爆炸能量计算.doc

爆炸能量的计算爆炸能量的计算气瓶的爆炸事故可能有两种情况。其一是化学性爆炸,这可能是由可燃性气体气瓶中混入了氧或其它助燃性气体,或者是助燃性气体气瓶中混入可燃性气体,或者是某些气体气瓶中混入某种物质而发生剧烈的化学反应,也可能是由于某些气体在一定的条件下发生了分解、聚合反应等情况,使得气瓶内的压力骤增,以至气瓶爆破。从爆破气瓶喷出的通常是燃烧着的可燃气体混合物,并在气瓶的爆破碎片上通常留有碳黑。这种情况下的爆破能量很大。有时可与炸药的爆炸能量相当,并可将气瓶炸成碎片,碎片将以很高的速度向四周飞散,造成人员的伤亡或撞坏周围的设备等。而且更为严重的是燃烧产生的强大的冲击波,除可直接伤人外,还可摧毁建筑物等。但化学爆炸的能量受瓶内气体的性质、状态、混入介质的性质和数量、环境温度等诸多因素的影响。因此,这种爆炸是很难用数学的方法进行计算的。所以,本节所讨论的爆炸能量的计算,仅是下述的另一种爆炸情况的部分计算。其次是物理性爆炸,物理性爆炸可能是由气瓶过量充装、温度升高使瓶内压力超过气瓶的强度引起气瓶的爆破,或是由腐蚀等原因造成气瓶强度下降,以至气瓶不能承受介质的压力而爆破。气瓶内的高压气体或液化气体解除了外壳的约束,迅即进行膨胀并以很高的速度释放出内在的能量。虽达不到化学性爆炸的程度,但当压力较高、容积较大时,其爆炸的能量也是很大的。如果气瓶内的介质是可燃气体或可燃液化气体,当气瓶破裂后,气体的迅速扩散或蒸发与周围的空气形成可爆性混合气体,遇到由气瓶碎片撞击产生的火花或由于高速气流所产生的静电作用,会立即发生化学性爆炸。即通常所说的“二次爆炸”,其后果往往是灾难性的。一、永久气体的爆炸能量计算在气瓶的爆破时,瓶内气体膨胀所释放的能量(即爆炸能量)不但与气体的压力和容积有关,而且与气体在瓶内的状态有关。因为,永久气体和液化气体的爆炸过程是不一样的,所以爆破所产生的能量也不相同。永久气体气瓶的爆破,不发生状态的变化,仅是气体由气瓶爆破前的压力降至大气压力的降压膨胀过程。由于这一过程所经历的时间很短,而瓶内气体的温度也多与环境温度相同,所以这一爆炸过程可认为是与大气是没有热量交换的,即气体的膨胀过程是在绝热状态下进行的。爆炸的热力过程是绝热过程。所以永久气体的爆炸能量也就是气体绝热膨胀所作之功。其表达式为式中:Ug——-气体膨胀所作之功,MJ;Po——环境的绝对压力,MPa;P——气瓶内气体的绝对压力,MPa;V——容器的容积,m3;k——气体的绝热指数。式中的气体绝热指数可以按它的分子组成确定其近似值。如双原子气体,k=;三原子和四原子气体,k=~。常用的瓶装气体绝热指数的精确值可从表10—3查得。表10-—3可以看出,空气、氮、氧、氢、—1则气体的爆炸能量为:Ug=(1—(P)-)()令Cg=(1—(P)-):Ug=CgV()式中:Ug——气体的爆炸能量,MJ:V——气体的体积,m3;Cg——永久气体爆炸能量系数,MJ/m3。常用气体在常用压力下