压力容器与安全工程(4)

1、2022-7-51上节课内容回顾压力容器使用过程中产生的缺陷压力容器使用过程中产生的缺陷n腐蚀n裂纹压力容器破换形式与预防压力容器破换形式与预防n延性破裂n脆性破裂n疲劳破裂n腐蚀破裂n蠕变破裂大气腐蚀、氧腐蚀、大气腐蚀、氧腐蚀、酸碱等腐蚀性介质引起的腐蚀、应力腐蚀酸碱等腐蚀性介质引起的腐蚀、应力腐蚀疲劳腐蚀、氢脆和氢腐蚀疲劳腐蚀、氢脆和氢腐蚀2022-7-52延性破裂脆性破裂疲劳破裂腐蚀破裂蠕变破裂原因液化气体充装过量；超温超压运行；选材不当或容器安装不符合要求；维护保养不当。低温、材料韧性差；容器本身存在的缺陷，造成局部压力过高所致。存在较高的应力集中；存在交变载荷。维护保养不当；选材不当

2、或未采取有效防腐措施；介质中杂质的影响。长期高温下运行，缓慢产生塑性变形；局部过热；特点有明显的伸长变形；断口成暗灰色纤维状；一般不是碎裂；容器实际爆破压力接近计算爆破压力。无明显的伸长变形；裂口齐平，断口呈金属光泽的结晶状；破裂成碎块；事故发生是温度较低。器壁上没有明显的塑性变形；氢鼓包、氢脆、脱碳、氢腐蚀有明显的塑性变形，其变形量大小决定与材料的塑性。破坏时的应力值低于材料在使用温度下的强度极限。防范足够的强度和厚度；按规定工艺参数工作，附件齐全；禁止超温、超压、超负荷运行，防止过量充装；加强维护保养，防止腐蚀。塑性的材料，减少或消除构件的缺陷；避免或防止压力容器的应力集中导致的裂纹；提高

3、焊接质量，消除残余应力；定期对容器进行检查。减少过高的局部应力；减少交变载荷；尽量减少外压、泄压的次数，操作中防止温度压力波动过大；制造前应做疲劳设计，以保证压力容器不致发生疲劳破裂。防腐蚀材料；奥氏体不锈钢容器应严格控制氯离子含量，并避免在不锈钢敏感温度下使用，防止破坏不锈钢表面的钝化膜和防止晶间腐蚀；避免腐蚀介质对壳体的腐蚀；降低腐蚀速度。选用满足高温力学性能要求的合金钢材料、设计结构合理、制造质量符合标准的压力容器，并使用防止容器局部过热， 经常维护保养，消除积垢、结碳、可有效防止容器破坏事故的发生。2022-7-53第四章第四章 压力容器爆破危害与防止压力容器爆破危害与防止王江云中国石

4、油大学压力容器安全管理工程压力容器安全管理工程 2022-7-54第四章第四章 压力容器爆破危害与防止压力容器爆破危害与防止主主 要要 内内 容容第一节、爆炸分类及压力容器爆破的特点第二节、压力容器爆破能量估算第三节、压力容器爆炸的危害2022-7-55第一节 爆炸分类及压力容器爆破的特点一、爆炸及其分类爆炸物质由一种状态迅速转变成另一种状态，并在瞬间放出大量能量、产生巨大声响的现象。 气体或蒸汽在瞬间剧烈膨胀的现象。 本质是压力的急剧上升。2022-7-56一、爆炸及其分类根据爆炸传播的速度分n轻爆：每秒n100cmn100m（n=09）n爆炸：每秒10mn102m（n=09）n爆轰：每秒1

5、000m7000m根据爆炸的原因及机理分n物理性爆炸：物质因状态或压力发生突变而发生的爆炸现象。n化学性爆炸：由于物质发生极其迅速的化学反应，产生高温、高压而引起的爆炸现象。2022-7-57二、压力容器爆破的特点炸药爆炸：30005000高温，数十万大气压；压力容器爆炸：n容器开裂，形成碎片以较高的速度、能量向四周飞散n气体膨胀对周围空气做功，形成冲击波n有毒物质向周围扩散，大气污染n介质为液化气体，介质蒸发与周围空气混合形成可爆炸混合气体，遇火花、静电发生化学爆炸，“二次爆炸”。形成大面积火灾，和中毒。2022-7-58第二节 压力容器爆破能量的估算压力容器爆炸能量不仅与压力容器的压力和容

6、积有关，压力容器爆炸能量不仅与压力容器的压力和容积有关，而且还与介质在器内的物性集态（物理或化学反应）而且还与介质在器内的物性集态（物理或化学反应）有关。有关。 一、压缩气体和水蒸气的爆破能量一、压缩气体和水蒸气的爆破能量n容器破裂时产生瞬间的降压膨胀，可以认为来不及容器破裂时产生瞬间的降压膨胀，可以认为来不及与周围环境发生热量交换，因而，这一过程可视为与周围环境发生热量交换，因而，这一过程可视为一绝热过程。由此可知压缩气体容器的能量就是气一绝热过程。由此可知压缩气体容器的能量就是气体绝热膨胀所做的功。体绝热膨胀所做的功。n爆炸能量可按理想气体作绝热膨胀时所释放的能量爆炸能量可按理想气体作绝热

