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第三章储运安全技术本讲稿第一页，共一百零六页池火灾池火灾(PoolFire)喷射火喷射火(Jetfire)突发火突发火(Flashfire)沸腾液体扩展蒸气爆炸沸腾液体扩展蒸气爆炸(BLEVE)蒸气云爆炸蒸气云爆炸(VCE)本讲稿第二页，共一百零六页1、烧伤等级I度烧伤：只伤及皮肤的外层，造成红肿及度烧伤：只伤及皮肤的外层，造成红肿及产生剧烈的触痛。产生剧烈的触痛。II度烧伤：伤处起水泡，周围肿胀并变为红度烧伤：伤处起水泡，周围肿胀并变为红肿肿III度烧伤：伤及皮肤的每一层，皮肤表面呈度烧伤：伤及皮肤的每一层，皮肤表面呈苍白、蜡色，有时烧成焦碳，疼痛不剧烈。苍白、蜡色，有时烧成焦碳，疼痛不剧烈。第一节：热辐射伤害准则第一节：热辐射伤害准则本讲稿第三页，共一百零六页人在无风而湿度低的高温人在无风而湿度低的高温环境下可以忍耐的时间环境下可以忍耐的时间一般來說，一般來說，皮肤皮肤在在4545時時即生刺痛感，即生刺痛感，5454即即可可能被烧伤能被烧伤。温度温度时间时间50数小时数小时70一小一小时时13015分钟分钟2002505分钟分钟2、热辐射伤害准则、热辐射伤害准则本讲稿第四页，共一百零六页（1）热通量准则）热通量准则热通量：是指单位时间、热通量：是指单位时间、单位面积单位面积发射或接收的热能发射或接收的热能；热通量准则：以热通量作为衡量目标是否破坏的唯一参数，当目标热通量准则：以热通量作为衡量目标是否破坏的唯一参数，当目标收到的热通量大于或等于引起目标破坏所需的临界热通量时，目标被收到的热通量大于或等于引起目标破坏所需的临界热通量时，目标被破坏，否则，目标不被破坏。破坏，否则，目标不被破坏。热通量准则的适用范围为作用于目标的热通量比目标达到热平衡的时热通量准则的适用范围为作用于目标的热通量比目标达到热平衡的时间要长。间要长。破破坏坏准准则则热通量准则热通量准则热强度准则热强度准则热通量热通量-热强度准则热强度准则本讲稿第五页，共一百零六页（2）热强度准则）热强度准则热强度热强度：指热通量与：指热通量与作用时间作用时间的乘积；的乘积；当目标接受到的热强度大于或等于目标被当目标接受到的热强度大于或等于目标被破坏的临界热强度时，目标被破坏，否则破坏的临界热强度时，目标被破坏，否则不被破坏；不被破坏；适用于作用于目标的热通量持续的时间比适用于作用于目标的热通量持续的时间比较短，以至于目标接受到的热量来不及散较短，以至于目标接受到的热量来不及散失掉。失掉。本讲稿第六页，共一百零六页（3）热通量）热通量-热强度准则热强度准则当热通量和热强度准则的适用条件均不具当热通量和热强度准则的适用条件均不具备时，应该使用热通量、热强度准则。认备时，应该使用热通量、热强度准则。认为目标是否受到破坏应该由热通量和热强为目标是否受到破坏应该由热通量和热强度的组合来确定。度的组合来确定。本讲稿第七页，共一百零六页3、热辐射伤害模型、热辐射伤害模型皮肤裸露时的死亡概率：皮肤裸露时的死亡概率：t-人员暴露于辐射中的时间，采用火球持续的时间，人员暴露于辐射中的时间，采用火球持续的时间，池火灾或喷射火取池火灾或喷射火取30s或或40s。q-目标接受到的热辐射通量目标接受到的热辐射通量Pr-人员伤害概率人员伤害概率 本讲稿第八页，共一百零六页伤伤害概率与百分比概率害概率与百分比概率换换算关系算关系死亡率死亡率（）（）012345678902.672.953.123.253.363.453.523.593.66103.723.773.823.873.923.964.014.054.084.12204.164.194.234.264.294.334.364.394.424.45304.484.504.534.564.594.614.644.674.694.72404.754.774.804.824.854.874.904.924.954.97505.005.035.055.085.105.135.155.185.205.23605.255.285.315.335.365.395.415.445.475.50705.525.555.585.615.645.675.715.745.775.81805.845.885.925.955.996.046.086.136.186.23906.286.346.416.486.556.646.756.887.057.33本讲稿第九页，共一百零六页有衣服保护时死亡概率：有衣服保护时死亡概率：二度烧伤概率二度烧伤概率：一度烧伤概率一度烧伤概率：财产损失：按引燃木材所需的热通量计算财产损失：按引燃木材所需的热通量计算 本讲稿第十页，共一百零六页第2节：池火灾伤害分析1、池火灾现象（、池火灾现象（poolFire）是可燃液体表面的自由燃烧。