130t/h锅炉爆炸事故后果分析
蒸汽锅炉锅筒爆炸通常称作“水蒸汽爆炸”，属于物理性爆炸，具有巨大的破坏作用。运行中的锅炉压力容器一旦破裂爆炸，将造成立体性的破坏和群体伤害，不但毁坏设备本身，而且损坏周围的设备与建筑，使现场及附近人员被击伤、烫伤、烧伤或发生中毒，有时还会引发二次爆炸及火灾事故。其大小不但与设备原有的压力及容积有关，而且还与器内介质的物性及原有集态相关。
一、爆炸危害计算
锅炉压力容器破裂时，器内原承压介质迅即膨胀降压，并高速释放出内在的能量，所释放的能量通常称作爆炸能量。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。锅炉筒体爆炸的总能量为饱和蒸汽爆炸能量及饱和水爆炸能量值和。
表1 蒸汽锅炉锅筒爆炸的介质状态变化及爆炸能量
爆炸后介质干度 绝对压力P /Mpa 饱和蒸汽 饱和水 体积膨胀系数 饱和蒸汽 饱和水 爆炸能量系数/kJ·m-3 饱和蒸汽 饱和水 ?? 0.911 0.885 0.863 0.853 0.842 0.815 ??? 0.092 0.123 0.145 0.162 0.176 0.210 n? n?? C?F C??F 4.12 6.24 8.24 10.26 12.22 17.87 143.50 187.73 217.54 239.60 257.05 296.92 0.64×103 1.29×103 2.06×103 2.8×103 3.6×103 6.24×103 2.79×104 4.16×104 5.37×104 6.46×104 7.44×104 9.58×104 0.5 0.8 1.1 1.4 1.7 2.6
3.9 9.9 13.8 16.8 17.5 22.1 0.789 0.713 0.674 0.642 0.634 0.516 0.244 0.339 0.381 0.411 0.419 0.516 26.10 66.09 97.20 126.96 135.26 268.28 331.68 396.93 403.25 296.81 394.01 268.28 1.05×104 3.50×104 5.58×104 7.62×104 8.16×104 1.86×105 1.23×105 1.92×105 2.18×105 2.31×105 2.32×105 1.86×105 由上表1可以看出：
第一，锅筒中原有的饱和水爆炸膨胀后变为汽水混合物，其汽化份额随压力升高而增大，但至临界压力也仅为0.516；
第二，水汽介质的爆炸能量系数随压力的升高而增大，仅在接近临界压力时，饱和水的爆炸能量系数随压力升高而稍有下降；
第三，压力相同时，饱和水的爆炸能量系数远大于饱和蒸汽的爆炸能量系数。在低中压时，前者约为后者的几十倍或十几倍。随着压力的升高，二者的差异逐渐减小，直至相等（临界压力）。
由于通常锅筒内容纳汽水各半，可以近似认为，低中压锅炉锅筒破裂爆炸时，其主要爆炸能量是饱和水释放的。 1)锅炉爆炸能量
锅炉爆炸能量主要由饱和蒸汽膨胀和饱和水膨胀做功两部分构成，本项目锅炉型号为TG130/3.9-AⅢ型循环流化床锅炉，额定蒸发量为130t/h,表压力为3.9Mpa,锅炉中饱和蒸汽的容积约为65m3,饱和水的容积约为65m3。
锅炉爆炸产生的能量:
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。
根据表1，可知CS=1.05×104kj·m-3；CW= 1.23×105kj·m-3； 该锅炉爆炸总释放能量为:
E=ES+EW =VSCS+VWCW
=(1.05×104+1.23×105)×65 =8.68×106kJ
2)锅炉爆炸能量换算成TNT当量
将锅炉爆炸能量Ｅ换算成TNT当量ｑ，其关系式为:
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=8.68×106/4.5×103=1928.3(kg)