7、膨胀时所释放的能量来计算。来计算。2022-7-59第二节 压力容器爆破能量的估算一、压缩气体和水蒸气的爆破能量一、压缩气体和水蒸气的爆破能量Ug=pV/(k-1)1-(0.1013/p)k-1/k106式中式中 Ug气体的爆炸能量，气体的爆炸能量，J; P容器内气体的绝对压力，容器内气体的绝对压力，MPa; V容器的容积，容器的容积， m3; k气体的绝热指数。气体的绝热指数。2022-7-510 气体的绝热指数可以按它的分子组成确定其近似值。双气体的绝热指数可以按它的分子组成确定其近似值。双原子气体原子气体,k=1.4,而三原子和四原子气体而三原子和四原子气体,k=1.21.3。压力容。压

8、力容器中常用的压缩气体绝热指数可由表器中常用的压缩气体绝热指数可由表 1查得。查得。表表1 常用压缩气体的绝热指标常用压缩气体的绝热指标气体名称气体名称空气空气氮气氮气甲烷甲烷一氧化碳一氧化碳绝热指标绝热指标1.41.41.41.41.3151.3151.3951.395气体名称气体名称氧气氧气氢气氢气乙烷乙烷二氧化碳二氧化碳绝热指标绝热指标1.3971.3971.4121.4121.181.181.2951.295第二节 压力容器爆破能量的估算2022-7-511 从表从表1可以看出可以看出,空气、氧、氮、氢、及一氧化空气、氧、氮、氢、及一氧化碳等常用气体的绝热指数碳等常用气体的绝热指数k均

9、为均为1.4或近似或近似1.4，用，用1.4代入上式即得这些气体容器的爆破能量为代入上式即得这些气体容器的爆破能量为 Ug=2.5pV1-(0.1/p)0.2857 106 令令 Cg=2.5p1-(0.1/p)0.2857 106 由此，公式可以简化成由此，公式可以简化成 Ug=CgV 式中式中 Cg压缩气体爆破能量系数压缩气体爆破能量系数,J/m3.第二节 压力容器爆破能量的估算2022-7-512 压缩气体爆炸能量系数随它的绝对压力而定压缩气体爆炸能量系数随它的绝对压力而定,即即Cg是是p的函数。各种常用压力的函数。各种常用压力(绝对绝对)下压缩气体的爆破能下压缩气体的爆破能量系数见量系

10、数见 表表2。表表2 常用压力下的二原子压缩气体常用压力下的二原子压缩气体(k=1.4)的爆炸能量系数的爆炸能量系数Cg值值绝对压力绝对压力P (MPa)P (MPa) 3 35 57 79 91111能量系数能量系数Cg(J/mCg(J/m3 3) )2.022.0210105 54.614.6110105 57.467.4610105 51.051.0510106 61.361.3610106 6绝对压力绝对压力P (MPa)P (MPa) 17 17 26 2641415151 65 65能量系数能量系数Cg(J/mCg(J/m3 3) )2.362.3610106 63.943.941

11、0106 66.706.7010106 68.608.6010106 61.131.1310107 7绝对压力绝对压力P (MPa)P (MPa) 151 151321321401401能量系数能量系数Cg(J/mCg(J/m3 3) )2.882.8810107 76.486.481071078.228.22107107第二节 压力容器爆破能量的估算2022-7-513 水蒸气的绝热指数水蒸气的绝热指数k与水蒸气的干度及是否过热有与水蒸气的干度及是否过热有关，过热蒸汽关，过热蒸汽k=1.3，干饱和蒸汽，干饱和蒸汽k=1.135，湿饱和蒸，湿饱和蒸汽的汽的k=1.035+0.1x（x为蒸汽干度

12、）为蒸汽干度）Ug=CsV表表3 常用压力（绝）下干饱和蒸汽爆炸能量系数常用压力（绝）下干饱和蒸汽爆炸能量系数Cs绝对压力绝对压力p(MPa)p(MPa) 0.40.60.91.42.6能量系数能量系数C Cs s(J/m(J/m3 3) )4.51058.51051.51062.81066.2106绝对压力绝对压力p(MPa)p(MPa) 3.1能量系数能量系数C Cs s(J/m(J/m3 3) )7.7106第二节 压力容器爆破能量的估算2022-7-514 二二 、 液化气体与高温饱和水的爆炸能量液化气体与高温饱和水的爆炸能量 介质为液化气体的压力容器介质为液化气体的压力容器,破裂时的

13、情破裂时的情况与压缩气体不尽相同况与压缩气体不尽相同,它所释放的能量包括它所释放的能量包括两部分两部分,即即 （1）气相绝热膨胀的爆炸能量）气相绝热膨胀的爆炸能量 （2）处于过热状态的液相急剧蒸发的爆沸爆）处于过热状态的液相急剧蒸发的爆沸爆炸能量。炸能量。 第二节 压力容器爆破能量的估算2022-7-515当容器破裂时当容器破裂时,器内的气体首先迅速膨胀器内的气体首先迅速膨胀,使容器内的使容器内的压力瞬时降至大气压力。压力瞬时降至大气压力。此时器内的饱和液处于过热状态此时器内的饱和液处于过热状态,也就是说它的温度也就是说它的温度高于它在大气压力下的沸点。高于它在大气压力下的沸点。气液两相失衡气

