2、高壓容器的爆炸沖擊波及其危害

　　2.1　爆炸沖擊波及特性。

　　CNG加氣站儲氣裝置由于高壓和介質(zhì)可燃爆兩大事故因素，無論發(fā)生何種事故，都可能引發(fā)泄漏、火災(zāi)、化學(xué)爆炸和物理爆炸。如果事故得不到有效控制，還可相互作用，相互影響，促使事故擴(kuò)大蔓延及至產(chǎn)生巨大的沖擊波危害，其主要特征是：①化學(xué)爆炸沖擊波。在輸送CH4的管閥連接處、運行過程的誤操作以及高壓容器破損等事故因素發(fā)生時，可導(dǎo)致其介質(zhì)泄漏于空氣中，當(dāng)濃度達(dá)到5.15%，或量超過15%但很快又降至上限與下限之間，尤其是處于9.5-9.8%的濃度范圍時，只需0.28ml以上點火能量的作用，便可產(chǎn)生氣體混合物爆炸（亦稱為化學(xué)爆炸）。這種化學(xué)爆炸所產(chǎn)生的沖擊波能量，可直接對建、構(gòu)筑物和人體造成不同程度的危害，其強(qiáng)度主要與CH4氣體混合物的空間體積（即參與反應(yīng)的CH4總量）有關(guān)，可采用以下公式進(jìn)行計算：

　　Lh=V·H·427式中：

　　Lh-CH4沖擊波或爆炸力　�。↘gf.m）；

　　V-參與應(yīng)的CH4氣體總量（Nm3）；

　　H-CH4的高燃燒熱值�。↘cal/m3）；

　　427-轉(zhuǎn)換常數(shù)，1Kcal相當(dāng)于427Kgf.m之功。

　�、谖锢肀�炸沖擊波。壓力容器破裂時，容器內(nèi)的高壓氣體解除了外殼的約束，迅速膨脹并以很高的速度釋放出內(nèi)在能量，造成壓力裝置瞬間破壞并產(chǎn)生巨大聲響的現(xiàn)象。即為通常所說的物理爆炸。CNG裝置因?qū)儆诟邏喝萜�，由此引發(fā)的爆炸事故更具典型的物理爆炸特征�？梢哉J(rèn)為此類膨脹爆炸是在絕熱狀態(tài)下進(jìn)行的，而爆炸的沖擊波能量則是在絕熱膨脹時所作的功。根據(jù)氣體熱力學(xué)原理，理想氣體在絕熱膨脹狀態(tài)下所作之功可表示為：

　　Ug=PV/K-1·[1-（1/P）K-1/K]·104式中：

　　Ug——氣體膨脹所作的功（Kgf.m）；

　　P——容器內(nèi)氣體絕對壓力（MPa）；

　　V——容器水容積（m³）；

　　K——氣體的絕對指數(shù)由于CH4及常見氣體多為雙原子分子，其絕對指數(shù)K=1.4，則絕熱膨脹所作之功即為：

　　Ug=PV/K-1·[1-（1/P）K-1/K] =PV/1.4-1·[1-（1/P·104）1.4-1/1.4]·104 =2.5PV·[1-（1/P）0.2857]·104令　Cg==2.5P·[1-（P）-0.2857]·104簡化后用如下公式表示：

　　Ug=CgV式中：

　　Ug——氣體膨脹所作的功或CH4的的爆炸能量（Kgf.m）；

　　V——CH4壓縮容器體積（Nm³）；

　　Cg——CH4爆炸能量系數(shù)（Kgf.m/m³）

　　注：當(dāng)CH4處于15～32MPa時，爆炸能量系數(shù)為2.88～6.48×106.

　　2.2 沖擊波超壓（△P）產(chǎn)生的危害。

　　由于壓力容器爆炸的氣體壓力變動范圍較大，系統(tǒng)試驗數(shù)據(jù)又比較缺乏，加之沖擊波超壓△P與爆炸能釋放的時間等因素有關(guān)，使測定和計算爆炸產(chǎn)生的△P較為困難，目前一般采用與等當(dāng)量TNT比較的方法或模擬比的方法，將其相應(yīng)結(jié)果代入Ug=CgV公式后，再計算確定壓力容器的沖擊波超壓（△P）值。

　　儲氣瓶和儲氣罐兩類裝置無論發(fā)生化學(xué)爆炸或物理爆炸，都將產(chǎn)生立體沖擊波，這種沖擊波陣面上的不同超壓△P，對建筑物、構(gòu)筑物和人體可造成不同程度的危害和傷害。表-3是不同超壓力作用在建筑物或人體時所產(chǎn)生的破壞與危害特征。