是可燃液体表面的自由燃烧。Eg.泄漏到地面上、堤坝内的液体火灾、敞开泄漏到地面上、堤坝内的液体火灾、敞开容器内液体的燃烧等均为池火灾。容器内液体的燃烧等均为池火灾。特点：池火多在防火堤等有限制的范围内发特点：池火多在防火堤等有限制的范围内发生，其上部空间没有限制，燃烧完全，火生，其上部空间没有限制，燃烧完全，火焰多呈圆柱形或圆锥形。焰多呈圆柱形或圆锥形。主要危害：高温热辐射主要危害：高温热辐射本讲稿第十一页，共一百零六页池火灾池火灾本讲稿第十二页，共一百零六页2、热辐射通量计算步骤（1）确定油池半径）确定油池半径当油池发生在输油管道区，且无防火堤，若假设泄漏液体无蒸发，并当油池发生在输油管道区，且无防火堤，若假设泄漏液体无蒸发，并已充分蔓延，地面无渗透，则可根据泄漏液量和地面性质计算油池面已充分蔓延，地面无渗透，则可根据泄漏液量和地面性质计算油池面积。积。S最大油池面积，最大油池面积，m2；泄漏液体密度，泄漏液体密度，kg/m3;W泄漏液体泄漏液体质质量，量，kg;Hmin最小油最小油层层厚度，厚度，m本讲稿第十三页，共一百零六页最小油层厚度（最小油层厚度（m）草地草地0.02平整地面平整地面0.01粗糙地面粗糙地面0.025混凝土地面混凝土地面0.005平静的水面平静的水面0.0018本讲稿第十四页，共一百零六页（2）确定火焰高度）确定火焰高度托马斯给出的经验公式托马斯给出的经验公式 式中式中L为火焰高度，为火焰高度，m；D为油池直径或当量直径，为油池直径或当量直径，m；mf为单位面积燃烧速度，为单位面积燃烧速度，kg/(m2.s)；0为周围空气密度，为周围空气密度，kg/m3；g为重力加速度，为重力加速度，m/s2本讲稿第十五页，共一百零六页（3）火焰燃烧速度确定）火焰燃烧速度确定式中：式中：mf液体单位面积燃烧速率，液体单位面积燃烧速率，kg/(m2.s)；C常数，常数，0.001kg/(m2.s)；Hc液体燃烧热，液体燃烧热，kJ/Kg；Hv液体在常压沸点下的蒸发热，液体在常压沸点下的蒸发热，J/Kg；Cp气体的比定压热容，气体的比定压热容，J/(kg.k)；Tb液体的沸点，液体的沸点，K；T0环境温度，环境温度，K。本讲稿第十六页，共一百零六页当液池中液体的沸点低于环境温度时，如当液池中液体的沸点低于环境温度时，如加压液化气或冷冻液化气，液池表面上单加压液化气或冷冻液化气，液池表面上单位面积的燃烧速度位面积的燃烧速度=本讲稿第十七页，共一百零六页一些可燃液体的燃一些可燃液体的燃烧热烧热物物质质密度密度(g/cm(g/cm3 3)自燃点自燃点()()热值热值(KJ/(KJ/)乙醇乙醇0.7890.7894234233098430984丙醇丙醇0.8040.8044044043478934789丁醇丁醇0.8100.8103653653724737247戊醇戊醇0.8170.8173003003900939009本讲稿第十八页，共一百零六页液体燃烧速度表本讲稿第十九页，共一百零六页（4）计算火焰表面热辐射通量）计算火焰表面热辐射通量假定能量由圆柱形火焰侧面均匀辐射，假定能量由圆柱形火焰侧面均匀辐射，本讲稿第二十页，共一百零六页则池火灾燃烧时放出的总热辐射通量则池火灾燃烧时放出的总热辐射通量q0为：为：q0-火焰表面的热通量，火焰表面的热通量，kW/m2；HC-燃烧热（燃烧热（kJ/kg）；）；f-热辐射系数，范围为热辐射系数，范围为0.13-0.35，保守取值为，保守取值为0.35散热面积散热面积释放热量释放热量本讲稿第二十一页，共一百零六页距离油池中心某一距离（距离油池中心某一距离（r）处的目标接受到的热通量为：）处的目标接受到的热通量为：大气透射率大气透射率视角因子视角因子火焰表面热火焰表面热辐射通量辐射通量（5）目标接收到的热通量）目标接收到的热通量本讲稿第二十二页，共一百零六页（6）大气透热率确定）大气透热率确定辐射不在真空中传播，受水蒸气、二氧化碳等的影响，辐射在传辐射不在真空中传播，受水蒸气、二氧化碳等的影响，辐射在传播中有损失播中有损失本讲稿第二十三页，共一百零六页视角因子：视角因子：接受体所能接受的来自发热体的辐射能量接受体所能接受的来自发热体的辐射能量的百分数，大小取决于发射体和接受体的的百分数，大小取决于发射体和接受体的形状、距离和相对角度。