14、液两相失衡,液体瞬时大量蒸发液体瞬时大量蒸发,内部处处充满气泡内部处处充满气泡,体积激烈膨胀体积激烈膨胀,并很快充满整个容器空间。并很快充满整个容器空间。容器壳体受到很高的压力冲击容器壳体受到很高的压力冲击,促使其进一步破裂。促使其进一步破裂。这种由于压力突然下降这种由于压力突然下降,使原来处于平衡状态的饱和使原来处于平衡状态的饱和液在大气压力下过热而迅速沸腾蒸发液在大气压力下过热而迅速沸腾蒸发,体积激烈膨胀体积激烈膨胀而显示出的一种爆炸现象称为爆沸或蒸气爆炸。而显示出的一种爆炸现象称为爆沸或蒸气爆炸。 第二节 压力容器爆破能量的估算2022-7-516 发生蒸气爆炸时发生蒸气爆炸时,延性好的

15、材料制成的容器延性好的材料制成的容器,壳体壳体的整个形状都会发生改变的整个形状都会发生改变,圆筒体甚至会反向卷曲圆筒体甚至会反向卷曲;延延性差的材料性差的材料,破裂断面有时会显示出受冲击的脆性破破裂断面有时会显示出受冲击的脆性破裂的特征。裂的特征。 不过不过,在大多数情况下在大多数情况下,这类容器内的饱和液要占这类容器内的饱和液要占绝大部分绝大部分,它的能量要比饱和蒸气大得多它的能量要比饱和蒸气大得多,所以计算时所以计算时后者往往可忽略不计。后者往往可忽略不计。 蒸气爆炸一般在很短的时间内完成蒸气爆炸一般在很短的时间内完成,也是一个绝也是一个绝热过程。因此热过程。因此,处于过热状态下液体的爆炸

16、能量处于过热状态下液体的爆炸能量,可以可以按公式计算。按公式计算。第二节 压力容器爆破能量的估算2022-7-517第二节 压力容器爆破能量的估算盛装液化气体与高温饱和水的爆破能量盛装液化气体与高温饱和水的爆破能量UL=W(I1-I2) T1(S1-S2)UL过热状态下液体的爆炸能量，过热状态下液体的爆炸能量，J;I1在容器破裂前的压力或温度下饱和液体的焓，在容器破裂前的压力或温度下饱和液体的焓，J/kg;I2在大气压力下饱和液体的焓，在大气压力下饱和液体的焓，J/kg; S1在容器破裂前的压力或温度下饱和液体的熵，在容器破裂前的压力或温度下饱和液体的熵，J/(kgK);S2在大气压力下饱和液

17、体的熵，在大气压力下饱和液体的熵，J/(kgK);T1介质在大气压力下的沸点，介质在大气压力下的沸点，K；W 饱和液体的质量，饱和液体的质量，kg2022-7-518第二节 压力容器爆破能量的估算当液体为高温饱和水时当液体为高温饱和水时I2=419060 J/kg， S2=1306.9 J/(kgK)， T1=100+273=373KUW=(I1-419060) 373(S1-1306.9)WUW=CWVUW饱和水的爆炸能量，饱和水的爆炸能量，J;V容器内饱和水所占体积，容器内饱和水所占体积，m3;CW饱和水的爆炸能量系数，饱和水的爆炸能量系数，J/m3; 2022-7-519第二节 压力容器

18、爆破能量的估算当液体为高温饱和水时当液体为高温饱和水时单位饱和水的爆炸能量系数为干饱和蒸汽的单位饱和水的爆炸能量系数为干饱和蒸汽的1223倍倍汽包内干饱和蒸汽和饱和水各占一半的体积，干饱和蒸汽的爆炸汽包内干饱和蒸汽和饱和水各占一半的体积，干饱和蒸汽的爆炸能量也仅占全爆炸能量的能量也仅占全爆炸能量的4%7.7%表表4 常压下高温饱和水爆炸能量系数常压下高温饱和水爆炸能量系数绝对压力绝对压力P (MPa)P (MPa) 0.40.60.91.42.63.1爆炸前饱和水的焓爆炸前饱和水的焓I I1 1(10(103 3J/kg)J/kg)604.87670.67742.90830.24971.671

19、017.00爆炸前饱和水的焓爆炸前饱和水的焓S S1 110103 3J/(kgK)J/(kgK)1.7771.93152.0952.2842.5742.662爆炸能量系数爆炸能量系数C CW W(10(106 6J/mJ/m3 3) )10.46218.63429.87846.72779.98392.4882022-7-520第二节 压力容器爆破能量的估算三、常温压缩液体的爆炸能量三、常温压缩液体的爆炸能量通常用液体加压时所作的功作为常温液体压力容器爆炸时释放的通常用液体加压时所作的功作为常温液体压力容器爆炸时释放的能量，能量，US=0.5(p-0.1)V tUS常温液体压力容器爆炸能量，常

