蒸汽锅炉爆炸的机理及后果预测

    锅炉爆炸的机理

　　锅炉爆炸是锅炉系统中储存的大量能量意外瞬间释放，转化为机械能的现象。在锅炉运行过程中，由于受压元件的某些部位超过了材料的极限强度，薄弱处发生断裂，或是由于炉膛燃爆导致某些锅炉受压部件损坏，使得储存在锅炉中的水及蒸气立即从破口处冲出来，发生锅炉爆炸。此时，由于锅内压力瞬间降至外界大气压力，锅内的饱和水立即剧烈汽化、膨胀，蒸汽也随之剧烈膨胀，造成压力再次升高，破口进一步扩大。由于从破口处冲出的汽、水有很高的速度，形成强烈的冲击波，当与空气或地面接触后，便会产生强大的反作用力，使锅炉腾空而起或朝反作用力的方向运动、翻滚。锅炉爆炸时所释放的能量除了很少一部分消耗在撕裂钢板、将部分碎片以及与锅炉相连的汽水管道、阀门和本体抛离原地外，其余大部分能量将以冲击波的形式作用于周围环境，造成建筑物的破坏及人员伤亡。

    锅炉爆炸事故后果预测

　　1 事故后果预测概述

　　由前所述，锅炉一旦发生事故，特别是破裂爆炸事故，不仅设备本身遭到破坏，而且往往会破坏其周围的建筑物和其它设备，甚至造成人身伤亡等灾难性的事故后果。事故后果预测可以初步确定事故危害范围，对确立周围财产的保护措施具有重要意义。由于锅炉爆炸时所产生的冲击波情况十分复杂，而且缺乏这方面的系统的试验数据。目前对锅炉破裂爆炸所产生的冲击波超压一般都是根据同能量的梯恩梯(TNT)爆炸的试验数据按相似法则来确定，即TNT当量法。

　　2 锅炉爆炸的能量分析

　　整个锅炉系统中储存的能量包括两部分，一部分为高温、高压的干饱和蒸气所具有的能量，另一部分为饱和水所具有的能量。

　　(1)干饱和水蒸汽的爆炸能量因干饱和水蒸汽爆炸时仅在瞬间发生泄压，未及与外界发生热量交换，因此是一绝热膨胀过程，其爆炸能量为理想气体作绝热膨胀所释放的能量。

　　(2)高温饱和水的爆炸能量锅炉破裂后，不仅气体要泄压膨胀，而且原来处于汽液平衡的饱和液体在压力下降到大气压力时温度超过了大气压力下的沸点(也称过热)，过热状态的水急剧蒸发沸腾，体积激烈膨胀而引发爆炸。因此计算高温饱和水的爆炸能量包括了上述两部分爆炸能量。

　　3 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三种形式表现出来，后二者所消耗的能量只占总爆破能量的3％～15％，也就是说大部分能量产生了空气冲击波。