形状、距离和相对角度。（7）视角因子的确定）视角因子的确定本讲稿第二十四页，共一百零六页视角系数视角系数VF与目标到火焰垂直轴的距离与火焰半径之与目标到火焰垂直轴的距离与火焰半径之比比s，火焰高度与直径之比，火焰高度与直径之比h有关。有关。VF=f(s,h)xHDs=2x/Dh=H/D视角系数按照Rai和Kalelkar提供的方法计算本讲稿第二十五页，共一百零六页本讲稿第二十六页，共一百零六页其中其中A、B、J、K、VH、VV是为了描述方便而引入的中间是为了描述方便而引入的中间变量，变量，为圆周率。为圆周率。本讲稿第二十七页，共一百零六页假设全部辐射热都是从液池中心点的一个微小的球面发出的则假设全部辐射热都是从液池中心点的一个微小的球面发出的则在距液池中心某一距离的入射热辐射通量在距液池中心某一距离的入射热辐射通量q为：为：Q单位时间辐射总热量，单位时间辐射总热量，W；大气透射率；大气透射率；r对象点到火焰中心距离。对象点到火焰中心距离。（8）简化计算公式）简化计算公式本讲稿第二十八页，共一百零六页第第3节：节：沸腾液体扩展蒸汽爆炸沸腾液体扩展蒸汽爆炸1、沸腾液体扩展蒸汽爆炸现象（火球燃烧）沸腾液体扩展蒸汽爆炸现象（火球燃烧）boilingliquidexpandingvapourexplosion（BLEVE）装有可燃液化气的储罐，如果受到外部火焰的长时间烘烤，储罐装有可燃液化气的储罐，如果受到外部火焰的长时间烘烤，储罐的强度将逐浙降低，当强度下降到一定程度时，储罐将突然破的强度将逐浙降低，当强度下降到一定程度时，储罐将突然破裂，由此带来压力突然降低，液化气迅速气化并燃饶，导致沸裂，由此带来压力突然降低，液化气迅速气化并燃饶，导致沸腾液体扩展蒸气爆炸事故的发生。腾液体扩展蒸气爆炸事故的发生。本讲稿第二十九页，共一百零六页注意：注意：热辐射是沸腾液林扩展蒸气间炸事故的主热辐射是沸腾液林扩展蒸气间炸事故的主要危害。即沸腾液体扩展蒸气爆炸发生后，要危害。即沸腾液体扩展蒸气爆炸发生后，主要危害是爆炸产生的火球热辐射，而不主要危害是爆炸产生的火球热辐射，而不是爆炸冲击波。是爆炸冲击波。沸腾液体扩展蒸气爆炸产生的火球具有烧伤范围广、烧伤速度沸腾液体扩展蒸气爆炸产生的火球具有烧伤范围广、烧伤速度快和伤害程度深等特点。快和伤害程度深等特点。本讲稿第三十页，共一百零六页本讲稿第三十一页，共一百零六页2、火球产生过程（1）发生发展阶段：）发生发展阶段：该阶段可分为两个阶段，每个时间段大约持续该阶段可分为两个阶段，每个时间段大约持续1s左右。左右。第一个阶段：火焰边界为黄白色，火焰温度约为第一个阶段：火焰边界为黄白色，火焰温度约为1300度，火球增长到最大直径的一半左右。度，火球增长到最大直径的一半左右。第二个阶段：火球直径增长到最大，但其表面约第二个阶段：火球直径增长到最大，但其表面约10%左右为黑暗区，其余为白色、桔黄色或红白色，左右为黑暗区，其余为白色、桔黄色或红白色，火焰温度约为火焰温度约为9001300度；度；本讲稿第三十二页，共一百零六页（2）稳定燃烧阶段：）稳定燃烧阶段：持续时间约持续时间约10s左右，火球近似为球形，火左右，火球近似为球形，火焰不再增长。此阶段开始时，火焰开始上焰不再增长。此阶段开始时，火焰开始上升，上升过程中，火球会变成蘑菇云形状。升，上升过程中，火球会变成蘑菇云形状。温度约温度约11001200度；度；（3）熄灭阶段：持续时间约）熄灭阶段：持续时间约5s，火球尺寸，火球尺寸维持不变，但火焰越来越透明。维持不变，但火焰越来越透明。本讲稿第三十三页，共一百零六页0阶段1a1b2火球典型发展过程火球典型发展过程本讲稿第三十四页，共一百零六页（1）火球半径的计算）火球半径的计算实验证明，火球半径和可燃物质量的立方根成正比，火球半径实验证明，火球半径和可燃物质量的立方根成正比，火球半径的计算公式为的计算公式为 式中：式中：D火球直径，火球直径，m；M火球中消耗的可燃物质量，火球中消耗的可燃物质量，kg对单罐储存，对单罐储存，M取罐容量的取罐容量的50%；对双罐储存，取罐容量的；对双罐储存，取罐容量的70%；对多罐储存，取罐容量的；对多罐储存，取罐容量的90%。