20、温液体压力容器爆炸能量，J;p液体的绝对压力，液体的绝对压力，MPa;V容器内液体的体积，容器内液体的体积，m3;t液体在绝对压力液体在绝对压力p和温度和温度t下的压缩指数，下的压缩指数，MPa-1，对常温下，对常温下p50MPa的水，的水， t=4.410-4 MPa-12022-7-521四、可燃气体器外二次爆炸能量及影响范围四、可燃气体器外二次爆炸能量及影响范围 介质为可燃气体的压力容器破裂时介质为可燃气体的压力容器破裂时,除了除了器内高压气体膨胀释放能量以外器内高压气体膨胀释放能量以外,往往还会发往往还会发生化学爆炸生化学爆炸,即通常所说的器外二次爆炸。即通常所说的器外二次爆炸。 当容

21、器破裂时当容器破裂时,器内的可燃气体大量流出器内的可燃气体大量流出,并迅速与外面的空气相混合并迅速与外面的空气相混合,形成一团可爆性形成一团可爆性混合气体。由于气体高速流出产生的静电或混合气体。由于气体高速流出产生的静电或容器碎片撞击产生的火花容器碎片撞击产生的火花,为这团可爆性气体为这团可爆性气体提供了起爆条件。提供了起爆条件。 第二节 压力容器爆破能量的估算2022-7-522 要准确计算这部分爆炸性混合气体的爆炸能量是要准确计算这部分爆炸性混合气体的爆炸能量是比较困难的。虽然容器内的可燃气体量是已知的比较困难的。虽然容器内的可燃气体量是已知的,容器容器破裂时又几乎全部流出破裂时又几乎全部

22、流出,但由于这些可燃气体一般以球但由于这些可燃气体一般以球状或其他形状向四周扩散状或其他形状向四周扩散,所以所以,只有外围的一部分可燃只有外围的一部分可燃气体可以与大气中的氧混合形成爆炸性气体。气体可以与大气中的氧混合形成爆炸性气体。 因而因而,准确计算的困难在于参与反应的可燃气体量准确计算的困难在于参与反应的可燃气体量的多少与许多因素有关。尽管如此的多少与许多因素有关。尽管如此,我们还是可以估算我们还是可以估算其爆炸能量范围其爆炸能量范围,即最大的能量是全部可燃气体的燃烧即最大的能量是全部可燃气体的燃烧热热,最小爆炸能量则是这种可燃气体在它的爆炸上限条最小爆炸能量则是这种可燃气体在它的爆炸上

23、限条件下的燃烧热。件下的燃烧热。第二节 压力容器爆破能量的估算2022-7-523 思考题思考题 1 1、盛装液化气体容器的爆破能量主要包括、盛装液化气体容器的爆破能量主要包括哪两部分？哪两部分？ 作业作业P53页页1、2、3、4 2022-7-524第三节 压力容器爆炸的危害震动：震动：在遍及破坏作用的区域内，在遍及破坏作用的区域内，有一个能使物体震动、松散的力量。有一个能使物体震动、松散的力量。冲击波：冲击波：随着爆炸的出现，冲击波随着爆炸的出现，冲击波最先出现正压，然后又出现负压。最先出现正压，然后又出现负压。碎片的冲击：碎片的冲击：容器爆炸后产生的碎片飞出去会在很大的容器爆炸后产生的碎

24、片飞出去会在很大的范围内造成伤害，并且在容器爆炸造成的伤害中，范围内造成伤害，并且在容器爆炸造成的伤害中，这种原因的伤害往往占很大比例。这种原因的伤害往往占很大比例。100500m毒害或腐蚀：毒害或腐蚀：毒气：氯氨、氢氰酸、氢氟酸、二氧化硫毒气：氯氨、氢氰酸、氢氟酸、二氧化硫、硫化氢等；腐蚀介质：硫酸，盐酸等。、硫化氢等；腐蚀介质：硫酸，盐酸等。2022-7-525一、一、冲击波冲击波超压的破坏作用超压的破坏作用 压力容器破裂时压力容器破裂时,气体爆炸的能量除了很少一部分消耗于进气体爆炸的能量除了很少一部分消耗于进一步将容器撕裂并将容器或其碎片抛出以外一步将容器撕裂并将容器或其碎片抛出以外,大

25、部分产生冲击大部分产生冲击波。波。 冲击波是介质受到外界的作用，振动、冲击、敲打等而产生冲击波是介质受到外界的作用，振动、冲击、敲打等而产生的一种介质状态突跃变化的传播的一种介质状态突跃变化的传播,或者简称为强扰动的传播。或者简称为强扰动的传播。 容器破裂时容器破裂时,器内的高压气体突然大量喷出器内的高压气体突然大量喷出,使它周围的空气使它周围的空气受到冲击而发生扰动受到冲击而发生扰动,这种扰动在空气中传播就成为冲击波。这种扰动在空气中传播就成为冲击波。 空气冲击波中状态的突跃变化空气冲击波中状态的突跃变化,最明显的表现在压力上。在离最明显的表现在压力上。在离爆炸中心有一定距离的地方爆炸中心有

