锅炉爆炸冲击波危害范围计算.pdf

1998年
地质勒探安全
第4期
锅炉爆炸冲击波危害范围计算
刘盛平
周晔
(中国地质大学?武汉)
作为工业生产和人民生活中所必需的以及与锅炉连接的汽水管道、阀门等抛出
一种动力和热源,锅炉在现代工业生产(如外,其余大部分能量则在空气中传播产生巨
电力工业、机械工业、炼油、化工、轻工、纺织大的冲击波,致使周围的设备、建筑物遭到
等)和人民生活中普遍应用。锅炉是工业生破坏,并造成人员伤亡。在多数情况下,冲击
产中的常用设备,同时又是一种较容易发生波的破坏作用主要与波阵面上的超压P
恶性事故的特殊设备。它除了易发生事故的大小有关,冲击波超压对建筑物的破坏作
外,更主要的是其事故的危害性严重。例如,用和对人的仿害作用分别如表1、表2
1986年河南某市靠近澡堂边的一台锅炉发
生爆炸,当场死亡30人,重伤6人,轻伤3
表1沖击波超压对蠹筑物的破坏作用
人。由此可见,锅炉一且发生事故,特别是破超ぼP,(MP,)
破坏情祝
裂爆炸事故,它不仅使其设备本身遭到破
坏:而且往往会破坏其周围的速筑物和其它
0.005~0.006「门窗玻璃部分破裂
设备,英至造成人生伤亡等灾难性的事故后
0.006~0.01受压面的门窗玻璃大部分破裂
0.015~0.02『丁框损坏
果。在锅炉爆炸事故中最主要的危害是因冲
0.02~-0.03墙裂缝
击波超压而造成的危害。不同的冲击波超压
0.05墙大裂缝,屋瓦掉下
对周围的人和物的危害不同,在多数情况0.06~0.07木建筑厂房屋柱折断,房架松动
下,冲击波超压的破坏作用主要与波阵面上0.07~0.10砖墙倒塌
的超压大小有关。在其它条件相同的情況0.10~0.20防震钢筋混凝土破坏,小房倒塌
下,冲击波超压与离燝源的距离有关,冲击0.20~0.30大型钢架结构破坏
波超压随距离的增大预减小。当冲击波超压
表2冲击波超压对人体的伤害作用
小到一定程度时,则其对周围的人和物基本
邂压P;(MP2)
无破坏作用。由此就可确定出钢炉爆炸冲击
伤害作用
波超压的危害范用。本文利用计算机技术,
0.02~0.03轻微伤害
通过数学模型定量分析了锅炉爆炸冲击波
0.03~0.05听党器官损伤或骨折
超压对人的伤害和对建筑物破坏的作用范
0.05~0.10内脏严重损伤或死亡
>0.I0
大部分人员死亡
雨,并直观地显示分析结果。
1锅炉爆炸冲击波超压的破坏
作用
冲击波作用半径数学模型
锅炉破裂燥炸吋,爆炸的能量仅一小部
分消耗在撕裂锅炉钢板,并将容器或其碎片
贮存有高温高压蒸汽和水的钢炉,在锅
收稿日期:19380729
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筒破裂时,其内呈饱和状态的蒸汽迅速降压
然后根据J. Henrych的冲击波超压数
膨胀,同时饱和水也有一部分随即蒸发膨学模型,锅炉爆炸冲击波超压P;为
胀,从而释放出很大的能量。所以计算锅炉
Py=14.0717E"+5.53972
爆炸能量时,应包括饱和水和徳和蒸汽所释
0.3572R3+0.00625R(0.05R
放出的能量总和。
Wrr≤0.3)
(1)饱和蒸气的爆炸能量。按绝热过程
考虑,饱和蒸汽的爆炸能量可由下式计算
P;=6.19382'-0.326R(2+2.1324R2)3
以。=(Uー)V/F
(0.3R/ V W TNT≤)
式中:。一饱和蒸汽的爆炸能量(kJ):
」=0.662R!+4.05R2+3.288R3
一一饱和汽在爆炸前(压力为P)
≤R/ V W TNT≤10)
的内能(kJ/k8);
饱和汽在爆后变为大气压下
P;=0.67R!+3.01R/2+4.31R
的汽水混合物时的内能(kJ/kg)
(10≤R/ V W RNT70
ー一锅筒中饱和蒸气(压力为P)的
容积(m3
,一饱和蒸汽在爆炸前(压力为式中:P
锅炉爆炸冲击波超压(MP
Wrr一锅炉爆炸能量梯恩梯当量
P)的比容(m3/kg
(2)饱和水的爆炸能量。按绝热过程考
(k)
虑,饱和水的炸能量可由下式计算
R一离爆源的距离(m
最后结合冲击波反射、绕射数学模型,
=(び,"ーI")F"/p
并根据表1、表2,即可确定出不同地力及包
式中:1ーー饱和水的爆炸能量(kJ)
U"一一饱和水在爆炸前(压力为P)和水体积情况下,锅炉破裂爆炸产生的冲击
波超压而造成的人员受伤害的区城和建筑
的内能(kJ/kg);
物被破坏区域。
U1z"一饱和水在爆后变为大气压
的汽水混合物时的内能(kJ/kg);
びーー锅筒中饱和水(压力为P)的容3爆炸冲击波危害模拟结果
积(
饱和水在爆炸前(压力为P)
本文采用 Visual Basic4.0充分实现了
的比容(mn3/kg);
锅炉爆炸冲击波超压的定量分析。 V isual
锅炉燥炸的总能量为
び=U。+(kJ)
3a5c编程环境可方便完成人机交互界面的
制作以及计算结果的显示(绘制)。图1、图2
由于锅炉爆炸时所产生的冲击
情况
(图略)分别是一定压力和饱和水体积情况
十分复杂,而且缺乏这方面的系统的试验数
下钢炉爆炸冲击波超压对人和物的影响的
据。目前对锅炉破裂爆炸所产生的冲击波超
评价结果。界面中包括参数输入窗口和结果
压一般都是根据同能量的梯忍梯(TNT)爆
输出窗门。参数输入窗口用于输入计算所必
炸的试验数据按相似法则来确定。将所得的
需的确定性参数(如:表压锅炉总容积、饱
锅炉爆炸能量换算成梯恩梯当量rmwr为
(下转第24页)
Wrmr=1000/4.23(kg)(4)
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