CNG儲氣裝置的安全評價及預防處置技術（二）
發布時間：2010-01-14 共1頁
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可燃爆兩大事故因素，無論發生何種事故，都可能引發泄漏、火災、化學爆炸和物理爆炸。如果事故得不到有效控制，還可相互作用，相互影響，促使事故擴大蔓延及至產生巨大的沖擊波危害，其主要特征是：①化學爆炸沖擊波。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生時，可導致其介質泄漏于空氣中，當濃度達到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，便可產生氣體混合物爆炸(亦稱為化學爆炸)。這種化學爆炸所產生的沖擊波能量，可直接對建、構筑物和人體造成不同程度的危害，其強度主要與CH4氣體混合物的空間體積(即參與反應的CH4總量)有關，可采用以下公式進行計算：
Lh=V·H·427
式中：
Lh-CH4沖擊波或爆炸力 (Kgf.m)；
V-參與應的CH4氣體總量(Nm3)；
H-CH4的高燃燒熱值 (Kcal/m3)；
427-轉換常數，1Kcal相當于427Kgf.m之功。
②物理爆炸沖擊波。壓力容器破裂時，容器內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在能量，造成壓力裝置瞬間破壞并產生巨大聲響的現象。即為通常所說的物理爆炸。CNG裝置因屬于高壓容器，由此引發的爆炸事故更具典型的物理爆炸特征。可以認為此類膨脹爆炸是在絕熱狀態下進行的，而爆炸的沖擊波能量則是在絕熱膨脹時所作的功。根據氣體熱力學原理，理想氣體在絕熱膨脹狀態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--容器內氣體絕對壓力 (MPa)；
V--容器水容積 (m3)；
K--氣體的絕對指數
由于CH4及常見氣體多為雙原子分子，其絕對指數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
=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 (Kgf.m/m3)
注：當CH4處于15～32MPa時，爆炸能量系數為2.88～6.48×106。
2.2 沖擊波超壓(△P)產生的危害。
由于壓力容器爆炸的氣體壓力變動范圍較大，系統試驗數據又比較缺乏，加之沖擊波超壓△P與爆炸能釋放的時間等因素有關，使測定和計算爆炸產生的△P較為困難，目前一般采用與等當量TNT比較的方法或模擬比的方法，將其相應結果代入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生化學爆炸或物理爆炸，都將產生立體沖擊波，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生的破壞與危害特征。