26、一定距离的地方,空气压力会随时间发生迅速而悬空气压力会随时间发生迅速而悬殊的变化。殊的变化。 第三节 压力容器爆炸的危害2022-7-526 开始时开始时,压力突然升高压力突然升高,产生一个很大的正压力产生一个很大的正压力,接着接着又迅速衰减又迅速衰减,在很短的时间内正压降到零在很短的时间内正压降到零,随后又迅速地随后又迅速地下降至小于大气压力的负压。在反复循环的过程中下降至小于大气压力的负压。在反复循环的过程中,压压力的变化逐渐减小。开始时产生的最大正压力力的变化逐渐减小。开始时产生的最大正压力 就是冲就是冲击波波阵面上的超压击波波阵面上的超压p。在多数情况下。在多数情况下,冲击波的破坏冲击

27、波的破坏作用主要与这波阵面上的超压作用主要与这波阵面上的超压p的大小有关。的大小有关。 与炸药爆炸一样与炸药爆炸一样,在压力容器爆炸中心附近所产生在压力容器爆炸中心附近所产生的空气冲击波阵面上的超压的空气冲击波阵面上的超压p可以达到几个甚至几十可以达到几个甚至几十个大气压力。在这样高的压力冲击下个大气压力。在这样高的压力冲击下,建筑物将被摧毁建筑物将被摧毁,设备、管道等均会遭到严重破坏。即使是在大气压力以设备、管道等均会遭到严重破坏。即使是在大气压力以内的冲击波超压也具有很大的破坏作用。内的冲击波超压也具有很大的破坏作用。第三节 压力容器爆炸的危害2022-7-527冲击波超压对建筑物的破坏作

28、用冲击波超压对建筑物的破坏作用超压超压P P，MPaMPa破坏情况破坏情况0.005-0.0060.005-0.006门窗玻璃部分破碎门窗玻璃部分破碎0.006-0.010.006-0.01受压面的门窗玻璃大部分破碎受压面的门窗玻璃大部分破碎0.015-0.020.015-0.02窗框损坏窗框损坏0.02-0.030.02-0.03墙裂缝墙裂缝0.04-0.050.04-0.05墙大裂缝，屋瓦掉下墙大裂缝，屋瓦掉下0.06-0.070.06-0.07木建筑厂房屋柱折断，房架松动木建筑厂房屋柱折断，房架松动0.07-0.100.07-0.10砖墙倒塌砖墙倒塌0.1-0.20.1-0.2防震钢筋混

29、凝土破坏，小房倒塌防震钢筋混凝土破坏，小房倒塌0.2-0.30.2-0.3大型钢架结构破坏大型钢架结构破坏第三节 压力容器爆炸的危害2022-7-528 冲击波除了破坏建筑物以外冲击波除了破坏建筑物以外, ,还会直接危害在它还会直接危害在它所波及范围内的人身安全。表所波及范围内的人身安全。表5 5是冲击波超压对人体是冲击波超压对人体的伤害作用。的伤害作用。表表5 冲击波超压对人体的伤害作用冲击波超压对人体的伤害作用超压超压P P，MPaMPa伤害作用伤害作用0.02-0.030.02-0.03轻微损伤轻微损伤0.03-0.050.03-0.05听觉器官损伤或骨折听觉器官损伤或骨折0.05-0.

30、100.05-0.10内脏严重损伤或死亡内脏严重损伤或死亡0.100.10大部分人员死亡大部分人员死亡第三节 压力容器爆炸的危害2022-7-529 压力容器气体爆炸冲击波的超压估算压力容器气体爆炸冲击波的超压估算 压力容器爆炸时所产生冲击波波阵面上超压的大压力容器爆炸时所产生冲击波波阵面上超压的大小首先与产生冲击波的能量有关。在其他条件相同的小首先与产生冲击波的能量有关。在其他条件相同的情况下，气体爆炸能量越大，冲击波强度越大，波阵情况下，气体爆炸能量越大，冲击波强度越大，波阵面上的超压也越大。面上的超压也越大。 另外，爆炸气体产生的冲击波是立体冲击波，它另外，爆炸气体产生的冲击波是立体冲击

31、波，它以爆炸点为中心，以球面形状向外扩展。随着半径的以爆炸点为中心，以球面形状向外扩展。随着半径的增大，波阵面的表面积也不断增大，所以波阵面的超增大，波阵面的表面积也不断增大，所以波阵面的超压是随着传播距离的增加而衰减。压是随着传播距离的增加而衰减。第三节 压力容器爆炸的危害2022-7-530 压力容器气体爆炸冲击波超压估算是一个复杂的压力容器气体爆炸冲击波超压估算是一个复杂的问题问题,涉及很多因素。因此涉及很多因素。因此,压力冲击波超压计算目前只压力冲击波超压计算目前只能用炸药爆炸相类比的方法估算。能用炸药爆炸相类比的方法估算。 表表6是是100kgTNT炸药在空气中爆炸时，在与爆炸药在空

