TNT当量法预测某石化设备爆炸后果评价

    　　某厂苯乙烯装置的乙苯合成工艺中置的烃化反应器规格为φ2200×12000mm；反应温度为360～380℃；反应压力为0.85～1.0MPa；该反应器在《压力容器安全技术监察规程》附件一中，具体划分为低压（0.1 MPa≤p<1.6 MPa）等级，物料流量为58088（kg/h）；苯：乙烯＝1：5（mol比）。该烃类化反应器反应原理为催化干气中的乙烯和苯经过催化剂反应生成二乙苯。若该烃化反应器发生泄漏事故，上述物料非常容易形成爆炸性气体，如果遇明火或高热，可能发生爆炸事故。本文采用TNT当量法预测由此造成的爆炸事故后果。

    1 TNT当量法

    　　通过对爆炸知识的积累经验得出TNT当量与破坏之间的关系，得出蒸气去爆炸的TNT当量的公式1。

    　　
    式中： A——蒸气云的TNT当量系数，取值范围为0.02～14.9％；

     W_TNT——蒸气云的TNT当量，kg；

     W_f——蒸气云中燃料的总质量，kg；

     Q_f——燃料的燃烧值，kJ/kg；

     Q_TNT——TNT的爆热，Q_TNT＝（4.12～4.69）×10³kJ/kg。

    　　蒸气云爆炸后引起冲击波作用，在一定范围内导致肺出血造成0.5的死亡概率。它的范围公式为：

    　　

    式中，R_0.5—造成死亡概率0.5的半径，m。

    　　100kgTNT炸药试验，在空气中爆炸时产生的冲击波超压见表1。以表1中R₁₀₀₀（m）为横坐标、ΔP_0.5（MPa）为纵坐标，作图，得出图1。通过公式（3）计算TNT炸药爆炸的模拟比，再根据公式（4）计算实际TNT当量冲击波超压值。

    　　表1 1000kgTNT当量的爆炸冲击波超压

    　　

R1000(m)	5	6	7	8	9	10	12	14
ΔP1000(MPa)	2.94	2.06	1.67	1.27	0.95	0.76	0.50	0.33
R1000(m)	16	18	20	25	30	35	40	45
ΔP1000(MPa)	0.235	0.17	0.126	0.079	0.057	0.043	0.033	0.027
R1000(m)	50	55	60	65	70	75
ΔP1000(MPa)	0.0235	0.0205	0.018	0.016	0.0143	0.013

    　　图1 1000kgTNT当量的爆炸冲击波超压坐标图

    式中：R——目标与爆炸中心距离，m；

    　　　R₁₀₀₀——目标与1000kgTNT当量的爆炸中心的相当距离，m；

    　　　α_TNT1000——TNT炸药爆炸与1000kgTNT爆炸试验的模拟比。

    　　　ΔP（R）＝ΔP₁₀₀₀（R₁₀₀₀/α_TNT1000）（4）

    式中：ΔP——实际TNT当量的爆炸冲击波超压，MPa；

    　　　ΔP₁₀₀₀——1000kgTNT当量的爆炸冲击波超压，MPa。

    　　蒸气云爆炸波超压对人体的伤害程度可见表2，对建筑物的破坏作用见表3。

    　　表2 爆炸波超压对人体的伤害程度

    　

超压ΔP（MPa）	人员伤害与破坏程度
0.02～0.03	人员轻微伤害
0.03～0.05	人员严重伤害
0.05～0.10	内脏严重损伤或死亡
>0.10	大部分人员死亡

    　　表3 爆炸波超压对建筑物的破坏程度

    　　

超压ΔP（MPa）	破坏程度
0.005～0.006	门、窗玻璃部分破碎
0.006～0.015	受压面门窗玻璃大部分破碎
0.015～0.02	门框损坏
0.02～0.03	墙出现裂缝
0.04～0.05	墙出现大裂缝、房瓦掉下
0.06～0.07	木建筑厂房柱子折断、房架松动
0.07～0.10	砖墙倒塌
0.10～0.20	防震钢筋混凝土破坏，小房屋倒塌
0.20～0.30	大型钢架结构破坏

    　　表4 爆炸伤害程度和目标与爆炸中心距离的关系

    　　

冲击波超压 ΔP（MPa）		伤害程度损害程度	相当距离 R1000（m）	目标与爆炸中心距离 R（m）
对人员	0.05	人员严重伤害	31	48.4
	0.046	死亡概率0.5	33	51.5
	0.02	人员轻微伤害	55	85.8
对建筑物	0.04	房架松动	36	56.2
	0.06	墙出现裂缝	28	43.7
	0.20	钢筋混凝土破坏	16	25.0

    2 泄漏后爆炸事故分析

    　　如果烃化反应器周围管道或其它部位泄漏物料的时间为10分钟，泄漏量为58088（kg/h）×10/60（h）＝9681（kg），由于反应温度高达360～380℃（苯的沸点为80.1℃），其中100％蒸发为气体，浓度达到爆炸极限，发生爆炸事故。再因物料中大部分为苯，所以本文以苯的燃烧热为基准计算。

    　　查表得知苯的燃烧热为40.1MJ/kg。

    　　爆炸性气体中苯的质量为：

    　　W_f＝9681×100％＝9681kg

    　　取A＝4％；Q_TNT＝4.12 MJ/kg；Q_f＝40.1 MJ/kg：

    5 事故分析结果

    　　利用1000kgTNT当量的爆炸冲击波超压坐标图（图1）上的坐标曲线，查得当R＝34.6m时，得到应该为ΔP＝0.044MPa。再根据表1、表2列出的损害程度得到，这时对人员来说，能够产生严重的伤害；对建筑物来说，能够使墙出现大裂缝、房瓦掉下。当在15.5m时，对人员损害接近于严重伤害程度，死亡概率为50％。