3、火球热伤害计算、火球热伤害计算本讲稿第三十五页，共一百零六页（2）火球持续时间计算）火球持续时间计算式中，式中，t为火球持续时间（为火球持续时间（s）本讲稿第三十六页，共一百零六页模型模型abcdLihou&Maund3.510.330.320.33Roberts5.80.330.450.33Pietersen,TNO6.480.3250.8250.26Williamson&Mann5.880.3331.090.167Moorhouse&Pritchard5.330.3271.090.327Hasegawa&Sato5.280.2771.10.097Fay&Lews6.280.332.530.17Raj5.450.3331.340.167本讲稿第三十七页，共一百零六页（3）火球抬升高度）火球抬升高度火球在燃烧时，将抬升到一定高度。火球中心距火球在燃烧时，将抬升到一定高度。火球中心距离地面的高度离地面的高度H由下式估计：由下式估计：本讲稿第三十八页，共一百零六页4）火球燃烧热辐射通量）火球燃烧热辐射通量假设全部辐射量由直径为假设全部辐射量由直径为D的火球面辐射出来，火球表面上的通量的火球面辐射出来，火球表面上的通量按下式计算：按下式计算：Ha火球有效燃烧热，火球有效燃烧热，J/；M燃烧的物质量，；燃烧的物质量，；t燃烧持续时间，燃烧持续时间，s；效率因子效率因子本讲稿第三十九页，共一百零六页对于因外部火灾引起的对于因外部火灾引起的BLEVE事故，上式事故，上式中的中的P值可取储罐安全阀启动压力值可取储罐安全阀启动压力Pv（MPa）的）的1.21倍，即：倍，即：效率因子，取决于设备中可燃物质的饱和蒸汽压效率因子，取决于设备中可燃物质的饱和蒸汽压P。效率因子的确定效率因子的确定本讲稿第四十页，共一百零六页Ha由下式求得：由下式求得：式中，式中，Hc为燃烧热（为燃烧热（J/kg），），Hv为常沸点下的蒸发热（为常沸点下的蒸发热（J/kg）Cp为恒压比热（为恒压比热（J/(kg.K)）T为火球表面火焰温度与环境温度之差（为火球表面火焰温度与环境温度之差（K）一般来说一般来说T=1700K。本讲稿第四十一页，共一百零六页（5）目标接受到的热辐射通量）目标接受到的热辐射通量q0火球燃烧辐射通量火球燃烧辐射通量大气透射率。大气透射率。在不考在不考虑虑障碍物障碍物对对火球火球热辐热辐射射产产生阻生阻挡挡作用的条件下，作用的条件下，距离距离储储罐罐X处处的的热辐热辐射通量射通量q（W/m2）可由下式）可由下式计计算：算：本讲稿第四十二页，共一百零六页（6）视角系数的确定）视角系数的确定视角系数视角系数VF的计算公式如下：的计算公式如下：式中，式中，r为目标到火球中心的距离（为目标到火球中心的距离（m）。）。令目标与储罐的水平距离为令目标与储罐的水平距离为X（m），则：），则：XHRr本讲稿第四十三页，共一百零六页本讲稿第四十四页，共一百零六页（7）简化计算单位时间内火球燃烧释放热量Q目标距离火球中心为r，则此处接受到的来自火球的单位面积热辐射通量为q=本讲稿第四十五页，共一百零六页火球伤害计算示例计算100t丁二烯发生沸腾液体扩展蒸汽爆炸（火球燃烧）确定其伤害范围。基本参数：Hc=50409kJ/kg本讲稿第四十六页，共一百零六页计算思路：伤害半径伤害半径热辐射通量热辐射通量概率模型概率模型本讲稿第四十七页，共一百零六页（1）计算火球直径）计算火球直径本讲稿第四十八页，共一百零六页（2）计算火球持续的时间）计算火球持续的时间本讲稿第四十九页，共一百零六页（3）计算死亡临界热辐射通量）计算死亡临界热辐射通量按按50%伤害概率，伤害概率，Pr=5,带入上式得到热辐射通量带入上式得到热辐射通量=28710.5w/m2本讲稿第五十页，共一百零六页同样，还可以计算得到二度烧伤热辐射通同样，还可以计算得到二度烧伤热辐射通量量一度烧伤热辐射通量一度烧伤热辐射通量财产损失热辐射通量财产损失热辐射通量本讲稿第五十一页，共一百零六页（4）计算伤害半径）计算伤害半径死亡死亡291m二度烧伤二度烧伤350m一度烧伤一度烧伤519m财产损失财产损失305m本讲稿第五十二页，共一百零六页火球半径火球半径死亡半径死亡半径财产损失半径财产损失半径二度烧伤半径二度烧伤半径一度烧伤半径一度烧伤半径本讲稿第五十三页，共一百零六页1、喷射火现象xi第4节：喷射火热辐射计算本讲稿第五十四页，共一百零六页高压气体从裂口高速喷出后被点燃，形成喷射火。