32、气中爆炸时，在与爆炸中心不同的距离处所测得的冲击波超压。表中的数炸中心不同的距离处所测得的冲击波超压。表中的数据表明，超压随着距离增大而迅速衰减，特别是在超据表明，超压随着距离增大而迅速衰减，特别是在超压处于较大的数值范围内时。压处于较大的数值范围内时。 第三节 压力容器爆炸的危害距离，距离，R(m)R(m)151516162020超压，超压，P(MPa)P(MPa)0.090.090.0750.0750.0510.051距离，距离，R(m)R(m)252530303535超压，超压，P(MPa)P(MPa)0.0320.0320.0190.0190.01260.0126表表6 与爆炸中心距离

33、的冲击波超压与爆炸中心距离的冲击波超压2022-7-531 炸药爆炸时，在一定距离范围内，超压的大炸药爆炸时，在一定距离范围内，超压的大小主要决定于药量的多少与距离的远近，亦即超小主要决定于药量的多少与距离的远近，亦即超压压p是药量是药量q和距离和距离R的函数。的函数。 当已知某一次爆炸的药量当已知某一次爆炸的药量q时，想求出它在距时，想求出它在距离中心为离中心为R的冲击波超压，可以采用表的冲击波超压，可以采用表 7中中1000kg TNT爆炸时所测得的数据，先求得模拟比爆炸时所测得的数据，先求得模拟比a=q/1000，然后从表中查出距离为，然后从表中查出距离为R/a1/3处的超压处的超压p，

34、即为所求值。，即为所求值。第三节 压力容器爆炸的危害2022-7-532 表表7 1000kg7 1000kg梯恩梯爆炸时所测得的数据梯恩梯爆炸时所测得的数据 距离距离R Ro o(m)(m)5 56 67 78 89 9101012121414超压超压P(MPa)P(MPa)2.942.942.062.061.671.671.271.270.950.950.760.760.500.500.330.33距离距离R Ro o(m)(m)16161818202025253030353540404545超压超压P(MPa)P(MPa)0.2350.2350.1700.1700.1260.1260.0

35、700.0700.0570.0570.0430.0430.0330.0330.0270.027距离距离R Ro o(m)(m)505055556060656570707575超压超压P(MPa)P(MPa)0.0230.0230.0200.0200.0180.0180.0160.0160.0140.0140.0130.013第三节 压力容器爆炸的危害2022-7-533例：例：64Kg的的TNT炸药，求炸药，求12m 处的超压处的超压p。解：解：1、先求得模拟比、先求得模拟比a=q/10006410000.0642、求出相当于、求出相当于1000 Kg的的TNT炸药炸药R0处的超压。处的超压。

36、p0（ R0）=p0（Ra 1/3 ) = p0（120.064 1/3 ) = p0 (30)即，相当于即，相当于1000 Kg的的TNT炸药在炸药在30米处的米处的p0 。查表查表7得：得：p0 (30)0.057MPa第三节 压力容器爆炸的危害2022-7-534二、二、 碎片的破坏作用碎片的破坏作用 压力容器爆炸时，有些壳体可能裂成大小不压力容器爆炸时，有些壳体可能裂成大小不等的碎片向四周飞散。这些具有较高速度或较大质等的碎片向四周飞散。这些具有较高速度或较大质量的碎片，在飞出过程中具有较大的动能，也可能量的碎片，在飞出过程中具有较大的动能，也可能造成较大的危害。造成较大的危害。 碎片

37、对人的伤害程度主要决定于它的动能。碎片对人的伤害程度主要决定于它的动能。据罗勒的研究，碎片击中人体时，如果它的动能在据罗勒的研究，碎片击中人体时，如果它的动能在26J以上以上,可致外伤；动能达可致外伤；动能达60J以上时，可致骨部以上时，可致骨部轻伤；超过轻伤；超过200J时，可造成人体骨部重伤。时，可造成人体骨部重伤。第三节 压力容器爆炸的危害2022-7-535 碎片所具有的动能与它质量及速度的平方成正比。碎片所具有的动能与它质量及速度的平方成正比。 E=WV2 式中式中 E碎片的动能，碎片的动能，J; W碎片的质量，碎片的质量，kg; V碎片的速度，碎片的速度，m/s。 压力容器碎片在离

38、开壳体时常具有压力容器碎片在离开壳体时常具有80120m/s的初速，即使在飞离较远的地方也有的初速，即使在飞离较远的地方也有20 30m/s的速度。在此速度下，质量为的速度。在此速度下，质量为1kg的碎片动能的碎片动能即可达即可达200450J，足以致人重伤或死亡。，足以致人重伤或死亡。第三节 压力容器爆炸的危害2022-7-536 容器爆炸时产生的碎片，还可能损坏附近的设备或容器爆炸时产生的碎片，还可能损坏附近的设备或管道，引起连续爆炸或酿成火灾，造成更大的危害。管道，引起连续爆炸或酿成火灾，造成更大的危害。 对于被击物为钢板等一类塑性材料，碎片的穿透对于被击物为钢板等一类塑性材料，碎片的穿