即该锅炉爆炸约相当于1928.3kg TNT炸药的爆炸能量，因而对周围环境能产生较大的破坏力。
二、爆炸产生的其他危害 1、碎片打击
锅炉压力容器破裂爆炸时，高速喷出的气流可将壳体反向推出，有些壳体破裂成块或片向四周飞散。这些具有较高速度或较大质量的碎片，在飞出过程中具有较大的动能，也可以造成较大的危害。
碎片对人的伤害程度取决于其动能；碎片的动能正比于其质量及速度的平方。碎片在脱离壳体时常具有80～120m／s的初速，即使飞离爆炸中心较远时也常有20～30m／s的速度。在此速度下，质量为1kg的碎片动能即可达200～450J，足可致人重伤或死亡。
碎片还可能损坏附近的设备和管道，引起连续爆炸或火灾，造成更大的危害。
2、介质伤害
主要是高温水汽的烫伤。锅炉爆炸释放的高温汽水混合物，会使爆炸中心附近的人员烫伤。其他高温介质泄放气化也会灼烫伤害现场人员。 3、计算死亡半径：
死亡区得人员如缺少防护，则被认为将无例外地遭受严重伤害或死亡。其内径为0，外径为R0.5，表示外园周处人员因冲击波作用导致肺出血死亡的概率为50％。
死亡半径R0.5为：
R0.5＝13.6*（WNTN/1000）0.37
＝13.6*（1928.3/1000）0.37 ＝17.3m
4、计算重伤半径、轻伤半径
重伤区内人员如缺少防护，则绝大多数将遭受严重伤害，极少数可能死亡或受轻伤。其内径为死亡区外径R0.5，外径为Rd0.5，表示该处人员因冲击波作用导致耳膜破裂的概率为0.5，它要求冲击波峰值超压为44000Pa。
轻伤区内人员如缺少防护，则绝大多数将遭受轻微伤害，极少数可能受重伤或平安无事。其内径为重伤区外径Rd0.5，外径为Rd0.01，表示该处人员因冲击波作用导致耳膜破裂的概率为0.01，它要求冲击波峰值超压为17000Pa。
按照超压准则，重伤区、轻伤区计算公式如下： 重伤区：
Rd0.5＝Z1×(E/P0) 1/3 轻伤区：
Rd0.01＝Z2×(E/P0) 1/3 式中：
Rd0.5——重伤半径，m Rd0.01——轻伤半径，m E——爆炸总能量，J
P0——环境压力，此处区101300Pa 其中，Z1、Z2为计算参数，按下式计算： △PS＝0.137×Z-3＋0.119×Z-2＋0.269×Z-1－0.019 式中：
△PS＝冲击波的波峰值超压，重伤半径计算超压值为44000Pa，轻伤半径计算超压值17000Pa。
重伤：△PS＝44000/ P0＝0.4344 轻伤：△PS＝17000/ P0＝0.1678 Z1＝1.089；Z2＝1.957 则：
Rd0.5＝Z1×(E/P0) 1/3=1.089*(8.68*109/101300)1/3=48.0m Rd0.01＝Z2×(E/P0) 1/3=1.957*(8.68*109/101300)1/3=86.3m 4、安全区
安全区内人员即使无防护，绝大多数人也不会受伤，死亡的概率几乎为0。其内径为轻伤区外径Rd0.01，外径为无穷大。
5、建筑物破坏分区
建筑物破坏半径按下式计算： R＝K×WTNT1/3/[1+(3175/WTNT)2]1/6 式中：
K为常量，按表4－ 选取，K＝4.6
表4－ 英国建筑物破坏等级划分
破坏等级I 1 2 *破坏系数 1.0 0.6 参数K 3.8 4.6 破坏状况 所有建筑物全部破坏 砖砌房外表50％～70％破损，墙壁下部危险 房屋不能再居住，屋基部分或全部破3 0.5 9.6 坏，外墙1～2个面部分破坏，承重墙损失严重 4 0.3 28 建筑物受到一定程度破坏，隔墙木结构要加固 房屋经修理可居住，天井瓷砖瓦管不5 6 0.2 0.1 56 +∞ 同程度破坏，隔墙木结构要加固 房屋基本无破坏 *注：可将此级损失半径作为财产损失半径，即假定该半径内财产全部损失，
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