热量认为是从中心高压气体从裂口高速喷出后被点燃，形成喷射火。热量认为是从中心轴线上一系列相等的辐射源发出的，单位时间从每一点源发出的热量轴线上一系列相等的辐射源发出的，单位时间从每一点源发出的热量为：为：距离点源距离点源xi处某点接收的热通量为：处某点接收的热通量为：Xp发射因子，取发射因子，取0.22、计算思路、计算思路f-效率因子，可取效率因子，可取0.35;m泄漏速度，泄漏速度，kg/s;Hc燃烧热，燃烧热，J/kg；n点源数目。点源数目。本讲稿第五十五页，共一百零六页总辐射通量是各点辐射之和：总辐射通量是各点辐射之和：本讲稿第五十六页，共一百零六页燃烧下限燃烧下限3、喷射高度计算喷射火的长度可以认为等于喷口喷射火的长度可以认为等于喷口到燃烧速度下限的长度。到燃烧速度下限的长度。本讲稿第五十七页，共一百零六页气体泄漏时从裂口射出形成气体射流。一般情况下，泄漏的气体气体泄漏时从裂口射出形成气体射流。一般情况下，泄漏的气体的压力将高于周围环境大气压力，温度低于环境温度。在进行射的压力将高于周围环境大气压力，温度低于环境温度。在进行射流计算时，应该以等价射流孔口直径来计算，等价射流的孔口直流计算时，应该以等价射流孔口直径来计算，等价射流的孔口直径按下式计算径按下式计算:式中，式中，D0裂口直径，裂口直径，m；0泄漏气体的密度，泄漏气体的密度，/m3；周围环境条件下气体密度，周围环境条件下气体密度，/m3。如果气体泄漏瞬间便达到周围环境的温度、压力状况，即，则等如果气体泄漏瞬间便达到周围环境的温度、压力状况，即，则等价射流孔口直径等于裂口直径。价射流孔口直径等于裂口直径。（1）等价射流孔口径计算）等价射流孔口径计算本讲稿第五十八页，共一百零六页（2）轴线浓度分布）轴线浓度分布在射流轴线上距孔口在射流轴线上距孔口X处的气体浓度处的气体浓度C（x）式中，b1，b2是分布函数：b1=50.5+48.2-9.952b2=23.0+41.0如果把上式写成如果把上式写成X是是C(x)的函数形式，则给定某浓度值的函数形式，则给定某浓度值C(x)，可以计，可以计算出具有该浓度的点到孔口的距离算出具有该浓度的点到孔口的距离X。本讲稿第五十九页，共一百零六页在过射流轴上点在过射流轴上点X且垂直于射流轴线的平面且垂直于射流轴线的平面内任一点处的气体浓度内任一点处的气体浓度C(x，y)为：为：C(x，y)=C(x)式中，式中，C(x)射流轴线上距孔口射流轴线上距孔口X处的气体浓度，处的气体浓度，kg/m3；b2分布参数，同前分布参数，同前y对象点到射流轴线的距离，对象点到射流轴线的距离，m。本讲稿第六十页，共一百零六页第5节：突发火突发火突发火泄漏的可燃气体、液体蒸发的蒸汽在空气中扩散，遇泄漏的可燃气体、液体蒸发的蒸汽在空气中扩散，遇引火源突然燃烧而没有爆炸。此种情况下，处于气体引火源突然燃烧而没有爆炸。此种情况下，处于气体燃烧范围内的全部室外人员将遇难死亡；建筑物内的燃烧范围内的全部室外人员将遇难死亡；建筑物内的部分人员将死亡。部分人员将死亡。突发火后果分析主要计算可燃混合气体燃烧下限随气突发火后果分析主要计算可燃混合气体燃烧下限随气团扩散到达的范围。为此可按气团扩散模型计算气团团扩散到达的范围。为此可按气团扩散模型计算气团大小和可燃混合气体的浓度。大小和可燃混合气体的浓度。本讲稿第六十一页，共一百零六页1、爆炸能量组成、爆炸能量组成压力容器发生爆炸时，能量释放有三种形式压力容器发生爆炸时，能量释放有三种形式（1）冲击波能量）冲击波能量（2）碎片能量）碎片能量（3）容器残余变形能量）容器残余变形能量第6节：爆炸伤害准则本讲稿第六十二页，共一百零六页如果活塞突然向右移动，便有波向右传播。在扰动传播过程中，扰动介质与未扰动介质之间存在一个界面，这个界面就叫波阵面波阵面(Wavefront)。扰动在介质中的传播速度叫做波速波速(Wavevelocity)。（要与介质的质点速度区分）2、冲击波波的基本概念波的基本概念本讲稿第六十三页，共一百零六页冲击波冲击波（Shock wave），又称激波激波，冲击波是由冲击波是由压缩波叠加形成的，是波阵面以突进形式压缩波叠加形成的，是波阵面以突进形式在介质中传递的压缩波。在介质中传递的压缩波。发生爆炸时，容器内高压气体大量冲出，发生爆炸时，容器内高压气体大量冲出，使周围空气发生扰动，使其状态（压力、使周围空气发生扰动，使其状态（压力、密度、温度）发生突跃变化，使其传播速密度、温度）发生突跃变化，使其传播速度大于扰动介质的声速，这种扰动在空气度大于扰动介质的声速，这种扰动在空气中传播就形成冲击波。