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摘要在安全设施设计工作中，通常采用事故后果模拟分析评价法定量地给出氢化反应釜发生物理爆炸时的致死、致伤半径、建筑物受损的程度。
关键词反应釜安全设施物理爆炸事故后果模拟分析
0 前言
在安全设施设计工作中，因氢化反应是国家重点监管的危险化工工艺，其危险性较大。通常采用事故后果模拟分析评价法定量地给出氢化反应釜发生物理爆炸时的致死、致伤半径、建筑物受损的程度以及在医药工业设计中采取的安全对策措施。
1 物理爆炸的能量
物理爆炸，如压力容器破裂时，气体膨胀所释放的能量（即爆破能量）不仅与气体压力和容器的容积有关，而且与介质在容器内的物性相态相关。容器与压力相同而相态不同的介质，在容器破裂时产生的爆破能量也不同，而且爆炸过程也不完全相同，其能量计算公式也不同。
本文介绍的氢化反应釜的正常工作压力为8MPa，容积为0.5m3,假设氢化反应釜出现超压，安全阀发生故障，釜内工作压力达到12MPa，氢化反应釜因釜内压力超标发生物理爆炸，因此采用压缩气体容器发生爆破能量的计算公式进行计算。
式中Eg——气体的爆破能量，kJ;
P——容器内气体的绝对压力，MPa；
V——容器的容积，m3;
k——气体的绝热指数，即气体的定压比热与定容比热之比。
查得氢气的绝热指数k=1.4，代入上述公式中，
Eg=2.5pV[1-(0.1013/p)0.2857]X103
令 Cg=2.5p [1-(0.1013/p)0.2857]X103
则上式简化为Eg=CgV
式中Cg——常用压缩气体爆破能量系数，kJ/m3，见表1。
表1 常用压缩气体爆破能量系数（k=1.4时）
表压力p/MPa 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.6 2.5
爆破能量系数Cg/(kJ.m-3) 2X102 4.6X102 7.5X102 1.1X103 1.4X103 2.4X103 3.9X103
表压力p/MPa 4.0 5.0 6.4 15.0 32 40
爆破能量系數Cg/(kJ.m-3) 6.7X103 8.6X103 1.1X104 2.7X104 6.5X104 8.2X104
采用插值法，
求得Cg=2.35X104、, 则Eg=1.175X104kJ。
2 冲击波的超压计算
将爆破能量Eg换算成TNT当量qTNT。qTNT取4520 kJ/kg
q=E/qTNT=1.175x104/4520=2.6kg
爆炸的模拟比α：
α=0.1q1/3=0.138
在1000kgTNT爆炸试验中的相当距离R0=R/α，其中R为实际距离。1000kgTNT爆炸时的冲击波超压如表2所示。
表2 1000kgTNT爆炸时的冲击波超压
距离
R0/m 冲击波超压
Δp/MPa 距离
R0/m 冲击波超压
Δp/MPa 距离
R0/m 冲击波超压
Δp/MPa
5 2.94 16 0.235 50 0.0235
6 2.06 18 0.170 55 0.0205
7 1.67 20 0.126 60 0.018
8 1.27 25 0.079 65 0.016
9 0.95 30 0.057 70 0.0143
10 0.76 35 0.043 75 0.013
12 0.50 40 0.033
14 0.33 45 0.027
表3 冲击波超压对人体和建筑物的伤害作用
冲击波超压Δp/MPa 对人体的伤害 对建筑物的伤害
0.02～0.03 轻微损伤 墙裂缝
0.03～0.05 听觉器官损伤或骨折 墙大裂缝，屋瓦掉下
0.05～0.10 内脏严重损伤或死亡 砖墙倒塌
>0.10 大部分人死亡 防震钢筋混凝土破坏
3伤害范围
根据1000kgTNT爆炸时的冲击波超压资料，和上述计算，推算出当氢化反应釜出现超压，安全阀发生故障，且釜内工作压力达到12MPa时，发生物理爆炸，在小于3.14m时，造成大部分人员死亡；在3.14m～4.485m时，内脏严重损伤或死亡，砖墙倒塌；在4.49m～5.87m时听力损伤或骨折，墙大裂缝；在5.87m～7.73m时人体轻微损伤，墙裂缝。
4 结论
安全对策措施本着消除、预防、减轻、隔离、联锁、警告的原则，
当采取以上安全措施还是无法避免事故发生时，设计为了减少氢化反应釜发生爆炸时的危险性，将氢化反应釜单独置于一房间，采用为防爆墙、防爆门斗。根据事故后果模拟分析评价计算结果当氢化反应釜发生物理爆炸时，单独设立的氢化反应间能将危险控制在其中，避免将危险扩大到厂房其他区域，从而保证了生产工人和厂房的安全。
参考文献
[1] 国家安全生产监督管理总局。安全评价（上册）[M].第3版。北京：煤炭工业出版社，2005.