用户户内燃气系统失效后果分析和安全防范措施

　　摘要：户内液化气闪爆事故的发生，往往造成人员伤亡，房屋损坏和财产损失。为了更好地防范此类严重事故的发生，有必要对用户户内燃气系统失效后果进行深入的分析，核算爆炸事故能量，提出安全防范措施。

　　关键词：液化气；泄漏；失效后果；防范措施

　　近年来，用户户内燃气事故频发，造成了用户伤亡事故和巨大的财产损失。每次遇到用户户内重大燃气事故，在调查处理时我们总是感到意外，为何事故的后果会如此严重，有的甚至于超出了我们的常规认识：有的户内燃气爆炸事故造成了房屋的坍塌、构筑物的破坏；有的造成了当事人的深度大面积烧伤，甚至死亡。严重的燃气事故的发生也给燃气供应企业带来了重大的经济损失，耗费了大量的人力、物力和财力。如2004年长春市发生了一次严重的燃气爆炸事故，爆炸造成了内墙倒塌，当事人被爆炸压力释放到室外而亡；如2007年杭州市某小区居民用气不慎，致使燃气大量泄漏到高层住宅的公共部位，窜入电梯间，遇火花发生爆炸，爆炸造成电梯井室严重破坏，构筑物多楼层遭受不同程度的冲击波破坏。

　　为了更好地防范此类严重事故的发生，有必要对用户户内燃气系统失效后果进行深入的分析。

　　一、用户户内燃气系统的组成

　　1、液化气钢瓶用户：用户户内燃气系统主要由燃气炉具、灶前管、减压阀、15公斤液化气钢瓶等设施组成。

　　2、管道用户：用户户内燃气系统主要由户内DNl5总阀、减压阀(中压进户)、户内燃气接管(多数为镀锌管)、分路阀门(多数为尖嘴阀)燃气具、灶前管等设施组成。

　　二、泄漏源和危险因素

　　1、用户户内燃气系统泄漏的一般危险因素有：炉具、灶前管、减压阀等设施老化造成泄漏，钢瓶瓶体、管道等设施缺少维护保养造成泄漏。泄漏点用发泡剂检查，有明显泡沫产生；随着泄漏时间的延长，泄漏慢慢变大。此类情况往往在未产生大量泄漏后果时，就较易为用户发现。

　　2、户内泄漏存在外力因素：灶前橡胶管意外被老鼠咬破或意外割伤破损，致使燃气大量泄漏；因施工不当造成户内燃气管道破损或断裂，致使燃气大量泄漏等等意外情况。此类意外情况，发生得比较突然，有的用户在未及时发现或处置不当情况下较易引起重大燃气火灾爆炸事故。

　　三、泄漏量的估算

　　1、在燃气系统微量泄漏情况下，燃气的泄漏量较小，考虑到户内门窗的换气次数，泄漏燃气大部分被稀释。如泄漏点处于通风良好的房间内，泄漏燃气达不到爆炸极F晚围，危害性较小。如泄漏点处于密闭房间内，泄漏燃气积聚可以达到爆炸极限范围；这类情况往往发生在闲置的密闭房屋内，泄漏燃气的后果可以根据泄漏量参照下面的计算方式核算事故后果。

　　2、当因外力等意外情况燃气大量泄漏，燃气达到爆炸极限范围。

　　(1)液化气钢瓶用户。较为常见的是灶前橡胶管意外被老鼠咬破或意外破损。由于户内常用为15Kg液化气钢瓶，假设钢瓶出口使用的是最大流量每小时2.5m3的减压阀，在胶管破损后，液化气喷射。15Kg液化气可以估算为气相6m³，在2.4小时内整瓶液化气泄漏完成，泄漏总量约为6m³液化气。

　　(2)液化气管道用户。(ⅰ)在事故多发的灶前橡胶管意外被老鼠咬破或其它意外破损情况下，假设使用的家用皮膜表的最大流量为每小时2.5～4m³。根据实验测算每小时泄漏量为2.5m³，根据泄漏时间可以计算出液化气泄漏总量。(ⅱ)户内DN15管道意外破损，如在断裂情况下，根据实验测算每小时泄漏量为4m³，泄漏流量达到了表具通过最大流量，根据泄漏时间可以计算出液化气泄漏总量。

　　四、爆炸能量的确定

　　假设事故现场使用15kg钢瓶的液化气用户，在2.4小时内灶前橡胶管意外被老鼠咬破液化气全部泄漏，进行模拟计算。

　　1、液化气泄漏后发生空间蒸汽云爆炸能量如式(1)所示：　　

U_f=1.8aW_f·Q_f (1)

 

　　式中：U_f——液化气爆炸能量，J；

 

　　W_f——蒸气云质量，kg；

 

　　Q_f——燃烧热取4.6264×10⁷J/kg；

 

　　a——当量系数，0.04。

 

　　2、确定爆炸的TNT当量。蒸气云爆炸公式为：

 

　　W_TNT=U_f/Q_TNT(2)

 

　　式中：W_TNT——TNT当量，kg；

 

　　Q_TNT——TNT爆热值，取4.52×10⁶J/kg。

 

　　蒸气云爆炸TNT当量为：

 

　　W_TNT=U_f/Q_TNT=1.8aW_fQ_f/Q_TNT=1.8×0.04×15×46264/4520=11kg

 

　　3、确定冲击波超压。根据冲击波超压值的实测值回归后得到冲击波超压与距离的关系如式(3)。

 