中传播就形成冲击波。本讲稿第六十四页，共一百零六页3、超压、超压在离爆炸中心一定距离的地方，空气压力在离爆炸中心一定距离的地方，空气压力会随时间发生迅速而悬殊的变化。开始时会随时间发生迅速而悬殊的变化。开始时压力突然升高、产生很大的正压、接着又压力突然升高、产生很大的正压、接着又迅速衰减、在很短的时间内降至负压。如迅速衰减、在很短的时间内降至负压。如此循环往复数次，压力逐渐衰减。开始产此循环往复数次，压力逐渐衰减。开始产生的最大正压力，就是冲击波波阵面上的生的最大正压力，就是冲击波波阵面上的超压。超压。本讲稿第六十五页，共一百零六页0-0.20.51.051015压力kgf/cm2冲击波波阵面的负压阶段虽然时间较长，冲击波波阵面的负压阶段虽然时间较长，但最大负压值要比最大正压值小很多，仅但最大负压值要比最大正压值小很多，仅为最大正压值的几分之一，故在多数情况为最大正压值的几分之一，故在多数情况下冲击波的破坏作用主要是由波阵面上的下冲击波的破坏作用主要是由波阵面上的超压引起的。超压引起的。时间本讲稿第六十六页，共一百零六页1.00.80.60.40.20.010.020.030.040.0超压超压-距离关系曲线距离关系曲线超超压压kgf/cm2m本讲稿第六十七页，共一百零六页4、爆炸伤害准则、爆炸伤害准则（1）超压准则）超压准则爆炸波对目标是否构成伤害，由爆炸波超爆炸波对目标是否构成伤害，由爆炸波超压唯一确定，只有爆炸波超压大于某一临压唯一确定，只有爆炸波超压大于某一临界值，才可能对目标构成破坏。界值，才可能对目标构成破坏。P Pcr本讲稿第六十八页，共一百零六页不同超压对建筑物的破坏作用不同超压对建筑物的破坏作用超压超压P，kPa破坏情况破坏情况4.905.885889.8114.7119.6119.6129.4239.2349.0358.8468.6568.6598.0798.07196.1196.1294.2门窗玻璃部分破碎门窗玻璃部分破碎受压面的门窗玻璃大部分破碎受压面的门窗玻璃大部分破碎窗框损坏窗框损坏墙裂缝墙裂缝墙裂大缝，屋瓦掉下墙裂大缝，屋瓦掉下木建筑厂房屋柱折断，房架松动木建筑厂房屋柱折断，房架松动砖墙倒塌砖墙倒塌防震钢筋混凝土破坏，小屋倒塌防震钢筋混凝土破坏，小屋倒塌大型钢架结构破坏大型钢架结构破坏本讲稿第六十九页，共一百零六页100kg梯恩梯爆炸中心不同距离处冲击波超压梯恩梯爆炸中心不同距离处冲击波超压距离，距离，m151620253035超压超压P，kPa91.275.351.132.418.811.8本讲稿第七十页，共一百零六页超压对人体的伤害超压对人体的伤害超压超压P/MPa伤害程度伤害程度0.020.03轻微损伤轻微损伤0.030.05听觉器官受损或骨折听觉器官受损或骨折0.050.1内脏损伤或死亡内脏损伤或死亡0.1大部分人员死亡大部分人员死亡死亡超压：死亡超压：90kPa；重伤超压：；重伤超压：44KPa；轻伤超压：轻伤超压：17KPa；财产损失超压：；财产损失超压：13.8KPa本讲稿第七十一页，共一百零六页（2）冲量准则）冲量准则由于伤害效应不仅与冲击波超压有关，而由于伤害效应不仅与冲击波超压有关，而且还与持续的时间有关，爆炸波冲量是超且还与持续的时间有关，爆炸波冲量是超压与持续时间的函数。压与持续时间的函数。爆炸波是否对目标构成伤害，取决于爆炸爆炸波是否对目标构成伤害，取决于爆炸波冲量的大小，如果冲量大于临界值，则波冲量的大小，如果冲量大于临界值，则目标被破坏。目标被破坏。IIcr本讲稿第七十二页，共一百零六页(3)超压超压-冲量准则冲量准则综合考虑了超压和冲量两个方面，如果超综合考虑了超压和冲量两个方面，如果超压和冲量共同作用，满足某一临界条件，压和冲量共同作用，满足某一临界条件，目标就被破坏。目标就被破坏。P超超压压；Pcr临界超压；临界超压；I冲量；冲量；Icr临界冲量临界冲量C常数，与目标的性质与破坏等级有关。常数，与目标的性质与破坏等级有关。本讲稿第七十三页，共一百零六页物理爆炸的爆炸能物理爆炸的爆炸能压力容器在内部介质压力作用下发生的爆压力容器在内部介质压力作用下发生的爆炸属于物理爆炸。炸属于物理爆炸。当压力容器内部介质相当压力容器内部介质相态不同时，发生物理爆炸时的爆炸能计算态不同时，发生物理爆炸时的爆炸能计算公式也不相同。公式也不相同。