锅炉爆炸事故后果分析

锅炉爆炸事故后果分析

该项目中所设置的锅炉属危险性大的特种设备，锅炉发生爆炸时，将产生的伤害后果，用TNT当量法进行模拟分析。

锅炉爆炸属于物理爆炸，它是物质状态参数（温度、压力、体积）迅速发生变化，在瞬时放出大量能量并对外做功的现象。其特点是爆炸现象发生过程中，造成爆炸发生的介质的化学性质不发生变化，发生变化的仅是介质的状态参数。

10.1 物理爆炸的能量

物理爆炸，气体膨胀所释放的能量（即爆破能量），不仅与气体压力和容器的容积有关，而且与介质在容器的物性相态有关。

火力发电厂锅炉中的介质为饱和水和饱和蒸汽，爆炸时释放能量等于饱和蒸汽绝热膨胀作的功加上饱和水因压力突然降低而迅速蒸发膨胀做的功。在大多数情况下，锅炉内的饱和水占容器中介质质量的绝大部分。它的爆破能量比饱和气体大得多。饱和水容器的爆破能量按式（10-1）计算：

Ew=CwV …………………………（10-1）

式中：Ew—饱和水容器的爆破能量（kJ） V---容器内饱和水所占的体积（m3） Cw—饱和水爆破能量系数（kJ/ m3） 10.2 爆炸冲击波及其伤害、破坏作用

锅炉爆炸时，爆破能量在向外释放时以冲击波能量、碎片能量和容器残余变形能量3种形式表现出来，后二种所消耗的能量占总爆破能量的比例较小，大部分能量是产生冲击波。

锅炉爆炸时，容器内的高压气体大量冲出，使它周围的空气受到冲击波而发生扰动，使其状态（压力、温度、密度）发生突跃变化，其传播速度大于声速，这种扰动在空气中的传播就形成冲击波。在离

爆炸中心的一定距离处，空气压力会随时间发生迅速而悬殊变化。开始时，压力突然升高，产生的最大正压力即是冲击波波降面上的超压△P。多数情况，冲击波的伤害、破坏作用是由超压引起的，其数值可达到数个甚至数十个大气压。

采用超压准则，可判断超压对人体伤害和对建筑物的破坏程度。 10.3 TNT当量法

实验数据表明，不同数量的同类炸药发生爆炸时，如果目标与爆炸中心距离R和目标与基准爆炸中心的相当距离R0之比与爆炸时产生冲击波所消耗的炸药量q（kg TNT）和基准炸药量q0（kg TNT）之比的三次方根相等，即：

R/R0= 3q =α …………………………（10-2） q0

则所产生的冲击波超压相同，即△P＝△P0[式中△P—目标处超压（MPa），△P0—基准目标处超压（MPa），α—炸药爆炸试验模拟比]式（10-2）可写为：

△P（R）＝△P0（R/α） …………………………（10-3） 利用式（10-3）可以根据某些已知药量的试验所测得的超压来确定任意药量爆炸时在各种相应距离下的超压。1000kg TNT爆炸时的冲击波超压查表10-1可得。

表10-1 1000kg TNT爆炸时的冲击波超压

R0（m） 5 6 7 8 9 10 12 14 16 18 20 25 △P0（MPa） 2.94 2.06 1.67 1.27 0.95 0.76 0.50 0.33 0.235 0.17 0.126 0.079 R0（m） 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 △P0（MPa） 0.057 0.043 0.033 0.027 0.0235 0.0205 0.018 0.016 0.0143 0.013 10.4 腾龙特种树脂（厦门）有限公司汽电部余热锅炉爆炸的破坏估算结果

项目余热锅炉：型式：三压、再热、强制循环/自然循环、汽包

炉

高压蒸汽出口流量：220 t/h高压蒸汽出口压力：9.89MPa高压蒸汽出口温度：535℃ 余热锅炉水容积：正常运行时为150m3（据建设单位提供）

（1）按式（10-1）计算爆破能量Ew

其中：容器内饱和水体积V按150m3计算，饱和水爆炸能量系数Cw，据资料介绍估算为：34.6×104 kJ/m3

则Ew＝CwV＝（34.6×104）（150）＝51.9×106 （kJ） （2）将爆破能量Ew换算为TNT当量q（kgTNT）

q=Ew/qTNT……………………（10-4）

式中qTNT—为1 kgTNT爆炸所放出的爆破能量，取qTNT＝4500kJ/kg 则q=Ew/qTNT=(51.9×106)/4500=11530.3（kgTNT） （3）按式（10-2）求出炸药爆炸的试验模拟比α

α=(q/q0)1/3=(q/1000)1/3=0.1q1/3=2.259

（4）按式（10-2）求出在1000kgTNT爆炸试验中的相当距离R0，即R0＝R/α，选取离爆炸中心的不同距离R，得出R0后，查表10-1，采用插入法，求出相应的超压，即为所选取距离R处的超压，估算结果见表10-2。

表10-2 R、R0与相应△P0估算结果

R（m） R0（m） 15 20 40 45 50 55 60 80 100 120 130 135 140 160 180 79.65 6.64 8.85 17.7 19.9 22.12 24.34 26.55 35.40 44.25 53.10 57.52 59.73 61.95 70.80 △P（ 2.04 0.98 0.18 0.128 0.106 0.085 0.072 0.042 0.028 0.022 0.019 0.018 0.017 0.0141 0.0140 0MPa）（5）根据超压△P0值，查表10-3和表10-4分别估算出对人员伤害和建筑物破坏的范围。

表10-3 冲击波超压对人体的伤害作用 △P0（MPa） 0.02-0.03 0.03-0.05 0.05-0.10 轻微损伤 听觉器官损伤或骨折 内脏严重损伤或死亡 对人体伤害 ＞0.10 大部分人员死亡 表10-4 冲击波超压对建筑物的破坏作用 △P0（MPa） 0.005-0.006 0.006-0.015 0.015-0.02 0.02-0.03 0.04-0.05 0.06-0.07 0.07-0.10 0.10-0.20 0.20-0.30 对建筑物破坏作用 门、窗玻璃部分破碎 受压面的门窗玻璃大部分破碎 窗框损坏 墙裂缝 墙大裂缝，屋瓦掉下 木建筑厂房房柱折断，房架松动 砖墙倒塌 防震钢筋混凝土破坏，小房屋倒塌 大型钢架结构破坏 根据不同距离处R相应的超压△P，对照表10-3和表10-4得知: 当厦门腾龙树脂厂有限公司220t/h蒸汽锅炉发生大爆炸时，在离爆炸中心50m以内，冲击波超压△P达到0.16MPa，大部分人员死亡。在离爆炸中心小于50m的范围为死亡区，在50m～60m范围内为重伤区。离爆炸中心60m～80m为轻伤区，80～120m为轻微损伤区，120m以外为安全区。

离爆炸中心160～180m处受压面的门窗玻璃大部分破碎。130～160m处门窗损坏，100～120m处墙体产生裂缝。在80m处墙体大裂缝，屋瓦掉下。在55～60m处砖墙倒塌。在40～50m处防震钢筋混凝土破坏，小屋倒塌。