模板一锅炉爆炸伤害模型.docx
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模板一锅炉爆炸伤害模型
模板一、锅炉爆炸伤害模型
一、简介
锅炉爆炸属于物理爆炸，它是物质状态参数（温度、压力、体积）迅速发生转变，在瞬时放出大量能量并对外做功的现象。
其特点是爆炸现象发生进程中，造成爆炸发生的介质的化学性质不发生转变，发生转变的仅是介质的状态参数。
（1）物理爆炸的能量
物理爆炸，气体膨胀所释放的能量（即爆破能量），不仅与气体压力和容器的容积有关，而且与介质在容器的物性相态有关。
锅炉中的介质为饱和水和饱和蒸汽，爆炸时释放能量等于饱和蒸汽绝热膨胀作的功加上饱和水因压力突然降低而迅速蒸发膨胀做的功。
在大多数情形下，锅炉内的饱和水占容器中介质质量的绝大部份。
它的爆破能量比饱和气体大得多。
饱和水容器的爆破能量按式
（1）计算：
Ew=CwV
（1）
式中：
Ew——饱和水容器的爆破能量，kJ；
V——容器内饱和水所占的体积，m3；
Cw——饱和水爆破能量系数，kJ/m3。
其中饱和水爆破能量系数可通过表3-1求出。
表3-1 蒸汽锅炉锅筒爆炸的介质状态转变及爆炸能量
绝对压力P/MPa
爆炸后介质干度
体积膨胀系数
爆炸能量系数（kJ/m3）
饱和蒸汽
饱和水
饱和蒸汽
饱和水
饱和蒸汽
饱和水
×103
×104
×103
×104
×103
×104
×103
×104
×103
×104
×103
×104
×104
×105
×104
×105
×104
×105
×104
×105
×104
×105
.
×105
×105
（2）爆炸冲击波及其伤害、破坏作用
锅炉爆炸时，爆破能量在向外释放时以冲击波能量、碎片能量和容器残余变形能量3种形式表现出来，后二种所消耗的能量占总爆破能量的比例较小，大部份能量是产生冲击波。
锅炉爆炸时，容器内的高压气体大量冲出，使它周围的空气受到冲击波而发生扰动，使其状态（压力、温度、密度）发生突跃转变，其传播速度大于声速，这种扰动在空气中的传播就形成冲击波。
在离爆炸中心的必然距离处，空气压力会随时刻发生迅速而差异转变。
开始时，压力突然升高，产生的最大正压力即是冲击波波降面上的超压△P。
多数情形，冲击波的伤害、破坏作用是由超压引发的，其数值可达到数个乃至数十个大气压。
采用超压准则，可判断超压对人体伤害和对建筑物的破坏程度。
具体情形见表3-2与表3-3。
表3-2 冲击波超压对人体的伤害作用
△P0（MPa）
对人体伤害
轻微损伤
听觉器官损伤或骨折
内脏严重损伤或死亡
＞
大部分人员死亡
表3-3 冲击波超压对建筑物的破坏作用
△P0（MPa）
对建筑物破坏作用
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
墙大裂缝，屋瓦掉下
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
（3）TNT当量法
实验数据表明，不同数量的同类火药发生爆炸时，若是目标与爆炸中心距离R和目标与基准爆炸中心的相当距离R0之比，与爆炸时产生冲击波所消耗的火药量q（kgTNT）和基准火药量q0（kgTNT）之比的三次方根相等，即：
R/R0=（q/q0）1/3=α
（2）
则所产生的冲击波超压相同，即△P＝△P0
式中：
△P—目标处超压（MPa）；
△P0—基准目标处超压（MPa）；
α—火药爆炸实验模拟比。
式
（2）可写为：
△P（R0）＝△P0（R/α）（3）
利用式（3）能够按照某些已知药量的实验所测得的超压来肯定任意药量爆炸时在各类相应距离下的超压。
1000kgTNT爆炸时的冲击波超压查表3-4可得。
表3-4 1000kgTNT爆炸时的冲击波超压
距离R0/m
5
6
7
8
9
10
12
14
16
18
20
△P0/MPa
距离R0/m
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
△P0/MPa
二、正文
锅炉爆炸伤害模型分析
XXXXX公司所设置的锅炉属危险性大的特种设备，锅炉发生爆炸时，将产生的伤害后果，用TNT当量法进行模拟分析。
锅炉爆炸属于物理爆炸，它是物质状态参数（温度、压力、体积）迅速发生转变，在瞬时放出大量能量并对外做功的现象。
其特点是爆炸现象发生进程中，造成爆炸发生的介质的化学性质不发生转变，发生转变的仅是介质的状态参数。
（1）物理爆炸的能量
物理爆炸，气体膨胀所释放的能量（即爆破能量），不仅与气体压力和容器的容积有关，而且与介质在容器的物性相态有关。
锅炉中的介质为饱和水和饱和蒸汽，爆炸时释放能量等于饱和蒸汽绝热膨胀作的功加上饱和水因压力突然降低而迅速蒸发膨胀做的功。
在大多数情形下，锅炉内的饱和水占容器中介质质量的绝大部份。
它的爆破能量比饱和气体大得多。
饱和水容器的爆破能量按式3-7计算：
Ew=CwV……式3-7
式中：
Ew——饱和水容器的爆破能量，kJ；
V——容器内饱和水所占的体积，m3；
Cw——饱和水爆破能量系数，kJ/m3。
其中饱和水爆破能量系数可通过表3-5求出。
表3-5 蒸汽锅炉锅筒爆炸的介质状态转变及爆炸能量
绝对压力P/MPa
爆炸后介质干度