39、透能力按下式计算，即能力按下式计算，即 U3=KE/A 式中式中 U3碎片对材料的穿透能力，碎片对材料的穿透能力，mm; E碎片所具有的动能，碎片所具有的动能，J； A碎片穿透方向的截面积，碎片穿透方向的截面积，mm2； K材料的穿透系数，对钢板，材料的穿透系数，对钢板，K=1； 对木材，对木材，K=40；对钢筋混凝土，；对钢筋混凝土，K=10。 第三节 压力容器爆炸的危害2022-7-537三、三、 爆炸能量与现场破坏能量之间的关系爆炸能量与现场破坏能量之间的关系U1 建筑物破坏能量建筑物破坏能量,J；U2抛出碎片能量抛出碎片能量,J；U气体气体爆炸总能量爆炸总能量,J。一般情况一般情况 U

40、1+U2U 对于仅有液体，发生了气体爆炸对于仅有液体，发生了气体爆炸 对于气体或液化气体，抛出碎片或容器及破对于气体或液化气体，抛出碎片或容器及破坏建筑物的能量已超过单纯的物理性气体爆炸所提坏建筑物的能量已超过单纯的物理性气体爆炸所提供的能量，意味着发生了化学爆炸，甚至器外的二供的能量，意味着发生了化学爆炸，甚至器外的二次爆炸。次爆炸。第三节 压力容器爆炸的危害2022-7-538四、四、 有毒液化气体容器破裂后的毒害区有毒液化气体容器破裂后的毒害区一部分容器破裂后立即汽化，另外一部分从周围环境一部分容器破裂后立即汽化，另外一部分从周围环境中吸热而汽化。中吸热而汽化。一般常温下破裂的容器，大多

41、数液化气体爆炸生成的一般常温下破裂的容器，大多数液化气体爆炸生成的蒸汽体积约为液体体积的蒸汽体积约为液体体积的100250倍。无风时，近倍。无风时，近似半球形向周围扩散，有风时则顺着气流方向扩散似半球形向周围扩散，有风时则顺着气流方向扩散第三节 压力容器爆炸的危害名称名称氨氨氯氯二氧化硫二氧化硫硫化氢硫化氢三氧化氮三氧化氮氮氰酸氮氰酸吸入吸入510min致死浓度致死浓度/%0.50.50.090.090.050.050.08-0.10.08-0.10.050.050.0270.027吸入吸入0.51h致死浓度致死浓度/%- -0.0035-0.0050.0035-0.0050.053-0.06

42、50.053-0.0650.042-0.060.042-0.060.032-0.0530.032-0.0530.011-0.0140.011-0.014吸入吸入0.51h 致重伤浓度致重伤浓度/%- -0.0014-0.00210.0014-0.00210.015-0.0190.015-0.0190.032-0.050.032-0.050.011-0.0210.011-0.0210.010.01有毒气体的危险浓度有毒气体的危险浓度2022-7-539 五、可燃气体容器破裂时的燃烧区范围五、可燃气体容器破裂时的燃烧区范围 盛装可燃液化气体贮罐破裂时，由于一部分液体被蒸盛装可燃液化气体贮罐破裂时，

43、由于一部分液体被蒸发成气体在空中爆炸，使其他散落在空气中未被蒸发而以发成气体在空中爆炸，使其他散落在空气中未被蒸发而以雾状存在的液滴也随着与周围的空气混合而着火燃烧。雾状存在的液滴也随着与周围的空气混合而着火燃烧。 所以这类容器一旦破裂，并在器外发生二次爆炸时，所以这类容器一旦破裂，并在器外发生二次爆炸时，器内的液化气体几乎是全部被烧净。爆炸燃烧后生成的高器内的液化气体几乎是全部被烧净。爆炸燃烧后生成的高温燃气（水蒸气、二氧化碳等）与空气中的氮气升温膨胀温燃气（水蒸气、二氧化碳等）与空气中的氮气升温膨胀，形成体积巨大的高温燃气团，向四周扩散，使附近的地，形成体积巨大的高温燃气团，向四周扩散，使

44、附近的地区变成火海。区变成火海。 下面以液化石油气体（按丙烷考虑）贮罐为例，讨论下面以液化石油气体（按丙烷考虑）贮罐为例，讨论这种容器破裂时所产生的高温燃气的体积及其燃烧范围。这种容器破裂时所产生的高温燃气的体积及其燃烧范围。第三节 压力容器爆炸的危害2022-7-540 下面以液化石油气体（按丙烷考虑）贮罐为例，讨下面以液化石油气体（按丙烷考虑）贮罐为例，讨论这种容器破裂时所产生的高温燃气的体积及其燃烧范论这种容器破裂时所产生的高温燃气的体积及其燃烧范围。围。 设容器内所装液化丙烷为设容器内所装液化丙烷为W kg ，容器破裂后一部分，容器破裂后一部分蒸发成气体，并产生器外爆炸燃烧；另一部分以

45、雾状的蒸发成气体，并产生器外爆炸燃烧；另一部分以雾状的液滴散落在空气中，也同时被烧掉。若燃烧完全液滴散落在空气中，也同时被烧掉。若燃烧完全 每千克丙烷所需空气量为每千克丙烷所需空气量为 3.64/0.2117.3kg 由此得由此得W kg 丙烷完全燃烧后生成燃气的质量为丙烷完全燃烧后生成燃气的质量为 （17.31）W18.3 W kg第三节 压力容器爆炸的危害2022-7-541 丙烷的燃烧热值为丙烷的燃烧热值为4.6X107 J/kg, 设设燃烧比热为燃烧比热为1.26x103 J/kg, 则燃气的温度可升高约则燃气的温度可升高约 4.6x104/18.3x1.262000 0C。第三节 压