第第7节：物理爆炸伤害分析节：物理爆炸伤害分析本讲稿第七十四页，共一百零六页（1）当盛装高压气体的压力容器发生爆炸）当盛装高压气体的压力容器发生爆炸时，其释放的爆炸能时，其释放的爆炸能E为：为：P爆炸前容器内部介质的压力，爆炸前容器内部介质的压力，PaV压力容器的容积，压力容器的容积，m3气体的热容比。气体的热容比。本讲稿第七十五页，共一百零六页常常见见气体的气体的热热容比容比气体名称气体名称值值气体名称气体名称值值空气空气1.41.4丙丙烯烯1.151.15氮气氮气1.41.4一氧化碳一氧化碳1.3951.395氧气氧气1.3911.391二氧化碳二氧化碳1.2951.295氢氢气气1.4121.412一氧化氮一氧化氮1.41.4甲甲烷烷1.3151.315一氧化二氮一氧化二氮1.2741.274乙乙烷烷1.181.18二氧化氮二氧化氮1.311.31丙丙烷烷1.131.13氢氰氢氰酸酸1.311.31正丁正丁烷烷1.101.10硫化硫化氢氢1.321.32乙乙烯烯1.221.22二氧化硫二氧化硫1.251.25本讲稿第七十六页，共一百零六页(2)当盛装液化气体的压力容器发生爆炸时，当盛装液化气体的压力容器发生爆炸时，其爆炸能其爆炸能E可按下式计算可按下式计算P爆炸前后介爆炸前后介质质的的压压力差，力差，P Pa a；VV压压力容器的容力容器的容积积，m m3 3；液体的液体的压缩压缩系数，系数，PaPa-1-1。本讲稿第七十七页，共一百零六页（3）过热状态下液体在容器破裂时）过热状态下液体在容器破裂时，除了，除了气体的急剧膨胀外，尚有液体的激烈蒸发气体的急剧膨胀外，尚有液体的激烈蒸发过程，其爆炸能为：过程，其爆炸能为：E=(H1-H2)-(S1-S2)T1WH1爆炸前液化气体的焓，爆炸前液化气体的焓，KJ/；H2大气压力下饱和液化气体的焓，大气压力下饱和液化气体的焓，KJ/；S1爆炸前液化气体的熵，爆炸前液化气体的熵，KJ/S2大气压力下饱和液化气体的熵，大气压力下饱和液化气体的熵，KJ/；W饱和液化气体的质量，；饱和液化气体的质量，；T1介质在大气压力下的沸点，介质在大气压力下的沸点，K。本讲稿第七十八页，共一百零六页压力容器爆炸时，爆炸能量在相外释放时压力容器爆炸时，爆炸能量在相外释放时以冲击波能量、碎片能量和容器残余变形以冲击波能量、碎片能量和容器残余变形能三种形式表现出来，即，能三种形式表现出来，即，式中，式中，E-压力容器爆炸时释放的总能量，压力容器爆炸时释放的总能量，J；E1-冲击波能量，冲击波能量，J；E2-碎片能量，碎片能量，J；E3-容器残余变形能量，容器残余变形能量，J。本讲稿第七十九页，共一百零六页由于容器残余变形能量与其余两种形式能由于容器残余变形能量与其余两种形式能量相比可以忽略不计，所以近似的认为：量相比可以忽略不计，所以近似的认为：根据一些实验研究，可以按下述公式计算爆炸时的冲击波能量根据一些实验研究，可以按下述公式计算爆炸时的冲击波能量E1和碎片能量和碎片能量E2其中其中F为碎片破裂能屈服系数，对于脆性破裂，为碎片破裂能屈服系数，对于脆性破裂，F=0.2，对，对于塑性破裂，于塑性破裂，F=0.6。本讲稿第八十页，共一百零六页脆性破裂特征：脆性破裂特征：（1）容器没有明显的伸长变形，其内径也没有增大；）容器没有明显的伸长变形，其内径也没有增大；（2）裂口齐平，断口呈金属光泽的结晶状；）裂口齐平，断口呈金属光泽的结晶状；（3）容器常常破裂成若干碎块；）容器常常破裂成若干碎块；（4）脆性破裂多数在温度较低的情况下发生；）脆性破裂多数在温度较低的情况下发生；（5）脆性破裂常用于高强度钢制造的容器。）脆性破裂常用于高强度钢制造的容器。塑性破裂的特征：塑性破裂的特征：（1）破裂压力容器器壁有明显的伸长变形；）破裂压力容器器壁有明显的伸长变形；（2）压力容器断口呈暗灰色纤维状，断口不齐平；）压力容器断口呈暗灰色纤维状，断口不齐平；（3）压力容器韧性断裂一般不产生碎片，而只是在中部裂开）压力容器韧性断裂一般不产生碎片，而只是在中部裂开一个一个形状为形状为“X”的口。的口。本讲稿第八十一页，共一百零六页4、冲击波影响范围、冲击波影响范围冲击波以爆炸源为中心向外传播，冲击波冲击波以爆炸源为中心向外传播，冲击波超压逐渐衰减。超压逐渐衰减。冲击波超压大于某一破坏压力的范围即为冲击波超压大于某一破坏压力的范围即为冲击波影响范围，一般以冲击波影响半径冲击波影响范围，一般以冲击波影响半径来量度。来量度。