体积膨胀系数
爆炸能量系数（kJ/m3）
饱和蒸汽
饱和水
饱和蒸汽
饱和水
饱和蒸汽
饱和水
×103
×104
×103
×104
×103
×104
×103
×104
×103
×104
×103
×104
×104
×105
×104
×105
×104
×105
×104
×105
×104
×105
×105
×105
（2）爆炸冲击波及其伤害、破坏作用
锅炉爆炸时，爆破能量在向外释放时以冲击波能量、碎片能量和容器残余变形能量3种形式表现出来，后二种所消耗的能量占总爆破能量的比例较小，大部份能量是产生冲击波。
锅炉爆炸时，容器内的高压气体大量冲出，使它周围的空气受到冲击波而发生扰动，使其状态（压力、温度、密度）发生突跃转变，其传播速度大于声速，这种扰动在空气中的传播就形成冲击波。
在离爆炸中心的必然距离处，空气压力会随时刻发生迅速而差异转变。
开始时，压力突然升高，产生的最大正压力即是冲击波波降面上的超压△P。
多数情形，冲击波的伤害、破坏作用是由超压引发的，其数值可达到数个乃至数十个大气压。
采用超压准则，可判断超压对人体伤害和对建筑物的破坏程度。
具体情形见表3-6与表3-7。
表3-6 冲击波超压对人体的伤害作用
△P0（MPa）
对人体伤害
轻微损伤
听觉器官损伤或骨折
内脏严重损伤或死亡
＞
大部分人员死亡
表3-7 冲击波超压对建筑物的破坏作用
△P0（MPa）
对建筑物破坏作用
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
墙大裂缝，屋瓦掉下
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
（3）TNT当量法
实验数据表明，不同数量的同类火药发生爆炸时，若是目标与爆炸中心距离R和目标与基准爆炸中心的相当距离R0之比，与爆炸时产生冲击波所消耗的火药量q（kgTNT）和基准火药量q0（kgTNT）之比的三次方根相等，即：
R/R0=（q/q0）1/3=α……式3-8
则所产生的冲击波超压相同，即△P＝△P0
式中：
△P—目标处超压（MPa）；
△P0—基准目标处超压（MPa）；
α—火药爆炸实验模拟比。
式3-8可写为：
△P（R0）＝△P0（R/α）……式3-9
利用式3-9能够按照某些已知药量的实验所测得的超压来肯定任意药量爆炸时在各类相应距离下的超压。
1000kgTNT爆炸时的冲击波超压查表3-8可得。
表3-8 1000kgTNT爆炸时的冲击波超压
距离R0/m
5
6
7
8
9
10
12
14
16
18
20
△P0/MPa
距离R0/m
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
△P0/MPa
（4）XXXXX有限公司锅炉爆炸的破坏估算结果
XXXX#锅炉的型式：
循环流化床，蒸汽锅炉，型号：
DGJ75/Ⅱ。
蒸汽出口流量75t/h蒸汽；出口压力：
；高压蒸汽出口温度：
445℃；锅炉水容积：
正常运行时为15m3（据建设单位提供资料计算得出）。
①计算爆破能量Ew
其中：
容器内饱和水与饱和蒸汽体积都按计算，饱和水爆炸能量系数Cw，据资料介绍估算为：
×105kJ/m3，饱和蒸汽爆炸能量系数为×104kJ/m3。
则Ew＝CwV＝×（×105+×104）=106kJ
②将爆破能量Ew换算为TNT当量q（kgTNT）
q=Ew/qTNT
式中：
qTNT—1kgTNT爆炸所放出的爆破能量，取qTNT＝4500kJ/kg
则q=Ew/qTNT=106/4500=（kgTNT）
③求出火药爆炸的实验模拟比α
α=（q/q0）1/3=（q/1000）1/3=3=
④求出在1000kgTNT爆炸实验中的相当距离R0，即R0＝R/α，选取离爆炸中心的不同距离R，得出R0后，查表14，采用插入法，求出相应的超压，即为所选取距离R处的超压，估算结果见表3-9。
表3-9 R、R0与相应△P0估算结果
R（m）
R0（m）
△P0（MPa）
⑤分析结果
按照不同距离处R相应的超压△P，对照表12和表13得知：
当化纤厂单个锅炉发生爆炸时，在离爆炸中心处，冲击波超压△P达到，大部份人员死亡。
在离爆炸中心小于的范围为死亡区，在～范围内为重伤区。
离爆炸中心～为轻伤区，以外为安全区。
在离爆炸中心之内大型钢架结构破坏，在处墙会产生裂痕，在～范围内受压面的窗框损坏，在～范围内门、窗玻璃部份破碎，外大体无影响。
按照现场检查发觉，75t/h锅炉间内大型钢架结构破坏；75t/h锅炉间与除氧间、除尘器的部份厂房内为死亡区；除尘空压机房、原工业锅炉房、75t/h锅炉间、除氧间、除尘器的部份厂房为重伤区；烟囱、除氧间、除尘器、原工业锅炉房的部份厂房在轻伤区，且此区的墙体会产生裂痕；原工业锅炉房、烟囱、原干煤棚与扩建的干煤棚的部份厂房受压面的窗框损坏；现5#炉除尘器、破碎间与原办公楼、原机修间、扩建干煤棚、中转站、原煤灰棚、铁线路原工业锅炉房的部份厂房的门、窗玻璃部份破碎。
详见附图7。
故该厂的《锅炉爆炸事故救援应急预案》中应补充对XXX的隔离，对XXXXX及相关地址人员的安全疏散。
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