某公司锅炉爆炸影响范围及安全距离计算案例
该项目锅炉房内天然气锅炉使用过程中因为故障可能导致爆炸，高温高压蒸汽及快速气化的热水膨胀会导致爆炸冲击波，影响范围大，事故后果严重，因此该项目锅炉房内锅炉爆炸为可能发生的最严重事故，两台锅炉布置较近，考虑到多米诺效应，两台锅炉存在同时爆炸的可能性，因此考虑其同事爆炸的事故后果。分析如下：
锅炉爆炸对周围环境产生破坏的能量来自两方面：
①锅筒内的高压蒸汽膨胀。由于锅炉爆炸是在极短的时间内发生的，高压蒸汽来不及与外界热交换，释放的能量可视为绝热膨胀所作的功。
②饱和水迅速汽化、继续膨胀所作的功。当锅筒破裂、筒内液面压力瞬时下降为大气压，原工作压力下高于100℃的饱和水此时变得极不稳定，变成在大气压下难以存在的“过饱和水”, 其中一部分即瞬时汽化，体积骤然膨胀许多倍，在容器周围空间形成爆炸。
两者相比，后者所产生的能量远远大于前者。爆炸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等三种形式表现出来。后二者所消耗的能量只占总爆炸能量的3%～15%，也就是说大部分能量是产生空气冲击波。因此该项目事故后果主要考虑爆炸冲击波对建筑物及人员的影响。
该项目配备的锅炉参数如下表：
表1锅炉房蒸汽锅炉信息一览表
序号 1 2 合计 设备 1#蒸汽锅炉 2#蒸汽锅炉 -- 额定蒸发量 4t/h 3t/h 7t/h 锅炉容量 4m3 3m3 7 m3 蒸汽量 1m3 0.75m3 1.75 m3 热水量 3m3 2.25m3 5.25 m3 工作压力 1.25MPa 1.25MPa 1.25MPa 采用如下计算程序： 1)锅炉爆炸能量计算
计算锅炉爆炸产生的能量，采用如下公式：
E=ES+EW=VSCS+VWCW
式中，E-总释放能量
ES-蒸汽爆炸能量 EW-饱和水爆炸能量 VS-蒸汽体积 VW-饱和水体积 CS-蒸汽爆炸能量系数 CW-饱和水爆炸能量系数
表2 常用压力下CS/CW值（kJ/m3）
表压力（MPa） CS CW 0.5 8.31×102 3.25×104 0.8 1.5×103 4.56×104 1.3 2.75×103 6.35×104 2.5 6.24×103 9.56×104 3.0 7.77×103 1.06×105 由表1可知两台锅炉工作压力相同，均为1.25MPa，考虑到该压力无可靠性参照值，就近取1.3MPa压力下数值计算，因此按照表中锅炉合计量进行计算：
E=1.75×2.75×103+5.25×6.35×104=338.1875×103（kJ） 2）对应TNT当量计算
将锅炉爆炸产生的能量转化为TNT当量，计算公式如下：
q=E/qTNT
式中,qTNT为1kg TNT的爆炸能量，取平均爆破为4500kJ/kg计算。
q=338.1878×103/4500kg=75.15kg
即该项目锅炉房2台锅炉同时爆炸时相当于75.15kg TNT炸药的爆炸当量，能对周围环境产生相当的破坏力。
3）计算目标防护距离
通过TNT当量分析，该项目最严重的事故为锅炉房发生火灾爆炸事故。由实验数据表明，不同数量的同类炸药发生爆炸时，如果R
与R0之比和q与q0之比的三次方根相等，则所产生的冲击波超压相同，用公式表示为：
上式也可写成为：
△p(R0)=△p0(R／a)
式中：R-目标与爆炸中心距离，m；
R0-目标与基准爆炸中心的相当距离，m；
q0-基准炸药量，TNT，kg，此处基准炸药量取1000kgTNT q-爆炸时产生冲击波所消耗的炸药量，TNT，kg； △p-目标处的超压，MPa； △p0-基准目标处的超压，MPa； α-炸药爆炸试验的模拟比。
该项目成品库房铝粉爆炸时的q量为75.15kg，计算得α为0.42。基准炸药量取1000kgTNT时的R0与△p0相互关系见下表。
表3 1000kgTNT爆炸时的冲击波超压与距离关系表
距离R0/m ΔP0/MPa 距离R0/m ΔP0/MPa 距离R0/m ΔP0/MPa 5 2.94 16 0.235 50 0.0235 6 2.06 18 0.17 55 0.0205 7 1.67 20 0.126 60 0.018 8 1.27 25 0.079 65 0.016 9 0.95 30 0.057 70 0.0143 10 0.76 35 0.043 75 0.013 12 0.50 40 0.033 14 0.33 45 0.027 因此，得到锅炉爆炸时的冲击波超压与距离详见表4。
表4锅炉爆炸时的冲击波超压与距离关系表
距离R0/m ΔP0/MPa 2.1 2.94 2.52 2.06 2.94 1.67 3.36 1.27 3.78 0.95 4.2 0.76 5.04 0.50 5.88 0.33 距离R0/m ΔP0/MPa 距离R0/m ΔP0/MPa 6.72 0.235 21 0.0235 7.56 0.17 23.1 0.0205 8.4 0.126 25.2 0.018 10.5 0.079 27.3 0.016 12.6 0.057 29.4 0.0143 14.7 0.043 31.5 0.013 16.8 0.033 18.9 0.027 4）模拟分析结果
冲击波超压波对人体的伤害和对建筑物的破坏作用见表5和表6：
表5冲击波超压对人体的伤害作用
序号 △p(MPa) 伤害作用 伤害范围（m） 受影响作业区 配电室、锅炉房西1 0.02～0.03 轻微损伤 18.48-23.68 侧运输道路 配电室、锅炉房西2 0.03～0.05 听觉器官损伤或骨折 14.36-18.48 侧运输道路 配电室、锅炉房西3 0.05～0.10 内脏严重损伤或死亡 10.58-14.36 侧运输道路 4 ＞0.10 大部分人员死亡 ＜10.58 锅炉房 表6 冲击波超压对建（构）筑物的破坏作用
序号 △p(MPa) 伤害作用 伤害范围（m） 受影响建（构）筑物 办公楼（北侧）、1 0.015～0.02 窗框损坏、玻璃破碎 23.68-29.12 配电室（南端） 2 3 0.02～0.10 0.10～0.20 墙裂缝至砖墙倒塌 防震钢筋混凝土破坏，小房屋倒塌 10.58-23.68 7.896-10.58 配电室 锅炉房 序号 4 △p(MPa) ＞0.20 伤害作用 大型钢架结构破坏 伤害范围（m） ＜7.896 受影响建（构）筑物 锅炉房 根据超压冲击波对人体及建筑物的伤害、破坏作用，当超压冲击波在0.02～0.03MPa时，此时最大影响距离为23.68m，会对厂区配电室、锅炉房和正在锅炉房西侧道路从事道路运输的工作人员造成轻微损伤；当超压冲击波在0.015～0.02MPa时，此时最大影响距离为29.12m，会造成建筑物门、窗玻璃破碎。此时配电室和办公楼最北侧可能受到爆炸影响，1#生产车间及其他生产区建筑物与人员不会受到影响。
某企业锅炉爆炸影响范围及安全距离计算案例