本讲稿第八十二页，共一百零六页压力容器爆炸时冲击波影响半径式中，式中，r1影响半径变化率，可查。影响半径变化率，可查。E1冲击波能量，冲击波能量，J；D压力容器直径，压力容器直径，m。R可以按下式计算：可以按下式计算：R=0.022r1E1+D/2本讲稿第八十三页，共一百零六页5、碎片打击计算碎片能量及碎片打击碎片能量及碎片打击压力容器爆炸时碎片具有很大的动能向四压力容器爆炸时碎片具有很大的动能向四周飞散，当碎片击中人员或设备、建筑物周飞散，当碎片击中人员或设备、建筑物时将发生伤害或破坏。时将发生伤害或破坏。压力容器内介质为液体时，容器爆炸瞬间压力容器内介质为液体时，容器爆炸瞬间碎片具有的能量较小，可以不考虑其影响。碎片具有的能量较小，可以不考虑其影响。当容器内介质为气体或液化气体时，碎片当容器内介质为气体或液化气体时，碎片具有较大的破坏力。具有较大的破坏力。本讲稿第八十四页，共一百零六页压力容器爆炸时碎片发出的初速度压力容器爆炸时碎片发出的初速度m0压力容器本体质量，压力容器本体质量，F碎片破裂能屈服系数；碎片破裂能屈服系数；P爆炸前后的压力差，爆炸前后的压力差，pa；热容比；热容比；V压力容器内气体体积，压力容器内气体体积，m3本讲稿第八十五页，共一百零六页受空气阻力影响，碎片飞行受空气阻力影响，碎片飞行S距离以后，其距离以后，其速度变为速度变为V：V0碎片的初速度，碎片的初速度，m/s；A碎片面积，碎片面积，m2；m碎片质量，；碎片质量，；0空气密度，空气密度，/m3；S碎片飞行距离，碎片飞行距离，m。本讲稿第八十六页，共一百零六页高速飞行的碎片撞击到设备、建筑物，碎高速飞行的碎片撞击到设备、建筑物，碎片的打击深度取决于碎片具有的动能和结片的打击深度取决于碎片具有的动能和结构的强度。可以按下式计算碎片的打击深构的强度。可以按下式计算碎片的打击深度度X：X=1.85Cp贯透常数，其取值情况见表贯透常数，其取值情况见表m碎片质量，；碎片质量，；V碎片打击时的速度，碎片打击时的速度，m/s。本讲稿第八十七页，共一百零六页材料材料强强度度MN/mMN/m2 2贯贯透常数透常数C CP P炭炭钢钢1 1不不锈钢锈钢0.60.6混凝土混凝土15152020混凝土混凝土(强强化化)22221212钢钢筋混凝土筋混凝土40407 7砖砖5050松松软软地面地面9090不同结构的贯透常数不同结构的贯透常数CP本讲稿第八十八页，共一百零六页科克斯（科克斯（Cox）等建议按下式计算打击深度）等建议按下式计算打击深度X：式中，式中，m碎片质量，；碎片质量，；V碎片打击时的速度，碎片打击时的速度，m/s；K，n1,n2被打击物体的参数，其取值情况见表被打击物体的参数，其取值情况见表本讲稿第八十九页，共一百零六页被打被打击击物体的有关参数物体的有关参数物料物料K Kn1n1n2n2混凝土，混凝土，积压积压强强度度(35N/m(35N/m2 2)1.81.81010-5-50.40.41.51.5砖结砖结构构2.32.31010-5-50.40.41.51.5软钢软钢0.60.61010-5-50.330.331.01.0本讲稿第九十页，共一百零六页1、蒸气云爆炸现象、蒸气云爆炸现象SideViewTopViewHHeattransferfromwatertoLNGpoolLNGpoolVaporcloudWaterLQualitativegasconcentrationcontoursVaporcloud是指可燃气体或蒸气与空气的云状混合物在开阔地上空遇到点是指可燃气体或蒸气与空气的云状混合物在开阔地上空遇到点火源引发的爆炸。蒸气云爆炸的发生有一定的条件，包括一定火源引发的爆炸。蒸气云爆炸的发生有一定的条件，包括一定量的液化石油气泄漏，并与周围空气预混、延迟点火、局限化量的液化石油气泄漏，并与周围空气预混、延迟点火、局限化的空间等有关的空间等有关。第第8节：蒸气云爆炸伤害计算节：蒸气云爆炸伤害计算本讲稿第九十一页，共一百零六页2、TNT当量法当量法（1）基本原理）基本原理：将参加爆炸的可燃气体释放的能量折合将参加爆炸的可燃气体释放的能量折合成释放相同能量的成释放相同能量的TNT炸药的量，这样炸药的量，这样就可以利用就可以利用TNT爆炸效应的实验数据预爆炸效应的实验数据预测蒸汽云爆炸效应。测蒸汽云爆炸效应。TNTTNT三硝基甲苯是一种带三硝基甲苯是一种带苯环的有机化合物，溶点为的有机化合物，溶点为摄氏摄氏81度。它带有爆炸性，常用来