　　P_s=7.1×10⁵(R/W_TNT^1/3)^-2.09(3)

 

　　式中：P_s——冲击波超压，Pa；

 

　　R——距爆炸中心的距离，m。

 

　　以客厅为爆炸中心，距离为5m、12m、24m处产生的冲击波超压值计算如下：

 

　　R=5m，P_s=7.1×10⁵(R/W_TNT^1/3)^-2.09=7.1×10⁵(5/11^1/3)^-2.09=1.3×10⁵Pa=1.3kg/cm²

 

　　R=12m，P_s=0.2kg/cm²R=24m，P_s=0.05kg/cm²

 

　　五、爆炸失效后果分析

　　1、查阅相关资料得知：冲击波超压达5000Pa(O.05kg/cm²)时，一般门窗玻璃破碎；冲击波超压达20000Pa(0.2kg/cm²)时，墙出现大裂缝。

　　2、通过以上破坏半径的计算得知，该起爆炸事故的破坏半径为：

　　严重破坏半径为12m；

　　轻微破坏半径为24m。

　　3、通过以上冲击波超压值计算对实际建筑物遭到破坏情况进行比较分析如下：

　　(1)距爆炸中心5m以内时，实际爆炸冲击波超压值超过1.3kg/cm²，故能造成构筑物的严重损坏；

　　(2)距爆炸中心12m以内时，实际爆炸冲击波超压值超过0.2kg/cm²，能够造成民房墙体开裂，甚至于屋顶塌落，部分墙体被的现象；

　　(3)距爆炸中心24m以内时，实际爆炸冲击波超压值超过0.05kg/cm²，能够造成住宅铝合金全部严重扭曲变形，甚至于能够造成与爆炸中心相对且无屏障住宅玻璃被震碎；

　　4、户内液化气爆炸能量的其它影响因素。

　　(1)房间内换气次数的影响。随着房间换气的增多，室内燃气部分逸出，室内燃气达到爆炸极限的时间延长；根据有关专家经验测算，当每小时换气次数达到10次时，就不存在整个室内空间同时达到爆炸极限的情况，只在泄漏点附近的局部区域内达到或超过爆炸下限。爆炸危险程度大大降低。

　　(2)声动不稳定压力峰的影响。根据有关学者对声动不稳定压力峰的机理研究和试验测算，声动不稳定压力峰产生的最根本原因是建筑物有平行的壁面，当引燃可燃混合气体闪爆后，开始泄压，在两个平行的壁面产生声振驻波，于是可燃气质点以驻波方式形成纵向振动。可燃气团在纵向振动的状态下燃烧加剧，促使局部压力增高，振荡的压力振幅急剧增大形成高压力峰值。据有关学者研究，平行的2个壁面1～2米的距离、平行壁面光滑等情况极易产生爆炸声动不稳定压力峰，加大了事故的损失。

　　(3)泄压面积。爆炸泄压的防护办法用于建筑物防爆已有多年历史，一般比例泄压比≥0.404会大大减少爆炸压力。但是，试验数据证明，窗玻璃的厚度如果超过5厘米，会使爆炸泄压效果大大降低。房门朝里开，也会较大程度地降低泄压爆炸效果。

　　5、除了天然气爆炸冲击波损害外，爆炸瞬间产生的热辐射根据离爆炸中心的远近也可以将人的面部和裸露的皮肤不同程度的烧伤，按照理论爆炸温度最高可以达到3000℃左右。另外，爆炸产生的热辐射还可以将周围的易燃、易爆物品引燃，造成火灾。

　　六、用户户内燃气系统安全防范措施

　　根据用户户内燃气系统危险因素和失效后果的分析，有必要提出以下几点安全防范措施。

　　1、推广使用不锈钢软管。根据用户户内燃气系统失效分析，灶前管是用户户内燃气系统最薄弱的环节，易于老化和破损；近年来，各种事故表明，.由于灶前管被老鼠咬破现象增多，液化气大量泄漏后，用户不慎极易诱发重大燃气事故，家庭财产遭受重大损失和人员发生重大伤亡。不锈钢软管替代传统的橡胶软管后，可以较好地消除灶前胶管意外破损这一重大事故安全隐患。

　　2、施工作业人员的安全意识需要加强。在燃气管道施工通气，用户户内装修施工等等情况下，相关施工作业人员需要加强安全保护燃气管道的意识，避免因误操作引起的燃气意外大量泄漏情况。

　　3、户内设计和装修时尽可能的避免声动不稳定压力峰的产生。有条件的用户在厨房装修设计时，可以考虑在灶具对面墙壁采用不锈钢或泡沫塑料爆炸减压板，可以大幅度减少爆炸压力。在装修时，应避免厨房全部采用瓷砖形成光滑壁面。

　　4、增大泄压面积。一般房屋的设计都考虑了足够的泄压面积，厨房不可改建至密闭或泄压面积不足的房间。装修时，厨房窗玻璃厚度不可大于5厘米；房门应朝外开，增大泄压面积。

　　5、加大安全使用燃气的宣传。通过行之有效地安全宣传，增强用户安全用气的知识，教育引导用户经常性检查燃气设施，发现泄漏等异常现象及时请专业单位进行检查排除。对灶前管、炉具、减压阀等设施，在达到使用年限后应及时更换。

　　参考文献

　　[1]王宝兴：《声动不稳定燃烧压力峰的产生机理和实验验证》工程热物理学报1998.9(4)：379-383

　　[2]徐厚生赵双其：《防火防爆》北京化工工业出版社2004.5