氢气储罐爆炸事故后果分析及应对措施

　　某制药单位采用葡萄糖加氢工艺生产山梨醇,氢气储存于Φ3500×5200的立式储罐内,压力为1.0MPa（表压）,温度为常温。

　　该储罐属于压力容器，若由于某种原因，氢气压力升高，超过设计压力，储罐将发生物理爆炸，氢气体积迅速膨胀，释放出大量的能量。爆破能量以冲击波能量、碎片能量和容器残余变形能量的形式进行释放，而用于形成碎片能量和容器残余变形能量约占总能量的5%～15%，形成冲击波的能量约占总能量的85%～95%，破坏作用最大，而冲击波在开始时产生的最大正压力即冲击波波阵面上的超压△P是引起破坏作用的主要因素。影响超压△P的因素有发生爆炸的氢气压力、体积、绝热指数、与爆炸中心距离、空气的稀薄程度及传播途径障碍物等。爆炸能量越大，距离爆炸中心越近，冲击波波阵面上超压越大，其破坏作用也越大，随着冲击波在空间的自由传播，能量逐渐减弱。

　　1爆破能量

　　当氢气储罐发生物理爆炸时，氢气释放的爆破能量[1]：

　　Eg=P×V÷（K-1）[1-（0.1013÷P）（K-1/K）]×103

　　式中Eg——气体的爆破能量，kJ；

　　P——容器内气体的绝对压力，1.101MPa；

　　V——容器的容积，50m3；

　　K——气体的绝热指数，氢气的绝热指数为

　　1.414[2]。

　　氢气释放爆破能量：

　　Eg=P×V÷（K-1）[1-（0.1013÷P）（K-1/K）]×103=（1.101×50）÷（1.414-1）×{1-（0.1013÷1.101）（1.414-1/1.414）}×103=8770.42（kJ）

　　由于用于产生冲击的能量约85%～95%，应对上面的结果进行修正，但从安全角度考虑，也可不进行修正。为能较好表示实际状况，取最大值即95%进行修正。即：

　　Eg冲击波=95%×Eg=95%×8770.42=8331.9（kJ）

　　将爆破能量换算成TNT当量：

　　q=Eg÷qTNT=8331.9÷4500≈1.85（kg）

　　qTNT为TNT爆热，TNT爆炸所放出的爆破能量为4230～4836kJ／kg，一般取平均爆破为4500kJ／kg。

　　爆炸的模拟比：

　　α=（q/q0）1/3=（1.85/1000）1/3≈0.123

　　q0为实验用的爆炸TNT基准值，为1000㎏。

　　2危害区域

　　爆炸发生时，爆炸能量形成的冲击波以爆炸点为中心，呈球形向外扩散。超压随着距离的增加而衰减。不同数量的同类炸药，若产生的冲击波超压相同，需满足：爆炸中心的距离R之比等于爆炸模拟比α，即当△P=△P0时:

　　R=R0×α

　　式中R——分析点与爆炸中心距离，m；

　　R0——实验时测量点与爆炸中心距离，m；

　　α——TNT炸药爆炸试验的模拟比。

　　△P——分析点的超压，MPa；

　　△P0——实验时测量点的超压，MPa。

　　表1、表2为1000kgTNT炸药在空气中爆炸产生的冲击波超压及其危害等级[1]。

 

　　当冲击波超压△P=△P0=0.1MPa时，实验时测量点与爆炸中心距离R0可根据表1，采用插值法进行计算：

　　R0=[（0.126-0.1）/（0.126-0.079）]×（25-20）+20=22.77（m）

　　则分析点与爆炸中心距离半径：

　　R=R0×α=22.77×0.123=2.80（m）

　　参照表2可知：以氢气储罐为中心，2.8m范围防震钢筋混凝土破坏，小房屋倒塌；大部分人员死亡。

　　同理，可计算出其他危害范围，见表3。由表3可知，若氢气储罐发生物理爆炸，以该爆炸点为中心，4m范围内将造成房屋倒塌、钢架结构破坏、人员伤亡的严重事故，甚至重特大事故。

 

　　3采取的对策措施

　　(1)以氢气罐为中心，4m范围的不能设置值班室，并将该区域用栅栏等进行隔离，防止无关人员穿越。在出入口设置静电导出装置及安全标志。(2)氢气罐应设压力测量仪表、安全泄压装置，并在顶部最高点设放空管。(3)严格按压力容器管理有关规定进行管理，定期对壁厚及焊缝、接管部位进行检验等。(4)安装可燃气体检测报警器，系统应由报警控制器、可燃气体传感器等部分组成。(5)加强安全教育，严格遵守安全操作规程和工艺规程。充装氢气时，应密切关注充装压力。(6)制定爆炸事故的应急救援预案，并定期进行演练。