2、高压容器的爆炸冲击波及其危害

　　2.1　爆炸冲击波及特性。

　　CNG加气站储气装置由于高压和介质可燃爆两大事故因素，无论发生何种事故，都可能引发泄漏、火灾、化学爆炸和物理爆炸。如果事故得不到有效控制，还可相互作用，相互影响，促使事故扩大蔓延及至产生巨大的冲击波危害，其主要特征是：①化学爆炸冲击波。在输送CH4的管阀连接处、运行过程的误操作以及高压容器破损等事故因素发生时，可导致其介质泄漏于空气中，当浓度达到5.15%，或量超过15%但很快又降至上限与下限之间，尤其是处于9.5-9.8%的浓度范围时，只需0.28ml以上点火能量的作用，便可产生气体混合物爆炸（亦称为化学爆炸）。这种化学爆炸所产生的冲击波能量，可直接对建、构筑物和人体造成不同程度的危害，其强度主要与CH4气体混合物的空间体积（即参与反应的CH4总量）有关，可采用以下公式进行计算：

　　Lh=V·H·427式中：

　　Lh-CH4冲击波或爆炸力　　（Kgf.m）；

　　V-参与应的CH4气体总量（Nm3）；

　　H-CH4的高燃烧热值　（Kcal/m3）；

　　427-转换常数，1Kcal相当于427Kgf.m之功。

　　②物理爆炸冲击波。压力容器破裂时，容器内的高压气体解除了外壳的约束，迅速膨胀并以很高的速度释放出内在能量，造成压力装置瞬间破坏并产生巨大声响的现象。即为通常所说的物理爆炸。CNG装置因属于高压容器，由此引发的爆炸事故更具典型的物理爆炸特征。可以认为此类膨胀爆炸是在绝热状态下进行的，而爆炸的冲击波能量则是在绝热膨胀时所作的功。根据气体热力学原理，理想气体在绝热膨胀状态下所作之功可表示为：

　　Ug=PV/K-1·[1-（1/P）K-1/K]·104式中：

　　Ug——气体膨胀所作的功（Kgf.m）；

　　P——容器内气体绝对压力（MPa）；

　　V——容器水容积（m³）；

　　K——气体的绝对指数由于CH4及常见气体多为双原子分子，其绝对指数K=1.4，则绝热膨胀所作之功即为：

　　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令　Cg==2.5P·[1-（P）-0.2857]·104简化后用如下公式表示：

　　Ug=CgV式中：

　　Ug——气体膨胀所作的功或CH4的的爆炸能量（Kgf.m）；

　　V——CH4压缩容器体积（Nm³）；

　　Cg——CH4爆炸能量系数（Kgf.m/m³）

　　注：当CH4处于15～32MPa时，爆炸能量系数为2.88～6.48×106.

　　2.2 冲击波超压（△P）产生的危害。

　　由于压力容器爆炸的气体压力变动范围较大，系统试验数据又比较缺乏，加之冲击波超压△P与爆炸能释放的时间等因素有关，使测定和计算爆炸产生的△P较为困难，目前一般采用与等当量TNT比较的方法或模拟比的方法，将其相应结果代入Ug=CgV公式后，再计算确定压力容器的冲击波超压（△P）值。

　　储气瓶和储气罐两类装置无论发生化学爆炸或物理爆炸，都将产生立体冲击波，这种冲击波阵面上的不同超压△P，对建筑物、构筑物和人体可造成不同程度的危害和伤害。表-3是不同超压力作用在建筑物或人体时所产生的破坏与危害特征。