46、力容器爆炸的危害2022-7-542 燃气在标准状态下的密度约为燃气在标准状态下的密度约为1.25 kg/m3, 由此可计算出由此可计算出W kg 丙烷完全燃丙烷完全燃烧生成的燃气在烧生成的燃气在2000 0C时的体积为时的体积为)(122273200027325. 13 .183mWW第三节 压力容器爆炸的危害2022-7-543 设这些燃气以半球状向地面扩散，则高温燃气的扩设这些燃气以半球状向地面扩散，则高温燃气的扩散半径为散半径为 也就是说，也就是说， 1 kg的液化丙烷燃烧时，以容器为中心的液化丙烷燃烧时，以容器为中心，在直径为，在直径为7.8m，高为，高为3.9m的范围内，所有可燃物

47、都的范围内，所有可燃物都将着火燃烧，在此范围内人员也被烧伤。将着火燃烧，在此范围内人员也被烧伤。 按上式可粗略算出，一个民用液化气气瓶（按上式可粗略算出，一个民用液化气气瓶（15kg）破裂爆炸时，其燃烧范围可达）破裂爆炸时，其燃烧范围可达19.2m；一个；一个1000kg的液化石油气贮罐破裂爆炸，燃烧范围可达的液化石油气贮罐破裂爆炸，燃烧范围可达78m 。 )(9 . 334211223131mWWR第三节 压力容器爆炸的危害2022-7-544上节课内容回顾压力容器爆炸能量的估算压力容器爆炸能量的估算n压缩气体与水蒸气-绝热膨胀做功n液化气体与高温饱和水-蒸汽爆炸和过热液体的爆沸n常温压缩液

48、体的爆炸能量-液体加压时所作的功n可燃气体的器外二次爆炸能量-气、液体积膨胀和二次爆炸压力容器爆炸的危害压力容器爆炸的危害n震动n冲击波n碎片的冲击n毒害或腐蚀2022-7-545 六、高温饱和水和饱和蒸气容器爆炸时影响范围六、高温饱和水和饱和蒸气容器爆炸时影响范围 锅炉汽包等盛装高温饱和水和饱和蒸汽的容器发生锅炉汽包等盛装高温饱和水和饱和蒸汽的容器发生爆炸属于物理爆炸，其介质在爆炸后迅速向四周扩散，爆炸属于物理爆炸，其介质在爆炸后迅速向四周扩散，也会使附近人员烫伤。也会使附近人员烫伤。 Vs=GWVW+GgVg Vs汽化后的蒸汽体积，汽化后的蒸汽体积，m3; VW,Vg 汽包内饱和水、饱和蒸

49、汽的体积，汽包内饱和水、饱和蒸汽的体积，m3; GW, Gg饱和水、饱和蒸汽的体积增大系数饱和水、饱和蒸汽的体积增大系数; 第三节 压力容器爆炸的危害饱和压力饱和压力/MPa/MPa0.40.40.50.50.60.80.91.11.41.72.73.1GW122122141158185196215237255294309Gs3.374.094.86.196.878.210.212.117.921各种饱和压力下饱和水与饱和蒸汽的体积增大系数各种饱和压力下饱和水与饱和蒸汽的体积增大系数2022-7-546 一、设计与安全一、设计与安全 1、与设计有关的主要事故因素（材料、强度和结构）、与设计有关

50、的主要事故因素（材料、强度和结构） 2、防止事故的措施（重视设计中材料、强度和结构等问题）、防止事故的措施（重视设计中材料、强度和结构等问题） 二、制造与安全二、制造与安全 压力容器的制造单位必须严格执行有关规程、规定、标准压力容器的制造单位必须严格执行有关规程、规定、标准和技术要求和技术要求,保证产品制造质量。与制造质量有关的事故原因保证产品制造质量。与制造质量有关的事故原因很多很多,其主要原因如下其主要原因如下: (1)材料误用或材料的混淆材料误用或材料的混淆; (2)焊接预热温度不足焊接预热温度不足; (3)焊条吸湿和焊后热处理实施不当焊条吸湿和焊后热处理实施不当; 第四节 防止压力容器爆炸事故的措施2022-7-547 (4)残留氢及焊接施工不良残留氢及焊接施工不良; (5)未按正规手续擅自进行修补焊接未按正规手续擅自进行修补焊接; (6)超标缺陷漏检等等。超标缺陷漏检等等。 容器的破坏事故可由其中一个或几个原因造成。容器的破坏事故可由其中一个或几个原因造成。 焊接质量对压力容器安全性至关重要。施工过程焊接质量对压力容器安全性至关重要。施工过程 中必须严格遵守焊接工艺及操作标准中必须严格遵守焊接工艺及操作标准,并在合理的管理并在合理的管理条件下进行焊接。焊接工艺及操作标准必须根