液氧儲罐因接觸到外界熱源而造成儲罐中5%的低溫液氧氣化時，有15.73 t低溫液氧因溫度迅速升高而全部蒸發(fā)為氧氣，在受限的空間里體積迅速膨脹，放出大量的蒸發(fā)潛熱。若這些蒸發(fā)潛熱全部轉(zhuǎn)化為爆破能量，則根據(jù)表1、表2和上述計算出的α推算，液氧蒸發(fā)爆破能量所產(chǎn)生的傷害作用為：在距離小于20.68 m時，造成大部分人員死亡；在距離為20.68～29.51 m時，人體內(nèi)臟嚴(yán)重?fù)p傷或死亡，磚墻倒塌；在距離為29.51～38.59 m時，聽力損傷或骨折，墻產(chǎn)生大裂縫；在距離為38.59～50.85 m時，人體輕微損傷，墻出現(xiàn)裂縫。

4 結(jié)論

在進(jìn)行安全評價的事故后果模擬分析時，用低溫液體的蒸發(fā)潛熱作為爆破能量來計算低溫常壓液體儲罐發(fā)生物理爆炸時沖擊波超壓的破壞范圍，不失為一種可靠、簡便的評價方法。

[1] 國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.安全評價 （上冊） [M].第3版.北京：煤炭工業(yè)出版社，2005.

[2] 中國石化集團(tuán)上海工程有限公司.化工工藝設(shè)計手冊（上冊） [M].第4版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2009.