摘　要：分析可燃?xì)怏w爆炸機(jī)理，探討室內(nèi)天然氣泄漏爆炸定量計(jì)算方法。結(jié)合算例，進(jìn)行了理論計(jì)算。在天然氣泄漏流量一定的前提下，距爆炸中心同一位置的沖擊波超壓以及爆炸波及區(qū)域的死亡區(qū)半徑、重傷區(qū)半徑、輕傷區(qū)半徑均與泄漏時(shí)間的變化趨勢(shì)一致。

關(guān)鍵詞：天然氣  泄漏  爆炸　TNT當(dāng)量法

Quantitative Calculation of Explosion from Indoor Gas Leakage

Abstract：The explosion mechanism of flammable gases is analyzed．The quantitative calculation method of explosion from indoor natural gas leakage is discussed，and the theoretical calculation is performed with a calculation example．Under the premise of cerrain natural gas leakage rate，the shock wave super pressure and explosion wave at identical distances from explosion center as well as the death radius，serious injury radius and slight injury radius are consistent with variation trend of leakage time．

Key words：natural gas；leakage；explosion；TNT equivalent method

可燃?xì)怏w燃燒爆炸過程是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過程^[1-2]，爆炸產(chǎn)生的破壞宏觀表現(xiàn)在爆炸后對(duì)周圍物體的直接破壞，破壞程度則取決于爆炸后產(chǎn)生的沖擊波超壓。對(duì)室內(nèi)天然氣泄漏導(dǎo)致的爆炸沖擊波超壓、破壞半徑的計(jì)算及影響因素進(jìn)行分析，有助于人們對(duì)爆炸破壞程度的認(rèn)識(shí)，判斷火焰走勢(shì)，合理布置空間內(nèi)設(shè)施，為減災(zāi)防爆提供依據(jù)^[3]。本文對(duì)室內(nèi)天然氣泄漏爆炸的定量計(jì)算進(jìn)行探討。

1　可燃?xì)怏w爆炸機(jī)理

室內(nèi)天然氣泄漏爆炸本質(zhì)上是泄漏天然氣與空氣(氧)的快速氧化反應(yīng)，屬于化學(xué)爆炸。爆炸的主要特征是快速燃燒，燃燒爆炸后形成的沖擊波在無障礙物阻擋的前提下以球面形式傳播。傳播初期，膨脹的爆炸產(chǎn)物補(bǔ)充沖擊波傳播過程中損失的能量，隨著爆炸產(chǎn)物膨脹到極限，沖擊波尾部與爆炸產(chǎn)物相鄰的界面處壓力降至某個(gè)壓力P，接著爆炸產(chǎn)物由于慣性繼續(xù)膨脹直至消失。此時(shí)爆炸產(chǎn)物的平均壓力低于P，于是周圍介質(zhì)反過來對(duì)爆炸產(chǎn)物進(jìn)行壓縮，使其壓力回升。

2　泄漏爆炸定量計(jì)算方法

室內(nèi)天然氣泄漏地點(diǎn)主要為廚房，因此以廚房?jī)?nèi)燃?xì)庥镁咦鳛楸ㄖ行?，采?span lang="EN-US">TNT當(dāng)量法對(duì)爆炸能量(等效TNT質(zhì)量)、沖擊波超壓、破壞半徑進(jìn)行計(jì)算。

①等效TNT質(zhì)量

天然氣泄漏后與空氣混合形成蒸氣云，用TNT當(dāng)量法將發(fā)生爆炸的天然氣質(zhì)量按能量等效的原理換算成TNT的質(zhì)量進(jìn)行近似處理，等效TNT質(zhì)量m_TNT的計(jì)算式為^[4]：

式巾m_TNT——等效TNT質(zhì)量，kg

A——當(dāng)量系數(shù)，取0.04

mf——發(fā)生爆炸的天然氣總質(zhì)量，kg

Qf——天然氣的爆炸熱，kJ／kg，可取甲烷的燃燒熱，取5.56×10⁴kJ／kg

QTNT——TNT標(biāo)準(zhǔn)爆源的爆熱值，kJ／kg，取4.52×10³kJ／kg

r——天然氣密度，kg／m³，為0.764kg／m³

q——天然氣泄漏流量，m³／s

t——遇點(diǎn)火源前天然氣的泄漏時(shí)間，s

②沖擊波超壓^[5]

距爆炸中心d處的沖擊波超壓Dp的計(jì)算式為：

式中Dp——沖擊波超壓，Pa

a、b——系數(shù)

L——等效距離，m

d——距爆炸中心的距離，m

不同等效距離對(duì)應(yīng)的系數(shù)a、b見表l^[5]。

③破壞半徑

已知等效TNT質(zhì)量，可采用超壓一沖量準(zhǔn)則估計(jì)破壞半徑。設(shè)定爆炸波及區(qū)域?yàn)閳A形區(qū)域，破壞半徑R≤R0.5為死亡區(qū)半徑，R0.5代表人員因沖擊波作用導(dǎo)致肺出血而死亡的概率為0.5的破壞半徑，計(jì)算式為^[6]：

式中R0.5——人員因沖擊波作用導(dǎo)致肺出血而死亡的概率為0.5的破壞半徑，m

設(shè)R0.5<R≤Rd,0.5為重傷區(qū)半徑，Rd,0.5代表人員因沖擊波作用耳膜破裂的概率為0.5的破壞半徑，對(duì)應(yīng)沖擊波超壓限值為44kPa。Rd,0.5可采用以下計(jì)算式確定^[6]：

式中Z——系數(shù)

Rd,0.5——人員因沖擊波作用耳膜破裂的概率為0.5的破壞半徑，m

p0——環(huán)境壓力，Pa．

E——爆炸總能量^[7]，J

設(shè)Rd,0.5<R≤Rd,0.01為輕傷區(qū)半徑，Rd,0.01代表人員因沖擊波作用耳膜破裂的概率為0．ol的破壞半徑，對(duì)應(yīng)沖擊波超壓限值為17kPa。將式(7)中的Rd,0.5替換成Rd,0.01，即可計(jì)算得到Rd,0.01。

3　算例

取環(huán)形縫隙泄漏流量為7.882×10^-4m³／s規(guī)格為l5mm的燃?xì)夤艿?/font>^[8]，泄漏時(shí)間分別取l00、300、600、900、1800、3600、7200s。例：2.3m處Dp=52.28kPa，Dp=44kPa處>2.3m。沖擊波、爆炸波及區(qū)域破壞半徑采用不同方法計(jì)算，前者采用式(3)、(4)計(jì)算，后者采用式(5)～(7)計(jì)算。不同泄漏時(shí)間下距爆炸中心2.3m處(內(nèi)墻位置)的沖擊波超壓以及爆炸波及區(qū)域的死亡區(qū)半徑、重傷區(qū)半徑、輕傷區(qū)半徑見表2。